Delen van de jaarproductie door het aantal uren in een jaar (b.v. de E 126 van 6.000 kW met 25 miljoen kWh en een rotordiameter van 127 meter) geeft met 25.000.000 / 8760 het gemiddelde vermogen (Average Capacity) van 2.854 kW.

Dat betekent dus dat die 25 miljoen kWh geleverd wordt als de molen het hele jaar continue op een vermogen van 2.854 kW zou draaien. Dat is 47,5% van het maximale vermogen en dat percentage wordt ook wel de vermogens- of capaciteitsfactor (Capacity Factor, c.f.) genoemd.

De maximale capaciteitsfactor van een energie-installatie is 100%, b.v. een kolencentrale die het hele jaar op vol vermogen draait. De gemidelde capaciteiotsfactor van de huidige windturbines in Nederland op landlocaties is momenteel 26%. Voor de twee windparken op zee is dat gemiddeld 34%.

Delen van de jaarproductie door het nominale (maximale) vermogen (25.000.000 / 6.000) geeft een aantal van 4.167 zogenaamde "vollasturen" (Full Load Hours). Dat is dus het aantal uren dat de molen op vol vermogen zou moeten draaien om de jaarproductie te produceren (wordt soms ook wel het aantal draaiuren genoemd maar dat is dus een verwarrende term, want een windturbine draait bijna altijd).

Dit begrip is voor windturbines niet relevant omdat de uitkomst bepaald wordt door het opgestelde vermogen en we zagen al dat dat niet veel zegt over de elektriciteitsproductie. Het begrip vollasturen wordt door energiebedrijven gebruikt voor kolen- en kerncentrales, die alleen op vol vermogen draaien, om aan te geven hoe lang ze per jaar in bedrijf zijn.

Een vollastuur is dus een tijdseenheid van een uur (en geen eenheid van geproduceerde energie). Helaas wordt in Nederland het begrip in het kader van de subsidieregeling SDE misbruikt om (door middel van vermenigvuldiging met het vermogen van een windturbine) een theoretisch aantal geproduceerde kWh-en te berekenen, waardoor het begrip een eenheid van energie (kWh) lijkt te worden.

Molenaars zeggen wel dat ze "1.760 vollasturen krijgen uitbetaald", maar ze bedoelen dat ze 1760 * (b.v.) 3.000 kW = 5.250.000 kWh-en krijgen uitbetaald. Delen van de jaarproductie door het rotoroppervlak (de door de wieken beschreven cirkel, en dus niet het wiekoppervlak !) in vierkante meters (25.000.000 / 12.469) geeft de zogenaamde specifieke productie van 2.004 kWh per vierkante meter.

Dat is een goede eenheid om de prestaties van turbines van verschillende grootte of type te vergelijken omdat de rotordiameter ook een goede maat voor de prijs is. De gemiddelde specifieke productie van alle Nederlandse molens is nu ongeveer 1.045 kWh/m2.

Een kiloWattuur (kWh) is de hoeveelheid elektriciteit welke wordt geproduceerd door een generator welke een uur draait met een vermogen van 1 kiloWatt (kW). 100 kW * 10 uur (h) = 1.000 kWh.

Dus: vermogen maal tijd is energie.

Energie-eenheden:
1000 Wh = 1 kWh (KiloWattuur) 1000 kWh = 1 MWh (MegaWattuur) 1000 MWh = 1 GWh (GigaWattuur), 1 miljoen kWh 1000 GWh = 1 TWh (TeraWattuur), 1 miljard kWh

Vermogens-eenheden:
1000 Watt = 1 kW (kiloWatt) 1000 KiloWatt = 1 MW (MegaWatt) Een windturbine kan dus een bepaald (geïnstalleerd) vermogen (kW of MW) hebben maar niet een vermogen produceren.

Een molen kan wel energie opwekken (kWh en MWh) maar niet produceren. Uitdrukkingen als "een windturbine die 1 MW per jaar produceert" zijn onzin. Hij kan wel 1 miljoen kWh per jaar produceren.

Het woord "energieproductie" is ook fout (bestaat niet) omdat energie alleen kan worden omgezet (in een andere vorm). "Elektriciteitsproductie" is wel goed.

Binnen 3 tot 6 maand (afhankelijk van het windaanbod op de locatie) heeft een windturbine alle energie geproduceerd welke nodig was voor de bouw, het plaatsen, het aansluiten, 20 jaar onderhouden en het ontmantelen van de turbine.

Sommigen vragen zich af of windmolens eigenlijk wel meer stroom leveren dan er nodig is voor de bouw en installatie (er zit b.v. nogal wat staal, olie, koper en epoxy in een molen). Het argument gaat al vele jaren rond in kringen van de tegenstanders en is dus in Denemarken en Duitsland al vele malen onderzocht.

Het resultaat is steeds nagenoeg hetzelfde. Alleen wordt de terugverdientijd van de benodigde energie ( 3 tot 6 maand) nog steeds wat korter omdat de molens steeds efficiënter worden. Gedurende de levensduur van een turbine van 20 jaar wordt dus 40-80 maal zoveel energie geproduceerd als nodig is om de turbine te bouwen, te installeren en te onderhouden.

Een Duits onderzoek van het DGE (Das Grune Emissionshaus, augustus 2003) kwam nog tot wat gedetailleerder terugverdientijden van de diverse benodigde energie en veroorzaakte vervuiling. Deze zijn gebaseerd op een Enercon turbine van 1.800 kW met een rotordiameter van 70 meter op een betonnen mast van 98 meter en een jaarproductie van 4 miljoen kWh.

De terugverdientijden van gebruikte energie:

• Energie voor het maken en installeren van de turbine : 2,9 maand
• Kooldioxide: 4,4 maand
• Zwaveldioxide: 7,8 maand
• Stikstofoxiden: 9,4 maand
  

Een kern- of kolencentrale draait (als hij niet buiten bedrijf is door storing, onderhoud, overbodigheid etc.) altijd op vol vermogen.

Bij molens gaat het vermogen op en neer met het windaanbod. Als het niet waait staan windmolens stil en leveren geen stroom. Hoe harder het waait hoe groter het vermogen en hoe meer energie er wordt geleverd per tijdseenheid.

Bij windkracht 9-10 stoppen ze omdat anders de belastingen te groot zouden worden. Aan de kust waait het gemiddeld veel harder dan in het binnenland waardoor een turbine in Den Helder wel vier maal zo veel produceert als diezelfde turbine in Enschede.

Het geïnstalleerde (maximale) generatorvermogen (KiloWatts of MegaWatts) van een molen zegt dus niets over de omvang van de stroomproductie. Windturbines draaien bijna altijd Een windturbine draait al vanaf 1-2 m/s en begint stroom te leveren bij ongeveer 2-3 meter per seconde (windkracht Beaufort 2).

Dat wil zeggen, op ashoogte, nabij de grond waait het dan vaak nog veel minder of helemaal niet. Naarmate het harder waait neemt het vermogen toe. Als hij bij 8 m/s 3.000 kW levert en dat een uur volhoudt, dan heeft hij in dat uur 3.000 kWh geproduceerd, de jaarbehoefte van een beetje zuinig Nederlands gezin. Het maximale vermogen wordt bereikt bij ca. 12 m/s (windkracht 6).

Het vermogen blijft bij nog hogere windsnelheid constant en ze worden automatisch stilgezet bij 20 of 25 m/s (windkracht 9 of 10). De nieuwste turbines (b.v. van Enercon) draaien echter zo goed als altijd door (tot 30 m/s). Vanaf 25 m/s gaan ze wel wat langzamer draaien (en iets minder produceren). Dit wordt gedaan om het moment van nul vermogen zo lang mogelijk uit te stellen en geleidelijk te laten afnemen.

Voor het elektriciteitsnet is het niet goed als het hele vermogen plotseling wegvalt. Want dan zou opeens veel ander vermogen (een gascentrale of wkk-installatie) moeten worden bijgeschakeld. Dat is duur. De meeste windturbines krijgen twee maal per jaar een servicebeurt van 1-2 dagen.

Stilstand door storingen komt ook zelden voor. Gemiddeld staan windturbines door storingen en onderhoud 2% van de tijd (7 dagen per jaar) stil. We zeggen ook wel dat dan de beschikbaarheid (availibility) 98% is.

Als het een hele dag 12 m/s of harder waait (windkracht 6, maximaal vermogen), dan levert een turbine van 3.000 kW (3 MW) in 24 uur dus 24 * 3.000 = 72.000 kWh.

Een gemiddeld Nederlands gezin gebruikt ca. 3.300 kWh per jaar, dus de molen kan met die energie van 1 dag een gezin bijna 22 jaar van stroom voorzien.

Zo'n turbine van 3.000 kW (en een rotordiameter van 90 meter, ashoogte 80 meter) levert aan de Friese westkust, aan de Oosterschelde of in de Eeemshaven 10.000.000 kWh per jaar.



Dat is dus goed voor de jaarlijkse stroombehoefte van ruim 3.000 gezinnen. (Harlingen telt ca. 7.000 gezinnen)

Een echt grote turbine van 6 Megawatt en 127 meter rotordiameter (Enercon E 126, zie de foto) op een ashoogte van 100 meter zou op diezelfde plek zo'n 25 miljoen kWh per jaar produceren, goed voor de huishoudelijke stroombehoefte van heel Harlingen. Toevallig wordt heel huishoudelijk Harlingen al van windstroom voorzien, maar dat gebeurt nu door 12 veel kleinere molens met een totaal vermogen van ruim 8 MW.

Die produceren samen ruim 24 miljoen kWh. Er draaien al enige tientallen turbines van 5 en 6 MW in Duitsland. De grootste in Nederland is de 3.600 kW turbine van GE op het ECN-testveld in de Wieringermeer.

• Een vier maal zo grote productie
• Twee maal zo veel wind geeft een acht maal hogere productie

De elektriciteitsproductie van een windturbine wordt in hoofdzaak bepaald door :

- de jaargemiddelde windsnelheid op ashoogte
- het door de rotor bestreken oppervlak (pi maal de rotorstraal in het kwadraat)

Dat blijkt uit de volgende eenvoudige formule voor de jaarproductie: Ejr = C * V3 * A Ejr is de gemiddelde jaarproductie in kWh (kiloWatturen) C (opbrengstfactor of Beurskensfactor) is een maat voor het totale rendement van de turbine.

De waarde van C is lager naarmate de gemiddelde windsnelheid hoger is en hangt verder af van de kwaliteit van de windturbine. In Nederland varieert ze van ca. 2,8 aan de kust tot 4,0 in het binnenland. Voor een gemiddelde windlocatie in Nederland en een goede turbine kan 3,7 worden ingevuld. V 3 is de jaargemiddelde windsnelheid in meters per seconde op ashoogte tot de derde macht.

Deze varieert in Nederland van maximaal ca. 8,5 m/s op 60 meter hoogte aan de kust tot 3 m/s op 30 meter hoogte in het binnenland. A is het rotoroppervlak in vierkante meters (dus PI * de halve rotordiameter in het kwadraat). De formule betekent dus dat bij een dubbel zo grote rotordiameter vier maal zo veel energie wordt geproduceerd. En de wind is nog belangrijker want bij een dubbel zo hoge windsnelheid wordt de productie acht maal zo hoog (bijna, want C wordt wel wat lager bij die hogere windsnelheid)

Hoe groter, hoe duurder en de belangrijkste maat voor de grootte (en de prijs) is de rotordiameter (en niet het vermogen) Er zijn bijvoorbeeld molens van 600 kW met een rotordiameter van 43 en van 48 meter. De laatste produceert ondanks het gelijke vermogen ca. 25 % meer dan die met 43 meter rotor, maar hij is ook flink duurder (ca. 20 %).

De prijs van het totale project hangt verder af van masthoogte, de funderingskosten, elektriciteitskabels en transformator. Verder zijn er nog kosten voor netaansluiting, toegangswegen, telefoonaansluiting en installatie. Onderhoud en verzekering zijn de belangrijkste jaarlijks terugkerende exploitatiekosten.

Voor vergelijkingen tussen projecten kunnen de kosten uitgedrukt worden in Euro´s per vierkante meter rotoroppervlak of per geïnstalleerde Kilowatt vermogen. In de literatuur van berekeningen van de kostprijs van windenergie (investeringen, kWh-prijs) wordt momenteel voor landlocaties gerekend met totale projectkosten van 1.100 - 1.300 Euro/kW.

Voor de SDE-subsidies 2009 wordt gerekend met 1.325 Euro/kW. Voor 2008 was dat nog 1.200 Euro/kW. De afgelopen 2-3 jaar zijn de turbinekosten (vooral voor offshore) sterk gestegen als gevolg van duurdere grondstofprijzen (staal, koper etc.).

Ook zijn de prijzen gestegen door de sterke vraag. De prijsstijging gaat nog wel even door, zo is de verwachting. Voor offshore is de variatie nog erg groot met 2.000 - 3.000 Euro/kW. De kosten van een groot offshore project in Engeland van 1.000 MW is in drie jaar tijd met 43% gestegen.

• Extra kosten tot € 10.000,- per meter

Ook de ashoogte is van belang voor de elektriciteitsproductie. De toename van de windsnelheid met de ashoogte varieert echter sterk. Hoe ruwer het terrein en hoe meer de locatie in het binnenland ligt, hoe meer winst er te behalen valt met hogere masten.

Aan de kust kunnen de masten dus minder hoog zijn dan in een bossige omgeving bij Enschede. Hoe hoger men komt, hoe minder snel de windsnelheid toeneemt. De eerste kleine turbines stonden 15 jaar geleden op masten van ca. 20 meter. Momenteel kunnen de grootste turbines geleverd worden met masten tot 125 meter hoog.

De kosten zijn echter enorm.
Hieronder twee voorbeelden van turbine-kosten en de meerkosten voor hogere ashoogten uit de katalogus 2002 van BWE-Duitsland (te bestellen bij Bundesverband Wind Energie)

Turbine 70 meter diameter, 1.800 kW :
Enercon E 66 18.70, 64 meter mast € 1.595.000
Meerkosten voor 85 meter mast € 115.000 (€ 5.500 per meter)
Meer voor 97 meter mast t.o.v. 84 meter € 150.000 (€ 10.000 per meter)

Turbine 80 meter diameter, 2.500 kW:
Nordex 80/2.500, 60 meter mast € 1.840.651
Meerkosten voor 80 meter mast € 76.694 ( € 3.834 per meter)
Meer voor 100 meter mast t.o.v. 80 meter € 175.000 ( € 8.750 per meter)

Vestas V 90 - 2 en 3 MW
Een verhoging van de ashoogte van 80 naar 105 meter kost voor de V 90 - 3MW & V 90 3 MW € 200.000 extra (okt. 2010)

• Binnen 3 tot 6 maand (afhankelijk van het windaanbod op de locatie) heeft een windturbine alle stroom geproduceerd welke nodig was voor de bouw, het plaatsen, aansluiten en ontmantelen van de turbine.

Sommigen vragen zich af of windmolens eigenlijk wel meer stroom leveren dan er nodig is voor de bouw en installatie (er zit b.v. nogal wat staal, olie, koper en epoxy in een molen). Het argument gaat al vele jaren rond in kringen van de tegenstanders en is dus in Denemarken en Duitsland al vele malen onderzocht. Het resultaat is steeds nagenoeg hetzelfde. Alleen wordt de terugverdientijd van de benodigde energie ( 3 tot 6 maand) nog steeds wat korter omdat de molens steeds efficiënter worden.

Gedurende de levensduur van een turbine van 20 jaar wordt dus 40-80 maal zoveel energie geproduceerd als nodig is om de turbine te bouwen, te installeren en te onderhouden.

Recentelijk kwam een Duits onderzoek van het DGE (Das Grune Emissionshaus, augustus 2003) nog tot wat gedetailleerder terugverdientijden van de diverse benodigde energie en veroorzaakte vervuiling. Deze zijn gebaseerd op een Enercon turbine van 1.800 kW met een rotordiameter van 70 meter op een betonnen mast van 98 meter en een jaarproductie van 4 miljoen kWh.

De terugverdientijden van gebruikte energie: energie voor het maken en installeren van de turbine : 2,9 maand Kooldioxide: 4,4 maand Zwaveldioxide: 7,8 maand Stikstofoxiden: 9,4 maand. Meer info: Energy Payback Period for Wind Turbines op de site van de Deense fabrikanten

Windturbines hebben een gecertificeerde levensduur van 20 jaar. Een enkeling (Clipper) zelfs van 30 jaar. Een windturbine staat permanent bloot aan enorm grote en voortdurend wisselende belastingen. Zelfs per seconde variëren de belastingen door de wisselende windsnelheden.

Toch worden windturbines al jaren lang ontworpen voor een levensduur van 20 jaar. De diverse onderdelen worden dusdanig sterk uitgevoerd dat zij deze belastingen zonder schade kunnen verdragen. Voorwaarde daarvoor is natuurlijk wel dat er regelmatig (gemiddeld twee keer per jaar) onderhoud wordt gepleegd en inspecties worden uitgevoerd, waarbij kleine reparaties (zoals het bijwerken van kleine beschadigingen aan het wiekoppervlak) worden uitgevoerd.

Een windturbine is een zeer complexe machine en er kunnen dus wel eens onderdelen kapot gaan zoals een printplaat, een sensor of een relais. En een enkele keer kan er wel eens een groter onderdeel (tandwielkast, generator en heel soms een rotor) vervangen moeten worden. Alle kosten voor onderhoud en reparaties kunnen echter betaald worden uit de reguliere contracten voor onderhoud en verzekering. De levensduur wordt door certificerende instellingen vastgelegd in een type-certificaat.

Daarbij wordt ook aangegeven voor welk type windklimaat de turbine geschikt is (3 klassen van laag tot zeer hoog gemiddeld windaanbod). De levensduur-certificatie betekent dat de turbine met normale onderhoudskosten minimaal 20 jaar kan draaien met een normale beschikbaarheid. In de praktijk blijkt die beschikbaarheid (dat wil zeggen stroom kunnen produceren als het voldoende hard waait) momenteel gemiddeld ca. 98% te bedragen.

Dus gedurende 2% van de tijd (ca. 1 week per jaar) staat de turbine stil door storingen, onderhoud en service. Dit cijfer blijkt uit de maandelijkse productiestatistieken van 10-duizenden turbines is Duitsland, Denemarken, Zweden, Nederland, Nieuw Zeeland en België. Volgens de Nederlandse statistieken in de De WindMaand bedroeg de gemiddelde beschikbaarheid in 2006 98,2%.

Daarbij zijn alle oorzaken van stilstand meegeteld (behalve te weinig wind), dus bijvoorbeeld ook oorzaken van buiten de turbine zoals netuitval en blikseminslag. De levensduur blijkt in de praktijk gerealiseerd te kunnen worden. Eind jaren zeventig van de vorige eeuw begon de seriematige productie van windturbines in Denemarken (molens van 30 - 55 kW).

De meeste zijn in 2003-2004 vervangen door grotere turbines maar draaiden tot dan toe nog steeds. In veel gevallen zelfs nog met de oorspronkelijke generator, tandwielkast en rotor. In Nederland dateren een paar nog draaiende kleinere molens van begin jaren tachtig, maar voor het overige dateren alle nog draaiende turbines in Nederland van na 1986.

In maart 2007 draaien 36 turbines die er al meer dan 20 jaar op hebben zitten. Omdat de kwaliteit van windturbines in de loop der jaren enorm is toegenomen, mag aangenomen worden dat de twintig jaar levensduur ook bij recenter gebouwde turbines geen probleem zal zijn.

Wel komen er zo nu en dan wat grotere serieproblemen voor. Zo moesten een aantal jaren geleden van een bepaald type turbine alle 1.200 tandwielkasten vervangen of gerepareerd worden. Fabrikanten zorgen echter voor voldoende financiële armslag om deze grotere problemen op te kunnen vangen