donderdag 3 maart 2016

Opbrengst en ruimtebeslag van zonneakkers (PV) versus windparken

Over Zonneakkers en Windmolens


Onlangs werd (door tegenstanders van windmolens op land) het nieuws over de mogelijke aanleg zonneakkers in onze omgeving weer als een overwinning gevierd.

Ik ben (als voorstander van zonneenergie) helemaal niet zo blij met die zonneakkers vol met PV-zonnepanelen. Ik vind het eigenlijk pure verspilling van kostbare (landbouw)grond danwel gronden die anders nuttig kunnen worden gebruikt voor woningbouw/industrie (uiteraard wel met zonnepanelen op het dak); kortom we leven in een dicht bevolkt landje waar we doordacht(er) moeten omgaan met de spaarzame (vrije) ruimte. 
En ik ben blijkbaar niet de enige die er zo over denkt.. 
Afgelopen maandagavond, na afloop van de lezing het Nut met Rein Herber van de RUG als gastspreker over aard(gas)bevingen, bleek ik naast iemand te zitten die zich ook ’kwaad’ maakte over die zonneakkers. 
’t was Piet de Winter, en je kan hem moeilijk verwijten tegen zonneenergie te zijn, (de daken van het eigen boerenbedrijf liggen vol met panelen). Maar hij wond zich op over de verspilling van land en de ’domheid’ van mensen die denken dat het simpel is 1 windmolen van 5MW of 6 MW te vervangen door een zonneakker met een vergelijkbare opbrengst.


Hij rekende zoetjes voor dat voor het vervangen van een een 5 MW-molen grofweg 20.000 zonnepanelen à 250Wp (±1,67M²/stuk) nodig zouden zijn. Volgens die berekening zou het vervangen/niet-plaatsen een lintvormige zonneakker van tenminste 3Ha zou opleveren en de geplande 6MW molens met een equivalent van 24.000 panelen grofweg 4Ha.
Aangezien een lintvormige opstelling praktisch niet haalbaar is, zal er in de praktijk gekozen moeten worden voor een opstelling in parallel geplaatste rijen waarbij de optimale onderlinge afstand wordt bepaald de schaduwhoek van de voorstaande rij panelen.
Bij een (voor onze breedtegraad) min of meer optimale paneelhelling van ±30º betekent dat de rijen  grofweg 3x breder zijn dan de opstelbreedte van de panelen zelf. 
Dat zou betekenen dat voor het vervangen/niet-plaatsen van één 6MW-molen niet ±4Ha maar wel ±12Ha <i>(ruim 17 kingsize-voetbalvelden)</i> aan grondoppervlak nodig zou zijn.
Da’s een hele hoop grond…,
veel meer grond dan de ±3-6 voetbalvelden per molen die meermaals uit de mond/pen van verscheidene 'Tegenwinders' meen te hebben vernomen.

Maar klopt die berekening wel?
Nee er klopt geen hout van de simpele berekening van Piet…;
Het kost nog veel meer grond.

Waarom kost het zoveel meer grond?
Piet de Winter ging ervan uit dat een 5MW-molen grofweg evenveel stroom zou produceren als een 20.000 zonnepanelen…
en dus de 6MW-molen uit ons rekenvoorbeeld het equivalent van <i>’maar liefst’</i> 24.000 panelen.
De gedachte achter deze berekening uit de losse pols is simpel als elk paneel grofweg 250Wp levert dan leveren 24.000 panelen een opgesteld vermogen op van 6MWp en dat lijkt veel op een een molen met een Opgesteld vermogen van 6MW.
Maar hoe begrijpelijk en simpel de berekening uit de losse pols ook mag lijken: er klopt weinig of niets van; Je kan het aantal 'Wattpieks' per zonnepaneel niet 1-op-1 gelijkstellen aan 'WindWatts' per molen.

Wattpiek versus WindWatt
6MWp (=>24.000) aan zonnepanelen leveren bij ±1020 volzonuren/jaar grofweg 6.120.000kWh/jaar aan elektriciteit op…,
genoeg voor ongeveer 200 huishoudens.
Maar wat is de gemiddelde opbrengst van onze 6MW-molen?    
De opbrengst is natuurlijk niet afhankelijk van het aantal volzonuren maar wel van de gemiddelde windsnelheid.
Gemakshalve wordt daarbij doorgaans de gemiddelde windsnelheid word gemeten op ashoogte van de rotor als uitgangspunt genomen.
Gemiddeld waait het op grotere hoogte iets harder en constanter dan op geringere hoogte maar in deze regionen geldt een gemiddelde windsnelheid van ±6,5m/s onder de 100meter ashoogte en ongeveer 8,5 vanaf 100m ashoogte.

Na enig zoeken heb ik verschillende min of meer betrouwbare opbrengstgegevens gevonden van reeds bestaande/draaiende 6MW-molens.
Dat levert per 6MW-molen de volgende (gemeten) opbrengsten op:
18.000.000kWh - 20.000.000kWh => gemiddelde windsnelheid van 6,5m/s
22.000.000kWh - 25.000.000kWh => gemiddelde windsnelheid van 8,5m/s
(genoeg voor tussen 6000 en ruim 8000 huishoudens per molen)

Rendement zonnepanelen versus windmolen
Dat houdt dus grofweg in dat het rendement op opgesteld per WindWatt-vermogen dat 3-4x zo hoog ligt als bij een vergelijkbaar opgesteld Wattpiek-vermogen.
M.a.w. inplaats van 24.000 panelen heb je grofweg tussen 70.000 en 100.000 panelen nodig  om de opbrengst van één 6MW-molen te evenaren.

Werkelijk ruimtebeslag aan zonneakkers
Zoveel panelen vragen veel meer ruimte dan de 12 Ha waar we het eerder over hadden…,
we hebben het dan over een zonneakker van 35Ha-50Ha per niet-geplaatste/vervangen 6MW-molen…,
of voor de liefhebbers van voetbalvelden: tussen 50 en 70 kingsize voetbalvelden.

Nu mag iedereen zelf berekenen hoeveel Ha-zonneakker er nodig is om alle N33-molens niet te hoeven plaatsen…;
Maar als ik voorspel dat we dan al gauw moeten denken aan 1.500Ha (=>3km bij 5km); Daarbij vergeleken vallen de huidige initiatieven voor zonneakkers binnen onze gemeente en bij Sappemeer met een oppervlak vanvoor tussen 100Ha en 200Ha echt door de mand als reëel alternatief voor het niet (hoeven/willen) plaatsen van windmolens.
Daarnaast rijst de vraag of wel zoveel landbouwgrond blijvend kunnen missen. 
Daken zijn er echter meer dan genoeg in Nederland, zet eerst die eens goed vol met zonnepanelen…
en heel misschien zijn ook die paar windmolens toch zo’n gek idee nog niet.

3 opmerkingen:

  1. Vroeger was de vuistregel dat een 3 MW windmolens ca 6 mln kWh per jaar opwekt. Maar dat is inderdaad afhankelijk van de wind op de plek waar hij staat, en tegenwoordig ook het type windmolen. Windmolens zijn tegenwoordig toegesneden op een bepaald wind regime.
    Daarbij krijgen windmolens voor gebieden met minder wind, langere wieken, of een kleinere generator.
    De initiatiefnemers in Drenthe hebben daarnaast ook nog bewust gekozen voor een 3 MW type, omdat die al langer op de markt zijn, en daardoor per opgewekte kWh wat goedkoper zijn dan de grotere en duurdere type windmolens.
    Bovendien zijn windmolens die nu op de markt zijn, en groter zijn dan 4 MW, meestal bedoeld voor op zee, dus voor het wind regime op zee.

    Wat een windmolen precies opwekt opeen bepaalde plek, in een bepaald windpark ontwerp, krijg je alleen te horen als je offerte vraagt, helaas.
    Maar Vestas geeft wel een indicatie.
    Deze windmolens, niet 3 zoals ze in Drenthe wellicht kiezen, maar 3,45 MW, komt met een opbrengst grafiek.
    https://www.vestas.com/en/products/turbines/v126-3_3_mw#!

    Deze kaart geeft voor Veendam en Borger Odoorn, 7,5 m/s
    Dat geeft voor het genoemde type windmolen, zie zijn grafiek, 13 miljoen kWh per jaar.

    Voor de geplande 120 MW in het N33 windpark zijn dus 34 van dit type windmolen nodig, dus 34 x 13 mln kWh per jaar, 442 mln kWh per jaar

    Nu de zonneweides, 1 ha is dan 25 rijen van 100 panelen, a 250 Wp, dus 625 kWp, die ca 0,6 mln kWh per jaar opwekken, per ha.
    Er zijn dus 442 mln / 0,6 mln = 266 ha nodig. Een gebied van 3 bij 1 km.

    Ik zou die ook meteen bouwen, wellicht beter verdeeld in kleinere stukjes, zodat er geen aparte, zware aansluiting nodig is.
    Want die windmolens zijn toch nodig , en met die zonnepanelen erbij , zijn we nog steeds maar een klein stukje op weg naar 100% duurzame decentrale, eigen, stroom opwekking.

    BeantwoordenVerwijderen
    Reacties
    1. De windkaart voor Nederland op 100 m hoogte
      http://www.windenergie-nieuws.nl/03/windpark-krammer-stelt-windgegevens-beschikbaar-aan-knmi/windkaart-100mk-klimaat/

      Verwijderen
    2. Beste Henk,
      bovenstaande productiegemiddelden zijn berekend aan de hand van i.r.l.-productiegegevens over de afgelopen paar jaar van windturbines van Siemens, Enercon en Vestas.
      Dit zijn allemaal op land staande machine/molens in gebieden met een ook voor deze regio geldende wind-karakteristiek.
      Baserend op meetgegevens van o.a. KNMI en TNO: De jaar-gemiddelde windsnelheden ≥100m hoogte voor Menterwolde en overig NO-Groningen liggen ruim boven de 7,5m/s (richting 8m/s richting de Waddenkust oplopend tot ±8,5 m/s).
      Rekeninghoudend met het minimum en maximum winddebiet zijn derhalve opgevoerde opbrengsten voor gemiddelde windsnelheden boven de 6,5m/s dus aan de lage kant voor deze omgeving maar die van gemiddeld 8,5m/s weer iets aan de hoge kant.
      Helaas heb ik nog geen betrouwbare meetgegevens gevonden van de jaargemiddelde windsnelheden op hoogtes van ≥130-180m/s; Wat ik toch nog toe wel aan meetgegevens heb gevonden duidt op gemiddelde toename van de windsnelheid van 1,5-2,5 m/s waarbij de windsnelheid niet noemenswaardig meer verder lijkt toe te nemen in de onderste 500m van ons luchtruim; Maar betrouwbare gegevens ontbreken.
      M.b.t. optimaal renderende 3MW-turbines heb ik de gemiddelde opbrengsten hierboven bewust niet vermeld; maar bij deze: de best presterende 3MW'ers gaven bij een jaargemiddelde windsnelheid van 6,5m/s gemiddeld 8.815.980 kWh/jaar.
      De gevonden gegevens m.b.t. landbased 7MW-molens gaven een gemiddelde opbrengst van c.a. 32GWh/jaar bij een j-gem windsnelheid van 8,5m/s

      Verwijderen