Bij de liftingang op de vijfde etage van het gebouw van de faculteit luchtvaart- en ruimtevaarttechniek van de TU Delft staat een papieren maquette, het resultaat van een studentenproject. Een indrukwekkende, massieve constructie in schaal 1 op 100 met daarin een 40 centimeter groot gat verbindt twee gebouwen met elkaar: het bestaande pand van de faculteit en de toekomstige nieuwbouw. In het gat draait een windmolen. Typisch een voorbeeld van integratie van windenergie in de gebouwde omgeving.
De decaan van de faculteit is enthousiast; de volgende uitdaging voor hem is om het college van bestuur achter het plan te krijgen. Als de drie hoge heren in hun overweging de economische rendabiliteit zwaar laten meewegen, is het project kansloos. „Puur economisch gezien is zo’n windgebouw niet rendabel”, zegt universitair hoofddocent windenergie Gerard van Bussel, die het project mede begeleidde. „Maar je zet met zo’n constructie wel een symbool voor innovatie in windenergie neer en dat sluit naadloos aan bij onze faculteit. Bovendien maak je hiermee de samenleving bewust van het belang van duurzame energie.”
Zwabberen
Wind in de gebouwde omgeving -in vaktaal urban wind- zal in Nederland vooral een signaalfunctie hebben. „Volgens onderzoek van de Nederlandse Organisatie voor Energie en Milieu zou je in Nederland in totaal zo’n 50 megawatt aan urban wind kunnen plaatsen. De brancheorganisatie van urban wind spreekt over een paar honderd megawatt. Bij de doelstelling van 7500 megawatt wind in 2020 vallen beide getallen in het niet. Er zijn veel effectievere manieren om dat doel te bereiken”, aldus Van Bussel.
Urban wind links laten liggen, is voor hem echter geen optie. „Bedrijven kunnen er hun elektriciteitsgebruik mee reduceren, net zoals ze dat nu doen met zonnepanelen. Energie opgewekt met urban wind kost ruwweg 20 cent per kilowattuur. Ik betaal ’s nachts voor elektriciteit uit het stopcontact hetzelfde en overdag 22 cent per kilowattuur. Met een urbanwindmolentje verdien ik dus geen geld, maar het kost me ook niets.”
Overigens valt een vergelijking met zonnepanelen positief uit voor urban wind, zo blijkt uit berekeningen van ingenieursbureau DWA. „De kosten voor zonnestroom liggen twee tot drie keer hoger”, aldus Hans van der Heide van DWA. Toch zal hij bedrijven nu niet snel adviseren om windmolentjes op hun dak te plaatsen. „De kans is nog te groot dat ze de investering niet terugverdienen. Ik ben er echter van overtuigd dat daar verandering in komt. De energieprijzen stijgen en vanuit de Europese Unie en het bedrijfsleven komt er steeds meer aandacht voor duurzame energie. De vraag naar kleine windmolens zal daardoor toenemen, waardoor de kostprijs omlaaggaat.”
Als het gaat om urban wind denkt Van Bussel niet direct aan een klassiek propellermolentje. „Dat is niet geschikt voor de complexe windomstandigheden in de gebouwde omgeving. De wind is daar vlagerig en draait snel. Een propellermolentje gaat daardoor hard zwabberen en allerlei onvoorspelbare dingen doen waarop hij helemaal niet is berekend.” Een molentje dat hiermee veel beter overweg kan, is de Turby, een uit de kluiten gewassen slagroomklopper van Nederlandse makelij. „Die is ongevoelig voor windrichtingen. Sterker nog: hij levert iets meer energie als de wind schuin van onderen komt, een situatie die nogal eens voorkomt als het molentje op de dakrand van een hoog gebouw wordt geplaatst.”
Zeilboot
De Turby is een zogenaamde liftgedreven verticale-asturbine (VAT). De huidige vorm -drie gekromde bladen rond de verticale as- is in nauwe samenwerking met de Delftse vakgroep tot stand gekomen. „Een liftgedreven VAT is veel efficiënter dan een weerstandsgedreven VAT”, legt Van Bussel uit. Net zoals de op de wind draaiende bordjes bij pompstations beweegt de laatste met de wind mee. „Vergelijk het met een zeilboot die voor de wind uit vaart. De grootste snelheid die deze boot kan bereiken, is de windsnelheid. Je kunt echter drie tot vier keer zo snel vooruit als je dwars op de wind vaart en je zeil een klein beetje schuin zet. Zo werkt de Turby ook. De drie bladen zijn eigenlijk kleine zeilen.”
Het liftprincipe van de Turby werkt pas goed als de turbine voldoende hard draait. Een van de nadelen van het ontwerp is daardoor dat het molentje moeilijk op gang komt, iets waar volgens Van Bussel weinig aan te doen is. „De wind moet ten opzichte van de bladen onder een bepaalde hoek aanstromen. Deze aanstroomhoek mag niet groter zijn dan 15 graden en wordt bepaald door de windrichting en de draaisnelheid. Vergelijk het met een fietser. Stel: hij staat bij een verkeerslicht en de wind komt van opzij. Zodra hij gaat fietsen, voelt hij de wind meer in zijn gezicht. Hoe harder hij fietst, hoe meer de wind voor zijn gevoel van voren komt. Zo ook met de Turby: hoe harder het molentje draait, hoe meer de draaiende bladen de wind van voren hebben op het moment dat ze dwars op de windrichting staan. Bij een gewone windmolen speelt dit probleem ook, maar daar kun je de stand van de vleugels aanpassen, zodat de hoek optimaal is. Bij de Turby is dat veel moeilijker omdat je, anders dan bij een gewone turbine, de stand van de bladen elke omwenteling zou moeten veranderen.”
Een Turbyachtige molen zal nooit een alternatief zijn voor een grote conventionele molen in het open veld. „De kracht van de VAT zit hem in het feit dat hij met snelle wisselingen van windrichting overweg kan. Bovendien roept een VAT veel minder weerstand op bij de bevolking dan een conventionele molen”, zegt Hans van der Heide. „Aan de andere kant: een VAT zou heel groot moeten zijn om te kunnen concurreren met de bestaande molens in het open veld en dat is technisch niet mogelijk vanwege de grote belasting op de as.”
De VAT is volgens Van der Heide en Van Bussel technisch gezien volledig uitontwikkeld. Het wachten is nu op een goede regelgeving op het gebied van urban wind, meent Van Bussel. „Als we duurzame energie echt serieus nemen, dan kunnen we deze ontwikkeling niet laten liggen. Overal waar nu een gsm-mast staat, kan ook een VAT worden neergezet. Er is dan een markt voor 10.000 tot 20.000 van dit soort molens. Als er weer een subsidieregeling voor duurzame energie komt -en gezien het komende kabinet is dat niet onwaarschijnlijk- dan moet urban wind daar zeker voor in aanmerking komen.”
Dit is het tweede deel in een serie over windenergie.
