Introductie windenergiesector Blok 2 Sander Lagerveld Dag 10 Windenergie 1
Duurzaam werken op Zee
Toepassing van windenergie in Nederland
Duurzaam werken op zee
2
8 augustus 2013
• Windmolens verschijnen vanaf 12e eeuw in Nederland • Belangrijkste toepassingen: • Verpompen van water • Malen van graan • Zagen van hout
Duurzaam werken op zee
3
8 augustus 2013
• 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
8 augustus 2013
• 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
8 augustus 2013
Verschillende soorten windturbines
Duurzaam werken op zee
6
8 augustus 2013
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 augustus 2013
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
8 augustus 2013
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
8 augustus 2013
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
8 augustus 2013
Energie-opbrengst windturbines
Duurzaam werken op zee
11
8 augustus 2013
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
8 augustus 2013
P wind = ½ ρ V3 π r2 ρ = dichtheid van lucht [kg/m3] = 1,24 V = windsnelheid [m/s] r = straal rotor [m] P max = ηa P wind η = maximaal theoretisch aerodynamisch rendement = 0,59 P effectief = ηm ηe P max ηm = mechanisch rendement ηe = elektrisch rendement Duurzaam werken op zee
13
8 augustus 2013
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
8 augustus 2013
Turbine Maastricht P effectief = ηm ηe ηa ½ ρ V3 π r2 => ηm ηe ηa ½ ρ π r2 = P effectief / V3 = 1.000.000 / (5)3 = 8000 Turbines zijn identiek! Turbine Den Helder P effectief = ηm ηe ηa ½ ρ V3 π r2 = 8000 (10) 3= 8.000.000 = 8 MW => Bij verdubbeling windsnelheid neemt vermogen toe met factor 8! Duurzaam werken op zee
15
8 augustus 2013
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
8 augustus 2013
Rotordiameter 150 m (r=75) P effectief = ηm ηe ηa ½ ρ V3 π r2 => ηm ηe ηa ½ ρ V3 π = P effectief / r2 = 4.000.000 / (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 = ηm ηe ηa ½ ρ V3 π r2 = 711 (37,5) 2 = 1.000.000 = 1 MW Bij een halvering van de rotordiameter neemt het vermogen af met een factor 4! Duurzaam werken op zee
17
8 augustus 2013
Hoe kan de energie-opbrengst per turbine zo groot mogelijk worden gemaakt?
Duurzaam werken op zee
18
8 augustus 2013
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
8 augustus 2013
Ontwikkeling windenergiesector in Nederland
Duurzaam werken op zee
20
8 augustus 2013
• 2020: 14% van het totale energieverbruik • 2050: 100% van het totale energieverbruik
Duurzaam werken op zee
21
8 augustus 2013
Duurzame Energie
Duurzaam werken op zee
22
8 augustus 2013
Welke duurzame en niet-duurzame energiebronnen worden onderscheiden?
Duurzaam werken op zee
23
8 augustus 2013
• Windenergie • Zonne-energie • Bio-energie • Geothermische energie (aardwarmte) • Omgevingswarmte (OTEC) • Waterkracht • Blauwe energie (zoet zout) Duurzaam werken op zee
24
8 augustus 2013
• Fossiele brandstoffen • Kernenergie
Duurzaam werken op zee
25
8 augustus 2013
• 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
8 augustus 2013
• 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
8 augustus 2013
Duurzaam werken op zee
28
8 augustus 2013
• 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 2.000 fte werkzaam in de sector, groei naar 11.000 mogelijk in 2020
Duurzaam werken op zee
29
8 augustus 2013
Medegebruikers van de Noordzee
Duurzaam werken op zee
30
8 augustus 2013
• Scheepvaart • Olie en gaswinning • Visserij • Kabels en pijpleidingen • Militair gebruik • Beschermde gebieden • Zandwinning • (Recreatie) • (Aquacultuur) Duurzaam werken op zee
31
8 augustus 2013
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
8 augustus 2013
Alleen gas in de zuidelijke Noordzee, in het noorden ook olie Inclusief veiligheidszone voor helicopters ruimtebeslag 14%
Duurzaam werken op zee
33
8 augustus 2013
Duurzaam werken op zee
34
8 augustus 2013
• Oefengebieden voor
schepen, onderzeeërs en vliegtuigen
• Munutie dumpplaatsen
Duurzaam werken op zee
35
8 augustus 2013
Duurzaam werken op zee
36
8 augustus 2013
Duurzaam werken op zee
37
8 augustus 2013
Duurzaam werken op zee
38
8 augustus 2013
Combinatiemogelijkheden van gebruiksfuncties
Duurzaam werken op zee
39
8 augustus 2013
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
8 augustus 2013
Duurzaam werken op zee
Scheepvaart
Olie en gas
Militair gebruik
Visserij
Kabels en pijpleidingen
Natuurgebieden
Zandwinning en baggeren
Offshore wind Scheepvaart Olie en gas Militair gebruik Visserij Kabels en pijpleidingen Natuurgebieden Zandwinning en baggeren Offshore wind
Goed Matig Slecht 41
8 augustus 2013
Welke gebruiksfuncties worden in de bestaande offshore windparken gecombineerd?
Geen..
Duurzaam werken op zee
42
8 augustus 2013
• Egmond aan Zee (OWEZ): 36 turbines (108 MW) • Prinses Amalia Windpark (PAWP): 60 turbines (120 MW) • Elektriciteitsproductie voor ca 155.000 huishoudens
Duurzaam werken op zee
43
8 augustus 2013
Offshore windenergie in Nederland
Duurzaam werken op zee
44
8 augustus 2013
Welke gebieden zijn in het Nationaal waterplan 2009 – 2015 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
8 augustus 2013
In het energie-akkoord (september 2013) is afgesproken dat 16% van de Nederlandse energievoorziening duurzaam moet zijn in 2023. Hoeveel MW aan offshore windvermogen dient er dan gerealiseerd te zijn? Voor hoeveel huishoudens kunnen deze windturbines dan electriciteit opwekken?
• 4.450 MW • 4450 x 1125 = 5.006.250 huishoudens Duurzaam werken op zee
46
8 augustus 2013
• Wet milieubeheer • Waterwet • Natuurwetgeving: • Natuurbeschermingswet • Flora & Faunawet: bescherming van soorten
Duurzaam werken op zee
47
8 augustus 2013
Regelgeving
Duurzaam werken op zee
48
8 augustus 2013
Welke aspecten worden uitgewerkt in de:
• Wet milieubeheer • Waterwet • Natuurbeschermingswet • Flora & Faunawet
Duurzaam werken op zee
49
8 augustus 2013
• Milieubeleidsplannen en programma’s • Milieukwaliteitseisen • Milieueffectrapportages • Inrichtingen • Afvalstoffen • Verslag-, registratie- en meetverplichtingen • Procedures voor vergunningen en ontheffingen
Duurzaam werken op zee
50
8 augustus 2013
• Voorkomen overstromingen, wateroverlast en waterschaarste
• Verbeteren van de chemische en ecologische kwaliteit van watersystemen
• Vervulling maatschappelijke functies door watersystemen.
Duurzaam werken op zee
51
8 augustus 2013
Bescherming van aangewezen natuurwaarden van Natura 2000 gebieden (Vogel- en Habitatrichtlijn). Aangewezen natuurwaarden kunnen zowel soorten als habitats zijn.
Duurzaam werken op zee
52
8 augustus 2013
Bescherming van soorten Er worden drie beschermingsniveaus onderscheiden (licht, middel en zwaar)
Duurzaam werken op zee
53
8 augustus 2013
Duurzaam werken op zee
54
8 augustus 2013
