Implementatie van stedelijke windenergie

Transcriptie

1 NS Stations Vastgoed & Ontwikkeling Nederlandse Spoorwegen N.V. Implementatie van stedelijke windenergie Daan Vonsée Bachelorscriptie Science, Business and Innovation

2 Implementatie van stedelijke windenergie Onderzoek naar in hoeverre windenergie bij kan dragen aan de energiebehoefte van de partijen op Utrecht Centaal Daan Vonsée Bachelorscriptie Vrije Universiteit Amsterdam Juni 2016

3 Implementatie van stedelijke windenergie Daan Vonsée Bachelor Scriptie Vrije Universiteit Amsterdam, Faculteit der Exacte Wetenschappen Studierichting Science, Business and Innovation De Boelelaan HV, Amsterdam Stagebedrijf: Nederlandse Spoorwegen N.V. Postbus 2534 Stationshal CE, Utrecht Studentnummer:

4 Voorwoord Deze scriptie is geschreven in het kader van mijn afstudeeronderzoek voor de studie Science, Business and Innovation (SBI) aan de Vrije Universiteit Amsterdam. SBI is een interdisciplinaire studie die exacte wetenschappen combineert met economische- en innovatiewetenschappen, om zo een brug te kunnen slaan tussen de wetenschap en het bedrijfsleven. Een goede verstandhouding van deze disciplines is essentieel voor het succesvol herkennen en implementeren van financieel succesvolle innovaties. Om aan de stijgende vraag naar energie te blijven voldoen, en tegelijkertijd het milieu niet meer te belasten, dient er naar oplossingen te worden gezocht om duurzame energie op een grotere schaal op te gaan wekken. De transitie naar duurzame energie lijkt langzaam op gang te komen, maar tot op heden is de energievoorziening nog voor het overgrote deel afhankelijk van fossiele brandstoffen. De vraag luidt dan ook; zijn wij in staat om de transitie naar duurzame energie te maken voordat het te laat is? Ik heb mijn onderzoek uitgevoerd bij NSenergy. NSenergy is een afdeling binnen NS Stations; wat de vastgoed & ontwikkeling tak betreft van de Nederlandse Spoorwegen. NSenergy richt zich op energie gerelateerde vraagstukken die zich voordoen binnen vastgoedprojecten. Hieronder vallen o.a. alle treinstations in Nederland, maar ook verschillende kantoor- en woontorens. Daarnaast is deze afdeling betrokken bij verschillende innovatieve projecten, met als doel verschillende duurzame energie technologieën te implementeren. Dankwoord: Ik wil als eerste graag mijn stagebegeleidster Ellen Boersma bedanken voor de mogelijkheid om mijn afstudeerstage voor NSenergy uit te voeren. De beschikbare faciliteiten op locatie en haar intensieve betrokkenheid, hebben in grote mate bijgedragen aan de realisatie van mijn scriptie. Ook gaat speciale dank uit naar Jan Dekker, die als 1 e begeleider vanuit de VU Amsterdam, enorm heeft geholpen bij het structureren en vormen van mijn scriptie naar wetenschappelijke standaarden. Ik heb deze samenwerking tevens als erg prettig ervaren. Bovendien wil ik graag een dankwoord uitspreken aan mijn 2 e begeleider vanuit de VU; Maarten Dirks, die mij op afstand heeft geholpen bij de opzet van mijn onderzoek en mij tevens van feedback heeft voorzien. Tot slot gaat mijn dank uit naar alle mensen die direct en indirect hebben bijgedragen aan de totstandkoming van mijn onderzoek. Hiermee bedoel ik voornamelijk collega s op mijn stageadres en verschillende personen binnen de VU Amsterdam. Allereerst wil ik uit deze groep Pieter Boon; technisch adviseur bij Movares, bedanken voor zijn bijdrage aan mijn scriptie. De mensen die ik verder nog wil bedanken zijn masterstudent Maurits Simons en stage coördinator Inge Rozendal. De praktische tips die zij mij hebben bijgebracht en de georganiseerde bijeenkomsten met andere onderzoek studenten, hebben een significante bijdrage geleverd aan mijn scriptie. Alles bijeengenomen, heb ik mijn tijd als onderzoeksstudent bij NSenergy als zeer prettig ervaren. I

5 Managementsamenvatting In dit onderzoek wordt antwoord gegeven op de vraag of binnenstedelijke windenergie rendabel is in het stationsgebied van Utrecht Centraal. De vraag wordt belicht uit verschillende invalshoeken. Allereerst wordt onderzocht op welke 3 locaties in het stationsgebied de potentie voor windenergie het hoogste is. Vervolgens wordt bepaald welk type windturbine, uitgaande van de Netto Contante Waarde van de investering en de energieproductie per m 2, de meeste toegevoegde waarde heeft op de bewuste locaties. In het onderzoek komen sterktes, zwaktes, kansen en bedreigingen naar voren, die interessant zijn voor de Green Business Club Utrecht Centraal. Bedrijven kunnen zich profileren door maatschappelijk verantwoord te ondernemen. Naast de geproduceerde energie, brengt de implementatie van windturbines vele imago voordelen met zich mee. Daarnaast zal de decentraal opgewekte energie bijdragen aan de doelstelling van de GBC Utrecht Centraal; namelijk de CO2 footprint van het gebied verlagen (Green Business Club, 2015). De zichtbaarheid van binnenstedelijke windturbines is tevens van groot belang en leidt vaak tot een toename in klandizie. De Netto Contante Waarde van de investering in één windturbine bedraagt ,-. De Return on Investment (RoE) en Interne Interestvoet (IRR) komen hierbij uit op -5,10 %. Echter, wanneer er meer windturbines bij de producent worden afgenomen zal de investering hoogstwaarschijnlijk rendabeler worden. De kans dat het project voor subsidie in aanmerking komt is aanzienlijk groot, wat tevens zal resulteren in een daling in kosten en dus in een aantrekkelijkere Netto Contante Waarde. Echter, de Netto Contante Waarde is niet de enige stimulerende factor voor een investering. Ik adviseer de Green Business Club Utrecht Centraal om stedelijke windturbines, van het type SWIFT, te implementeren op één van de volgende locaties; Mineurslaan (achter de Rabobank), Forum (tussen het WTC, Kantoortoren Westflank Noord en het stadskantoor) en Kantoortoren Westflank Noord. Deze turbine produceert 848,0 kwh/ jaar aan energie; uitgaande van een gemiddelde windsnelheid van 7,0 m/s. De investering voor één windturbine bedraagt, incl. 20 jarig onderhoud, gemiddeld 5.548,-. Een eventuele uitbreiding van het aantal windturbines en implementatie op meer dan één locatie, wordt sterk aanbevolen. De integratie van windturbines in een toekomstig bouwproject is economisch- en energie technisch de beste optie. Bovendien behoort de implementatie van windturbines aan de al reeds bestaande bebouwing, ook tot de mogelijkheden. Ik verwijs graag naar mijn onderzoek voor de onderbouwing van mijn aanbeveling en de vervolgstappen die gezet moeten worden voor de realisatie van het implementatieplan. II

6 Inhoudsopgave Voorwoord Managementsamenvatting I II 1 Inleiding 1 2 Vraagstelling 3 3 Literatuur Onderzoeksdeel 1: Windanalyse stedelijk gebied Statistische verdeling wind in stedelijk gebied Windfluctuaties bij verschillende gebouw hoogtes Intensiteit van turbulentie in een stedelijk gebied Stedelijke windturbine plaatsen Bernoulli en Venturi effect Onderzoeksdeel 2: Analyse type stedelijke windturbine Horizontale as windturbine Verticale as windturbines Conversie van wind naar energie bij horizontale as windturbines Thrust op de windturbine Rotor design windturbine Opbrengst van een gebouw gebonden stedelijke windturbine Onderlinge afstand tussen stedelijke windturbines Advies Green Business Club Utrecht Centraal DESTEP voor externe analyse Sociale acceptatie Vergunningen Subsidies Energie Investeringsaftrek SDE-regeling Maatschappelijk Verantwoord Innoveren MVI Energie (TSE) 22 4 Methode Onderzoeksopzet Dataverzameling Beperkingen onderzoek 25 5 Onderzoeksdeel Resultaten potentiële locaties voor implementatie windenergie Onderzoeksgebied Windanalyse Gemiddeld aantal vollasturen Onderzoeksopstelling Meteogegevens Uitkomsten windhinderonderzoek stationsgebied Resultaten Knoopkazerne Utrecht Uitkomsten windhinderonderzoek Knoopkazerne Uitkomsten windhinderonderzoek Knoopkazerne terrein achter Rabobank Conclusie onderzoeksdeel 1 37

7 5.3.1 Locatie Mineurslaan (achter de Rabobank) in het Knoopkazerne gebied Locatie Forum; plein tussen het WTC, Kantoortoren Westflank Noord en het stadskantoor Locatie Kantoortoren Westflank Noord Discussie onderzoeksdeel 1: 38 6 Onderzoeksdeel Algemene regelgeving voor windturbines in stedelijke gebieden Geluid Slagschaduw windturbines Ongevalsrisico Ecologie Ijsval Methodologie Criteria en weegfactoren Energiegeneratie per m^ Netto Contante Waarde van investering Resultaten Netto Contante Waarde berekeningen Resultaten onderzoeksdeel Conclusie onderzoeksdeel Discussie onderzoeksdeel Advies aan Green Business Club Utrecht Centraal Energieproductie Kosten Voorbeeldberekening Netto Contante Waarde van de Investering Algemene voor- en nadelen van implementatie Implementatie Advies Voorstel Voorstel Voorstel Vervolgstappen voor de GBC Utrecht Centraal 62 8 Bibliografie 64 9 Bijlage Geluid Werpafstand windturbine Ecologie Meetresultaten wind Meetresultaten windhinderonderzoeken Overzicht windturbines Input waardes SWIFT windturbine 86 Colofon 87

8 1 Inleiding De wind vertegenwoordigt een grote hoeveelheid energie. Deze energie zal u waarschijnlijk niet onopgemerkt zijn gebleven, wanneer u op een bewuste dag in alle macht tegen de windstroom in probeerde te fietsen. Een windstroom komt tot stand wanneer luchtdeeltjes bewegen van een gebied met een hoge druk naar een gebied met een lage druk. Dit drukverschil wordt veroorzaakt door het opstijgen van warme lucht, wat als gevolg heeft dat de luchtdruk onder deze opgestegen luchtdeeltjes lager wordt. Als gevolg hiervan gaan er dus luchtdeeltjes stromen van een hoge druk gebied naar een lage druk gebied om dit drukverschil te compenseren. Dit fenomeen is ook duidelijk waarneembaar bij het opblazen en leeg laten lopen van een ballon. Het verplaatsen van lucht op deze manier wordt door ons ervaren als wind en is beschikbaar in onbeperkte mate. Ondanks het feit dat men deze wind vaak letterlijk en figuurlijk van voren krijgt, kan deze juist ook heel nuttig worden gebruikt. Het opwekken van energie uit de wind zal voor een groot deel bij kunnen dragen aan het verbeteren van het klimaat (Hau, 2006, pp ). Dit komt ten goede aan het hedendaagse klimaatprobleem. Het klimaatprobleem is een wereldwijd probleem, wat voornamelijk wordt veroorzaakt door het overmatige gebruik van fossiele brandstoffen door de mens. Bij het verbranden van fossiele brandstoffen komen CO2 en andere schadelijke gassen in de atmosfeer terecht. Deze gassen versterken het broeikaseffect, wat de opwarming van de aarde tot haar gevolg heeft. Als we onze energieproductie niet aanpassen zullen de gevolgen en problemen in de toekomst alleen maar groter worden (Sivakumar, Salinger, & Motha, 2005, pp. 1-3). Wanneer we specifiek kijken naar de gemeente Utrecht, bedraagt de concentratie PM10 deeltjes in de lucht 21,9 ug/ m 3 en de concentratie NO2 deeltjes 25,1 ug/ m 3. Deze deeltjes worden voornamelijk geëmitteerd door energiecentrales, wat veelal het gevolg is van de stijgende vraag naar energie. Ondanks het feit dat dit aantal de afgelopen jaren enigszins is afgenomen, valt er in vergelijking met andere gemeenten nog veel winst te behalen. Door het aandeel duurzame energie te verhogen en meer energie decentraal op te wekken, zal de concentratie van deze deeltjes na verloop van tijd afnemen. Dit zal het klimaat ten goede komen (Vereniging van Nederlandse Gemeenten, 2013), (RIVM, 2016). Dit probleem zou deels kunnen worden opgelost door de implementatie van stedelijke windturbines in het stationsgebied van Utrecht Centraal. In dit gebied is de afgelopen jaren veel nieuwe hoogbouw tot stand gekomen. Ook wordt er de komende jaren veel nieuwe hoogbouw bijgebouwd. De komst van deze hoogbouw resulteert in veel windoverlast rondom de gebouwen, aangezien deze constructies een versnellende werking hebben op windstromen. Deze hoge windsnelheden rondom gebouwen kunnen verklaard worden door het Venturi effect, wat een toenemende stroomsnelheid van wind impliceert naarmate de doorstroomruimte kleiner wordt (Blocken, Moonen, Stathopoulos, & Carmeliet, 2008, p. 2). Deze hoge windsnelheden hoeven niet enkel als last te worden gezien, maar kunnen ook nuttig worden gebruikt voor het opwekken van energie uit de wind. Stedelijke windturbines zouden kunnen worden gebruikt om deze energieproductie te realiseren. NSenergy (onderdeel van NS Stations) houdt zich bezig met projecten die betrekking hebben op het verduurzamen van NS treinstations door heel Nederland. NSenergy werkt nauw samen met verschillende uiteenlopende partijen in het stationsgebied van Utrecht Centraal. Deze partijen zijn geclusterd in de Green Business Club (GBC) Utrecht Centraal, welke als doel heeft om het stationsgebied Utrecht Centraal te verduurzamen. Momenteel zijn er al op verschillende plaatsen in het stationsgebied zonnepanelen geplaats. Echter, deze dragen voor 2 % bij aan de totale energiebehoefte van het stationsgebied. Dit maakt een onderzoek naar stedelijke windturbines interessant. In mijn onderzoek analyseer ik de wind in het stationsgebied en zet ik 1

9 potentiële locaties voor de implementatie van windenergie uiteen. Aan de hand van deze windinformatie en op grond van overige lokale omstandigheden, analyseer ik verschillende windturbine concepten en beveel ik vervolgens een definitief windturbine concept aan. De keuzes en implementatie van de windturbines gebeuren in samenspraak met verschillende partijen van de Green Business Club. In mijn onderzoek maak ik gebruik van verschillende deelvragen om antwoord te kunnen geven op mijn hoofdvraag. Het onderzoek is opgedeeld in drie onderzoeksdelen. 2

10 2 Vraagstelling Zoals in de inleiding aan bod is gekomen, is het interessant om te kijken naar mogelijkheden voor windenergie in het stationsgebied. De hoofdvraag luidt: Is binnenstedelijke windenergie rendabel in het stationsgebied van Utrecht Centraal op basis van de door de Green Business Club Utrecht Centraal gestelde criteria, rekening houdend met verschillende windomstandigheden, omgevingsfactoren en windturbine concepten? Mijn onderzoek bestaat uit 3 delen. Het eerste deel spitst zicht toe op windomstandigheden op specifieke locaties in het stationsgebied. De vraag hierbij is welke locatie; rondom of juist op gebouwen, de optimale omstandigheden biedt voor stedelijke windturbines? Onderzoeksdeel 2 bouwt hierop verder voort en geeft antwoord op de vraag welk windturbine concept de grootste toegevoegde waarde zal leveren op een bewuste locatie in het stationsgebied. Tot slot breng ik een advies uit aan de GBC en zal ik beschrijven hoe de implementatie gerealiseerd kan worden. De belangen van de verschillende stakeholders staan hierbij centraal. De onderzoeksdelen zijn opgedeeld in de volgende deelvragen: Onderzoeksdeel 1: 1) Wat bedragen de overschrijdingskansen van de drempelwaarde van windhinder p (v lok > v DR;H ) op specifieke locaties rondom/ op de gebouwen in het stationsgebied? 2) Op welke 3 locaties met de hoogste overschrijdingskansen van windhinder, kunnen windturbines worden geplaatst? De keuze voor de locatie is essentieel voor het vervolg van mijn onderzoek. Wanneer deze is vastgesteld, koppel ik in onderzoeksdeel 2 een windturbine concept aan de locatie. Onderzoeksdeel 2: 1) Welke stedelijke windturbine concepten voldoen aan de algemene wet- en regelgeving m.b.t. stedelijke gebieden, rekening houdend met de volgende factoren voor ruimtelijke inpasbaarheid? a) Geluid b) Slagschaduw c) Ongevalsrisico d) Ecologie e) Ijsval 2) Welke windturbine zal de grootste toegevoegde waarde hebben voor de 3 vastgestelde locaties in het stationsgebied, uitgaande van de volgende 2 hoofdwaardes? a) Energieproductie per m 2 b) Netto contante waarde van het eigen vermogen In dit deel komt de keuze voor het type windturbine tot stand. Deze wordt afhankelijk van de locatie gekozen. Het advies aan de GBC Utrecht Centraal is gebaseerd op de conclusies uit onderzoeksdeel 1 en 2. De centrale vraag die in dit deel wordt gesteld is als volgt: 3

11 Advies aan GBC Utrecht Centraal: 1) Op welke manier kan stedelijke windenergie het beste worden geïmplementeerd, kijkend naar de belangen en mogelijkheden van de verschillende leden van de GBC Utrecht Centraal? In dit deel breng ik een advies uit aan de GBC en beschrijf ik hoe de partijen het windturbine concept het beste kunnen implementeren op de vastgestelde locatie. Hierbij wordt rekening gehouden met kosten, baten, subsidies en overige belangen van partijen. 4

12 3 Literatuur 3.1 Onderzoeksdeel 1: Windanalyse stedelijk gebied Statistische verdeling wind in stedelijk gebied Windsnelheden kunnen sterk fluctueren in stedelijke gebieden. De gebouwde omgeving zorgt ervoor dat windstromen kunnen worden gebroken, hetgeen turbulentie veroorzaakt. Deze vorm van onregelmatige en verzwakkende windsnelheden kunnen de prestaties van stedelijke windturbines sterk verminderen. De windsnelheid rondom gebouwen wordt bepaald door de ratio van de lokale windsnelheid rondom het gebouw (V local ) t.o.v. de windsnelheid zonder gebouwen (V ref ). Deze verhouding wordt weergegeven in vergelijking 3.1 (Stathopoulos, Wu, & Bédard, 1992, p. 2379): K= V local V ref 3.1 De Weibull verdeling is een goede statistische benadering voor het schatten van het gemiddelde vermogen dat een windturbine levert bij wisselende windomstandigheden tussen de 4 en 11 m/s. De Weibull verdeling (W) kan wiskundig als volgt worden weergegeven (zie vergelijking 3.2) (Acosta, 2013, p. 8) (Al-Nhoud & Al-Smairan, 2015): 3.2 Zoals in vergelijking 3.2 te zien is, wordt het verloop van de Weibull verdeling bepaald door de parameters v, k en λ. De v staat voor de windsnelheid in m/s, de k is de shape factor en λ de scaling factor. De shape factor k is een factor die hoort bij een bepaalde vorm windturbine en ligt tussen de 1 en 3 (Windenergie-Daten der Schweiz, 2016). De scaling factor is de referentiewaarde met de eenheid van windsnelheid (m/s) (Ulgen & Hepbasli, 2002, p. 497). De formule voor het berekenen van de scaling factor wordt weergegeven in vergelijking 3.3 (Acosta, 2013): 3.3 In deze figuur staat MWS voor de gemiddelde windsnelheid en staat Γ voor de gamma functie. De gammafunctie is een voortzetting van een faculteitsfunctie naar complexe getallen en reële getallen. Deze Weibull verdeling kan worden toegepast om het vermogen van windturbines in stedelijke omgevingen te schatten. Aan de hand van de winddata uit het gebied, samen met de k factor van de betreffende windturbine, kan de distributie van het vermogen worden weergegeven. Windturbine fabrikanten gebruiken vaak standaard performance figuren voor hun turbines en maken hiervoor gebruik van de Rayleight Distribution (Danish Wind Industry Association, 2016). De Rayleigh verdeling wordt vaak toegepast in de ingenieurswetenschap van windenergie en is gelijk aan een Weibull verdeling met k = 2. Als er geen informatie is over de variabiliteit van de windenergie, kan voor k = 2 worden gebruikt (Seguro & Lambert, 2000). 5

13 Het is van belang om de windvariaties van tevoren te kunnen beschrijven, zodat de operatiekosten van de turbine geminimaliseerd kunnen worden. De wind variatie van een specifieke locatie, met een gemiddelde windsnelheid van 7 m/s en een shape factor van 2, is weergegeven in Figuur 3.1 in de vorm van een Weibull distributie (Danish Wind Industry Association, 2016): Figuur 3.1: Weibull distributie geeft de verhouding weer tussen de windsnelheid en het geleverde vermogen van een windturbine bij een gemiddelde windsnelheid van 7 m/s en een shape factor van 2. In stedelijke gebieden is sprake van een hogere terreinruwheid dan in vlakkere gebieden; zoals vlakke landschappen en op zee. Volgens Davenport s ruwheid classificatie behoren steden tot ruwheidsclassificatie 7 of 8, wat voor het gebied een Z 0 van 1.0 m inhoudt (Wieringa, Davenport, Grimmond, & Oke, 2001). De classificatie beschrijving van verschillende type terreinen is weergegeven in Figuur 9.7 in de bijlage. 6

14 3.1.2 Windfluctuaties bij verschillende gebouw hoogtes De fluctuaties in de windstromen hangt sterk af van de verschillende atmosferische lagen. Deze fluctuaties worden beïnvloed door de gebouwde omgeving, hetgeen ervoor zorgt dat ook de hoogtes van de gebouwen in deze berekeningen moeten worden meegenomen. In Figuur 3.2 zijn de verschillende lagen schematisch weergegeven (Oke, 1987, p. 5): Figuur 3.2: Schematische weergave van verschillende windlagen die op verschillende hoogtes van kracht zijn. Voor het onderzoek zullen voornamelijk de surface roughness layer en de turbulance surface layer van toepassing zijn, zoals weergegeven in Figuur 3.2. Volgens Zhong et al. kan de relatie voor windsnelheden voor hoogtes onder 2h; waarin h de hoogte is van het hoogste gebouw in de omgeving, als volgt worden weergegeven (zie vergelijking 3.4) (Jian-Zhong, Hui-Jun, & Kai, 2007, p. 2034): 3.4 Met Uh= windsnelheid op hoogte h, d= displacement hoogte, k= von Karman s constante, z 0 = roughness lengte en u * = friction velocity. De verhouding voor de dimensie loze roughness lengte die hieruit rolt wordt weergegeven in vergelijking 3.5 (Jian-Zhong, Hui-Jun, & Kai, 2007, p. 2034) 3.5 Met α 2 = wake factor, C D = drag factor, λ f = frontal area density (ratio van de totale frontale oppervlakte van alle obstakels t.o.v. de totale oppervlakte die de obstakels in het gebied omvatten). De windsnelheid onder de bepaalde hoogte van obstakels, kan ook worden beschreven a.d.h.v. een exponentieel verband i.p.v. een logaritmisch verband. Dit verband wordt door Heath et al. als volgt weergegeven (zie vergelijking 3.6). Hierin geeft U H de windsnelheid aan bij een hoogte H, a de constante die afhankelijk is van de morfologie van een gebouw en z de roughness length op een bepaalde hoogte (Heath, Walshe, & Watson, 2007, p. 8)

15 3.1.3 Intensiteit van turbulentie in een stedelijk gebied Het ruwe terrein in stedelijke gebieden veroorzaakt een zogenaamde drag in de atmosfeer. Dit fenomeen veroorzaakt turbulentie wat meestal niet ten goede komt aan de prestatie van windturbines. Er dient tijdens de analyse van windstromen rekening gehouden te worden met de intensiteit van deze turbulentie om de prestatie van een turbine vooraf in kaart te kunnen brengen. De verhouding tussen de ratio van de friction velocity= u * en de mean wind speed= U, en de drag coëfficiënt C D, wordt door Roth als volgt weergegeven in 3.7 (Roth, 1993, p. 1106): 3.7 Er is geen ideale (u * /U)^2 ratio, maar deze ligt meestal onder de 0.1. De drag coëfficiënt is van belang in het bepalen van windstromen en heeft tevens invloed op de intensiteit van turbulentie. De turbulentie wordt gedefinieerd als de ratio van de standaard afwijking van de respectievelijke wind component t.o.v. de gemiddelde windsnelheid. Deze wordt weergegeven in vergelijking 3.8 (Roth, 1993, p. 1106): 3.8 U, v en w zijn de 3 componenten van windsnelheid en σ i is de standaard deviatie van de windcomponent. Volgens Kooiman et al. hebben de fluctuaties in de windsnelheid minimale impact op de prestaties van turbines bij I i <0.15. Wanneer er sprake is van frequentere fluctuaties, neemt de prestatie van windturbines ongeveer lineair af met de toename van de fluctuatie I i (Kooiman & Tullis, 2010, p. 389) Stedelijke windturbine plaatsen Tussen 2 gebouwen in: Een windturbine zou geplaatst kunnen worden tussen 2 gebouwen in. Vaak zijn deze gebouwen zodanig ontworpen, dat de wind tussen deze gebouwen wordt gecentreerd. Op deze manier fungeren de gebouwen als een soort trechter die de windstromen versnelt. Echter, in werkelijkheid blijkt deze manier van implementatie enkele problemen met zich mee te brengen. Het ontwerp van de gebouwen moet namelijk optimaal zijn om de energie generatie van de turbines enigszins te versterken. Daarnaast vermoeilijkt de stedelijke omgeving het toepassen van dit principe, aangezien het wegens omstandigheden vaak lastig is om gebouwen in de perfecte windrichting te plaatsen (Mertens S., Wind Energy in urban Areas, 2002, p. 23). Over het algemeen zijn horizontale as windturbines het meest geschikt voor deze toepassing, omdat de wind slechts vanuit één enkele richting tussen de gebouwen beweegt. Hierdoor hoeft het windturbine concept niet over de mogelijkheid te beschikken om wind uit alle windrichtingen om te kunnen zetten in bewegingsenergie. Horizontale as windturbines presteren vaak het beste onder constante, uit één richting komende, windsnelheden in een vrije omgeving en/of op hogere hoogtes (van Bussel & Mertens, 2005, p. 3). Een voorbeeld van een, tussen gebouwen geïmplementeerde, windturbine is weergegeven in Figuur

16 Figuur 3.3: Windturbine gelokaliseerd tussen twee ovaal vormige gebouwen. Bron: (Mertens S., Wind Energy in urban Areas, 2002, p. 22). In een doorgang: Meer energie kan worden opgewekt door gebruik te maken van de versnellende werking van een doorgang in een gebouw. Het drukverschil tussen de loef- en lijzijde van het gebouw veroorzaakt namelijk een versnelde windstroom. Aan de loefzijde heerst een hoge druk en aan de lijzijde een lage druk. Deze wordt veroorzaakt door een stagnatie in de stroming aan de loefzijde en een hoge windsnelheid aan de lijzijde van het gebouw. In deze windstroom zit erg veel energie en kan hierdoor nuttig worden gebruikt voor het genereren van energie (Mertens S., Wind Energy in urban Areas, 2002, p. 23). Horizontale as turbines zijn, volgens dezelfde argumenten als in de voorgaande alinea, geschikt om voor deze toepassing te worden gebruikt. Een voorbeeld van een windturbine, gelokaliseerd in een doorgang van een gebouw, is weergegeven in Figuur 3.4. Figuur 3.4: Windturbine gelokaliseerd in een doorgang van een gebouw, waarin de integratie van een windturbine is meegenomen in het gebouw ontwerp. 9

17 Op het dak/ aan de buitenwand van een gebouw: Tot slot zou een turbine op een dak of aan de buitenwand van een gebouw kunnen worden geïmplementeerd. Uit onderzoek is gebleken dat de windsnelheden dichtbij/rondom gebouwen in de zogenaamde wind speed area tot wel 20% hoger kunnen liggen dan de gemiddelde windsnelheden in de regio (DongHun, 2013, p. 462) (Mertens S., internal report). Dit maakt het bouwen van stedelijke windturbines op deze locaties erg interessant, aangezien deze in de zogenaamde wind speed area geplaatst kunnen worden. Als windturbines op deze manier worden toegepast is er een significant verschil te zien in de energieproductie. Wanneer op daken wordt gebouwd, kan de turbulentie die veroorzaakt is aan één kant van het gebouw, de energie generatie van de turbine aan de andere kant belemmeren. De stroming wordt verspreid op het hoogste punt van het gebouw en komt hierdoor in een 45 graden hoek te staan met het horizontale dak (Mertens S., Wind Energy in urban Areas, 2002, p. 24). Hier dient goed rekening mee gehouden te worden bij het plaatsen van een stedelijke windturbine. Figuur 3.5: Verloop van windstromen op en rondom gebouwen. In Figuur 3.5 is schematisch het verloop van windstromen op gebouwen weergegeven. Hierin zijn de windstromen rondom het gebouw weergegeven die in een hoek van 45 graden staan met de loefzijde van het gebouw. De hoge turbulentie regio is nadelig voor het vermogen van windturbines en kan zelfs defecten aan de windturbine veroorzaken (Mertens S., The energy yield of roof mounted wind turbines, 2003, p. 510). Bij de implementatie van turbines op daken of aan de buitenwand van gebouwen, kan het efficiënter zijn om verticale as turbines te plaatsen. Het voordeel van deze turbines is dat zij ontworpen zijn om de fluctuerende windstromen op en rondom gebouwen op te vangen. Deze turbines staan namelijk niet in één enkele windrichting opgesteld, maar kunnen op de fluctuerende wind inspelen. Desondanks dient er bij de implementatie van verticale as windturbines op gebouwen, alsnog goed rekening te worden gehouden met turbulentie (van Bussel & Mertens, 2005, p. 3). 10

18 3.1.5 Bernoulli en Venturi effect De toenemende snelheid van de wind rondom gebouwen wordt veroorzaakt door het zogenaamde Venturi effect. Dit Venturi effect beschrijft de toename in windsnelheid bij de afname van stroomoppervlak, hetgeen het gevolg is van een drukverlaging in een bepaald gebied. Dit drukverlies is uit te leggen aan de hand van de wet van Bernoulli (Blocken, Moonen, Stathopoulos, & Carmeliet, 2008, p. 2). Deze wet beschrijft het verloop van stromingen van vloeistoffen en gassen en is gerelateerd aan de veranderingen in snelheid en hoogte. De wet van Bernoulli wordt in vergelijking 3.9 weergegeven (Wijngaarden, 2016, p. 98). 3.9 De ρ staat voor de massadichtheid, p voor druk, v voor snelheid, de g voor de valversnelling en de y voor hoogte. De formule geeft aan dat, een verlaging in de druk van een vloeistof of gas, gepaard gaat met een toenemende snelheid van zo n vloeistof of gas. Het verloop van windstromen, zoals geadresseerd in de wet van Bernoulli, is weergegeven in Figuur 3.6 (Wijngaarden, 2016, p. 97). Figuur 3.6: Vloeistof in beweging; waarin de dikgedrukte lijnen een stroomlijn aangeven. Een deeltje met dezelfde dichtheid als de vloeistof, volgt deze lijn. Wanneer luchtdeeltjes door nauwe doorgangen lopen, treedt het zogenaamde Venturi effect op. De druk voor de vernauwing wordt opgevoerd als gevolg van de toenemende snelheid van de vloeistof. Dit Venturi effect treedt op wanneer luchtdeeltjes langs gebouwen stromen. Deze snelle windstromen worden voornamelijk ervaart aan de grond rondom hoge gebouwen. Ook in passages tussen grote gebouwen in, wordt dit zogenaamde tunnel effect versterkt (Stathopoulos & Storms, 1986). In Figuur 3.7 is een Venturi te zien; waarin het verloop van deeltjes door een smalle doorgang wordt weergegeven en gemeten (Wijngaarden, 2016, p. 100). Figuur 3.7: Schematische weergave van een Venturi. 11

19 De formule die hierbij van toepassing is wordt weergegeven in vergelijking 3.10 (Wijngaarden, 2016, p. 100) 3.10 In deze formule wordt de oppervlakte voor de vernauwing (A1) en de oppervlakte na de vernauwing (A2) meegenomen. Uit de formule valt af te leiden dat hoe hoger het oppervlakte verschil, des te hoger het drukverschil tussen beide scenario s. Dit fenomeen komt hierdoor vaak voor in stedelijke gebieden met veel hoogbouw. Relevantie literatuur voor vervolg onderzoek In onderzoeksdeel 2 zal ik niet verder ingaan op de analyse van windturbine concepten die energie genereren aan de hand van het Venturi principe. Windonderzoeken wijzen namelijk uit dat, gebieden met lage turbulentie, de voorkeur hebben voor Venturi windturbines. Gezien het feit dat er veel turbulentie aanwezig is in stedelijke gebieden, valt dit zeer moeilijk te bewerkstelligen. Daarnaast zouden Venturi turbines krommingen met een grote diameter vereisen en moeten de windbuizen na de rotor behoorlijk lang zijn. De implementatie van dit type windturbines in stedelijke omgevingen, wordt hierdoor dus aanzienlijk bemoeilijkt. Kennis over de manier waarop wind zich voortbeweegt en de wijze waarop deze kan fluctueren op bepaalde locaties, is essentieel voor het bepalen van een geschikte locatie voor implementatie. Ook de bewustwording van de verschillende mogelijkheden van implementatie, is van groot belang voor het uitbrengen van een weloverwogen advies. Het plaatsen van windturbines in een doorgang of op het dak/ buitenwand van een gebouw, is een potentiële mogelijkheid in het stationsgebied van Utrecht. 12

20 3.2 Onderzoeksdeel 2: Analyse type stedelijke windturbine Horizontale as windturbine Horizontale as windturbines zijn de meest toegepaste windturbine concepten in de windindustrie. Zoals de naam suggereert, draait de as van deze turbines horizontaal en staat hiermee dus horizontaal t.o.v. de grond. Horizontale windturbines genereren, in vergelijking met verticale as windturbines, meer energie uit een bepaalde hoeveelheid wind. Echter, een voorwaarde hiervoor is dat deze windsnelheid constant is en afkomstig is uit één bepaalde windrichting. Hierdoor worden deze type windturbines vaak toegepast in vlakke omgevingen en gebieden waar weinig fluctuaties in de wind aanwezig zijn. Deze fluctuatie in de wind wordt turbulentie genoemd. (Windpower Engineering & Development, 2009). Horizontale as windturbines zijn onder te verdelen in upwind en downwind concepten. Een turbine wordt upwind genoemd wanneer de positie van de rotor in relatie tot de toren upwind gepositioneerd is. Dit houdt in dat de wind als eerste de rotor passeert en vervolgens de toren. In het geval van een downwind, passeert de wind als eerste de toren en vervolgens de rotoren (Hansen & Butterfield, 1993, p. 116). In Figuur 3.8 zijn upwind en downwind horizontale as windturbines schematisch weergegeven. Figuur 3.8: Schematische weergave van 2 type rotoren configuraties van een horizontale as windturbine. Aan de linkerkant is het upwind concept weergegeven en aan de rechterkant het downwind concept. Bron: (Hansen & Butterfield, 1993, p. 117). 13

21 3.2.2 Verticale as windturbines Verticale windturbines danken hun naam aan het feit dat de roterende as verticaal gepositioneerd is en hiermee verticaal t.o.v. de grond staat. Over het algemeen worden verticale as windturbines vooral toegepast in kleine projecten en in stedelijke gebieden. Deze turbines zijn goed in staat om te functioneren in gebieden met fluctuerende windomstandigheden en turbulentie. Deze turbines zijn in staat om wind uit alle richtingen om te zetten in energie. Om deze reden worden dit type turbines regelmatig toegepast in lager gelegen en terreinruwe gebieden (Windpower Engineering & Development, 2009). De diameter van de rotoren kunnen variëren tussen 1 en 20 m en de power output tussen de 100W en 100 kw (Beller, 2011, p. 63). Verticale as windturbines zijn onder te verdelen in 2 types; namelijk de concepten aangedreven door aerodynamische drag om energie uit de wind te halen en concepten die worden aangedreven door de aerodynamische lift van een airfoil. De Savonius is een concept type dat wordt aangedreven door aerodynamische drag (zie Figuur 3.9). De types Darrieus en H-rotor in deze figuur beschrijven de door aerodynamische lift aangedreven concepten. Het voordeel van het H-rotor concept t.o.v. het Darrieus concept is dat het meer wind vangt. Dit komt omdat het draaiende oppervlak een rechthoek betreft, hetgeen een grotere diameter als gevolg heeft. Echter, er is voor dit concept een sterkere en grotere ondersteunende constructie nodig (Beller, 2011, pp. 64, 65). Figuur 3.9: Verticale as windturbine concepten. Bron: (Beller, 2011, p. 64). 14

22 3.2.3 Conversie van wind naar energie bij horizontale as windturbines In de omzetting van windenergie naar bruikbare energie gaat een hoeveelheid energie verloren. Dit wordt aangeduid als de efficiëntie van de turbine, waarin een deel van de kinetische energie van de wind wordt omgezet in mechanische energie. Het vermogen dat kan worden gegenereerd door het bewegen van de rotoren onder een kracht F, wordt in vergelijking 3.11 weergegeven. Hierin is F een functie θ(v-u) met θ=(0). Er kan alleen arbeid worden verkregen uit de wind bij gemiddelde windsnelheden. Hierbij geldt: 0 < u < v (Wijngaarden, 2016, pp. 123, 124) Het verloop van de windsnelheden voor en na de omzetting van de turbine wordt weergegeven in Figuur 3.10 (Wijngaarden, 2016, p. 125): Figuur 3.10: Verloop van winddeeltjes voor en nadat deze in aanraking zijn gekomen met de rotoren van een turbine. De windsnelheid en de oppervlakte van de wind voordat deze door de turbine stroomt, wordt aangegeven met respectievelijk U 0 en A 0. Op het moment dat de wind op de rotoren valt worden deze aangeven met U 1 en A 1. Wanneer deze windstromen de turbine hebben verlaten worden ze aangeduid met U 2 en A 2. Zoals te zien is in Figuur 3.10, neemt de oppervlakte van de winddeeltjes toe nadat deze door de turbine is gestroomd. De snelheid U 2 is lager dan U 1, aangezien een deel van de kracht in de wind wordt opgenomen en omgezet door de turbine. Deze kracht in de wind valt te beschrijven aan de hand van vergelijking 3.12 (Wijngaarden, 2016, p. 126): P = de k dt = 1 2 Aρu Het vermogen is gelijk aan de kinetische energie per tijdseenheid (zie vergelijking 3.12). In deze formule is A de oppervlakte van de wind, ρ de dichtheid van de lucht en u de windsnelheid. Merk op dat het vermogen wat door de turbine wordt opgevangen, gelijk is aan het verschil tussen het vermogen voor en na de turbine: P= P 0 -P Thrust op de windturbine Gezien het feit dat het lineaire momentum altijd wordt geconserveerd, is er een kracht nodig die de windsnelheid doet afnemen. Deze kracht, afgeleid uit de 3 e wet van Newton, wordt de Thrust genoemd en wordt veroorzaakt door het drukverschil voor en na de rotoren. De lage druk achter- en de hoge druk voor de turbine manifesteren deze kracht, wat zorgt voor een gebalanceerd momentum. De formule van de Thrust is te zien in vergelijking 3.13 (Grogg, 2005, p. 9). 15

23 Het vermogen dat wordt genereerd uit de wind valt te beredeneren met het principe van de Thrust. Twee formules voor de opgenomen wind dienen gelijk gesteld te worden aan elkaar om dit vermogen in formulevorm te noteren. De afleiding van de formule voor het totale vermogen dat wordt opgenomen uit de wind, wordt weergegeven in vergelijking 3.14 (Wijngaarden, 2016, pp. 127,128) Wanneer het opgenomen vermogen bekend is, kan de ratio tussen het opgevangen vermogen en het vermogen in de wind worden bepaald. Deze ratio wordt de Power Coëfficiënt (Cp) genoemd en wordt in vergelijking 3.15 weergegeven (Wijngaarden, 2016, p. 128): 3.15 Als ik de induction factor α meeneem in de formule voor de totale vermogen generatie, kan dat als volgt gedefinieerd worden (zie vergelijking 3.16): 3.16 Deze induction factor is de afname in windsnelheid nadat het in aanraking is geweest met de rotoren van de windturbine. Deze is gebaseerd op de hoeveelheid energie die is opgenomen door de rotoren van de windturbine (Grogg, 2005, p. 9) Rotor design windturbine Een windturbine ontwerp is optimaal wanneer de windsnelheid na de turbine 1/3 is van de onaangetaste windsnelheid vóór de turbine. Hierbij dient rekening te worden gehouden met de drag en lift forces die werken op een windturbine rotor. De drag force wordt veroorzaakt door de inkomende windsnelheid. De lift force is de kracht die parallel staat aan de drag force. De lift force zet de rotatie van de bladen in gang en is daarmee de kracht die door de turbine nuttig kan worden gebruikt voor het genereren van energie. Deze theorie ligt ten grondslag aan de werking van horizontale en verticale as turbines. In Figuur 3.11 wordt een schematische weergave van de krachten op een turbine weergegeven (Wijngaarden, 2016, p. 134). 16

24 Figuur 3.11: Schematische weergave van de krachten die werken op een windturbine. Zoals te zien is in Figuur 3.11, is de wind invalshoek van groot belang voor de efficiëntie van de turbine. Deze factor moet worden meegenomen bij de implementatie. De drag en lift force worden in vergelijking 3.17 in formulevorm weergegeven. Hierin zijn C D en C l de drag- en lift coëfficiënt, ρ de dichtheid van de lucht, ω de breedte van de rotor, l de lengte van de rotor en v de windsnelheid (Wijngaarden, 2016, p. 132) Opbrengst van een gebouw gebonden stedelijke windturbine De gemiddelde jaaropbrengst van een windturbine kan geschat worden a.d.h.v. de gemiddelde windsnelheid (Vgem) op as hoogte en het rotoroppervlak. Deze jaaropbrengst kan aan de hand van vergelijking 3.18 geschat worden (Meijers, 2005, p. 107): Hierin is v de jaargemiddelde windsnelheid op as hoogte, E de energieopbrengst per m 2 rotoroppervlak in kwh en b de opbrengstfactor. Deze opbrengstfactor is afhankelijk van de locatie, constructie en windsnelheid. Deze varieert tussen de 2,5 en 3,5. In Tabel 3.1 is een overzicht van de opbrengstfactoren bij verschillende windsnelheden weergegeven (Meijers, 2005, p. 107) Tabel 3.1: Tabel met opbrengstfactoren bij verschillende windsnelheden. 17

25 3.2.7 Onderlinge afstand tussen stedelijke windturbines Bij het plaatsen van meerdere windturbines naast elkaar, moet rekening worden gehouden met de onderlinge afstand tussen windturbines. Dit heeft te maken met verschillende factoren waarbij de efficiëntie en veiligheid in het geding kunnen komen. Ondanks het feit dat men momenteel nog niet veel ervaring heeft met het plaatsen van meerdere stedelijke windturbines naast elkaar, hanteren de meeste fabrikanten een afstand van 3 maal de rotordiameter. Deze afstand is schematisch weergegeven in Figuur 3.12 (RenCom, 2010, p. 20). Figuur 3.12: Onderlinge afstand bij plaatsing stedelijke windturbines. Relevantie literatuur voor vervolg onderzoek De kennis over type windturbines, gebruik ik bij het koppelen van windturbine concepten aan locaties in het stationsgebied. Zowel horizontale- als verticale as windturbines kunnen toegevoegde waarde leveren en zijn daarom het overwegen waard. Implementatie van een bepaald type turbine zal afhankelijk zijn van de mate van turbulentie op een bewuste locatie. De kennis over de conversie van wind naar windenergie is nuttig voor de keuze van de locatie. Deze literatuur gebruik ik om de omstandigheden voor een bepaald type windturbine te optimaliseren in het stationsgebied. Daarnaast kan het plaatsen van meerdere turbines investerings- en energiegeneratie voordelen met zich meebrengen. Kennis over het plaatsen van meerdere windturbines is essentieel voor het trekken van een wetenschappelijke conclusie en het uitbrengen van een advies. 18

26 3.3 Advies Green Business Club Utrecht Centraal DESTEP voor externe analyse Voor het maken van een externe bedrijfsanalyse wordt vaak het DESTEP model gebruikt. Dit model behandelt verschillende factoren vanuit een macro perspectief en levert zinvolle informatie op voor een bedrijf. Deze factoren zijn vaak lastig te beïnvloeden, maar wel van belang om van op de hoogte te zijn. De verschillende factoren die in een DESTEP analyse aan bod komen zijn: demografische, economische, sociaal-culturele, technologische, ecologische en politieke factoren. De belangrijkste factoren uit een DESTEP model kunnen later in een SWOTanalyse worden opgenomen (Management Goeroes, 2016). In Figuur 3.13 is het DESTEP model schematisch weergegeven: Figuur 3.13: Schematische weergave DESTEP model. Bron: (Marketing Insider, 2016). Demografische factoren hebben betrekking op verschillende vraagstukken gaande over de grootte en potentie van de markt. Bij economische factoren wordt gekeken naar de kosten en staat van de economie. Deze zijn relevant voor het implementeren of verkopen van een bepaald(e) product of dienst. De sociaal-culturele factoren beschrijven de manier waarop consumenten reageren op het geleverde product of de geopereerde dienst. Normen, waarden en persoonlijke omstandigheden zijn grotendeels factoren die hierop van invloed zijn. In het technologische component wordt hoofdzakelijk gekeken naar de beschikbaarheid van techniek en de manier waarop deze ingezet kan worden binnen een bepaalde branche. De haalbaarheid van de techniek moet hierbij tevens in acht worden genomen. Daarnaast is het van belang om rekening te houden met de ecologische factoren in de externe analyse; waarin wordt gekeken naar de invloed van omgevingsfactoren op de bedrijfsvoering. Er wordt rekening gehouden met de invloed die het product/dienst op de omgeving uitoefent. Tot slot spelen de politieke factoren een rol binnen het DESTEP model. Onder deze factor vallen de subsidies en wetgeving die op het product/dienst van toepassing zijn (Management Goeroes, 2016) Sociale acceptatie Uit onderzoek is gebleken dat de sociale acceptatie voor verdere ontwikkeling en implementatie van windenergie aanzienlijk hoger ligt dan het blijven stimuleren van fossiele brandstoffen en nucleaire energie (House of Lords Select Committee on the European Community, 1988). Verder heeft een algemene pool uitgewezen dat een overgroot deel van de bevolking de transitie naar wind energie stimuleert over conventionele brandstoffen. Het stimulatie percentage ligt op 79% in Canada, 90% in Engeland en 82% in Denemarken (Canadian Wind Energy Association and Environmental Monitor, 1995), (Simon, 2016), (Danish Wind Turbine Manufacturers Association, 1993). 19

27 Het is allereerst van belang om te weten wat de grootste belemmeringen zijn voor mensen om een transitie naar windenergie te maken. Uit onderzoek is gebleken dat visuele impacts en geluid van windturbines de grootste weerstand opleveren (Simon, 2016). Dit is voornamelijk van toepassing op grote windturbines. Uit de poll is gebleken dat de visuele belemmering voornamelijk betrekking heeft op de vervuiling van het landschap. Daarnaast wordt de geluidsoverlast van turbines vaak veroorzaakt door de rotatie van de bladen. Ook worden aantasting van wildlife, lage betrouwbaarheid, hoge kosten, lage efficiëntie en wantrouwen vaak genoemd als argumenten tegen windenergie. Deze publieke weerstand is vaak het gevolg van een omgevingsverandering. Dit wordt het not in my backyard syndroom (NIMBY) genoemd (Devine-Wright, 2005, pp ). Het NIMBY principe wordt door M. Wolsink in Figuur 3.14 schematisch weergegeven. Hierin maakt hij een onderscheid tussen verschillende motieven die zijn gebaseerd op de aspecten; VISUAL, ANNOYING en CLEAN (Wolsink, 2000, pp ). Figuur 3.14: Directe en indirecte argumenten en motieven die weerstand veroorzaken bij het implementeren van windturbine projecten. In de figuur worden verschillende factoren beschreven en wordt hun onderlinge relatie uiteengezet. VISUAL heeft betrekking op de uiterlijke kenmerken van een turbine, CLEAN heeft betrekking op milieu aspecten, ANNOY beschrijft de gevolgen die windturbines met zich meebrengen, EFFIC beschrijft de politieke voortvarendheid, WPATTIT beschrijft de houding t.o.v. windenergie en WTRESIST zet de acties en weerstand tegen de implementatie van windenergie uiteen. Zoals te zien is in Figuur 3.14, beïnvloeden de factoren CLEAN en VISUAL direct de wind power attitude. Echter, er is geen directe relatie tussen ANNOY en ATTITUDE. Dit houdt in dat de houding t.o.v. windenergie dus niet wordt beïnvloed door motieven die zijn gebaseerd op geluid en wildlife. Verder blijkt dat de factoren ANNOY, NIMBY en EFFIC direct leiden tot windturbine resistentie. Relevantie literatuur voor vervolg onderzoek Bij het uitbrengen van een advies aan de Green Business Club, houd ik rekening met de verschillende factoren die aan bod komen in het DESTEP model. De factoren die aan bod komen in het model zijn gericht op het uitvoeren van een externe analyse en dienen daarom in acht te worden genomen bij het geven van een advies. Daarnaast is het is van belang om bij de aanbeveling rekening te houden met de verschillende aspecten die de implementatie van windturbines mogelijk tegen kunnen werken. Wanneer deze weerstand (deels) kan worden weggenomen, heeft de markt voor windenergie een grote potentie. 20

28 3.4 Vergunningen Stedelijke windturbines maken onderdeel uit van de wet algemene bepalingen omgevingsrecht (WABO), welke in werking is getreden per 1 oktober Sinds deze datum hoeven geen aparte aanvragen meer te worden gedaan voor bouw- en milieuvergunningen, maar dient er slechts één vergunningsaanvraag te worden ingediend. In het kader van het activiteitenbesluit Milieubeheer, dient een melding ter registratie van een windturbine te worden gedaan (Rijksdienst voor Ondernemend Nederland, 2015, p. 3). Gedurende het vergunningstraject komen achter de schermen onderstaande factoren aan bod: Allereerst wordt er gekeken naar de omgevingsvergunning. In dit traject wordt kort bekeken of het project vergunningswaardig is en niet in een later stadium zal worden afgewezen. Gedurende dit stadium kan een vooroverleg met de gemeente plaatsvinden. Vervolgens wordt in het bestemmingsplan vastgelegd hoe het project zal gaan verlopen en hoe deze eruit zal komen te zien. Hierin worden o.a. locatie, omvang en doel meegenomen. Wanneer de maximaal toegestane hoogte wordt overschreden, is er een mogelijkheid tot ontheffing. Wanneer de rotordiameter kleiner is dan 2 meter, hoeft er enkel een bouwvergunning te worden aangevraagd (Club Green, 2016) (RenCom, 2010, pp. 26, 27). Voor stedelijke windturbines zal hoogstwaarschijnlijk dus enkel een bouwvergunningen moeten worden verkregen. Verder wordt er gekeken naar de welstand. Hierin wordt aandacht besteed aan waar en hoe er binnen de gemeente gebouwd mag worden. Ook wordt gekeken naar de toevoegde waarde van de windturbine in de omgeving. Hierbij dient het turbine concept visueel acceptabel te zijn en bij de architectuur van gebouwen te passen. Voor het verkrijgen van een vergunning, moet de windturbine bovendien bijdragen aan de energiebehoefte. Ook wordt in het bouwbesluit de veiligheid getoetst van de algemene constructie en de overige onderdelen. Belastingen die van invloed zijn op het gebouw waar de turbine op wordt gebouwd zijn tevens een belangrijk onderdeel. Wanneer deze factoren in orde zijn, wordt tot slot het project beoordeeld op enkele milieuaspecten en dient het te voldoen aan de Wet milieubeheer (Rijksdienst voor Ondernemend Nederland, 2015, p. 3). Wanneer het project aan al deze factoren voldoet, is de WABO aanvraag succesvol verlopen. 3.5 Subsidies Tot op heden zijn er geen stimuleringsregelingen voor specifiek kleine (stedelijke) windturbines van kracht. Er kan wel gebruik gemaakt worden van algemene subsidieregelingen die gericht zijn op het stimuleren van duurzame energieën; zoals de Energie Investeringsaftrek (EIA), de Stimulering Duurzame Energie regeling (SDE) en de Topsector Energieregelingen. De SDE regeling is normaal gesproken van kracht voor grote windturbines, maar kan ook aangevraagd worden voor stedelijke turbines (Rijksdienst voor Ondernemend Nederland, 2015, p. 3). De volgende subsidies zijn erg interessant om bij de implementatie van de stedelijke windturbines aan te vragen Energie Investeringsaftrek De EIA is een investering subsidieregeling die het mogelijk maakt om fiscale aftrek op de investeringskosten voor bedrijven te realiseren. Deze kosten dienen te worden gemaakt voor duurzame energiebesparende middelen. Met behulp van deze energieregeling gaan de investeringskosten omlaag en dient er dus minder belasting te worden betaald door het bedrijf. Met deze investeringsaftrek is het mogelijk om maximaal 41,5% van de investeringskosten, met een maximum van 6000 per kw, in duurzame energie af te trekken van de fiscale winst. Deze komt bovenop de gebruikelijke afschrijving van de investering. Voor kleinere windturbines met een vermogen onder de 25 kw, bedraagt de maximale aftrek 3000 (Duurzame 21

29 Energiebronnen, 2016). Dit leidt tot een vermindering van de vennootschapsbelasting en inkomstenbelasting. De investeringskosten die in aanmerking komen voor de EIA zijn de aanschafskosten, voortbrengingskosten, kosten van aanpassingen aan bestaande bedrijfsmiddelen en EPA- advieskosten voor maatwerk (Rijksdienst voor Ondernemend Nederland, 2016, pp. 3,4). De netto korting van de EIA bedraagt gemiddeld 10% van de totale investering (Rijksdienst voor Ondernemend Nederland, 2015, p. 3) SDE-regeling Bedrijven die duurzamer energie gaan produceren, kunnen aanspraak maken op de SDE subsidie. De SDE- regeling kan worden bestempeld als een exploitatiesubsidie. Met de komst van de SDE subsidie stimuleert de overheid de toename in de hoeveelheid duurzaam opgewekte energie in Nederland (Rijksdienst voor Ondernemend Nederland, 2015, p. 3). Voor kleine windturbines is het tevens mogelijk om een aanvraag voor de SDE regeling in te dienen. Hierbij wordt gebruik gemaakt van de subsidies voor grote windturbines. Het bedrag dat wordt vergoed bedraagt 0,03 / kwh (8,8 cent 5,8 cent correctiebedrag) en wordt uitgekeerd wanneer opgewekte energie wordt geleverd aan het net. Hierbij wordt van 1760 of 2120 vollasturen uitgegaan (Duurzame Energiebronnen, 2016). Echter, voor windturbines op kleine schaal is een salderingswet van kracht. Deze houdt in dat de energie die wordt terug geleverd aan het net tot 5000 kwh afgetrokken mag worden van het verbruik. Dit levert een opbrengst van tussen de 15 en 25 cent, afhankelijk van het type gebruiker (Duurzame Energiebronnen, 2016). Gezien het feit dat het subsidie bedrag erg laag ligt en met kleine windturbines vaak energie voor eigen gebruik wordt gegenereerd, is de aanvraag van SDE subsidie niet altijd aantrekkelijk (RenCom, 2010, p. 22). De gemeente Utrecht heeft geen extra subsidieregeling m.b.t. stimulering van kleine windturbines Maatschappelijk Verantwoord Innoveren MVI Energie (TSE) De TSE beaamt om energie innovaties tot stand te brengen die de aspecten groen en groei aan elkaar koppelen. Het hoofddoel van deze regeling is om in Nederland de welvaart, concurrentiekracht en werkgelegenheid te stimuleren. MVI is een onderdeel van de Topsector Energieregelingen (TSE). (RVO, 2016). De MVI regeling heeft als doel om veelbelovende energie innovaties op een succesvolle manier te implementeren in de maatschappij. Het is bij maatschappelijk verantwoord ondernemen niet enkel van belang om een nieuw draagvlak voor een innovatie te creëren. Zo dient er vooraf rekening te worden gehouden met de maatschappelijke gevolgen die de innovatie met zich mee brengt, om zo gewenste en verantwoorde innovaties te realiseren. De subsidie faciliteert een multidisciplinaire aanpak in het beginstadium van de innovatie, met als doel de slagingskans te vergroten. Deze subsidie kan worden aangevraagd tussen 1 juli en 25 oktober 2016 (RVO, 2016). Relevantie literatuur voor vervolg onderzoek Het DESTEP model beschrijft verschillende factoren die van belang zijn voor de totstandkoming van een alomvattend advies. Hierbij houdt het model tevens rekening met verschillende stakeholders en maatschappelijke aspecten; welke een aanzienlijk grote rol spelen bij de implementatie. Daarom zal ik aan de hand van deze DESTEP analyse mijn advies aan de GBC Utrecht Centraal uitbrengen. De aanvraag voor subsidies is zeer aantrekkelijk bij het implementeren van stedelijke windturbines. Echter, de SDE en EIA kunnen niet gecombineerd worden aangevraagd. Afhankelijk van het verloop van de subsidieaanvraag dienen hierop vervolgstappen te worden gezet. 22

30 4 Methode 4.1 Onderzoeksopzet Wetenschappelijk onderzoek wordt op verschillende manieren uitgevoerd. Afhankelijk van het type onderzoek, wordt er een keuze gemaakt voor een bepaalde onderzoeksopzet. Gezien de multidisciplinaire opbouw van mijn onderzoek, maak ik gebruik van een onderzoeksmethode waarin verschillende dataverzamelingstechnieken aan bod komen. Mijn onderzoek zal voor het grootste deel overeenkomen met het Functionalistic Research Process ; zoals beschreven door Bhattacherjee (Bhattacherjee, 2012, p. 20). Deze is schematisch weergegeven in Figuur 4.1. Figuur 4.1: Functionalistic Research Process. Exploration In dit deel van het onderzoek ga ik opzoek naar de achterliggende literatuur en overige belangrijke theorieën die gerelateerd zijn aan windenergie. Aan de hand van deze achtergrondkennis stel ik hoofd- en deelvragen op die ik beantwoord in het onderzoek. Research Design Dit deel spitst zich toe op alle handelingen die moeten worden verricht om de onderzoeksvragen op een goede manier te beantwoorden. Ik prioriteer onderzoekselementen en beschrijf deze op een duidelijke manier in de onderzoeksmethode. Deze elementen worden vervolgens samengevoegd tot een overkoepelende onderzoeksstrategie. Aan het eind van de research design schrijf ik een research proposal ; waarin beslissingen uit voorgaande onderdelen worden samengevat. Research Execution In dit deel van het onderzoek beschrijf, analyseer en test ik data. De analyse van deze data is essentieel voor het verkrijgen van relevante informatie ten behoeve van de conclusie. Dit deel werkt toe naar het uiteindelijke research report; waarin alle relevante data en stappen uit het onderzoek staan beschreven. Voor de totstandkoming van mijn eindconsult, begin ik met het analyseren en uiteenzetten van windsnelheden op- en rondom gebouwen in het stationsgebied. Nadat ik de locaties met gunstigste windomstandigheden heb gevonden, spits ik me toe op bijpassende windturbine concepten. Deze concepten valideer en beschrijf ik aan de hand van enkele criteria met een 23

31 bepaalde weegfactor. Tot slot volgen mijn conclusies, aanbevelingen en eindadvies. De grote lijn van mijn onderzoeksopzet is weergegeven in Figuur 4.2: Theoretisch kader Literatuurbeschrijving Wind- en omgevingsanalyse Analyse stedelijke windturbines Advies aan GBC Utrecht Centraal Figuur 4.2: Onderzoeksopzet van het verslag. 4.2 Dataverzameling Voor het verkrijgen van informatie en data, maak ik gebruik van een combinatie van verschillende dataverzamelingstechnieken. Allereerst valideer ik mijn gehanteerde criteria voor windturbine concepten a.d.h.v. factoren uit het DESTEP model (Marketingmodellen, 2016). Dit houdt in dat ik mijn turbine concepten onderzoek a.d.h.v. demografische, economische, sociaalculturele, technologische, ecologische en politiek-juridische factoren (zie figuur 1.3.3). Aan de hand van deze criteria vergelijk en structureer ik mijn windturbine concepten. Onderzoeksdeel 1 Het eerste deel is voornamelijk gebaseerd op literatuuronderzoek, waarin ik via wetenschappelijke artikelen en/of rapporten de windsnelheden en fluctuaties in de wind bestudeer en achterhaal. De windrapporten vraag ik op bij de gemeente en/of bij leden van de GBC Utrecht Centraal. Ik gebruik deze informatie om potentiële locaties voor windenergie in kaart te brengen. Onderzoeksdeel 2 Het 2 e deel van mijn onderzoek bestaat opnieuw voor een groot deel uit literatuuronderzoek. Ik onderzoek verschillende type windturbines; voornamelijk verticale as turbines en horizontale as turbines. Vervolgens link ik de concepten aan een plaats/ gebied met geschikte wind- en overige omstandigheden. De 5 algemene wet- en regelgeving criteria die ik hanteer voor het maken van een eerste selectie van geschikte concepten voor stedelijke omgevingen, zijn als volgt: a) Geluid b) Slagschaduw c) Ongevalsrisico d) Ecologie e) Ijsval 24

32 Mijn definitieve keuze voor een windturbine die op elk van de 3 locaties geïmplementeerd kan worden, baseer ik aan de hand van de volgende 2 criteria: a) Energieproductie per m 2 b) Netto contante waarde van het eigen vermogen Ik maak gebruik van een kwalitatieve analyse methode om de uitkomsten van mijn technische literatuuronderzoek te valideren en testen. Het doel hiervan is om mijn onderzoeksresultaten voor te leggen aan experts die mijn onderzoeksresultaten kunnen valideren. Dit stelt mij in staat om tot een goede en weloverwogen aanbeveling te komen. De partij die hierbij helpt is het ingenieursbureau Movares. Dit bedrijf maakt tevens deel uit van de Green Business Club Utrecht Centraal. Advies aan GBC Utrecht Centraal De belangen van de stakeholders wegen mee in de totstandkoming van het implementatieplan. In dit stuk stel ik, a.d.h.v. de in onderzoeksdeel 1 en 2 verkregen informatie, een advies op voor de Green Business Club. Dit betreft een passend advies waarbij o.a. rekening wordt gehouden met subsidies, de wensen van verschillende stakeholders en de voor- en nadelen van de locatie. Ik gebruik het DESTEP model als uitgangspunt voor mijn advies. 4.3 Beperkingen onderzoek Het onderzoek kan worden bestempeld als zijnde een deductief onderzoek. Dit houdt in dat het voornaamste doel van het onderzoek is om theorieën en concepten te testen aan de hand van empirische data (Bhattacherjee, 2012, p. 3). Gezien het multidisciplinaire karakter van mijn onderzoek, is het niet eenvoudig om met behulp van data alle theorieën en concepten te valideren. Het probleem is namelijk dat niet al deze criteria specifiek te testen of te meten zijn. Er zijn regelmatig meerdere factoren die deze criteria beïnvloeden, hetgeen het verkrijgen van een wetenschappelijke conclusie vermoeilijkt. Daarom vorm ik, m.b.v. weegfactoren, op een wetenschappelijke manier mijn conclusie. Deze weegfactoren zijn samengesteld in samenspraak met de partijen van de GBC Utrecht Centraal. 25

33 5 Onderzoeksdeel 1 In dit onderzoeksdeel geef ik antwoord op de volgende vragen: 1) Wat bedragen de overschrijdingskansen van de drempelwaarde van windhinder p (v lok > v DR;H ) op specifieke locaties rondom/ op de gebouwen in het stationsgebied? 2) Op welke 3 locaties met de hoogste overschrijdingskansen van windhinder, kunnen windturbines worden geplaatst? Allereerst analyseer ik de resultaten uit windhinder onderzoeken om de potentiële locaties voor windenergie in kaart te brengen. Vervolgens benoem ik, rekening houdend met de achterliggende literatuur, 3 potentiële locaties voor implementatie in het stationsgebied. 5.1 Resultaten potentiële locaties voor implementatie windenergie Onderzoeksgebied Het onderzoeksgebied voor de implementatie van stedelijke windturbines betreft het stationsgebied zoals aangegeven in Figuur 5.1. Figuur 5.1: Onderzoeksgebied voor implementatie windenergie. Voor de bebouwde omgeving in- en rondom het stationsgebied is verschillende wet- en regelgeving van kracht. De factoren waar rekening mee gehouden dient te worden voor windenergieprojecten in dit gebied zijn: geluid, slagschaduw, ijsval en ongevalsrisico s en ecologie. Deze factoren komen verder aan bod in onderzoeksdeel 2. 26

34 5.1.2 Windanalyse De bebouwde omgeving van steden is per situatie verschillend. Als gevolg hiervan is ook het windklimaat per situatie verschillend. Om deze reden dient voor de implementatie van een stedelijke windturbine, de windsnelheden op specifieke locaties geanalyseerd te worden. Echter, het is van belang om allereerst te kijken naar de gemiddelde windsnelheden in het stationsgebied, zodat deze tevens kunnen worden gebruikt voor de keuze van een specifieke locatie. In Figuur 5.2 zijn de gemiddelde windsnelheden in Utrecht op meso-schaal weergegeven (SenterNovem, 2005). In deze figuur valt af te lezen dat de gemiddelde jaarlijkse windsnelheid in Utrecht 7.0 m/s bedraagt. Voor het bepalen van de gemiddelde windsnelheid op een specifieke locatie in het stationsgebied, dienen windmetingen gedurende een bepaalde periode op locatie te worden verricht. Figuur 5.2: Gemiddelde windsnelheden in Utrecht. 27

35 5.1.3 Gemiddeld aantal vollasturen Volgens de Rijksdienst voor Ondernemend Nederland, ligt het aantal vollasturen per jaar voor de huidige generatie windturbines rond de (RVO, 2016). Voor het bepalen van de gemiddelde windsnelheid op een specifieke locatie in het stationsgebied, dienen windmetingen gedurende een bepaalde periode te worden verricht op locatie. Echter, ik beschik niet over deze windmetingen en zal daarom in mijn onderzoek uitgaan van vollasturen per jaar Onderzoeksopstelling Voor het verkrijgen van de gewenste locatie-specifieke windsnelheden, is het stationsgebied door Peutz in maquettevorm (schaal 1:350) nagebouwd en geplaatst in een windtunnel. Het doel van het onderzoek is om vast te stellen welke windhinder kan worden veroorzaakt door de komst van de nieuwe OVT terminal en overige nieuwbouw. Met behulp van blokken (zie Figuur 5.3) wordt de ruwheid van een stedelijk gebied nagebootst (Z 0 = 1m). Voor de totstandkoming van de windanalyse, worden metingen verricht vanuit 12 windrichtingen en worden er op de gehele maquette 130 meetpunten aangebracht. Vervolgens meet men verschillende aanpassingen (varianten) in de windtunnel en worden, aan de hand van deze aanpassingen aan de bebouwde omgeving, conclusies getrokken. Ik bepaal aan de hand van deze meetgegevens, op welke locatie de grootste windhinder optreedt en welke locatie dus de meeste potentie heeft voor de implementatie van windturbines. De opstelling van de maquette wordt weergegeven in Figuur 5.3 (Otten, Bestemmingsplan Van Sijpesteijnkwartier te Utrecht, 2013, p. 11). Figuur 5.3: Een maquette van het stationsgebied in een windtunnel. 28

36 5.1.5 Meteogegevens De terreinruwheid van een omgeving bepaalt in grote mate het snelheidsprofiel van een turbine. Het is daarom van belang om hier rekening mee te houden. In stedelijke gebieden waar de terreinruwheid vaak groter is dan in open gebieden zal de wind uniform zijn verdeeld, maar zullen de windsnelheden over het algemeen lager liggen (Plomp & Aanen, 2007, pp ). Om dit op een overzichtelijke manier in kaart te brengen wordt gebruik gemaakt van een windroos; waarin zowel de windrichting als de verdeling van de windsterkte wordt weergegeven. Om de meetgegevens te vertalen naar overschrijdingspercentages van de NEN8100 windnorm, wordt gebruik gemaakt van windstatistiek. De windstatistiek wordt berekend met behulp van een applicatie van de NPR Hierin wordt tevens de terreinruwheid, in een straal van 6 km rondom het station, meegenomen. De resultaten hiervan worden weergegeven in Figuur 5.4 (Otten, Bestemmingsplan Van Sijpesteijnkwartier te Utrecht, 2013, p. 7). Figuur 5.4: Links: weergave van de terreinruwheid tot 6 km rondom stationsgebied Utrecht Centraal. Rechts: windroos van Utrecht waarin de richting van windstromen en de verdeling hiervan is weergegeven. De meetresultaten van het stationsgebied betreffen gemiddelde overschrijdingspercentages van windsnelheden per jaar. Uit meetgegevens blijkt dat de wind In het stationsgebied van Utrecht voor het grootste deel van de tijd (30%) uit het zuidwesten waait (Alders, 2014, p. 8). 29

37 5.1.6 Uitkomsten windhinderonderzoek stationsgebied De configuratie opstelling, uit het onderzoek van Peutz, die het dichtste bij de werkelijke bouwplannen van het stationsgebied komt, is variant 4. Deze configuratie bevat de momenteel bestaande bouwsituatie, een gerealiseerde uitwerking van de geplande bebouwing in plangebied Westflank Noord, het jaarbeurspleingebouw, het WTC, het geplande hotel en het casino zonder windhinder maatregelen. Enkel de overkraging is in het werkelijke project niet meegenomen. In Figuur 5.5 is de data uit het windonderzoek weergegeven. Dit betreft de resultaten van het gebied op basis van het meest recente ontwerp van de architect (VO-architecten ontwerp). Er wordt gebruik gemaakt van percentages voor de totstandkoming van windhinder meetgegevens. Het getal dat wordt weergegeven bij de meetpunten in de resultaten, geeft de kans in procenten van het aantal uur per jaar aan dat de lokale snelheid de drempel snelheid overschrijdt. Hoe hoger dit percentage, hoe groter de kans op verhoogde windsnelheden. De potentiële locaties voor de implementatie van windturbines, zijn de locaties met de grootste kans op overschrijding van 5 m/s (drempelwaarde windhinder: V DR;H ). Er is sprake van een kwaliteitsklasse E als deze drempelwaarde wordt overschreden (zie Tabel 5.1). Tabel 5.1: Overzichtstabel met kwaliteitsklasse windhinder. Bron: (DGMR, 2007, p. 9). Figuur 5.5: Resultaten windhinderonderzoek Peutz; waarin per meetpunt een kwaliteitsklasse A-E is gegeven (zie Tabel 5.1). Bron: (Otten, Aanvulling windklimaat WTC Utrecht, 2015, p. 2). 30

38 Figuur 5.6: Schematische weergave van een met rood omlijnd gebied; hetgeen de hoogste windsnelheden indiceert. Uit de figuren valt af te lezen dat bij meetpunt 122 (zie bijlage Figuur 9.10) de hoogste overschrijdingskans van de drempelwaarde voor windhinder, in procenten van het aantal uren per jaar is gemeten; namelijk 23,8%. Bij meetpunt 35 is de 2 e hoogste overschrijdingskans in procenten van het aantal uren per jaar te zien; namelijk 22,9% (zie bijlage Figuur 9.10). Op basis van deze gegevens kan worden gesteld dat op het forum (het gebied tussen het stadskantoor, WTC en Kantoor toren Westflank Noord) de hoogste windsnelheden van kracht zijn. Het desbetreffende gebied is in Figuur 5.6 rood omlijnd. Zoals te zien is Figuur 5.5, is uit het onderzoek gebleken dat op 5 locaties de overschrijdingskans (p) van de drempelwaarde van windhinder (V DR;H = 5.0 m/s), in procenten van het aantal uren per jaar, groter is dan 20 %. Deze statistieken worden samengevat weergegeven in Tabel 5.2. Overschrijdingskans p (v lok > v DR;H ) in Nummer meetpunt (zie bijlage Figuur 9.10) procenten van het aantal uren per jaar 25,6 % ,5 % ,2 % 35 21,7 % ,6 % 120 Tabel 5.2: Top 5 locaties voor windenergie volgens windhinderonderzoek Peutz (Otten, Aanvulling windklimaat WTC Utrecht, 2015, p. 2). 31

39 5.2 Resultaten Knoopkazerne Utrecht Uitkomsten windhinderonderzoek Knoopkazerne In 2013 is door TNO een windtunnelonderzoek uitgevoerd naar het windklimaat rondom het Knoopkazerne complex in Utrecht. Ondanks het feit dat dit gebied momenteel nog in aanbouw is, zijn er reeds al windhinderonderzoeken verricht die bijdragen aan de veiligheid en totstandkoming van de bouwplannen. Voor de totstandkoming van een zo n betrouwbaar mogelijk resultaat, heeft TNO het gebied in maquette vorm (schaal 1:300) nagemaakt en in een windtunnel gesimuleerd. Op de maquette zijn 112 meetpunten aangebracht waarbij op hoofdhoogte (1.75 m) de windsnelheden werden gemeten (Koch, 2011). Het onderzoek maakt gebruik van de windhindercriteria en windroos, zoals eerder aan bod gekomen in het windhinderonderzoek van het stationsgebied (zie Figuur 5.4). Figuur 5.7: Maquette van het Knoopkazerne Utrecht terrein geplaatst in een windtunnel, tijdens een onderzoek van TNO, schaal 1:300. Bron: (Koch, 2011, p. 37). Het windgevaar wordt onderzocht in verschillende bouwfases van het project. Er wordt hier onderscheid gemaakt tussen fase 1,2 en 3; waarbij fase 3 de uiteindelijke gebouwde omgeving representeert. Fase 3b komt het meest overeen met de uiteindelijke situatie en is daarmee het meest relevant voor mijn onderzoek en advies. Fase 3 betreft het Knoopkazerne complex inclusief de gebouwen van fase 1,2 en 3b. Deze situatie komt overeen met configuratie 5 uit het onderzoek en houdt tevens rekening met een uitbouw op gebouw 2a, 2b en een 2 meter overstek naar het maaiveld (Koch, 2011, pp ). De onderzochte configuraties zijn te zien in bijlage Figuur 9.8 en Figuur 9.9. De resultaten van deze configuratie zijn te zien in Figuur

40 Figuur 5.8: Resultaten windhinderonderzoek TNO voor Knoopkazerne terrein. Bron: (Koch, 2011, p. 70). 33

41 Uit Figuur 5.8 blijkt dat bij de meetpunten 21, 14 en 64 de hoogste kans aanwezig is dat de windsnelheid van de drempelwaarde (V DR;H = 5.0 m/s ) wordt overschreden (zie Figuur 9.11 voor desbetreffende meetpunten). Figuur 5.9: Configuratie 5 uit het onderzoek van TNO ; weergegeven vanuit het zuidwesten. Bron: (Koch, 2011, p. 68). In Figuur 5.9 is configuratie 5 uit het onderzoek weergegeven. De hoogste overschrijdingskansen van de V DR;H in procenten van het aantal uren per jaar, zijn gemeten aan de Mineurslaan achter de Rabobank. In het windhinderonderzoek van Peutz (Alders, 2014) is de omgeving van de Rabobank nauwkeuriger nagebouwd in maquettevorm en zijn er tevens meer meetpunten aangebracht rondom het gebouw. Daarom zal ik het windhinderonderzoek van Peutz (Alders, 2014) raadplegen om de potentiële locaties rondom de Rabobank nauwkeuriger te analyseren en in kaart te brengen. 34

42 5.2.2 Uitkomsten windhinderonderzoek Knoopkazerne terrein achter Rabobank Door Peutz is een windhinderonderzoek uitgevoerd naar de specifieke windhinder op het Knoopkazerne terrein grenzend aan de Rabobank. Deze onderzoeksopstelling bevat 25 meetpunten waarbij de windsnelheid wordt gemeten op een gezichtshoogte van 1.75 m. In dit onderzoek is het gebied in een maquette nagebouwd op schaal 1:300, waarna er verschillende simulaties op zijn uitgevoerd. Het onderzoek maakt gebruik van de windhindercriteria en de windroos, zoals beschreven in het windonderzoek in het stationsgebied (Figuur 5.4). In het onderzoek is opnieuw een verdeling gemaakt in bouwfases. Voor mijn onderzoek is enkel fase 3 van toepassing, aangezien deze het totale gebouwde gebied impliceert. (Alders, 2014). In Figuur 5.11 zijn de resultaten weergegeven van de configuratie die van toepassing is voor mijn onderzoek. In deze configuratie is de Rabobank gerealiseerd en gebouwd conform fase 3, inclusief begroeiing aan de Croeselaan. Figuur 5.10: Maquette Knoopkazerne in windtunnel onderzoek Peutz, schaal 1:300. Bron: (Alders, 2014, p. 18). 35

43 Figuur 5.11: Resultaten Knoopkazerneterrein fase 3. Bron: (Alders, 2014, p. 35). Figuur 5.11 geeft aan dat bij de meetpunten 19 en 20 (zie bijlage Figuur 9.12) de hoogste overschrijdingskans van de toegestane windsnelheid (V DR;H = 5.0 m/s ) in procenten van het aantal uren per jaar voor categorie 1 (doorlopen), categorie 2 (slenteren) en categorie 3 (langdurig zitten) is waargenomen. Bij de meetpunten 19 en 20 is de kans dat v lok > v DR;H respectievelijk 24,7% en 26%. Dit is weergegeven in Tabel 5.3. Overschrijdingskans p (v lok > v DR;H ) in Nummer meetpunt (zie bijlage Figuur 9.12) procenten van het aantal uren per jaar 22,8 % 4 24,7 % 19 26,0 % 20 Tabel 5.3: Top 3 locaties met een overschrijdingskans p (v lok > v DR;H ) van het aantal vollasturen per jaar, groter dan 20%. 36

44 5.3 Conclusie onderzoeksdeel 1 In Figuur 5.12 zijn op de kaart de locaties met de hoogste overschrijdingskans p (v lok > v DR;H ) in procenten van het aantal uren per jaar weergegeven. De desbetreffende locaties zijn; locatie Croeselaan (achter de Rabobank) in het Knoopkazerne gebied, Forum (plein tussen het WTC, Kantoor toren Westflank Noord en het stadskantoor) en aan de rand van het dak van de Kantoortoren Westflank Noord. Figuur 5.12: De beste locaties voor implementatie van windturbines zijn met groen gearceerd. De rode kruizen indiceren de exacte locaties met de hoogste overschrijdingskans p (v lok > v DR;H ) in procenten van het aantal vollasturen per jaar Locatie Mineurslaan (achter de Rabobank) in het Knoopkazerne gebied De overschrijdingskans p (v lok > v DR;H ) in procenten van het aantal uren per jaar, is met 26,0% het hoogst op de Mineurslaan (achter de Rabobank) in het Knoopkazerne gebied. Deze locatie wordt aangegeven met meetpunt 20 (zie Tabel 5.3). Deze locatie wordt in het windhinderonderzoek bestempeld als zijnde een gebied met een slecht windklimaat Locatie Forum; plein tussen het WTC, Kantoortoren Westflank Noord en het stadskantoor De overschrijdingskans p (v lok > v DR;H ) in procenten van het aantal uren per jaar bedraagt op deze locatie 25,6%. Deze locatie wordt aangegeven met meetpunt 122 (zie Tabel 5.2). Deze locatie wordt in het windhinderonderzoek bestempeld als zijnde een gebied met een slecht windklimaat Locatie Kantoortoren Westflank Noord De overschrijdingskans p (v lok > v DR;H ) in procenten van het aantal uren per jaar bedraagt op deze locatie 24,5%. Deze locatie wordt aangegeven met meetpunt 126 (zie Tabel 5.2). Deze locatie wordt in het windhinderonderzoek bestempeld als zijnde een gebied met een slecht windklimaat. 37

45 5.4 Discussie onderzoeksdeel 1: Ondanks het feit dat de verschillende gesimuleerde configuraties in de windtunnel dicht bij de werkelijkheid komen, beschik ik meestal niet over een bepaalde configuratie die in de werkelijkheid daadwerkelijk is/ wordt uitgevoerd. In deze onderzoeken worden verschillende gebouw configuraties gesimuleerd, met als doel om projectontwikkelaars tijdig te kunnen adviseren over potentiële windgevaren die de vormgeving van het gebouw teweeg kan brengen. Op deze manier kunnen projectontwikkelaars hun bouwplannen tijdig aanpassen aan de veiligheidsstandaarden. Vaak wordt het definitieve bouwplan samengesteld uit verschillende configuraties. Om deze reden kunnen sommige overschrijdingskansen in mijn aanbeveling enigszins afwijken van de werkelijke snelheden. Voor mijn onderzoek maak ik gebruik van de meest recente bouwplannen en windhinderonderzoeken. Toch bestaat er een mogelijkheid dat toekomstige bebouwing de windomstandigheden op een locatie kan verminderen. Echter, dit hebben de betrokken partijen van de GBC Utrecht niet geheel zelf in de hand. Daarnaast geven de overschrijdingspercentages uit de windhinderonderzoeken een goed beeld van de locaties met hoge windsnelheden. Echter, ik beschik niet over de exacte gemiddelde windsnelheden op deze locaties. Als gevolg hiervan, kan ik de windomstandigheden in het gebied niet volledig in kaart brengen, waardoor ik niet een Weibull distributie kan vormen (zie Figuur 3.1) en het exacte vermogen kan bepalen. Gezien het feit dat ik niet beschik over 24/7 windmetingen op deze locaties, ga ik voor de berekening van de energieproductie uit van de gemiddelde windsnelheid in het stationsgebied van Utrecht. Deze bedraagt 7.0 m/s (zie Figuur 5.2). Verder onderzoek naar de precieze constantheid en snelheid van windstromen op een bepaalde locatie, is nodig om het vermogen van een windturbine nauwkeuriger te kunnen bepalen. 38

46 6 Onderzoeksdeel 2 Dit deel van het onderzoek bouwt verder op de resultaten en conclusie uit onderzoeksdeel 1 m.b.t. de locatiekeuze. Aan de hand van de locatie specifieke windomstandigheden, beschrijf en analyseer ik verschillende windturbine concepten. Ik maak hiervoor een onderscheid tussen horizontale as en verticale as windturbines. Ik geef in dit deel antwoord op de volgende vragen: 1) Welke stedelijke windturbine concepten voldoen aan dealgemene wet- en regelgeving m.b.t. stedelijke gebieden, rekening houdend met de volgende factoren voor ruimtelijke inpasbaarheid? a) Geluid b) Slagschaduw c) Ongevalsrisico d) Ecologie e) Ijsval 2) Welke windturbine zal de grootste toegevoegde waarde hebben voor de 3 vastgestelde locaties in het stationsgebied, uitgaande van de volgende 2 hoofdwaardes? a) Energieproductie per m 2 b) Netto contante waarde van het eigen vermogen 39

47 6.1 Algemene regelgeving voor windturbines in stedelijke gebieden Om te bepalen of het windturbine concept toegepast kan worden op de 3 locaties met de hoogste overschrijdingskans p (v lok > v DR;H ) van het aantal uren per jaar, zal rekening moeten worden gehouden met omgevingsomstandigheden. Deze zijn geluid, slagschaduw windturbines, ongevalsrisico, ecologie en ijsval. Aan de hand van deze eisen, zal ik een eerste selectie maken uit de lijst voor stedelijke windturbines (zie Figuur 9.13 t/m Figuur 9.20) Geluid Windturbine installaties mogen volgens de wet geen overmatige geluidshinder in de omgeving veroorzaken. De geluidsnormen voor windturbines zijn op voordracht van de minister voor volkshuisvesting, ruimtelijke ordening en milieubeheer vastgesteld in het besluit algemene regels voor inrichtingen milieubeheer. In de normering is een onderscheid gemaakt tussen de toegelaten geluidshinder s nachts en overdag. De maximaal toelaatbare geluidshinder op de gevel van gebouwen of bij implementatie op- of aan de grens van gevoelige terreinen, bedraagt 47 db overdag en 41 db s nachts. Dit criterium is tot stand gekomen uit de normering die het activiteitenbesluit hanteert. De normering voor geluidshinder die het activiteitenbesluit hanteert bedraagt 50 db overdag, 45 db in de avond en 40 db in de nacht. Aan de hand van een nieuwe berekeningsmethodiek is de normering m.b.t. windturbines (zie bovenstaand) tot stand gekomen. Het regime handreiking industrielawaai en vergunningsverlening, is van toepassing bij windturbines met een installatiecapaciteit van meer dan 15 Megawatt. In dit geval is er sprake van een vergunningsplicht (Huizinga-Heringa, 2010, pp. 3,6,7). De meetopstellingen voor het geluidsonderzoek en de weergave van de meetopstelling van bovenwinds en benedenwinds, is weergegeven in Figuur 9.1 en Figuur 9.2 in de bijlage Slagschaduw windturbines Wanneer de mast en rotor van een windturbine door de zon worden beschenen, kan dit leiden tot een (bewegende) slagschaduw. Deze schaduw draait met de zon mee en reikt het verste in de winter tijdens zonsopkomst en ondergang. Deze schaduw kan als hinderlijk worden ervaren wanneer deze gedurende de dag op huis- of kantoorramen valt. Om deze reden zijn er regels vastgesteld m.b.t. de toegestane duur en frequentie van slagschaduw. Deze regels zijn voornamelijk van toepassing op grote windturbines. Wanneer de gevoelige objecten binnen 12 maal de rotordiameter liggen, er gemiddeld meer dan 17 dagen in het jaar langer dan 20 minuten op een dag slagschaduw kan optreden en wanneer de uitwendige scheidingsconstructies van gebouwen of woonwagens ramen bevatten, dient de windturbine voorzien te worden van een automatisch afkoppelingssysteem. Dit systeem schakelt de windturbine af wanneer er slagschaduw optreedt. De moderne windturbines hebben een bladpassage met een frequentie van 1,5 Hz. Dit komt overeen met 20 tot 30 omwentelingen per minuut. Wanneer de frequentie tussen de 2,5 en 14 Hz ligt, blijkt dat mensen het meeste last hebben van reflectie van licht en slagschaduw. De materialen van de turbines worden zorgvuldig gekozen zodat lichtschitteringen en slagschaduw zoveel mogelijk worden beperkt. Zo wordt er vaak gekozen voor niet-reflecterende materialen of wordt er een coating laag aangebracht op de desbetreffende onderdelen (Minister van Volkshuisvesting, Ruimtelijke Ordening en Milieubeheer, 2007, pp. Artikel 3.12, 3.13). Deze regels zijn tevens voornamelijk van toepassing op grote windturbines. 40

48 6.1.3 Ongevalsrisico Externe veiligheid: Het ongevalsrisico van windturbines is erg klein, maar dienen toch aan veel veiligheidseisen te voldoen. Turbines ondergaan vaak een risicoanalyse bij het aanvragen van een vergunning. Mogelijke risico s zijn het afbreken van een blad, gondel of een mastbreuk. Het activiteitenbesluit heeft, op het gebied van de gevaren voor kwetsbare en beperkt kwetsbare objecten, de volgende normen vastgesteld (Faasen, Franck, & Taris, Handboek Risicozonering Windturbines, 2014, p. 12): Het risico voor een kwetsbaar object (object buiten de inrichting gelegen) dat wordt veroorzaakt door meerdere of één windturbine(s), ligt niet hoger dan 10 6 % op jaarbasis. Het risico voor een beperkt kwetsbaar object (object buiten de inrichting gelegen) dat wordt veroorzaakt door meerdere of één windturbine(s), ligt niet hoger dan 10 5 % op jaarbasis. De kwetsbare objecten voor het stationsgebied Utrecht Centraal zijn weergegeven in Figuur 6.1 (Interprovinciaal Overleg, 2014). Figuur 6.1: Kaart met kwetsbare objecten in stationsgebied Utrecht Centraal. In Figuur 6.1 is te zien dat er enkele kwetsbare gebieden in de omgeving zijn waar rekening gehouden mee dient te worden. 41

49 6.1.4 Ecologie Windturbines kunnen verschillende nadelige gevolgen hebben voor zowel lokale- als trekvogels. De risico s die windturbines met zich meebrengen voor de vogelpopulatie hangt af van verschillende factoren; waaronder de locatie en de omvang van het windturbineproject, het design van de installatie, de weersomstandigheden en het jaargetij. De gebieden waarin windturbines een bedreiging kunnen vormen voor vogelsoorten zijn door de vogelbescherming in kaart gebracht (zie Figuur 9.6 in de bijlage). Ook heb ik een schematisch overzicht van de gevolgen van windturbines op vogels in de bijlage opgenomen (zie Figuur 9.5). De effecten die (voornamelijk grote) windturbines op vogels kunnen hebben zijn als volgt (Winkelman, Kistenkas, & Epe, 2008, pp. 43,44): Lethale invloeden: Het direct overlijden van vogels door aanraking met onderdelen van turbines Turbulentie veroorzaakt door draaiende rotoren Aanvaring met windturbine gerelateerde constructies; zoals masten, gebouwen en leidingen. Niet-lethale invloeden Het plaatsen van windturbine installaties kunnen leiden tot biotoopverlies; wat op den duur de populatie van een vogelsoort kan verstoren. De implementatie van windturbine installaties kan leiden tot een modificatie van de biotoop; wat de verstoring van de levenskwaliteit tot gevolg heeft. Toenemende activiteiten van de mens, verdeling in het landgebruik en fragmentatie kunnen hiervan de oorzaak zijn. Bepaalde locaties worden door de fysieke aanwezigheid van windturbine installaties vermeden door vogels. Vliegruimte en doorgangen kunnen worden aangetast wanneer windturbines in operatie worden genomen. Zowel vleermuizen als vogels zijn beschermd door de flora- en faunawet. Wanneer vogelsoorten op regelmatige basis worden gedood ten gevolge van windturbines, is een ontheffing vereist. Voordat de ontheffing kan worden verleend, moet er één van onderstaande belangen uit de vogelrichtlijn van kracht zijn (Rijksdienst voor Ondernemend Nederland, 2016): De bescherming van flora en fauna De openbare veiligheid en volksgezondheid De veiligheid van het luchtverkeer Voordat de ontheffing kan worden geëist t.b.v. de bescherming van vleermuizen, moet één van de volgende belangen conform de Habitatrichtlijn van kracht zijn (Rijksdienst voor Ondernemend Nederland, 2016): Er moet sprake zijn van een groot openbaar belang De openbare veiligheid of volksgezondheid moet in het geding zijn De flora en fauna moeten beschermd worden De Wet milieubeheer is niet van toepassing voor turbines met een diameter kleiner dan 2 meter (Anne Elsen milieu-advies, 2006, p. 5). Daarnaast zal een stedelijke windturbine in het stationsgebied van Utrecht Centraal niet tot nauwelijks invloed hebben op de flora en fauna in de omgeving. Desondanks, dient er bij implementatie uiteraard rekening te worden gehouden met ecologische factoren. 42

50 6.1.5 Ijsval IJsafzetting op de bladen van windturbines is een veelvoorkomend fenomeen gedurende de winter periode. Als er ijsvorming plaatsvindt op turbine bladen (voornamelijk bij stilstand), bestaat er een kans dat deze van de bladen afvalt wanneer de windturbine in operatie is. Dit kan een gevaarlijke situatie veroorzaken voor passanten. In het Besluit Voorzieningen en Installaties Milieubeheer is vastgelegd dat windturbines wettelijk niet mogen opstarten wanneer er ijsafzetting op de bladen heeft plaatsgevonden (Rooker, 2010, pp ). Aan de hand van observaties is vastgesteld dat afvallend ijs in een rechthoekig gebied rondom de windturbine belandt. Dit gebied is schematisch weergegeven in Figuur 6.2. Figuur 6.2: Schematische weergave van het gebied (gearceerde rechthoekige gebied) waarin ijsafzetting terecht kan komen. In het Handboek Risicozonering Windturbines is vastgesteld dat b gelijk is aan 1/3 van de masthoogte en de lengte gelijk aan de rotordiameter van de turbine (zie Figuur 6.2). In het handboek is tevens opgenomen dat zich, maximaal 2 keer per jaar, de situatie voordoet dat er ijsafzetting plaatsvindt (Faasen, Franck, & Taris, Handboek Risicozonering Windturbines, 2014, pp. C-38). De overlijdenskans van een passant als gevolg van ijsval mag volgens het IPR-criterium niet hoger zijn dan 10 6 %. Deze kans wordt aan de hand van vergelijking 6.1 bepaald. 6.1 In deze formule is A de frequentie van ijsval (/jaar), B de verblijftijdsfractie van het gebied met mogelijke ijsval (/jaar), C het fractiegebied dat getroffen is door mogelijke ijsval t.o.v. het rotor overdraaigebied (/jaar), D de kans op het treffen van een bepaald gebied gegeven ijsval (/jaar) en E de overlijdensfractie van een passant die is getroffen door ijsval (/jaar) (Rooker, 2010, p. 30). 43

51 Voorselectie windturbines In Figuur 9.13 t/m Figuur 9.22 (zie bijlage) zijn specificaties en prijsindicaties van verschillende stedelijke windturbines weergegeven. Hierbij zijn de prijzen incl. turbine, gemiddelde lengte mast en basisapparatuur en exclusief BTW, transport en montage. Uit de algemene wet- en regelgeving voor stedelijke windturbines, valt te concluderen dat een windturbine concept; met een diameter van onder de 2 meter en een geluidsgeneratie onder de 41 db, op elk van de vastgestelde locaties geïmplementeerd kan worden. Dit houdt in dat ik van alle stedelijke turbine concepten de volgende windturbine concepten uit Figuur 9.13 t/m Figuur 9.22 (zie bijlage); op basis van hun rotor diameter, verder zal gaan analyseren: Energy Ball V100 TWFI-1.6 Piqo Energy Ball V200 Ropatec Easy Vertical Windside WS-4B SWIFT Turby Deze eerste selectie is gemaakt op basis van haalbaarheid en implementatie van een windturbine in een stedelijk gebied. Nadat een windturbine op basis van financiën en energiegeneratie is gekozen, zal ik deze valideren a.d.h.v. de beschreven algemene wet- en regelgeving die van kracht is m.b.t. de implementatie van turbines. 44

52 6.2 Methodologie In samenspraak met de Green Business Club Utrecht Centraal heb ik, voor de keuze van een bepaald windturbine concept, weegfactoren gehangen aan verschillende criteria. Uit alle verschillende windturbine concepten, zoals weergegeven in Figuur 9.13 t/m Figuur 9.22 (zie bijlage), heb ik mijn onderzoek toegespitst op 9 representatieve windturbine concepten; bestaande uit zowel horizontale as als verticale as turbines (zie voorselectie). Voor de selectie maak ik gebruik van een model waarin de netto contante waarde van de investering wordt bepaald. Bovendien bereken ik de energiegeneratie per m 2 voor elk windturbine concept Criteria en weegfactoren Voor de criteria zijn de volgende weegfactoren bepaald (Tabel 6.1). Hierbij wordt het criteria met weegfactor 2 als meest belangrijk beschouwd door de GBC. Ik zal deze weegfactoren toepassen om mijn resultaten te valideren. Criteria Weegfactor Netto Contante Waarde Investering 2 Energie generatie per m 2 1 Tabel 6.1: Overzicht van de weegfactoren behorende bij verschillende criteria. Deze zijn opgesteld a.d.h.v. de wensen van de GBC. De normeringen worden toegekend op basis van de gegevens in Tabel 6.2. Hierbij is tevens rekening gehouden met de wensen van de Green Business Club Utrecht Centraal. Tabel 6.2: Tabel met de totstandkoming van de normeringen voor het verkrijgen van resultaten. 45

53 6.3 Energiegeneratie per m^2 Voor het berekenen van de geleverde energie per windturbine concept, bereken ik de energiegeneratie van de turbines aan de hand van een referentie windsnelheid van 12 m/s. Hierbij houd ik rekening met de nominale windsnelheid (v wind nom), het nominale vermogen (P nom) en de referentie windsnelheid (v wind ref). Volgens het RVO hebben alle onderzochte windturbines een nominale windsnelheid tussen de m/s (RenCom, 2010). Ik ga daarom gemakshalve uit van 11 m/s als nominale windsnelheid voor het berekenen van het vermogen per m 2 rotoroppervlak. Het referentie vermogen (P ref) is berekend aan de hand van de volgende formule: P ref = ( V ref V nom 3 ) Pnom (Cace, et al., 2007, p. 16). De energieproductie van de verschillende turbines bij referentiesnelheid 12 m/s wordt weergegeven in Tabel 6.3. Tabel 6.3: Energieproductie windturbine concepten bij wind referentiesnelheid 12 m/s. 46

54 6.4 Netto Contante Waarde van investering De Netto Contante Waarde (NCW) geeft aan of een bepaalde investering rendabel is. De NCW komt tot stand door de waarde van de toekomstige kosten af te trekken van de waarde van de toekomstige opbrengsten (Gebiedseconomie, 2016). Voor de berekening van deze waarde, dient met verschillende aspecten rekening te worden gehouden. De vastgestelde waarden zijn van toepassing op de situatie van de Green Business Club Utrecht Centraal. Aan de hand van de volgende waardes is de Netto Contante Waarde voor één windturbine bepaald: Aantal windturbines (vastgesteld op 1) Capaciteit van de windturbine (per situatie verschillend) Investering per kw (per situatie verschillend) Totale investering (per situatie verschillend) Vaste & variabele kosten per kw (per situatie verschillend) Verwacht aantal vollasturen (vastgesteld op 2.200) Max. aantal vergoede vollasturen door SDE (vastgesteld op uren. Is per project verschillend) Onbalanskosten (vastgesteld op 8,00 %) Basisprijs per MWh (vastgesteld op 68,-) Maximale SDE (vastgesteld op 68,-) Windfactor (vastgesteld op 1,0) Onbalansfactor (vastgesteld op 90,10) Niet-SDE prijs per MWh (vastgesteld op 30,-) Vpb. Tarief (vastgesteld op 25,0 %) Afschrijvingsperiode (vastgesteld op 15 jaar) Calculatieperiode (vastgesteld op 20 jaar) Indexatie vaste kosten (vastgesteld op 1,00 %) Indexatie variabele kosten (vastgesteld op 2,0 %) Indexatie niet-sde prijs (vastgesteld op 1,00 %) De financiering wordt volledig van het eigen vermogen betaald WACC (vastgesteld op 0,0 %) Onderhoudskosten (vastgesteld op 50,- per jaar) 47

55 6.4.1 Resultaten Netto Contante Waarde berekeningen Tabel 6.4: Output Netto Contante Waarde berekening windturbine Energy Ball V100. Tabel 6.5: Output Netto Contante Waarde berekening windturbine Energy Ball V

56 Tabel 6.6: Output Netto Contante Waarde berekening windturbine Piqo. Tabel 6.7: Output Netto Contante Waarde berekening windturbine Ropatec Easy Vertical. Tabel 6.8: Output Netto Contante Waarde berekening windturbine SWIFT. 49

57 Tabel 6.9: Output Netto Contante Waarde berekening windturbine Turby. Tabel 6.10: Output Netto Contante Waarde berekening windturbine TWFI-1,6. Tabel 6.11: Output Netto Contante Waarde berekening windturbine Windside WS-4B. 50

58 6.5 Resultaten onderzoeksdeel 2 Ik heb een tabel gevormd waarin ik windturbine concepten beoordeel voor verschillende criteria; gerangschikt tussen 1 en 5. De resultaten zijn weergegeven in Tabel De Specificaties van de windturbines zijn aan de hand van de volgende bronnen vastgesteld: (Cace, et al., 2007, pp. 11,12), (Cascade Engineering, 2016) en (Amrin, 2015). Tabel 6.12: Resultaten van het onderzoek naar het meest geschikte windturbine concept conform de wensen van de Green Business Club Utrecht Centraal. In Tabel 6.12 wordt het resultaat bepaald door de normering (zie Tabel 6.2) te vermenigvuldigen met de vastgestelde weegfactor (zie Tabel 6.1). 51

59 6.6 Conclusie onderzoeksdeel 2 Uit de resultaten blijkt dat de SWIFT windturbine, met een 13 uit 15 score, het beste aansluit bij de wensen van de GBC Utrecht en de windomstandigheden die van kracht zijn op de top 3 locaties in het stationsgebied. De SWIFT is in staat om zich constant aan te passen aan de windrichting en zichzelf af te schakelen bij gevaarlijk hoge windsnelheden. Daarnaast is het een revolutionair concept dat is bekroond tot prijswinnend design icoon van de 21 ste eeuw (Renewable Devices, 2016, p. 4). Onderstaand wordt de algemene regelgeving, m.b.t windturbines in stedelijke omgevingen voor de SWIFT per factor beschreven. Geluid De SWIFT maakt gebruik van een gepatenteerde diffuser ring, die in staat is om de turbulente lucht te breken en daarmee de geluidsgeneratie te reduceren. Hierdoor genereert hij onder alle windcondities niet meer dan 35 decibel geluid. Het systeem garandeert een geluidsgeneratie onder de norm van achtergrondgeluid in stedelijke gebieden, hetgeen hem geschikt maakt voor implementatie op alle locaties in het stationsgebied (Renewable Devices, 2016, p. 3). Volgens Huizinga-Heringa, bedraagt de maximaal toelaatbare geluidshinder in stedelijke gebieden 47 db overdag en 41 db s nachts (Huizinga-Heringa, 2010, pp. 3,6,7). De SWIFT voldoet dus aan de geluidseisen. Slagschaduw Volgens Agentschap NL, kunnen miniturbines (turbines met een diameter kleiner dan 2,5 meter) geen slagschaduw veroorzaken. Dit heeft zowel met de lengte van de wieken als met het hoge aantal omwentelingen per minuut te maken. De wieken zijn dus te klein en draaien te snel om slagschaduw te creëren (RenCom, 2010). De SWIFT valt, met wieken kleiner dan 2,5 meter in diameter, binnen deze norm en zal dus geen hinderlijke slagschaduw gaan veroorzaken. Ongevalsrisico Volgens Renewable Devices, maakt de SWIFT gebruik van mechanische en elektronische mechanismes om de veiligheid van de turbine te waarborgen. Het concept voldoet ruimschoots aan alle Britse en Europese veiligheidsstandaarden voor kleine windturbines. Daarnaast is de SWIFT goedgekeurd door het Renewable Energy Centre (NAREC) en het Energy Savings Trust voor elektronische, structurele en grid monitoring veiligheid (Renewable Devices, 2016, p. 3). Ecologie De SWIFT windturbine is zowel vogel- als vleermuis vriendelijk. Dit is gebleken uit een 5 jarig onderzoek dat is uitgevoerd door de Scottish Seabird Centre. Daarnaast is het turbine concept duurzaam en richt het, vanuit een design oogpunt gezien, geen visuele schade aan. Bovendien heeft een onafhankelijke studie uitgewezen dat de SWIFT al na 2 jaar CO2 en energie positief kan zijn (Renewable Devices, 2016, p. 3). Ijsval Het Besluit (AMvB) installaties en voorzieningen is, voor windturbines met een rotordiameter van onder de 2 meter, niet van toepassing (Anne Elsen milieu-advies, 2006, p. 5). Dit geeft aan dat het gevaar m.b.t. ijsafval bij deze grootte windturbines te verwaarlozen is. Daarnaast voldoet het SWIFT Wind Energy System aan de Europese veiligheidsvoorschriften voor kleine windturbines in stedelijke gebieden (Amrin, 2016). Het risico van ijsval kan voor de SWIFT dus als irrelevant worden beschouwd. 52

60 6.7 Discussie onderzoeksdeel 2 Het windturbine concept met de meeste toegevoegde waarde voor het gebied is relatief. In dit onderzoek is de keuze voor een windturbine concept afhankelijk van de wensen van de Green Business Club Utrecht Centraal en de omgevingsomstandigheden die van kracht zijn op potentiële locaties in het stationsgebied. Voor de totstandkoming van de conclusie zijn 2 criteria opgesteld. Echter, ik realiseer me dat meerdere criteria het onderzoeken waard zijn. Voor de bepaling van de kosten van één SWIFT windturbine heb ik een universele prijsindicatie gebruikt. Echter, de kosten van de windturbine zijn afhankelijk van enkele locatie specifieke factoren. Voor een volledig overzicht van de implementatiekosten dient een locatie specifieke offerte te worden aangevraagd. Ook zullen de investeringskosten hoogstwaarschijnlijk lager uitvallen, wanneer meer windturbines worden afgenomen. Verder heb ik uit alle reeds bestaande- en prototype windturbines, een selectie moeten maken voor verdere analyse. Deze keuze heb ik gemaakt aan de hand van de door mij beschreven theorie, enkele criteria van de GBC Utrecht Centraal, windomstandigheden en de beschikbaarheid van overige relevante informatie. Een vervolgonderzoek naar de invloed van meerdere omgevingsfactoren op windturbine concepten, is daarom erg interessant. Om de precieze energieproductie van een stedelijke windturbine vooraf te bepalen dienen, gedurende een bepaalde periode, windmetingen te worden verricht op locatie. Aan de hand van deze informatie kan een Weibull distributie worden gemaakt en kan bepaald worden wat de energieproductie van de turbine gaat bedragen. 53

61 7 Advies aan Green Business Club Utrecht Centraal Volgens het DESTEP model (zie Figuur 3.13 ) spelen verschillende factoren een rol bij de externe bedrijfsanalyse van een bedrijf. Deze factoren zijn tevens van toepassing bij de implementatie van windturbines in een stedelijk gebied. Ik zal deze factoren als leidraad beschouwen en uitvoerig aan bod laten komen in mijn advies aan de Green Business Club. 7.1 Energieproductie Voor de energie berekening, ben ik uitgegaan van de gemiddelde windsnelheid in het stationsgebied; namelijk 7,0 m/s (zie Figuur 5.2). Uit mijn onderzoek is gebleken dat windsnelheden dichtbij/ rondom gebouwen in de zogenaamde wind speed area tot wel 20% hoger kunnen liggen dan de gemiddelde windsnelheden in het gebied (DongHun, 2013, p. 462) (Mertens S., internal report). Wanneer hier rekening mee wordt gehouden bij de implementatie, kan een zo n gunstig mogelijk windklimaat voor de windturbines worden gecreëerd. De capaciteit van een windturbine (oftewel peak power ), is het maximale vermogen dat een windturbine kan leveren onder optimale condities. Echter, een windturbine opereert niet constant op vol vermogen. De ratio van het gemiddelde vermogen t.o.v. het piek vermogen wordt de load factor genoemd ( capacity factor ). De gemiddelde capacity factor bedraagt 22 procent in Nederland. Deze factor dient te worden meegenomen in de berekening van de gegenereerde hoeveelheid kwh per jaar (MacKay, 2008, p. 267). Ik gebruik voor mijn berekening de volgende waardes: de referentiesnelheid (Vref) bedraagt 7,0 m/s, de nominale windsnelheid van de SWIFT windturbine 10,50 m/s en het nominale vermogen van de turbine 1,50 kw. De formule om het vermogen te berekenen bij een bepaalde referentiesnelheid, is als volgt: P ref = ( V ref V nom 3 ) Pnom (Cace, et al., 2007, p. 16). Wanneer ik deze invul met de vastgestelde waarden, komt de Pref uit op een totaal van 0,44 kw. Het vermogen dat een windturbine gemiddeld levert in Nederland, bedraagt 22% van het maximale vermogen van de windturbine. De hoeveelheid geleverde kwh door de SWIFT windturbine bedraagt dus: 0,44 0, = 848,0 kwh/jaar. 54

62 7.2 Kosten In Tabel 7.1 is een overzicht weergegeven van de investeringskosten en optionele kosten van de SWIFT windturbine. Afhankelijk van de mate van onderhoud en de benodigde bevestigingstoebehoren, wordt het complete kostenplaatje tot stand gebracht. Kosten SWIFT Investeringskosten Prijs (euro) Prijs incl. BTW 3817,- Prijs excl. BTW 3181,- Grid Tie Inverter (optioneel) Prijs (euro) SWIFT 1,5 kw G/T Inverter (optioneel) 547,- Mounting System (optioneel) Prijs (euro) Wooden Pole Adaptor 1093,44- Wall Mount 820,- Flat Roof Stand 1504 Flange Mount 1094 Onderhoudskosten Prijs (euro) Geschat gemiddeld bedrag per jaar 50 Tabel 7.1: Investerings- en optionele kosten SWIFT windturbine. Bron: (Eco Power Shop, 2016) Voorbeeldberekening Voorbeeldberekening van de SWIFT windturbine incl. Grid Tie Converter en onderhoudskosten, uitgaande van een door de fabrikant vastgestelde levensduur van 20 jaar: Investeringskosten: 3181,- Grid Tie Converter: 547,- Muur bevestiging (Wall Mount): 820,- Onderhoudskosten: = 1000,- Totale investering: = 5.548,- In de berekening van de Netto Contante Waarde in onderzoeksdeel 2 (zie Tabel 6.8), ga ik uit van de kosten inclusief turbine, gemiddelde lengte mast en basisapparatuur. Hierbij laat ik BTW, transport en montage buiten beschouwing. In het volgende deel zal ik de waardes uit mijn voorbeeldberekening gebruiken om een realistische Netto Contante Waarde te berekenen. In deze berekening wordt tevens de SDE subsidie verwerkt. Ik reken de 1000,- onderhoudskosten niet bij de investeringskosten, aangezien deze in het model wordt meegenomen als vaste kosten per kw. 55

63 7.2.2 Netto Contante Waarde van de Investering Bij de naar waarheid vastgestelde investeringskosten en overige input waardes voor de GBC (zie bijlage Tabel 9.1 en Tabel 9.2), wordt een negatieve Netto Contante Waarde van ,- gevormd (zie Tabel 7.2). Hier komen enkel nog enige situatie afhankelijke installatiekosten bij. De Return on Investment (en Interne Interestvoet) komen hierbij uit op -5,10%. Hierbij is het max. aantal SDE gesubsidieerde vollasturen vastgesteld op 2120 (Duurzame Energiebronnen, 2016). Gezien het feit dat windenergie een relatief nieuwe technologie betreft, is de investering momenteel niet financieel rendabel. Echter, wanneer er meerdere turbines worden afgenomen kan er worden onderhandeld over de aanschafskosten, hetgeen kan resulteren in een gunstigere Netto Contante Waarde. Tabel 7.2: Output waardes windturbine SWIFT a.d.h.v. waarheid getrouwe investeringskosten. Ondanks het feit dat de Netto Contante Waarde voor het project negatief is, levert de implementatie van stedelijke windturbines imago voordelen op. Zo kan een bedrijf zichzelf profileren met een duurzame visie, wat kan resulteren in een stijging van de klandizie. Dit zou op den duur weer financiële voordelen met zich mee kunnen brengen. 56

64 7.3 Algemene voor- en nadelen van implementatie De voor- en nadelen voor de implementatie van stedelijke windturbines op desbetreffende locaties, kunnen als volgt worden beschreven (Beller, 2011, p. 18): Voordelen: Decentrale energieopwekking zorgt voor minder transportatieverlies van energie. De opgewekte energie kan ter plekke worden gebruikt en hoeft niet nog enige tijd te worden getransporteerd. De bebouwde omgeving zorgt voor een versnelling van de windstromen. Dit komt de generatie van energie ten goede. Het geluidsniveau in stedelijke gebieden ligt normaliter hoger. Dit leidt tot een verhoogde maatschappelijke acceptatie, aangezien een deel van het gegenereerde geluid hierdoor niet wordt opgemerkt. Stedelijke windturbines hebben als bijkomstig voordeel dat ze zichtbaar zijn in de maatschappij en hiermee onze energiebehoefte representeren. Op deze manier kan een stedelijke windturbine bijdragen aan het energiebesef van mensen. Stedelijke windturbines zijn betaalbaar voor particulieren en kleine bedrijven. Samen met de al reeds geïnstalleerde zonnepanelen in het stationsgebied, bedekken de windturbines het gehele weerspectrum. Ook kunnen beide duurzame technologieën met dezelfde hardware worden beheerd. Stedelijke windturbines verbeteren het bedrijfsimago en kunnen hierdoor extra financiële voordelen opleveren. Nadelen: Elk gebouw heeft een andere constructie, waardoor één universele oplossing voor het plaatsen van een turbine wordt bemoeilijkt. De transmissies van vibraties en het geproduceerde geluid, zijn verschillend in elke situatie. In stedelijke gebieden is sprake van hogere turbulentie en frequentere wisseling van windsnelheden en windrichting. Dit kan leiden tot een lager rendement. Er zijn hogere veiligheidseisen van kracht in een stedelijke omgeving. Er is sprake van een grotere maatschappelijke opinie in een stedelijk gebied. 57

65 7.3.1 Implementatie Het implementeren van windturbines midden op daken in het stationsgebied heeft enkele nadelige gevolgen. Zoals beschreven door Mertens en van Bussel, is de grote mate van turbulentie midden op gebouwen nadelig voor de opbrengst van windturbines. Gezien het feit dat deze turbulentie leidt tot een vermindering van het rendement van turbines, en dus niet de optimale hoeveelheid energie uit de aanwezige wind kan worden gegenereerd, is de implementatie van windturbines op daken in het stationsgebied minder efficiënt. (Mertens S., The energy yield of roof mounted wind turbines, 2003, p. 510) (van Bussel & Mertens, 2005, p. 3). Ook worden windstromen die tegen het gebouw aan stromen naar de bovenkant van het gebouw geleid. Hierdoor vallen windstromen, in een hoek van 45 graden, in op de turbine (zie Figuur 3.5). Dit heeft nadelige gevolgen voor de energieopwekking (DongHun, 2013, p. 462) (Mertens S., internal report). Bovendien is het essentieel om gebruik te maken van de versnelde luchtstromen rondom gebouwen. Deze worden uitgelegd aan de hand van het Bernoulli en Venturi effect. Wanneer luchtdeeltjes door nauwe doorgangen stromen; wat in het stationsgebied veelvuldig voorkomt, worden veel hoge snelheden geconstateerd aan de randen van/ rondom gebouwen. (Stathopoulos & Storms, 1986) (Wijngaarden, 2016, p. 100). Ook blijkt dat windsnelheden dichtbij of rondom gebouwen tot wel 20% hoger kunnen uitvallen dan de gemiddelde windsnelheden in een omgeving. Dit gebied wordt de wind speed area genoemd. Mede dankzij dit optredende effect, is het voordelig om windturbines aan/ op de zijkant van gebouwen te bevestigen (DongHun, 2013, p. 462) (Mertens S., internal report). Deze kennis wordt meegenomen in het advies. 7.4 Advies Zoals beschreven zal de windturbine, uitgaande van de gemiddelde windsnelheid in Utrecht, 848,0 kwh/ jaar gaan genereren. Gezien het feit dat op de 3 locaties in het stationsgebied de windsnelheden hoger liggen dan de gemiddelde windsnelheid in het stationsgebied, zal de gegenereerde jaarlijkse energie waarschijnlijk hoger uitvallen. Ook versnellen gebouwen in stedelijke omgevingen de windsnelheden. Dit kan leiden tot windsnelheden die 20% hoger liggen dan de gemiddelde windsnelheden in een gebied. Bij de implementatie van meerdere windturbines op een bepaalde locatie, moeten de turbines op een afstand van minstens 3 maal de rotordiameter van elkaar gepositioneerd worden (Figuur 3.12). Ik raad het volgende aan: 1. Bespreek de mogelijkheden met architecten en projectontwikkelaars om de windturbines mee te nemen in het ontwerp van een toekomstig gebouw. Wanneer een gebouw integratie gerealiseerd kan worden, zal het gebouw bij gaan dragen aan de energiegeneratie van de windturbine(s). Op deze manier zal het project kosten- en energie technisch het meest voordelig worden. 2. Wanneer gebouwintegratie in een toekomstig plan niet kan worden gerealiseerd raad ik aan om, naast de resultaten uit dit onderzoek, aanvullende windmetingen te verrichten op al reeds bestaande locaties met gunstige windomstandigheden. Op deze manier kan een beter beeld worden verkregen van de constantheid en sterkte van windstromen in het stationsgebied. Het voordeel van deze optie is dat windturbines op relatief korte termijn kunnen worden geïmplementeerd en deze, wanneer nodig, relatief eenvoudig kunnen worden verplaatst als toekomstige bebouwing de windstromen nadelig beïnvloedt. 58

66 7.4.1 Voorstel 1 Op de locatie Mineurslaan achter de Rabobank; bedraagt de overschrijdingskans p (v lok > v DR;H ) van het aantal uren per jaar 26,0 %. Dit is de locatie met de hoogste overschrijdingskans van het gehele stationsgebied, hetgeen deze locatie als meest geschikt bestempelt. Gezien het feit dat de bouw van het gebouw momenteel nog niet is gerealiseerd, kan een implementatieplan in de al reeds bestaande bouwplannen worden meegenomen. Op deze locatie bestaat tevens een mogelijkheid om het aantal windturbines uit te breiden. Ook kan de turbine eventueel aan de gevel of op de rand van het dak worden geïnstalleerd. Volgens de windroos (Figuur 5.4) zal de wind het meest en sterkste waaien uit zuidwestelijke richting. Dit lijkt de generatie van energie op deze locatie ten goede te komen, aangezien er vanuit deze richting geen/ weinig obstructies zijn. De locatie is weergegeven in Figuur 7.1. Deze locatie ligt aan de rand van het Rabobank gebouw en komt dus in aanmerking voor de ideale windomstandigheden voor windturbines, zoals beschreven in bovenstaande theorie (DongHun, 2013, p. 462) (Mertens S., internal report). Enkele voor- en nadelen van deze locatie: Voordelen: Hoge zichtbaarheid. De implementatie van turbines op deze locatie brengt imagovoordelen voor de Rabobank met zich mee. De aanwezigheid van turbines in het stationsgebied maakt mensen bewust van de energiebehoefte en noodzaak van duurzame energieproductie. De implementatie van windturbines kan worden meegenomen in de bouwplannen van het gebied. Een eventuele gebouwintegratie is hierbij een optie. Deze locatie heeft theoretisch gezien het hoogste rendement. Nadelen: Implementatieproces zal nog enige tijd gaan duren, aangezien de bouw van dit gebied nog van start moet gaan. Gewenste 24/7 windmetingen kunnen momenteel nog niet worden verricht. Op het moment dat de windturbine geïmplementeerd gaat worden, hebben er mogelijk alweer innovaties op het gebied van stedelijke winturbines plaatsgevonden. De windturbine analyse zal hierdoor mogelijk opnieuw moeten worden uitgevoerd. Figuur 7.1: Locatie Knoopkazerne achter de Rabobank. Plaats van implementatie betreft de doorgang tussen de 2 gebouwen aan de linkerkant van de figuur. 59

67 7.4.2 Voorstel 2 Op het Forum; plein tussen het WTC, Kantoortoren Westflank Noord en het stadskantoor, bedraagt de overschrijdingskans p (v lok > v DR;H ) van het aantal uren per jaar 25,6%. Op deze locatie bestaat, indien gewenst, de mogelijkheid om het aantal windturbines uit te breiden. Volgens de windroos (Figuur 5.4) zal de wind het sterks en meeste waaien uit zuidwestelijke richting. Gezien de beperkte bebouwing vanuit deze windrichting, lijkt de locatie gedurende het gehele jaar over een regelmatig hoeveelheid wind te beschikken. Het Forum is een relatief open gebied, wat het aantal vollasturen per jaar ten goede komt. Ik raad aan om de windturbines op hoge palen op het Forum te plaatsen. De locatie is weergegeven in Figuur 7.2. Enkele voor- en nadelen van deze locatie; Voordelen: Hoge zichtbaarheid. De implementatie van turbines op deze locatie brengt imagovoordelen voor het gehele stationsgebied met zich mee. Het is zeer aannemelijk dat de open ruimte het aantal vollasturen ten goede komt. De goede zichtbaarheid in het stationsgebied maakt mensen bewust van de energiebehoefte en de noodzaak van duurzame energieproductie. De windturbines zijn relatief eenvoudig te implementeren en met palen op een grotere hoogte te brengen. Nadelen: De aanvraag van vergunningen is hoogstwaarschijnlijk iets complexer i.v.m. hoge veiligheids- en bouweisen in het openbare gebied. Op het moment dat de windturbine geïmplementeerd wordt, hebben er mogelijk alweer innovaties op het gebied van stedelijke winturbines plaatsgevonden. De windturbine analyse zal hierdoor mogelijk opnieuw moeten worden uitgevoerd Implementatieproces zal nog enige tijd gaan duren, aangezien de gebouwen in dit gebied nog gebouwd moeten gaan worden Gewenste 24/7 windmetingen kunnen momenteel nog niet worden verricht. Figuur 7.2: Locatie forum met op de voorgrond het WTC gebouw. Plaats van implementatie betreft het Forum (plein) aan de linkerkant van het WTC gebouw. 60

68 7.4.3 Voorstel 3 Aan de rand van het dak van de Kantoortoren Westflank Noord bedraagt de overschrijdingskans p (v lok > v DR;H ) van het aantal uren per jaar 24,5 %. Op deze locatie zou een windturbine aan de rand van de Kantoortoren kunnen worden geplaatst. Op deze locatie is een uitbreiding van het aantal windturbines op het dak eenvoudig te bewerkstelligen. Gezien het feit dat deze toren nog gebouwd moet worden, kan een implementatieplan meteen worden meegenomen bij de bouw. Volgens de windroos (Figuur 5.4) zal de wind het sterks en meeste waaien uit zuidwestelijke richting, wat geografisch gezien het rendement van de windturbine ten goede lijkt te gaan komen. Daarnaast zal de wind in werkelijkheid sterker kunnen uitvallen, aangezien deze op hogere hoogtes minder last ondervindt van obstructies. Hierdoor kan een constantere en sterkere windstroom worden gerealiseerd. Enkele voor- en nadelen van deze locatie; Voordelen: Hoge zichtbaarheid. Imagovoordelen voor toekomstige huurder Kantoortoren Westflank Noord. Maakt mensen bewust van de energiebehoefte en de noodzaak van duurzame energieproductie. De implementatie van windturbines kan nog worden meegenomen in de bouwplannen van het gebied. Een eventuele gebouwintegratie is hierbij gewenst. De implementatie van windturbines op grote hoogte verhoogt naar alle waarschijnlijkheid het aantal vollasturen en de windsnelheid. Nadelen: De visie van architecten en projectontwikkelaars kan in het geding komen. De vergunning aanvraag zal hoogstwaarschijnlijk iets complexer verlopen i.v.m. hoge veiligheids- en bouweisen in het stationsgebied. Gewenste 24/7 windmetingen kunnen momenteel nog niet worden verricht. Implementatieproces zal nog enige tijd gaan duren, aangezien de bouw van dit gebied nog van start moet gaan. Figuur 7.3: Locatie Kantoortoren Westflank Noord. De locatie betreft de rand van het dak van het kronkelvormige gebouw in het midden. 61

69 7.5 Vervolgstappen voor de GBC Utrecht Centraal De vervolgstappen voor de Green Business Club Utrecht Centraal zijn onderverdeeld in 2 scenario s. De vervolgstappen per scenario zijn als volgt: Gebouwintegratie in toekomstige bouwplannen 1. Bespreek de wensen van de verschillende partijen binnen de Green Business Club Utrecht Centraal en bepaal aan welke aspecten de club op het moment de meeste waarde hecht. Denk hierbij aan bijv. de locatie met het hoogste rendement, de hoogste zichtbaarheid of financieel gezien de meeste voordelen. Ook moet worden overwogen of er voor één of meerdere locaties wordt gekozen. Wanneer dit is besloten, dienen er afspraken te worden gemaakt over de wijze van financiering en de distributie van de energie. 2. Neem contact op met Group A Architecten om de mogelijkheden tot gebouwintegratie te bespreken. Group A houdt zich bezig met stedenbouwkundige ontwikkelingen in het stationsgebied Noordzijde. Probeer tot een nieuw ontwerp te komen; wat de effectiviteit van de windturbines ten goede komt. 3. Wanneer er een overeenkomst is met projectontwikkelaars/ architecten, dient met verschillende fabrikanten van de SWIFT windturbine onderhandeld te worden over de aanschafsprijs van de windturbine(s). Hiervoor kan o.a. Director Dr David E. Anderson worden benaderd van Renewable Devices Ltd op het mailadres: dave@renewabledevices.com en per telefoon: Tel: +44 (0) Ook kan er aanspraak worden gemaakt op SDE subsidie. Wanneer deze niet verkregen kan worden, kan men inspraak doen op de EIA. Ook is het de moeite om de subsidie; Maatschappelijk Verantwoord Innoveren MVI Energie (TSE) aan te vragen. Let op: de TSE subsidie dient tussen 1 juli en 25 oktober 2016 te worden aangevraagd. 5. Wanneer alle partijen met elkaar zijn overeengekomen, dient er een algemene bouwvergunning aangevraagd te worden. Implementatie van windturbine aan de reeds bestaande bebouwing 1. Bespreek de wensen van de verschillende partijen binnen de Green Business Club Utrecht Centraal en bepaal aan welke aspecten de club op het moment de meeste waarde hecht. Denk hierbij aan bijv. de locatie met het hoogste rendement, de hoogste zichtbaarheid of financieel gezien de meeste voordelen. Ook moet worden overwogen of er voor één of meerdere locaties wordt gekozen. Wanneer dit is besloten, dienen er afspraken te worden gemaakt over de wijze van financiering en de distributie van de energie. 2. Kies voor een locatie met gunstige windomstandigheden in de al reeds gebouwde omgeving. Deze kan worden bepaald aan de hand van de onderzochte windhinderonderzoeken. Zorg er vervolgens voor dat alle belanghebbende partijen akkoord gaan met de implementatie van windturbines op deze locatie. Ga na of er geen/ weinig toekomstige bouwplannen zijn voor de omliggende omgeving, die het gunstige windklimaat kan belemmeren. 3. Start met het verrichten van 24/7 windmetingen gedurende een bepaalde periode op een bewuste locatie die de GBC voor ogen heeft. Dit is van belang om de constantheid en de precieze windsnelheden nauwkeuriger te bepalen. 4. Onderhandel met verschillende fabrikanten van de SWIFT windturbine over de aanschafsprijs van de windturbine(s). Hiervoor kan o.a. Director Dr David E. Anderson worden benaderd van Renewable Devices Ltd op het mailadres: dave@renewabledevices.com en per telefoon: Tel: +44 (0) Vraag SDE subsidie en een bouwvergunningen aan voor het project. Wanneer het project niet in aanmerking komt voor SDE subsidie, is het verstandig om aanspraak te 62

70 maken op de EIA en TSE regeling. Let op: de TSE subsidie aanvraag dient tussen 1 juli en 25 oktober 2016 aangevraagd te worden. 63

71 8 Bibliografie Aarts, B., & Bruinzeel, L. (2009). De nationale windmolenrisicokaart voor vogels. Zeist: Vogelbescherming. Acosta, J. L. (2013). Micro and Small-scale Generation in Urban Distribution Networks. Edinburgh: The University of Edinburgh. Alders, A. (2014). Onderzoek naar de invloed van bebouwing Knoopkazerneterrein op het windklimaat op het terrein van en direct gelegen naast de Rabobank te Utrecht. Utrecht: Peutz. Al-Nhoud, O., & Al-Smairan, M. (2015). Assessment of Wind Energy Potential as a Power Generation Source in the Azraq South, Northeast Badia, jordan. Modern Mechanical Engineering, Amrin. (2015, Mei 12). Specificaties SWIFT. Opgehaald van Amrin: Amrin. (2016, Mei 26). SWIFT. Opgehaald van Amrin: Anne Elsen milieu-advies. (2006). Amsterdamse Praktijkvoorbeelden Stedelijke Windturbines. Haarlem: Anne Elsen milieu-advies. Beller, C. (2011). Urban Wind Energy. Lyngby: Technical University of Denmark. Bhattacherjee, A. (2012). Social Science Research; Principles, Methods and Practices. Tampa: University of South Florida Scholar Commons. Tampa: University of South Florida Scholar Commons. Blocken, B., Moonen, P., Stathopoulos, T., & Carmeliet, J. (2008). A numerical study on the existence of the Venturi-effect in passages between perpendicular buildings. Journal of Engineering Mechanics- ASCE, Cace, J., ter Horst, E., Syngellakis, K., Niel, M., Clement, P., Heppener, R., & Peirano, E. (2007). Urban Wind Turbines: Guidelines for Small Wind Turbines in the Built Environment. Brussel: Intelligent Energy Europe. Canadian Wind Energy Association and Environmental Monitor. (1995). Public attitudes towards wind energy. Ottawa: Omnibus report. Cascade Engineering. (2016, Mei 12). SWIFT Wind Turbine. Opgehaald van FHPS: Centraal Bureau voor de Statistiek. (2016, Mei 24). Windenergie op land; productie en capaciteit per provincie. Opgehaald van Statline CBS: Club Green. (2016, Mei 20). stedelijke windturbines. Opgehaald van Club Green: Danish Wind Industry Association. (2016, maart 11). Windpower Weibull. Opgehaald van Danish Wind Turbine Manufacturers Association. (1993). AIM Research A/S. Holdningsunderogelse til vind energi. Danish Wind Turbine Manufacturers Association. Devine-Wright, p. (2005). Beyond NIMBYism: towards an Integrated Framework for Understanding Public Perceptions of Wind Energy. Wind Energy, DGMR. (2007). Windklimaatonderzoek OVT terminal Utrecht. Arnhem: DGMR. DongHun, Y. (2013). Multiple Points-In-Time Estimation of Peak wind Effects on Structures. Journal of Structural Engineering ASCE, Duurzame Energiebronnen. (2016, Mei 20). subsidie windenergie. Opgehaald van Duurzame Energiebronnen: Eco Power Shop. (2016, Mei 9). SWIFT 1,5 kw Wind Turbine System. Opgehaald van Eco Power Shop: Faasen, C., Franck, P., & Taris, A. (2014). Handboek Risicozonering Windturbines. Utrecht: Rijksdienst voor Ondernemend Nederland. 64

72 Faasen, C., Franck, P., & Taris, A. (2014). Handboek Risicozonering Windturbines. Utrecht: Rijksdienst voor Ondernemend Nederland. Gebiedseconomie. (2016, Mei 24). Netto Contante Waarde. Opgehaald van Gebiedseconomie: Green Business Club. (2015, Mei 12). Missie en Visie. Opgehaald van Green Business Club: Grogg, K. (2005). Harvesting the Wind: The Physics of Wind Turbines. Northfield: Physics and Astronomy Department Carleton College. Hansen, A., & Butterfield, C. (1993). Aerodynamics of Horizontal-Axis Wind Turbines. Annu. Rev. Fluid Mech, volume 25, Hau, E. (2006). Chapter 13: The Wind Resource. In E. Hau, Wind Turbines: Fundamentals, Technologies, Applications, Economics (pp ). Berlin: Springer- Verlag Berlin Heidelberg. Heath, M., Walshe, J., & Watson, S. (2007). Estimating The Potential Yield Of Small Building-Mounted Wind Turbines. Wind Energy, 10(3), Home Energy. (2016, Mei 24). Energy ball V200. Opgehaald van Home Energy: House of Lords Select Committee on the European Community. (1988). Alternative Energy Sources 16th Report. London: HMSO. Huizinga-Heringa, J. (2010). Staatsblad van het Koninkrijk der Nederlanden. Den Haag: Minister van Volkshuisvesting, Ruimtelijke Ordening en Milieubeheer. Intelligent Energy Europe (IEE). (2007). Publishable Result- Oriented Report. Brussel: Wind Energy Integration in the urban Environment (WINEUR). Interprovinciaal Overleg. (2014, april 5). Risicokaart. Opgehaald van Jian-Zhong, L., Hui-Jun, L., & Kai, Z. (2007). New expressions for the surface roughness length and displacement height in the atmospheric boundary layer. Chinese Physics 16, volume 7, Koch, W. (2011). Windtunnelonderzoek naar het windklimaat bij het Knoopkazerne te Utrecht. Utrecht: TNO. Kooiman, S., & Tullis, S. (2010). Response of a Verical Axis Wind Turbine to Time Varying Wind Conditions found within the Urban Environment. Wind Engineering, no. 4, volume 34, Lane, J.-E. (2016). COP21 Implementation: strategies or "Muddling Through". Journal of Environmental and Social Sciences, Volume 3, Issue 1, 1-5. MacKay, D. J. (2008). Sustainable Energy - without the hot air. Cambridge: UIT Cambridge. Management Goeroes. (2016, maart 21). Management Modellen DESTEP Analyse. Opgehaald van Marketing Insider. (2016, maart 21). Marketing explained- macro environment. Opgehaald van Marketingmodellen. (2016, Maart 4). destep-analyse. Opgehaald van Meijers, K. (2005). Bijlagen Techniek, Bestuur en Management. Delft: TU Delft. Mertens, S. (2002). Wind Energy in urban Areas. Wind Energy in Urban Areas, Mertens, S. (2003). The energy yield of roof mounted wind turbines. Wind Engineering, issue , Mertens, S. (internal report). Wind description for roof locating of wind turbines. Delft: Wind Energy Section TU Delft. 65

73 Milieu Centraal. (2016, Mei 6). Energieprijzen. Opgehaald van Milieu Centraal: Minister van Volkshuisvesting, Ruimtelijke Ordening en Milieubeheer. (2007). Activiteitenregeling Milieubeheer. Den Haag: Rijksoverheid. Nakicenovic, N., & Swart, R. (2000). Emission Scenario's: Special Report on Emission Scenarios. Cambridge: Cambridge University Press. Oke, T. (1987). Boundary Layer Climates, 2nd edition. Cambridge: Routledge. Otten, O. (2013). Bestemmingsplan Van Sijpesteijnkwartier te Utrecht. Zoetermeer: Peutz. Otten, O. (2015). Aanvulling windklimaat WTC Utrecht. Zoetermeer: Peutz. Peutz. (2011). Windklimaatonderzoek nieuwbouw Stadskantoor te Utrecht. Zoetermeer : Peutz. Plomp, H., & Aanen, L. (2007). Windenergie en hoogbouw. TVVL Magazine, Ragheb, M. (2015). Vertical Axis Wind Turbines. M. Ragheb. RenCom. (2010). Praktische toepassing van mini-windturbines. Utrecht: Agentschap NL. Renewable Devices. (2016). SWIFT Wind Energy Systems. Roslin: Renewable Devices. Renewable Devices Swift Turbines. (2005). Swift Rooftop Energy Systems Technical & Planning information. Edinburgh: Renewable devices Swift Turbines. Rijksdienst voor Ondernemend Nederland. (2016). Energie-investeringsaftrek (EIA). Zwolle: Ministerie van Economische Zaken. Rijksdienst voor Ondernemend Nederland. (2015). Windmolens voor de industrie. Utrecht: Rijksdienst voor Ondernemend Nederland. Rijksdienst voor Ondernemend Nederland. (2016, april 6). Milieu en omgeving. Opgehaald van Website van de RVO: Rijksdienst voor Ondernemened Nederland. (2016). SDE Zwolle: Rijksdienst voor Ondernemend Nederland. RIVM. (2016, february 24). milieu-en-leefomgeving. Opgehaald van Rooker, C. (2010). Risicoanalyse van twee Windturbines aan de Eemshoornweg. Petten: NRG. Roth, M. (1993). Turbulent transfer relationships over an urban surface. II: integral statistics. meteorol. Soc, 119, RVO. (2016, Mei 12). Maatschappelijk Verantwoord Innoveren MVI Energie (TSE). Opgehaald van RVO: RVO. (2016, Mei 25). Opbrengst. Opgehaald van RVO: RVO. (2016, Mei 12). Topsector Energieregelingen (TSE). Opgehaald van RVO: Salinger, M. J. (2005). Climate Variability and Change: Past, Present and Future- An Overview. Springer, Seguro, J., & Lambert, T. (2000). Modern estimation of the parameters of the Weibull wind speed distribution for wind energy analysis. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics 85, SenterNovem. (2005). Windkaart van nederland op 100 m hoogte. Arnhem: SenterNovem. Shen, C. (2012). Various Wind Turbine Technologies. San Diego: Global Network Energy institute. Simon, A. (2016, januari 18). A Summary of Research Conducted into Attitudes to Wind Power from Opgehaald van british Wind Energy Association: Sivakumar, M., Salinger, J., & Motha, R. P. (2005). Increasing Climate Variability and Change. Dordrecht: Springer. Stathopoulos, T., & Storms, R. (1986). Wind Environmental Conditions in passages Between Buildings. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, Volume 24,

74 Stathopoulos, T., Wu, H., & Bédard, C. (1992). Wind Environment Around Buildings: A Knowledge- Based Approach. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 41-44, Ulgen, K., & Hepbasli, A. (2002). Determination of Weibull parameters for wind energy analysis of Izmir, Turkey. International Journal of Energy Research, van Bussel, G., & Mertens, S. (2005). Small wind turbines for the built environment. EACWE4- The Fourth European & African Conference on Wind Engineering (pp. 1-9). Prague: ITAM AS CR. Vereniging van Nederlandse Gemeenten. (2013). Lokaal energiek: decentrale duurzame elektriciteit. Den Haag: Colofon. Wieringa, J., Davenport, A., Grimmond, C., & Oke, T. (2001). New Revision of Davenport roughness classification. 3rd European & African Conference on Wind Engineering. Eindhoven. Wijngaarden, R. J. (2016). Lecture notes for Duurzame Energie: Zon, Wind en Water. Amsterdam: Vrije Universiteit Amsterdam. Wind Power Program. (2016). Turby; the windturbine for the built-up environment. Wind Power Program. Opgehaald van Wind power program. Windenergie-Daten der Schweiz. (2016, maart 11). Tools Weibull. Opgehaald van wind-data.ch/tools/weibull.php?ing=en Windpower Engineering & Development. (2009, November 10). Vertical Axis Wind Turbines vs Horizontal Axis Wind turbines. Opgehaald van Windpower Engineering : Winkelman, J., Kistenkas, F., & Epe, M. (2008). Ecologische en natuurbeschermingsrechtelijke aspecten van windturbines op land. Wageningen: Alterra. Wolsink, M. (2000). Wind power and the NIMBY-myth: institutional capacity and the limited significance of public support. Renewable Energy 21, Yersel, M., & Goble, R. (1986). Roughness effects on urban turbulence parameters. Boundary Layer Meteorology,

75 9 Bijlage 9.1 Geluid Figuur 9.1: Bovenaanzicht meetopstelling geluidsonderzoek (Minister van Volkshuisvesting, Ruimtelijke Ordening en Milieubeheer, 2007). Figuur 9.2: Weergave opstelling meetpositie bovenwinds en benedenwinds. 68

76 9.2 Werpafstand windturbine Figuur 9.3: Literatuur m.b.t. de bladworp van een windturbine. 69

77 Figuur 9.4: Literatuur m.b.t. de bladworp van een windturbine. 70

78 9.3 Ecologie Figuur 9.5: Invloeden van windenergie op vogels. Bron: (Winkelman, Kistenkas, & Epe, 2008, p. 45). Figuur 9.6: Nationale risicokaart windturbines voor vogels. Bron: (Aarts & Bruinzeel, 2009, p. 15). 71

79 9.4 Meetresultaten wind Figuur 9.7: Classificatie van ruig terrein. Bron: (Yersel & Goble, 1986). 72

80 9.5 Meetresultaten windhinderonderzoeken Figuur 9.8: Onderzochte configuraties windhinderonderzoek TNO. Bron: (Koch, 2011, p. 12). Figuur 9.9: Onderzochte configuraties windhinderonderzoek TNO. Bron: (Koch, 2011, p. 14). 73

81 Figuur 9.10: Meetpunten windhinderonderzoek Peutz (Otten, Bestemmingsplan Van Sijpesteijnkwartier te Utrecht, 2013, p. 24). 74

82 Figuur 9.11: Meetpunten windhinderonderzoek TNO. Bron: (Koch, 2011, p. 40). 75

83 Figuur 9.12: Meetpunten windhinderonderzoek Peutz. Bron: (Alders, 2014, p. 30). 76

84 9.6 Overzicht windturbines Figuur 9.13: Specificaties van verschillende miniturbines. ** Kosten inclusief turbine, gemiddelde lengte mast en basisapparatuur en exclusief BTW, transport en montage. Bron: (RenCom, 2010, p. 30). 77

85 Figuur 9.14: Specificaties van verschillende miniturbines. ** Kosten inclusief turbine, gemiddelde lengte mast en basisapparatuur en exclusief BTW, transport en montage. Bron: (RenCom, 2010, p. 31). 78

86 Figuur 9.15: Specificaties van verschillende miniturbines. ** Kosten inclusief turbine, gemiddelde lengte mast en basisapparatuur en exclusief BTW, transport en montage. Bron: (RenCom, 2010, p. 32). 79

87 Figuur 9.16: Specificaties van verschillende miniturbines. ** Kosten inclusief turbine, gemiddelde lengte mast en basisapparatuur en exclusief BTW, transport en montage. Bron: (RenCom, 2010, p. 33). 80

88 Figuur 9.17: Specificaties van verschillende miniturbines. ** Kosten inclusief turbine, gemiddelde lengte mast en basisapparatuur en exclusief BTW, transport en montage. Bron: (RenCom, 2010, p. 34). 81

89 Figuur 9.18: Specificaties van verschillende miniturbines. ** Kosten inclusief turbine, gemiddelde lengte mast en basisapparatuur en exclusief BTW, transport en montage. Bron: (RenCom, 2010, p. 35). 82

90 Figuur 9.19: Specificaties van verschillende miniturbines. ** Kosten inclusief turbine, gemiddelde lengte mast en basisapparatuur en exclusief BTW, transport en montage. Bron: (RenCom, 2010, p. 36). 83

91 Figuur 9.20: Specificaties van verschillende miniturbines.** Kosten inclusief turbine, gemiddelde lengte mast en basisapparatuur en exclusief BTW, transport en montage. Bron: (RenCom, 2010, p. 37). 84

92 Turby Turby Vermogen 2,5 KW Rotor Diameter 2 meter Rotor hoogte 2,65 meter Rotor oppervlak 3,14 m^2 Mast hoogte 5 9 meter Kosten ** ,- Leverancier Turby B.V. T mail@turby.nl Figuur 9.21: Specificaties Turby windturbine. Bron: (Wind Power Program, 2016, p. 13). **Kosten inclusief turbine, gemiddelde lengte mast en basisapparatuur en exclusief BTW, transport en montage (Intelligent Energy Europe (IEE), 2007, p. 22). SWIFT SWIFT Vermogen 1,5 KW Rotor 1,9 meter Diameter Rotor hoogte 6 meter Rotor 2,84 m^2 oppervlak Mast hoogte Variabel meter Kosten ** 4.548,- Leverancier Swiftwindmolen T +31 (0) info@swiftwindmolen.nl Figuur 9.22: Specificaties SWIFT windturbine. Bron: (Eco Power Shop, 2016). ** Kosten inclusief turbine, gemiddelde lengte mast en basisapparatuur en exclusief BTW, transport en montage (Eco Power Shop, 2016). 85

93 9.7 Input waardes SWIFT windturbine Tabel 9.1: Input waardes berekening Netto Contante Waarde SWIFT windturbine. Tabel 9.2: Input waardes berekening Netto Contante Waarde SWIFT windturbine. 86