Windenergie; werking en perspectief Jos Beurskens
Den Haag 30 mei 2012
www.ecn.nl
Energiedichtheid van wind Pwind = ½..V3 [W/m2] Windsnelheid Windsnelhed (m/s) (Watt/m²) 3
16
6
130
V (m/s) D
12
1035
A = π/4.D²
A [m²]
Windturbinekarakteristieken: vermogenscurve Power in the wind
2.000
1.500
1.000
Rated power Vermogen (kW)
2.500
Cut-out speed
Nordex N80/2500kW
Cut-in speed
500
0 5
Power curve
10
15
20
25 Wind speed (m/s)
30
Typen van windturbines Energieproductie wordt alleen bepaald door het oppervlak dat door de rotor wordt bestreken en de windsnelheid en NIET door het generatorvermogen en aantal wieken.
Pwindturbine / Pwind < 16/27 (bijna 60%)
(Lancaster-Betz)
Windpark = Windenergiecentrale
Energy factor
Windturbinekarakteristieken: energieproductie en capaciteitsfactor 1
1
2
3
2
3
Vrated/Vave
Capacity factor
0.4
0.2 0.1 1
Cap factor = E/P.T
Vrated/Vave
Equivalente vollasturen = (Cap. Factor) * T
Vollasturen en de subsidieregeling
We hebben nodig: • Turbines met een grote rotor en relatief klein generatorvermogen, die aangepast zijn aan hoge windsnelheden. • Resultaat: hoog aantal vollasturen, regelmatigere energieproductie, betere voorspelbaarheid, lagere kabelkosten, meer windenergie aan het net, snellere innovaties Source: J.P. Molly, DEWI
Huidige Nederlandse regeling die subsidie verschaft tot een maximaal aantal vollasturen blokkeert dit.
Offshore; waarom?
• Beste (acceptabele) windlocaties op land worden schaarser • Publieke weerstand neemt toe • Minder hinder, zoals geluidemissie • Significante bijdrage van windenergie aan energievraag onmogelijk door alleen windenergie op land • Noordzee dichtbij • Ondiep met hoge windsnelheden; zeer hoog potentieel • Goede netaansluitingsmogelijkheden aan de kust • Economisch van groot belang voor Nederlands bedrijfsleven
Offshore; waarom? Geïnstalleerd vermogen in de wereld einde 2011: 238.000 MW, waarvan 4.100 MW offshore (= 1,7%)
Acht 100x100 km offshore wind parken kunnen 3,000 TWh produceren, het equivalent van de elektriciteitsvraag van de EU
Based on Siemens information
R&D in Nederland; programma’s • Nederland heeft traditioneel altijd sterke, actuele en coherente R&D programma’s gehad, met/in veel internationale connecties/netwerken (EU, IEA, informeel, bilateraal). • Vaak initiator van projecten, programma’s en netwerken. • Bedrijfsleven heeft daarvan geprofiteerd. • Positie Nederland wordt zwakker. We zijn in de categorie ‘overigen’ beland. • Nog veel potentieel onbenut. offshore NOW I & II 1976
IPW
EOS
…..
We@Sea 2003
Technology push Duale aanpak Vraaggestuurd
FLOW
TKI 2012
R&D in Nederland; TKI programma
Start eerste projecten 2013
R&D in Nederland; TKI programma
• NL is niet de eerste met proefpark, wel met proeftuin • Essentieel voor kennisoverdracht naar industrie en creëeren track records • Directe toegang tot operationele gegevens essentieel • Proefpark en andere onderdelen van het TKI programma zijn alleen gericht op kostenreductie door innovatie. Kostenreductie worden ook grotendeels bereikt door leren door doen. Dit ontbreekt omdat er geen implementatie doelen en incentives meer zijn.
Nederland ideeënfabriek Nederlands bedrijven behoren – qua innovatie – tot top in de wereld Met name op de volgende terreinen: • Ontwerp en bouw van offshore vaartuigen • Windparkontwikkeling • Offshore fundaties, transport en installaties
Verder veel potentie in haven faciliteiten Er is geen windpark in Europa (49) waar geen Nederlands bedrijf bij was betrokken
Echter: windturbine industrie is relatief zwak Echter: Politiek raamwerk relatief zwak
Nederland ideeënfabriek Nederlandse instituten behoren - gezamenlijk - tot top 4 in de wereld
Photo:Jos Jos Beurskens Beurskens Foto:
© Chris Westra Development of environmental effects monitoring equipment
Bird collision detection ECN Birds flight detection radar TNO
Conclusies
• Nederland is sterk in innovaties, kennis en heeft goede R&D programma’s. • R&D support van overheid is onmisbaar omdat bedrijven op internationale markt concurreren met steun overheden (CN, D, DK, F, USA, etc.) • Zwak implementatiebeleid (geen goede thuismarkt) bedreigt doelstelling voor (40%) kostenreductie omdat die behaald wordt door zowel innovaties als leren in praktijk. Dit slaat terug op commercieel succes van in Nederland gevestigde bedrijven.
Dank voor uw aandacht!
©Jos Beurskens
Opbouw windturbines • Bladverstelmechanisme
P ~ V³ F ~ V²
• Hoofdlager en langzaamdraaiende as
• Tandwielkast • Generator • Koeling, luchtfiltering • Kruimotoren • Transformator en vermogenselektronica: in torenvoet of in apart onderkomen
Om vooruitgang te ontdekken moet je in de turbine kijken 1979 Regelsystemen
Conditioning monitoring
(Direct) drive generatoren (permanente magneten, super geleidende generator Geavanceerde blad materialen
2009
1:n ASM Regelsystemen en vermogenselekronische a. omzetters hebben revolutie veroorzaakt 1:n
ASM
b.
1:n
c. Siemens
1:n
d.
ASM
ac
Vermogens- & toerentalregeling
Windturbine is een betrouwbare energiecentrale geworden !
Multi parameter regeling: • Maximalisering van electriciteitsproductie • Vollasturen • Minimalisering ac vermoeiingsbelasting dc ASM • Veiligheidsystemen dc ac • Actieve trillingsdemping • Geavanceerde sensoren (LIDAR) • Kwaliteit elektriciteit
dc dc
SM
e.
ac dc
ac
dc dc
ac
Wat komt bij Offshore Wind kijken? Grootste verschillen met wind op land • •
Kostenstructuur Externe condities (golven, zout in lucht, turbulentie, extreme windsnelheden, morfologie van het zeebed, zeestromingen)
• • • • • • • •
Draagconstructies Windturbines en Windparken Transport en montage Afname procedures Bedrijf en Onderhoud; Toegang tot turbines Netintegratie Schaal & Risico’s Ecologische aspecten & Veiligheid
Deze aspecten vormen de basis van R&D programma’s. Offshore is basis voor Innovaties
Offshore windturbines moeten groot zijn
Generating capacity = own consumption
Opschalen • NIET vanwege goedkopere kWh van windturbine per se • Kostenreducties elders in systeem (vooral bij offshore toepassingen: transport en installatie, fundaties, onderhoud & beheer) • Minder visuele hinder (!) investeringen ~ (D³) energie productie ~ (D²) COE (= investering/energieproductie) ~ D Materialen met hogere sterkte-massaverhouding, smart rotors
Bijkomende voordelen opschalen op land
Rotordiamer: Aantal turbines: Toerental: Zichtbaarheidsafstand:
= 10 x
x3 x 1/10 (+) x 1/3 (+) x3 (-)
Slotopmerking (1) Denmark Portugal Spain Ireland Germany EU-27 Greece Netherlands United Kingdom Estonia Sweden Italy Austria Lithuania Belgium France Bulgaria Romania Poland Hungary Luxembourg Latvia Czech Republic Finland Slovakia Slovenia Malta Cyprus
25,6% 15,5% 15,0% 12,9%
8,0% 5,3% 4,3% 4,1% 3,7% 3,5% 3,2% 3,2% 2,8% 2,7% 2,3% 2,3% 2,1% 1,7% 1,6% 1,5% 1,1% 0,9% 0,6% 0,5% 0,0% 0,0% 0,0% 0,0%
0%
5%
Nederland vooraan in peleton, maar niet meer in kopgroep!
Bijdragen van windenergie aan nationaal elektriciteitsverbruik, einde 2010
10%
15%
Source: EWEA, GWEC and International Atomic Energy Agency (IAEA)
20%
25%
30%
Slotopmerking (2) Denmark Germany Netherlands Portugal Spain Belgium UK Ireland EU-27 Italy Luxembourg Austria France Greece Cyprus Sweden Poland Bulgaria Estonia Hungary Czech Republic Lithuania Romania Finland Latvia Slovakia Slovenia Malta
88,1 76,2 54,1 42,6 41,0
29,9
Dit is het enige excuus, alhoewel ….
21,3 20,3 19,5 19,2 16,4 12,1 10,3 9,2 8,9 4,8 3,5 3,4 3,3 3,2 2,7 2,4 1,9 0,6 0,5 0,1 0,0 0,0
0
10
Geïnstalleerd wind vermogen per 1000 km², einde 2010
20
30
40
50
60
70
80
90
100
