Introductie windenergiesector

Transcriptie

1 Introductie windenergiesector Blok 2 Sander Lagerveld Dag 10 Windenergie 1 Duurzaam werken op Zee

2 Toepassing van windenergie in Nederland Duurzaam werken op zee 2

3 Windmolens verschijnen vanaf 12e eeuw in Nederland Belangrijkste toepassingen: Verpompen van water Malen van graan Zagen van hout Duurzaam werken op zee 3

4 Vanaf 19e eeuw loopt gebruik sterk terug door de komst van de stoommachine Door oliecrisis in 1973 en rapport club van Rome hernieuwde belangstelling. Duurzaam werken op zee 4

5 Opwekking van elektriciteit Experimenten met verschillende uitvoeringsvormen: horizontale verticale as verschillend aantal wieken rechte gekromde wieken vleugelprofiel holle/bolle zijde Duurzaam werken op zee 5

6 Verschillende soorten windturbines Duurzaam werken op zee 6

7 Welke technische en bedrijfseconomische voor- en nadelen hebben de volgende typen windturbines? Savonius windturbine Darrieux windturbine Horizontale as windturbine met rechte wieken Duurzaam werken op zee 7

8 Voordelen: Eenvoudige constructie Zelfstartend Weinig onderhoud Geen krui-mechanisme nodig Toepasbaar bij lage windsnelheden Geluidsarm Nadelen: Laag rendement Relatief duur, veel materiaal nodig Duurzaam werken op zee 8

9 Voordelen: Hoog aerodynamisch rendement (30-35%) Geen krui-mechanisme nodig Kleine onderlinge afstand van turbines Geluidsarm Nadelen: Niet-zelfstartend Minder bedrijfszeker door frequente technische problemen Relatief duur, zware constructie noodzakelijk door pulserende omwenteling wieken Duurzaam werken op zee 9

10 Voordelen: Hoog aerodynamisch rendement (40-45%) Zelfstartend Bedrijfszeker Relatief goedkoop, lichte constructie Nadelen: Krui-mechanisme noodzakelijk Grote onderlinge afstand tussen turbines Geluid Duurzaam werken op zee 10

11 Energie-opbrengst windturbines Duurzaam werken op zee 11

12 Welke formules worden gebruikt om het vermogen van een (horizontale-as) windturbine te berekenen? Wat betekenen de factoren (grootheden) in deze formules? Duurzaam werken op zee 12

13 P wind = ½ ρ V 3 π r 2 ρ = dichtheid van lucht [kg/m3] = 1,24 V = windsnelheid [m/s] r = straal rotor [m] P max = η a P wind η = maximaal theoretisch aerodynamisch rendement = 0,59 P effectief = η m η e P max η m = mechanisch rendement η e = elektrisch rendement Duurzaam werken op zee 13

14 In Maastricht en op de Noordzee staan identieke windturbines. De gemiddelde windsnelheid in Maastricht is 5 m/s en op de Noordzee bedraagt deze 10 m/s. De turbine in Maastricht heeft een gemiddelde energieopbrengst van 1 MW. Wat is de gemiddelde energieopbrengst op de Noordzee? Duurzaam werken op zee 14

15 Turbine Maastricht P effectief = η m η e η a ½ ρ V 3 π r 2 => η m η e η a ½ ρ π r 2 = P effectief / V 3 = / (5) 3 = 8000 Turbines zijn identiek! Turbine Den Helder P effectief = η m η e η a ½ ρ V 3 π r 2 = 8000 (10) 3 = = 8 MW => Bij verdubbeling windsnelheid neemt vermogen toe met factor 8! Duurzaam werken op zee 15

16 Een windturbine heeft een vermogen van 4 MW en een rotordiameter van 150 m. Technische problemen maken het noodzakelijk dat de rotor wordt vervangen door een kleiner exemplaar met een diameter van 75 meter. Wat is de consequentie voor het vermogen van deze turbine? Duurzaam werken op zee 16

17 Rotordiameter 150 m (r=75) P effectief = η m η e η a ½ ρ V 3 π r 2 => η m η e η a ½ ρ V 3 π = P effectief / r 2 = / (75) 2 = 711 Aanname: de gemiddelde windsnelheid en de verschillende rendementen veranderen niet bij een kleinere rotordiameter Rotordiameter 75 m (r=37,5) P effectief = η m η e η a ½ ρ V 3 π r 2 = 711 (37,5) 2 = = 1 MW Bij een halvering van de rotordiameter neemt het vermogen af met een factor 4! Duurzaam werken op zee 17

18 Hoe kan de energie-opbrengst per turbine zo groot mogelijk worden gemaakt? Duurzaam werken op zee 18

19 Afmetingen: Zo hoog mogelijke mast (doorgaans hogere windsnelheid) Zo groot mogelijke rotordiameter Locatie Kust of zee (hogere windsnelheid) Nabij electriciteitsgebruikers (verliezen in kabels) Duurzaam werken op zee 19

20 Ontwikkeling windenergiesector in Nederland Duurzaam werken op zee 20

21 2020: 14% van het totale energieverbruik 2050: 100% van het totale energieverbruik Duurzaam werken op zee 21

22 Duurzame Energie Duurzaam werken op zee 22

23 Welke duurzame en niet-duurzame energiebronnen worden onderscheiden? Duurzaam werken op zee 23

24 Windenergie Zonne-energie Bio-energie Geothermische energie (aardwarmte) Omgevingswarmte (OTEC) Waterkracht Blauwe energie (zoet zout) Duurzaam werken op zee 24

25 Fossiele brandstoffen Kernenergie Duurzaam werken op zee 25

26 geen uitstoot van broeikasgassen (CO2) of andere stoffen die schadelijk zijn voor het milieu (of de gezondheid) minder afhankelijkheid van een klein aantal olie- en gasproducerende landen en de hoge prijzen van fossiele brandstoffen. duurzame energie raakt niet op Duurzaam werken op zee 26

27 Doorgaans duurder dan niet-duurzame energie. Verwachting is dat de kostprijs zal dalen. Horizonvervuiling Ruimtebeslag Andere ecologische impact Onderwatergeluid Aanvaringen Habitatveranderingen Duurzaam werken op zee 27

28 Duurzaam werken op zee 28

29 Bestaat uit: Producenten Ingenieursbureaus Onderzoeksinstituten / Universiteiten Contractors Onderhoudsbedrijven. Nederlandse bedrijven zijn betrokken bij alle Europese windparken op zee. In 2010 een omzet in binnen- en buitenland van meer dan 1 miljard EUR In 2010 ruim fte werkzaam in de sector, groei naar mogelijk in 2020 Duurzaam werken op zee 29

30 Medegebruikers van de Noordzee Duurzaam werken op zee 30

31 Scheepvaart Olie en gaswinning Visserij Kabels en pijpleidingen Militair gebruik Beschermde gebieden Zandwinning (Recreatie) (Aquacultuur) Duurzaam werken op zee 31

32 De Noordzee is een druk bevaren zee, met name het Nederlandse deel In totaal: Hoog en Zeer hoog = 14% Medium =34% Duurzaam werken op zee 32

33 Alleen gas in de zuidelijke Noordzee, in het noorden ook olie Inclusief veiligheidszone voor helicopters ruimtebeslag 14% Duurzaam werken op zee 33

34 Duurzaam werken op zee 34

35 Oefengebieden voor schepen, onderzeeërs en vliegtuigen Munutie dumpplaatsen Duurzaam werken op zee 35

36 Duurzaam werken op zee 36

37 Duurzaam werken op zee 37

38 Duurzaam werken op zee 38

39 Combinatiemogelijkheden van gebruiksfuncties Duurzaam werken op zee 39

40 In hoeverre laten de gebruiksfuncties: Offshore wind Scheepvaart Olie en gas Militair gebruik Visserij Kabels en pijpleidingen Natuurgebieden Zandwinning en baggeren zich met elkaar comberen? Geef de mogelijkheden aan in een driepuntschaal (slecht, matig, goed) Duurzaam werken op zee 40

41 Scheepvaart Olie en gas Militair gebruik Visserij Kabels en pijpleidingen Natuurgebieden Zandwinning en baggeren Offshore wind Offshore wind Zandwinning en baggeren Natuurgebieden Kabels en pijpleidingen Visserij Militair gebruik Olie en gas Scheepvaart Goed Matig Slecht Duurzaam werken op zee 41

42 Welke gebruiksfuncties worden in de bestaande offshore windparken gecombineerd? Geen.. Duurzaam werken op zee 42

43 Egmond aan Zee (OWEZ): 36 turbines (108 MW) Prinses Amalia Windpark (PAWP): 60 turbines (120 MW) Elektriciteitsproductie voor ca huishoudens Duurzaam werken op zee 43

44 Offshore windenergie in Nederland Duurzaam werken op zee 44

45 Welke gebieden zijn in het Nationaal waterplan aangewezen om toekomstige offshore windparken te ontwikkelen? Borssele IJmuiden Ver voor de Hollandse kust - Luchterduinen (Q10) noorden van de Waddeneilanden Geminiparken (Buitengaats en Zee-Energie) Duurzaam werken op zee 45

46 In het energie-akkoord (september 2013) is afgesproken dat 16% van de Nederlandse energievoorziening duurzaam moet zijn in Hoeveel MW aan offshore windvermogen dient er dan gerealiseerd te zijn? Voor hoeveel huishoudens kunnen deze windturbines dan electriciteit opwekken? MW 4450 x 1125 = huishoudens Duurzaam werken op zee 46

47 Wet milieubeheer Waterwet Natuurwetgeving: Natuurbeschermingswet Flora & Faunawet: bescherming van soorten Duurzaam werken op zee 47

48 Regelgeving Duurzaam werken op zee 48

49 Welke aspecten worden uitgewerkt in de: Wet milieubeheer Waterwet Natuurbeschermingswet Flora & Faunawet Duurzaam werken op zee 49

50 Milieubeleidsplannen en programma s Milieukwaliteitseisen Milieueffectrapportages Inrichtingen Afvalstoffen Verslag-, registratie- en meetverplichtingen Procedures voor vergunningen en ontheffingen Duurzaam werken op zee 50

51 Voorkomen overstromingen, wateroverlast en waterschaarste Verbeteren van de chemische en ecologische kwaliteit van watersystemen Vervulling maatschappelijke functies door watersystemen. Duurzaam werken op zee 51

52 Bescherming van aangewezen natuurwaarden van Natura 2000 gebieden (Vogel- en Habitatrichtlijn). Aangewezen natuurwaarden kunnen zowel soorten als habitats zijn. Duurzaam werken op zee 52

53 Bescherming van soorten Er worden drie beschermingsniveaus onderscheiden (licht, middel en zwaar) Duurzaam werken op zee 53

54 Duurzaam werken op zee 54