Stel je voor: je zit op de fiets, en je hebt weer eens tegenwind, precies op dat ene lange stuk waar je net wat sneller naar huis wilde. Je trapt je suf, maar het baat niet. Al die windkracht die jij probeert te overwinnen, zit echter óók boordevol potentie. Want windenergie draait erom die alledaagse, soms hinderlijke kracht om te zetten in iets waardevols: elektriciteit.
Wind is een enorm nuttige bron van kracht. Het is schoon, hernieuwbaar, efficiënt en betaalbaar. Terwijl we zoeken naar manieren om onafhankelijk te worden van fossiele brandstoffen, groeit het aandeel van windenergie razendsnel.
Maar hoe werkt zo’n turbine precies? En waarom ziet de ene eruit als een enorme toren en is de ander zo compact? Deze blog gaat over de techniek, geschiedenis en toekomst van windenergie: van de klassieke Hollandse molen tot de high-tech vlieger die honderden meters boven zee elektriciteit opwekt.
Een korte geschiedenis
Windkracht werd duizenden jaren geleden al gebruikt om zeilen voort te stuwen. Rond de 9e eeuw doken in Perzië de eerste windmolens op, met verticale assen (zie de afbeelding hieronder). In de 12e eeuw verschenen in Europa de horizontale windmolens, zoals we die kennen uit Nederland. Deze molens maalden graan of pompten water.
De eerste elektriciteit-opwekkende windturbine ontstond in 1887 in Schotland (zie de afbeelding hieronder). In de 20e eeuw volgden experimenten in de VS en Denemarken. In 1931 werd de verticale-as turbine van Darrieus gepatenteerd. Maar pas na de oliecrisis van 1973 kwam windenergie echt in een stroomversnelling. In 1991 bouwde Denemarken het eerste offshore windpark. Sindsdien groeide het wereldwijd: in 2023 werd de grens van 1.000 gigawatt aan windvermogen gepasseerd.
Hoe werkt een windturbine?
Een windturbine werkt doordat wind de bladen laat draaien. Deze bladen zijn verbonden met een as die de beweging overdraagt aan een generator, waarmee elektriciteit vervolgens wordt opgewekt. Hierna wordt de opgewekte elektriciteit doorgeggeven aan het stroomnet. Hoe harder het waait, hoe meer energie een windturbine kan generen; het geleverde vermogen groeit namelijk met de derde macht van de windsnelheid. Turbines kunnen zichzelf naar de wind draaien (yaw) en de bladen kantelen (pitch) voor optimale prestatie.
Er is echter wel een natuurkundige limiet voor windturbines; volgens de Betz-wet stelt kan er maar maximaal 59% van de windenergie benut kan worden. Tegenwoording halen moderne turbines een efficiëntie van ongeveer 45%, mede dankzij sensoren die zorgen dat de turbine slim inspeelt op windomstandigheden.
HAWT vs. VAWT: wat is het verschil?
De meeste turbines zijn horizontale-as windturbines (HAWT). Dit is het klassieke beeld dat men heeft van een windturbine: drie grote bladen, die draaien om een horizontale as. Ze zijn effectief, krachtig en schaalbaar, maar ook groot, opvallend én afhankelijk van de windrichting. HAWT’s hebben een hoge efficiëntie en kunnen dankzij hun formaat enorme hoeveelheden elektriciteit opwekken. Dat maakt ze ideaal voor grote windparken. Ze hebben echter ook een aantal nadelen: ze vragen veel ruimte, moeten altijd naar de wind worden gedraaid en zijn niet bepaald subtiel in het landschap.
Verticale-as windturbines (VAWT) draaien om een verticale as, en zijn omnidirectioneel. Ze hoeven dus, in tegenstelling tot HAWT’s, niet naar de wind gericht te worden. Ze zijn compacter, stiller en visueel minder aanwezig. VAWT’s bestaan in verschillende vormen, zoals de Darrieus- of Savonius-turbine.
Een belangrijk voordeel van VAWT’s is dat ze goed functioneren in turbulente of wisselvallige windomstandigheden, zoals in stedelijke omgevingen. Ook kunnen ze dichter op elkaar worden geplaatst dan HAWT’s, en zo ruimte besparen. Door de gerine schaal is onderhoud ook eenvoudiger dan bij HAWT’s. Dit maakt ze interessant voor plekken waar ruimte schaars is, wind uit alle richtingen komt, en onderhoud lastig of duur is, zoals kleinschalige installaties binnen de bebouwde kom.
Toch zie je ze in de praktijk maar weinig. Ze zijn lastig op te schalen, kampen bij grotere formaten met trillingen en vermoeidheid, en de markt wordt vrijwel volledig gedomineerd door fabrikanten van HAWT’s, waardoor de ontwikkeling van VAWT’s achterblijft. Je ziet ze vooral in niches: kleinschalige toepassingen, proefopstellingen, of plekken waar je met een beetje wind al iets wilt opwekken. Kortom: hoewel ze al bestaan, zijn ze voorlopig nog geen volledige vervangers van HAWT’s.
Windenergie vandaag
Windturbines staan tegenwoordig zowel op het land (onshore) als in zee (offshore). Op land zie je ze vaak in weilanden en langs snelwegen. Op zee staan ze vaak op funderingen in ondiep water. Als je aan de Nederlandse kustlijn staat, kun je in de verte het Windmolenpark Hollandse Kust zien, dat vol staat met windturbines.
In landen als Denemarken komt bijna 60% van de stroom uit wind, en offshore turbines worden steeds groter: de Haliade-X bijvoorbeeld levert meer dan 12 megawatt, wat genoeg is om tot 16,000 (!) huishoudens per jaar van stroom te voorzien. Dankzij schaalvergroting van windmoelsn is de prijs per opgewekte kilowattuur tevens sterk gedaald, waardoor wind nu vaak goedkoper is dan kolen of gas.
Toch zijn er uitdagingen. Wind is namelijk niet constant, met als gevolg een variërende stroomproductie. Daarom is opslag (zoals batterijen of waterstof) of slimme netsturing nodig. Ook is er nog het ruimtebeslag: turbines zijn groot en niet iedereen wil ze in het zicht. Gelukkig worden ze steeds stiller en efficiënter.
Een ander aandachtspunt bij offshore windparken is de impact op het zeeleven. De bouw en aanwezigheid van turbines kunnen gevolgen hebben voor vissen, zeezoogdieren en het ecosysteem op de zeebodem. Tegelijk zien onderzoekers dat funderingen ook kunnen dienen als kunstmatige riffen, waar zeeleven zich juist aan hecht. De ecologische balans hangt dus sterk af van ontwerp, locatie en monitoring. Gelukkig wordt hier bij nieuwe projecten steeds meer rekening mee gehouden.
De toekomst van wind
De verwachting is dat windenergie tegen 2050 een hoofdrol speelt in onze stroomvoorziening. Dat vraagt enorme uitbreiding. Alleen al tot 2030 moeten er jaarlijks honderden gigawatt bijkomen.
Technisch worden turbines steeds geavanceerder. Ze worden groter, sterker en slimmer. Rotoren van meer dan 250 meter diameter zijn in ontwikkeling. Nieuwe materialen en sensoren helpen om ze efficiënt en onderhoudsarm te maken.
Op zee zien we de opkomst van drijvende windturbines. Die zijn verankerd aan kabels en kunnen in dieper water geplaatst worden. Zo komt er ruimte bij zonder zicht vanaf het land. Noorwegen en Frankrijk experimenteren hier al mee.
Onderzoekers kijken ook naar efficiëntere windpark-opstellingen. Verticale-as turbines in slimme patronen zouden meer energie per vierkante meter kunnen leveren. Dat is veelbelovend, zeker waar ruimte schaars is.
Een andere innovatie is airborne wind: vliegers of drones die op honderden meters hoogte wind vangen. Daar waait het constanter en harder. De opgewekte energie gaat via een kabel naar de grond. Google experimenteerde hier al mee met het Makani-project. Het is nog in ontwikkeling, maar toont hoe creatief de sector is.
Conclusie
Windenergie is al eeuwen in gebruik, maar speelt vandaag de dag een grotere rol dan ooit. Dankzij onderzoek en technologische vooruitgang begrijpen we beter waar de kansen liggen, en welke uitdagingen er nog zijn. De ontwikkelingen gaan snel en de potentie is groot.
Tegelijkertijd vraagt windenergie om zorgvuldige keuzes. Wind is veranderlijk, ruimtegebruik is niet altijd eenvoudig, en de ecologische impact – zeker offshore – moet serieus genomen worden. Dat vereist samenwerking tussen techniek, beleid en omgeving.
Als we blijven investeren in slimme oplossingen en verantwoorde toepassingen, kan windenergie een stabiele en betaalbare vorm van groene energie worden in een duurzame toekomst.
Robert Dilber
Bronnen
- The Guardian – Timeline: The history of wind power
- AP News – 2023 was a record year for wind installations as world ramps up clean energy, report says
- Energiepost.eu – The benefits of Vertical-Axis Wind Turbines: omnidirectional, close-packed, easier to maintain + more
- DNV – Floating Offshore Wind: The next five years
- Travel to Iran – Afbeelding Perziche windmolen 9e eeuw
- American Physical Society – Afbeelding eerste Schotse windmolen
- ArborWind Blog – Afbeelding HAWT vs VAWT
- Windenergie Nieuws – Afbeelding Windmolenpark Hollandse Kust
- The Conversation – Afbeelding drijvende windturbines
- MIT News – Afbeelding Airborne Wind
