My statement paper Windturbines beïnvloeden het klimaat Glen Pelgrims Ellen Van Dievel
14 april 2015
1. Inleiding Tegenwoordig is hernieuwbare, groene energie een onderwerp waar veel over gesproken en gediscussieerd wordt. De energieproductie door kerncentrales en fossiele brandstoffen hebben een negatieve invloed op het milieu en daarom wordt er gezocht naar milieuvriendelijke alternatieven. Duurzame energie is energie die steeds beschikbaar blijft en geen negatieve invloed heeft op het milieu. Onder duurzame energie valt onder meer zonne-energie, windenergie en aardwarmte. Het doel van onze thesis is het opstellen van de efficiëntiecurven van verschillende microwindturbines die eerder ontworpen werden. Elke turbine heeft een apart design en dus ook een andere efficiëntie. Sommige turbines zullen hierdoor beter geschikt zijn om op de markt te brengen dan andere. Zonder de efficiëntiecurven kan er geen besluit getrokken worden over welke turbine de beste efficiëntie heeft. De markt van de micro-windturbines is een redelijk nieuwe markt en ook naar grote wind-turbines wordt nog veel onderzoek gedaan. Een vraag die men vaak stelt in verband met windenergie is: “Heeft windenergie, en meer bepaald windturbines, een invloed op het klimaat?”. Om deze vraag te beantwoorden werden er verschillende papers gelezen die de stelling zowel beamen als ontkrachten. Het eerste hoofdstuk gaat over de invloed die een windturbine heeft op het klimaat door de werking van de turbine. In het tweede hoofdstuk wordt er gekeken naar de uitstoot dat een windturbine heeft over zijn gehele levenscyclus en wordt dit vergeleken met andere energie-opwekkers. Op het einde wordt er een besluit getrokken met een persoonlijke mening.
2. Invloed door de werking van de windturbine Windturbines gebruiken een generator om de energie die opgeslagen zit in de lucht in de vorm van een kracht, namelijk wind, om te zetten in elektrische energie. De luchtlaag waarin de windturbine zich bevindt, bezit voor de windturbine meer energie dan achter de windturbine met als gevolg dat de snelheid van de lucht voor de windturbine hoger is dan erachter. Deze vertraging komt doordat er energie aan de bladen van de windturbine wordt afgegeven zodat deze beginnen te draaien. Door de vertraging van de wind vergroot de kans op neerslag. (De invloed van windmolens op ons klimaat, 2014) Hiernaast zullen de ronddraaiende wieken van de turbine ervoor zorgen dat hogere en lagere luchtlagen sneller met elkaar in contact komen. Deze lagen bezitten een verschil in energie en zullen zich mengen met elkaar om het evenwicht te herstellen. Daarnaast hebben de lagen ook een verschil in temperatuur. De warme en de koude lucht worden gemengd met als gevolg dat er zeer natte lucht, wolken en dikke mist gevormd worden. Deze effecten kunnen tot op 100km achter de windturbineparken merkbaar zijn. (De invloed van windmolens op ons klimaat, 2014) Doordat de kinetische energie slechts tot 0.3% toedraagt aan de energiebalans van de aarde, zou men kunnen denken dat deze geen extreme aanpassingen zou kunnen brengen aan het klimaat. Wel is ze de voornaamste bron die zorgt voor het vervoeren van warmte en vochtigheid, dus zullen de effecten wel duidelijk merkbaar worden. (De invloed van windmolens op ons klimaat, 2014) In Texas werd er een onderzoek uitgevoerd waar ze waarden, die ze in 2003 verworven hebben toen er nog geen windturbines stonden, vergelijken met waarden uit 2010, wanneer er reeds een groot aantal turbines actief waren. Over het verloop van deze jaren zijn ze tot de conclusie gekomen dat de temperatuur met reeds 0.72 graden Celcius gestegen was. Indien er nog veel grote windparken worden gebouwd, zal er een nog grotere temperatuursstijging teweeg gebracht worden. Vooral windturbines die hoger zijn dan 100 meter hebben een grote invloed op het klimaat. (De invloed van windmolens op ons klimaat, 2014) Eén enkel windturbinepark heeft geen groot effect op een verandering van het klimaat, maar steeds meer en meer landen investeren in deze hernieuwbare energie, aangezien ze betrouwbaarder en goedkoper is dan fossiele brandstoffen. Dit zorgt ervoor dat er steeds meer windturbines worden gebouwd, wat op zijn beurt weer zorgt voor een grotere invloed op het klimaat. (Windenergie groeit weer na dip, 2015) Ondanks de goede argumenten die hierboven gegeven werden, werd er een nieuwe studie uitgevoerd, door Robert Vautard en collega’s, om na te gaan of deze effecten wel degelijk zo groot zijn. Deze studie verklaarde dat de windturbines, die groter dan 100m zijn, een stijging in warmte en regen veroorzaken, maar dat deze effecten veel minder sterk waarneembaar zijn dan de vorige studie ons deed geloven. Dit onderzoek heeft bewezen dat windturbines enkel een kleine invloed hadden op de weersvoorspelling van de komende vijf dagen, tot op een afstand van 1000km achter de windturbineparken. De zekerheid of deze kleine weersveranderingen een invloed gaan hebben die op langere termijn zichtbaar worden, is nog steeds onduidelijk. (Wind Farms: Negative Effect On Climate Change Is Overblown, 2014)
Diezelfde studies bewezen ook dat er een stevige windstroming over Europa zal ontstaan die tegengesteld is aan de normale gang van zaken. Deze studies vergelijken de oorspronkelijke situatie in 2012 met de gesimuleerde situatie dat zich zal voordoen in 2020. Ze bekijken de interactie tussen windturbines en de atmosfeer. Ze kwamen tot de conclusie dat de invloed, die deze interactie zal hebben op de dagelijkse temperatuur en regen, enkel merkbaar is tijdens de winter. Deze zal nog altijd zwakker zijn dan de vorige paper beweerde, en ze zal zelfs zwakker zijn dan de natuurlijke, jaarlijkse verandering van het klimaat. (Wind Farms: Negative Effect On Climate Change Is Overblown, 2014) Buiten de negatieve effecten die windturbines kunnen hebben op het milieu, zijn er ook positieve effecten waarneembaar. Zo zouden windturbineparken voor de kust, de kracht van orkanen kunnen reduceren. Dit komt omdat een windturbine de kracht van de wind, en dus ook van de orkanen, gebruikt om deze om te zetten in elektrische energie. De golfhoogtes, windsnelheden en stormvloeden zouden verminderen door de windturbines. (Wind Turbines Change The Weather, So They May Make Hurricanes Weaker, 2014) Om na te gaan in hoeverre deze positieve effecten waarneembaar zijn, werden er nieuwe simulaties uitgevoerd waaruit geconcludeerd werd dat windturbines wel degelijk de kracht van orkanen kan reduceren. In deze testen werden verschillende groottes van stormen gesimuleerd. Windturbines hebben een mechanisme in zich waardoor ze automatisch stoppen met draaien wanneer de windsnelheid te hoog wordt en de kans op beschadiging te groot wordt. Hieruit volgt de vraag of het wel nuttig is om dure windturbines in te zetten om de kracht van orkanen te reduceren als ze de hoge snelheden toch niet aankunnen. De auteurs van de studie beweren allesinds van wel. Volgens hen wordt de windsnelheid afgenomen en zal daardoor de turbine niet stilvallen. Deze conclusie kan in vraag gesteld worden. De windsnelheid wordt namelijk alleen afgenomen als de windturbine de energie gebruikt om deze om te zetten in elektrische energie en dit is niet het geval indien ze eerder stilstaat. Dit positieve effect is dus enkel zichtbaar wanneer de windsnelheden niet te hoog zijn voor de windturbines. (Wind Turbines Change The Weather, So They May Make Hurricanes Weaker, 2014)
3. Invloed door de uitstoot van Uit het vorige hoofdstuk kan men besluiten dat windturbines geen grote positieve of negatieve effecten hebben op het milieu door de werking ervan. Ze produceren geen CO2 tijdens de opwekking van energie, maar hoe milieuvriendelijk is de productie van een windturbine? Eenderzijds moet dit vergeleken worden met niet-hernieuwbare energieopwekkers en anderzijds met hernieuwbare energieopwekkers zoals zonnepanelen. Er is ook een duidelijk verschil te zien tussen windturbines die op het land worden geplaatst en windturbines die op zee staan. (Barnard, 2014) Deze vergelijking wordt gemaakt op basis van alle broeikasgassen die vrijkomen gedurende de hele levenscyclus van de energiebron. Hierbij wordt rekening gehouden met de productie van alle verschillende onderdelen waaruit een energiebron bestaat maar ook met het onderhoud dat een energiebron vraagt. Bij een windturbine wordt de meeste CO2 uitgestoten tijdens de productie van de betonnen funderingen die nodig zijn om de turbine vast te zetten in de grond. In vergelijking met een modern huis, heeft een windturbine, van 2.5 tot 3MW, zes keer zoveel fundering nodig. Dit is tussen 56 en 300 kubieke meter beton. (Barnard, 2014) In figuur 1 zien we dat de broeikassen, die een windturbine uitstoot in zijn hele levenscyclus, veel lager is tegenover die van andere niet-hernieuwbare energiebronnen. Vooral de verschillen met aardgas en steenkool zijn duidelijk waarneembaar. Zo is de totale CO2-uitstoot van de productie door respectievelijk aardgas en steenkool 50 en 100 keer hoger dan die van windenergie. Er is een minder groot verschil te zien tussen windenergie en nucleaire energie. Bij nucleaire energie wordt er, net zoals bij windenergie, geen CO2 uitgestoten tijdens de opwekking van energie. Een nadeel bij nucleaire energie is het kernafval dat achterblijft. (Barnard, 2014)
Figuur 1:: Life Cycle Assessment van windenergie, nuclaire energie, energie dmv aardgas en energie dmv steenkool
Dat windenergie minder belastend is voor het milieu dan niet-hernieuwbare energiebronnen is evident. Maar is windenergie dit ook in vergelijking met andere hernieuwbare energiebronnen zoals zonnepanelen? Monokristallijne zonnepanelen stoten tussen 43 en 62g CO2eq per kWh uit. Deze waarde wordt bepaald door de totale -uitstoot gedurende de levenscyclus te delen door het gemiddelde aantal kWh dat een zonnepaneel opwekt gedurende zijn levencyclus. Polykristalijne, amorphe en CIGS zonnepanelen stoten tussen 50 en 73 CO2eq per kWh uit, wat meer is dan een monokristalijn zonnepaneel. Deze waardes hangen daarnaast heel hard af van de manier waarop de zonnepanelen geïnstalleerd worden. Dit hangt heel nauw samen met de efficiëntie van de zonnepanelen en dus ook met de totale opbrengst van een zonnepaneel. (Weisser, 2007) Bij windturbines zijn de waardes afhankelijk van waar ze geplaatst worden. Bij windturbines op zee liggen de waardes tussen 9 en 19 gCO2eq per kWh, bij windturbines op het land variëren de waardes tussen 8-30 gCO2eq per kWh. Hoewel de windturbines op zee meer beton nodig hebben in hun fundering, ligt de gemiddelde uitstoot toch lager omdat er meer energie wordt gegenereerd op zee dan op land. De waardes op het land liggen verder uit elkaar omdat deze afhankelijk zijn van de plaats waar de windturbines gezet zijn. (Weisser, 2007)
4. Besluit De stelling ‘windturbines beïnvloeden het klimaat’ kan door deze paper grotendeels ontkracht worden. Zo zijn er plaatselijk wel invloeden zichtbaar op het klimaat in de buurt van grote windturbineparken, maar zijn deze vele kleiner dan de impact van andere energie-opwekkers op het klimaat. Zo zou er meer neerslag vallen in gebieden die achter grote windturbineparken liggen, maar dit is enkel in theorie onderzocht en niet experimenteel bewezen. Zelf zal het klimaat meer veranderen naargelang we verder gaan met de jaren. De verandering dat de windturbines met zich meebrengen, is nauwelijks voelbaar in vergelijking met de eigenverandering van het klimaat. Daarnaast is het duidelijk dat bij de productie van windturbines weinig vrijkomt, waardoor het ook op die manier geen invloed heeft op het klimaat. Indien de windturbines op land geplaatst worden, is er meer gCO2eq per kWh dan wanneer ze op zee geplaatst worden. Dit is nog steeds minder dan er bij andere soorten energie opgewekt wordt. Met andere woorden kunnen we hieruit besluiten dat deze vorm om energie op te wekken een zeer goed alternatief is op fossiele brandstoffen.
5. Literatuurlijst
Barnard, M. (2014, april 18). Wind Energy is a Key Wedge in the Fight Against Global Warming. Opgeroepen op 04 05, 2015, van Energy and Policy: http://www.energyandpolicy.org/wind_energy_key_wedge_vs_global_warming De invloed van windmolens op ons klimaat. (2014, maart 29). Opgeroepen op april 5, 2015, van De groene rekenkamer: http://www.groenerekenkamer.nl/2518/de-invloed-van-windmolens-op-onsklimaat/ Weisser, D. (2007, September). A guide to life-cycle greenhouse gas (GHG) emissions from electric supply. Opgeroepen op Maart 24, 2015, van IAEA: http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download?doi=10.1.1.184.9443&rep=rep1&type=pdf Wind Farms: Negative Effect On Climate Change Is Overblown. (2014, februari 26). Opgeroepen op april 10, 2015, van Scientific Blogging: http://www.science20.com/news_articles/wind_farms_negative_effect_climate_change_overblown130540 Wind Turbines Change The Weather, So They May Make Hurricanes Weaker. (2014, februari 27). Opgeroepen op april 10, 2015, van Scientific Blogging: http://www.science20.com/news_articles/wind_turbines_change_weather_so_they_may_make_hu rricanes_weaker-130513 Windenergie groeit weer na dip. (2015, februari 11). Opgeroepen op april 10, 2015, van power-link: http://www.power-link.be/windenergie-groeit-weer-na-dip
