De discussie over windenergie laait op. Dat is goed want nu wordt er ook aandacht besteed aan de punten die bij de energieconsumenten minder bekend zijn omdat de projectleiders van grootschalige windparken u dit liever niet vertellen.

Wetenschappers van twee Max-Planck instituten hebben een onderzoek gedaan hoeveel windenergie er nu eigenlijk nodig is voor de opwekking van elektriciteit door windmolens op land en wat de invloed van al die windmolens is op het klimaat.
De Duitse wetenschappers, Muller, Gans en Kleidon schatten de winbare windenergie met vaste windturbines wereldwijd op 18 – 68 TeraWatt terwijl schattingen van klimaatmodellen uitkomen op 18 – 34 TeraWatt.
Beide uitkomsten liggen verrassend dicht bij elkaar, maar zijn toch typisch 15 tot 100 keer zo klein als traditionele schattingen.

Gegeven een huidige globale energievraag van 17 TeraWatt en een geschatte verandering de komende 100 jaar tot misschien wel 120 TeraWatt (berekening van het Internationaal Energie Agentschap) suggereert dit dat windenergie geen haalbare kaart is, tenzij je min of meer al het beschikbare land en alle kustgebieden volplant met windturbines.

Volgens Muller en collegae is de traditionele berekening van beschikbare windenergie (bottom-up of ingenieursbenadering) onjuist omdat ze geen rekening houdt met het feit dat je door winning van windenergie er energie uit het klimaatsysteem onttrokken wordt.
Dan bedoelen ze niet het “wake” –effect, maar letterlijk dat grootschalige windenergiewinning de wereldwijde productie van wind zal doen afnemen.

Omdat in het klimaatsysteem wind evenredig is met drukverschillen welke van invloed zijn op de energietransporten in het klimaatsysteem wordt met grootschalige windenergiewinning ook het klimaatsysteem grootschalig beïnvloed.
De energie balans wordt als het ware ernstig verstoord.
Dat laatste is overigens ook al eerder door anderen gesuggereerd.

Een “populair’ artikel hierover staat in NewScientist.

Hierboven werd gesproken over de bottom-up benadering.

Bottom-up, door de auteurs van het rapport ook wel ingenieursbenadering genoemd, betekent het volgende:

- windsnelheid uit een klimaatmodel of een weermodel op een bepaalde hoogte
- een wind-turbine met een bepaald vermogen
- dichtheid van lucht
- een wind-turbine dichtheid, d.w.z. aantal windturbines per vierkante kilometer
- een geografisch gebied, bijvoorbeeld alleen het ijsvrije land, of ijsvrij land + kustgebieden, of alles (land + zee)
- en bereken uit deze gegevens wat de winbare windenergie is

In deze berekening wordt er nooit energie aan het klimaatsysteem onttrokken (de auteurs spreken van een “perpetuum mobile”).
Windenergie is als het ware tot in het oneindige in dezelfde hoeveelheid beschikbaar, hoeveel windmolens je ook neerzet en hoeveel energie je ook onttrekt. En dus: hoe meer windmolens of hoe groter het gebied of hoe groter de windmolens, hoe meer energie er in deze berekening uit de wind gehaald kan worden.

De top-down berekening van Muller en collegae neemt een ander uitgangspunt.

- begin bij hoeveel zonne-energie door de aarde geabsorbeerd wordt [175000 TeraWatt]
- bepaal vervolgens hoeveel van die energie beschikbaar is voor het creëren van globale temperatuurverschillen (in weer en klimaat geldt als basisprincipe: temperatuurverschil = drukverschil = wind), dus de tropen zijn warm en de polen zijn koud en dat genereert wind van tropen naar de polen [45000 TeraWatt]
- bepaal hoeveel van dat temperatuurverschil vervolgens ook daadwerkelijk omgezet wordt in wind (efficientie, experimenteel blijkt dat maximaal 2% te zijn) [900 TeraWatt]
- bepaal hoeveel daarvan NIET in de atmosfeer door dissipatie verdwijnt. Dissipatie betekent dat grote wervels uiteen vallen in kleinere wervels en nog kleine wervels en daarna hele kleine wervels net zolang tot de wervels zo klein zijn dat ze niet meer als wervels gezien moeten worden maar “temperatuur” zijn geworden. Temperatuur is in feite niets anders dan het gemiddelde van willekeurige bewegingen van moleculen of atomen [450 TeraWatt].
- bepaal vervolgens hoeveel van de overgebleven energie nabij het aardoppervlak NIET verdwijnt door dissipatie aan het aardoppervlak (weerstand, bijvoorbeeld door bomen of gebouw of het generen van golven op zee) [112 TeraWatt].
- bepaal tenslotte de typische de mechanische efficiëntie van het winnen van windenergie met windturbines (60%) [68 TeraWatt].

Een aantal onzekerheden in het oog houdend komen de auteurs dan uit op 18-68 TeraWatt beschikbare windenergie. Klimaatmodelberekeningen suggereren 18-34 TeraWatt, wat van eenzelfde orde van grootte is en dus vertrouwen geeft in bovenstaande simpele schatting. Typische schattingen uit ingeneursbenaderingen zijn in de orde van grootte 1200-1700 TeraWatt, dus tot 15 tot 100 keer zo groot als de schatting van Muller en collegae.
Traditioneel wordt gezegd dat je met niet meer dan 1% van de windenergie de wereld van energie kunt voorzien. Maar volgens Muller en collegae is dat onjuist en in werkelijkheid heb je 25-95% van de windenergie nodig (neem hier even die 18-34 Terawatt als uitgangspunt). Met als bijkomend nadeel dat je dan het klimaatsysteem grootschalig aan het beïnvloeden bent.

Tot slot schrijven de auteurs het volgende:

Toekomstige windenergieplannen moeten accepteren dat het winnen van windenergie samengaat met klimaateffecten en dat bij een grootschalige inzet van windenergiewinning je rekening moet houden met een verminderde windproductie en dus verminderde opbrengsten. Onze schattingen zijn extreem in de zin dat de grenzen van wat winbaar is worden opgezocht, maar ze leveren cruciale informatie voor het begrijpen van de limiteringen van windkracht in het klimaatsysteem en hoe dat bij kan dragen aan de menselijke energiebehoefte.

Het hele rapport kan hier gedownload worden.