Dinsdag 21/01/2020

Groen Licht

Je hebt geen windmolen nodig voor windenergie

Beeld © GOOGLE

De logge windmolens krijgen vaak tegenstand, meestal van omwonenden. Vliegende turbines zijn volgens velen hierop het antwoord. Efficiënter, minder verstorend en goedkoper. "Dit zal windenergie een gigantische doorstart geven", zeggen ze bij Google.

"Neen aan de windmolens!' Want ze zijn lelijk en zenuwslopend met hun slagschaduw en lawaai en doden vogels. De Walen willen geen windmolens meer op hun grondgebied. In onder andere Profondeville en Saint-Gérard, twee stadjes in het Naamse platteland, verzetten burgercomités zich radicaal tegen de komst van nog meer windturbines rond hun pittoreske en deels beschermde dorpjes en landschappen. Windenergiepromotoren Nordex en Luminus dropten briefjes in de bus om te melden dat ze in totaal elf nieuwe turbines plannen in het glooiende landschap dat zeldzaam perfect blijkt om veel windenergie te 'oogsten'.

Dankzij een wetswijziging kunnen energieproducenten er nu makkelijker windturbines neerzetten en dat levert de Waalse economie de broodnodige inkomsten op. Maar de inwoners maken zich grote zorgen om zowel het unieke uitzicht, het lawaai als de devaluatie van hun huizen. Daarom vechten ze vergunningen die de regering gaf aan. Met petities en gerichte acties. In het dorp Ophain, vlakbij de Leeuw van Waterloo, hebben ze nog een extra argument. De bewoners vrezen dat het uitzicht vanop het befaamde historische slagveld bezoedeld raakt door twee turbines.

"Maar we zijn geen not in my backyard-mensen", zegt Thierry Toussaint, woordvoerder van het burgerverzet in Molignéole bij Saint-Gérard. "Op zich hebben we niets tegen groene energie, Wallonië heeft die nodig om zijn klimaatdoelen te halen. Maar wat hier gebeurt, is de burgers bij de neus nemen. In 2004 verzette Molignéole zich al eens met succes tegen een windproject. Toussaint: "Toen is bij Ministerieel Besluit vastgelegd dat de dorpjes met waardevol patrimonium en landschappen niet meer omsingeld zouden worden. Vandaag is net dat het plan. Dat pikken wij niet en we hebben de lokale politici, de burgemeesters, aan onze kant."

Onduidelijk beleid, politici die gewrongen zitten tussen kiezen voor grote windparken of her en der wat turbines plaatsen, en het feit dat Wallonië de groene energie nodig heeft, lijken ervoor te zorgen dat de gevechten tegen windmolens hier niet meteen zullen gaan liggen.

Als het van GoogleX, Ampyx Power, TU Delft en andere pioniers afhangt, horen dat soort besognes binnenkort tot het verleden. Zij zijn het die de meest veelbelovende alternatieven voor de turbines maken. Die zijn vandaag een mainstreamtechnologie geworden die al energie levert die goedkoper is dan conventionele energiebronnen in Australië en Brazilië, en prijzencompetitief is met fossiele brandstof in onder andere Mexico, Nieuw-Zeeland, Zuid-Afrika en delen van de VS en China.

In de totale energiemix is het aandeel wind wel nog klein (3 procent), onder andere omdat er veel subsidies naar fossiele brandstoffen gaan. Desondanks wordt tegen 2030 het aandeel wind op 20 procent geschat, want er is een sterke groei, zowel bij klassieke bedrijven als voor de honderden en honderden lokale samenwerkingen tussen buren, scholen, bedrijfjes, boeren die zelf opwekken en het overschot doorverkopen aan het nationale net.

Maar de nadelen van de turbines blijven bestaan: te weinig wind, visuele vervuiling, lawaai, interferentie met vliegtuigen en radars, slagschaduw, dode vogels en lastig te recycleren afval van oude turbines. Dat vermijd je volgens de vernieuwers allemaal met windturbines die vliegen of vliegeren. Die kunnen bovendien hoger gaan en daardoor meer energie opwekken. In totaal kan wind vanop veel grotere hoogtes rond 10 kilometer honderd keer de energie leveren die we vandaag samen gebruiken. De eerste stappen in die richting worden nu gezet.

Adieu nutteloze sokkel

"Niet zo lang geleden was dat nog een fantasietje, vandaag is het een realiteit", zegt professor Roland Schmehl van de lucht- en ruimtevaartafdeling bij de Technische Universiteit Delft. Daar is hij aan de slag bij de KitePower-onderzoeksgroep die al jaren tests doet met vliegers om windenergie mee op te wekken.

Dat klinkt vergezochter dan het is. Het idee is in 1938 voor het eerst beschreven in een Duits patent en in de jaren 70 wetenschappelijk uitgeklaard. De Amerikaanse ingenieur Miles Loyd berekende dat alleen een vliegend 'blad' of vleugel, enkel met een touw verbonden aan een grondstation, veel efficiënter zou zijn dan de logge windmolen met die dikke, nutteloze sokkel. Zo'n vlieger zou 6,7 tot 45 megawatt kunnen produceren. Ter vergelijking: vandaag is dat voor de gemiddelde windturbine tussen de 3 en de 8 megawatt. Loyd nam een patent, maar de grote nood aan groene energie was er toen niet.

Aangevuurd door het klimaatprobleem zijn onderzoekers begin jaren 2000 zijn idee gaan concretiseren. Zo ook bij TU Delft, op initiatief van oud-astronaut Wubbo Ockels. De prototypes zien er veel lieflijker uit dan de klassieke turbines. Een vlieger zoals die van een kitesurfer stijgt op en is verbonden aan een speciale kabel die rond een cilinder draait en via een dynamo energie opwekt. Die komt uit de trekkracht van de vlieger, die in de wind telkens een 'acht' maakt, omdat dat de grootste kracht genereert.

Onder de vlieger hangt een controlepod die de vlieger bestuurt, in feite een kabelrobot. Dankzij een automatische piloot in de vlieger gaat die vanaf een bepaalde hoogte weer dalen richting het grondstation, dat de energie opslaat en ervoor zorgt dat de trekkracht niet te groot wordt. Om dan weer van voor af aan te beginnen.

"Zo pomp je de energie uit de wind letterlijk naar de grond", zegt Schmehl. "In vergelijking met de klassieke windturbine zijn de voordelen groot. Turbines bestaan uit tonnen staal en dure onderdelen die vaak gerepareerd moeten worden, wat bij de kites allemaal niet het geval is. Ook kunnen de vliegers tot grotere hoogtes gaan, tot 350 meter of ruim dubbel zo hoog als de klassieke turbines. Op die hoogte staat zo goed als altijd en overal stevige wind. Zo is het mogelijk om veel meer en veel constanter energie op te wekken dan met de turbines. De toestellen van TU Delft halen daardoor een capaciteit van 60 procent. Voor de turbines is dat 20 tot 35 procent.

Goedkoper

Doel van alle vliegerstart-ups is goedkoper te worden dan fossiele brandstof, waarmee het argument dat "al die windenergie zo duur is" van tafel wordt geveegd. Het Nederlandse bedrijf Ampyx Power en het Makani-project van GoogleX, de semigeheime denktank voor technologische ontwikkeling van de internetreus, staan het verst. Hun systemen zijn al het meest geautomatiseerd, ze hebben de grootste vermogens en ze krijgen de meeste steun van energiebedrijven.

Beide werken niet met vliegers met zachte vleugels zoals in Delft, maar met echte vliegtuigjes met harde vleugels. "Pluspunt is dat ze kleiner zijn maar wel evenveel opwekken", zegt Pim Breukelman van Ampyx Power. "Je kunt ze ook sneller naar beneden halen dan vliegers en daar win je mee want op dat moment wek je geen energie op. En wij willen gelijkwaardige veiligheidsniveaus bereiken als in de luchtvaartindustrie. Met de kites is die ervaring er niet. Terwijl die het voordeel hebben dat je ze heel snel kunt uitzetten op bijvoorbeeld een festival, mikken wij op grootschalige parken. zowel op zee als op land. Onze prototypes evolueren tegen 2018 naar 2,5 megawatt, goed voor 2.000 huishoudens."

Over de voordelen in vergelijking met de windturbine zegt Breukelman: "We gebruiken 90 procent minder materiaal en omdat je veel hoger kunt gaan waar het harder waait, is de winst enorm. Bovendien zie je de vliegtuigjes nauwelijks. Ze maken op 300 meter hoogte een 'acht', duiken deels terug en vliegen dan weer een 'acht'. Dat is helemaal iets anders dan de windturbine, die blijkbaar het meest irritatie opwekt wanneer hij niet draait. En wij kunnen vaker produceren omdat het harder waait op grotere hoogte en als het niet waait staan we op de grond."

Grote onbekende

Meest in het oog springend is het Makani-project van GoogleX. Zij zijn de eersten die een vliegende windturbine demonstreren die evenveel energie opwekt als de grote turbines. Makani heeft een enorme drone met miniwindturbines op de vleugels. Hier wordt de energie niet op de grond opgewekt, maar op het vliegtuigje in de lucht en dan wordt ze via een geleide draad naar een grondstation afgeleid. Afgelopen zomer liet Makani een prototype van liefst 600 kilowatt zien op de Airborn Wind Energy Conference. Het pronkstuk lijkt van ver op een vliegtuigje. Het is 25 meter breed, er staan acht propellers op en kan tot 450 meter hoog.

Zoals met alles ziet Google het groots. "Vandaag komt 3 procent van alle energie uit wind. Stapsgewijze vooruitgang is niet meer voldoende. We hebben iets disruptiefs nodig. Kites zijn het antwoord want ze bieden meer kracht, hogere hoogtes, meer wind op meer plaatsen want er is overal wel wind als je maar hoog genoeg gaat", zo omschrijft het Makani-project zijn visie.

Welk type windvlieger uiteindelijk de wereld verovert, is nog niet duidelijk en Schmehl en Breukelman wijzen erop dat de techniek nog moet verfijnd worden om de kites permanent betrouwbaar en zelfstandig te laten vliegen. "Maar dat is een kwestie van een jaar of drie", zegt Schmehl.

Breukelman bevestigt dat Ampyx Power nu grote tests gaat uitvoeren op uitgestrekte terreinen in onder andere Australië, om de betrouwbaarheid te verzekeren. "Daarnaast heeft Ampyx Power nog zo'n 30 miljoen euro nodig om tegen 2018 met commerciële toepassingen te starten. Dat lijkt te lukken. Investeerders en bedrijven zien dat het goedkoper moet en kan."

Google en Ampyx Power zijn niet de enigen die door hebben dat hier een grote markt voor is. Energiebedrijven zoals Alstom, E.ON, Honeywell, Shell, Statkraft en Softbank onderzoeken windkites en -drones of financieren wereldwijd start-ups. Maar hebben ze wel gelijk wanneer ze beweren dat ze de helft goedkoper dan met turbines, twee keer zoveel kunnen opwekken en zo een doorstart op de markt kunnen realiseren? Dat betekent dus windenergie die maar een kwart kost dan de huidige versie.

Energiespecialist André Jurres is voorzichtig: "Deze nieuwe aanpak lijkt interessant maar misschien eerder voor afgelegen gebieden. En dit is nog experimenteel. We zitten hoe dan ook in een stadium van trial-and-error. Welke duurzame oplossingen het echt op grote schaal zullen halen, blijft de grote onbekende."

Wat het materiaal betreft, is er in ieder geval geen speld tussen de claims van de kite-ontwerpers te krijgen. In een gemiddelde windturbine zitten 8.000 onderdelen. Er gaat zo'n 800 ton staal, 100 ton glasvezel en 4.000 ton cement in. Zonder het zwaarste stuk, de funderingen, weegt de turbine 50 tot 100 ton. De grootste vliegende windturbine, die van Google, weegt minder dan 2 ton, inclusief grondstation en generatoren. Ook al hebben de vliegende windturbines betere sensoren en processoren nodig, die zullen nooit zoveel kosten en wegen als al het uitgespaarde materiaal.

Ook klopt het dat de vliegers bijna twee keer zo hoog kunnen dan de turbines, waardoor ze zo goed als overal altijd en permanent veel meer energie kunnen opwekken. Want hoe hoger je gaat, hoe meer de windsnelheid toeneemt, en dat geeft meer windkracht. Bovendien is die stijging exponentieel. Slechts twee keer zoveel windsnelheid betekent acht keer meer windkracht.

E.ON, de grootste Duitse elektriciteitsvoorziener, berekende dat windvliegers of -drones de output van een huidig windpark zo kunnen verviervoudigen en dat ze offshore voor 50 procent meer energieopbrengst zouden kunnen zorgen. Google ziet dat minder dan 16 procent van de sites voor windturbines in de VS geschikt zijn voor die vorm van energieopwekking. Vliegende varianten kunnen daar 66 procent van maken.

Omdat ze veel minder afhankelijk zijn van wanneer het hard waait en daardoor veel vaker energieproduceren, verlagen de vliegers niet alleen de prijs. Ze kunnen ook een kopbreken van de huidige turbines wegnemen. Omdat die onregelmatig produceren, moet geïnvesteerd worden in 'slimme' elektriciteitsnetten en opslagtoepassingen. Maar winddrones die 70 procent van de tijd produceren en je bijna overal kunt gebruiken, hebben die zware extra investeringen niet nodig. Tel alles samen, en het ziet er niet onrealistisch uit om goedkoper te worden dan fossiele brandstoffen.

Allesbehalve dromerig

Praktische nadelen lijken er niet te zijn. De tuigjes vliegen altijd eenzelfde eenvoudig patroon en hangen vast aan een kabel, waardoor ze veel veiliger zijn dan gewone drones. Het Europees Luchtvaartveiligheidsagentschap EASA heeft voor de windtuigen al een uitzondering gemaakt zodat ze hoger mogen vliegen. Breukelman: "Met software kun je ook perfect uittekenen waar je kunt gaan vliegen zonder dat andere zaken in het gedrang komen. En je hebt telkens maar 20 vierkante meter nodig. Het kan op den duur in dichtbevolkt gebied."

Op basis van wat nu al kan, rekenen ingenieurs dat het mogelijk zal zijn om tot 10 kilometer hoog te gaan. Dan zou wind pas een heel hoog geconcentreerde en overal aanwezige energiebron zijn. Met tien windturbines op die hoogte zou je meteen een kerncentrale kunnen vervangen. In totaal kan windenergie op die hoogtes zowat honderd keer de huidige energieconsumptie leveren.

Met die kennis in het achterhoofd en in een markt die nu al goed is voor 80 miljard en 25 procent groei per jaar, is het plots veel minder dromeriger dat Google en co. gaan vliegeren. De technologie houdt de mogelijkheid in het conflict tussen economie en ecologie te beslechten in het voordeel van de planeet.

(Animaties: Tomas Schats)

Geloof niet alles wat men zegt over windenergie

Het moet altijd waaien, windenergie kun je niet opslaan en het is veel te duur, zo luiden de meningen over wind. Klopt niet, zegt de Global Wind Energy Council (GWEC).

Is windenergie niet gewoon te duur?
Steve Sawyer (GWEC): "Zeker niet als je weet dat jaarlijks 520 miljard euro aan subsidies naar fossiele brandstoffen en kernenergie gaat, vier keer meer dan wat naar hernieuwbare energie gaat. Desondanks is windenergie soms al even goedkoop of goedkoper. Wind is ook niet onderhevig aan de prijsschommelingen van gas, olie en steenkool.

Mochten we bovendien een prijs op CO2 plakken, dan zou wind in Europa al de goedkoopste energiebron zijn. De technologische ontwikkeling gaat nu erg snel waardoor het nog goedkoper wordt. Efficiëntere turbines die hoger zijn en langere bladen hebben , kunnen meer opleveren. Technologie om de wind in kaart te brengen, kan de kosten van onderhoud en onregelmatige productie drukken. Ook steeds grotere turbines lijken veelbelovend."

Wind is wel grillig en onbetrouwbaar?
Sawyer: "Het waait niet altijd overal even hard, dat klopt. Maar het blijkt onterecht te concluderen dat windenergie pas iets oplevert wanneer je ze kunt opslaan omdat het elektriciteitsnet die schommelingen niet zou aankunnen. Het net kan dat wel aan. Het Internationaal Energie Agentschap (IEA): "Het systeem moet flexibeler worden maar er is geen technische limiet op hoeveel fluctuerende energieopwekking een systeem kan absorberen."

"De elektriciteitsnetten kunnen nu al een erg grote flexibiliteit aan. Logisch, want dagelijks sturen operatoren grote verschillen in vraag en aanbod bij. Ook de output van conventionele energiecentrales kan namelijk schommelen of haperen en de elektriciteitsvraag kan drie keer toenemen of afnemen naargelang het moment van de dag of het jaar. Dat betekent dat er nu al voor honderden gigawatts aan flexibiliteit in het net ingebouwd zitten. Vooruitgang in energie-opslag met bijvoorbeeld batterijen kan het economisch nog competitiever maken, maar nu al kunnen wind en ook zon rekenen op de grote flexibiliteit van de netten zonder dat in die opslag is voorzien.

In de VS is meer dan 60.000 megawatt aan windenergie op het net gezet zonder extra opslagvoorziening. Ook in Denemarken, Spanje, Ierland en Duitsland is veel windenergie zo op de netten gezet. Daarbij komt dat hoe meer windturbines je installeert, hoe gelijkmatiger de output en het wordt met nieuwe technologie ook steeds makkelijker de windsterktes te voorspellen."

Meer over

Wilt u belangrijke informatie delen met De Morgen?

Tip hier onze journalisten


Op alle verhalen van De Morgen rust uiteraard copyright. Linken kan altijd, eventueel met de intro van het stuk erboven.
Wil je tekst overnemen of een video(fragment), foto of illustratie gebruiken, mail dan naar info@demorgen.be.
DPG Media nv – Mediaplein 1, 2018 Antwerpen – RPR Antwerpen nr. 0432.306.234