Grootste turbines voor lage tot gemiddelde windsnelheden

Winderige gebieden in landen met goed ontwikkelde markten voor windenergie, zoals de VS, het VK of Duitsland, worden geleidelijk gevuld door windparken. Ontwikkelaars van hernieuwbare energie kijken daarom naar mogelijkheden om windparken verder te ontwikkelen in gebieden met lage tot gemiddelde windsnelheden. Andere regio’s met lagere windsnelheden worden ook overwogen in nieuwe en opkomende markten zoals delen van West- en Zuid-Azië, Zuidoost-Azië, Afrika en andere regio’s in midden- tot lagere breedtegraden over de wereld.

Fabrikanten van windturbines proberen dit marktsegment te vullen door turbines te produceren die specifiek zijn gericht op locaties en omstandigheden met lagere windsnelheid. Dit wordt gedaan door klanten hogere turbinetorens te bieden, bestaande generators te combineren met nieuwere en langere turbinebladen of zelfs nieuwe generators te ontwerpen. Naarmate windturbines betrouwbaarder, efficiënter en goedkoper worden, wordt verwacht dat zelfs lage windsnelheid omstandigheden in nearshore en offshore locaties in de toekomst ook verder zullen worden benut.

Wat verstaat de windenergie-industrie onder turbines bedoeld voor lage tot gemiddelde windsnelheden? Volgens de internationale standaard IEC 61400-1: 2019 (editie 4.0) met betrekking tot het ontwerp van windturbines, zien we op basis van de jaarlijkse gemiddelde windsnelheden, dat windturbines onderverdeeld zijn in vier ontwerpklassen: I (gemiddelde snelheid tot 10 m/s), II (tot 8,5 m/s), III (tot 7,5 m/s) en S (een locatie specifieke klasse). Wanneer turbulentie-intensiteit wordt overwogen, worden de volgende categorieën toegevoegd als achtervoegsels aan de klassen: A+ (een turbulentie-intensiteit tot 0,18), A (tot 0,16), B (tot 0,14) en C (tot 0,12). Verder wordt in de classificatie ook rekening gehouden met de 10 minuut gemiddelde windsnelheid met een terugkeerperiode van 50 jaar onder normale en tyfoon- of orkaan-omstandigheden (Tabel 1). Klasse IA+ is dan bijvoorbeeld de meest extreme windturbineklasse buiten klasse S.

Er zijn geen gestandaardiseerde definities voor “lage” of “gemiddelde” windsnelheden, wat in principe kwalitatieve beschrijvingen zijn. Toch wordt over het algemeen beschouwd dat windturbines voor lage windsnelheid behoren tot de klassen tot en met IIIA (7,5 m/s), terwijl turbines voor middelhoge windsnelheid tot en met klasse IIA (8,5 m/s) behoren. Alle andere klassen tot en met IA+ worden over het algemeen beschouwd als turbines voor hoge windsnelheden.

Hieronder bekijken we de nieuwste windturbines die ontworpen zijn voor de markt voor lage tot middelhoge windsnelheden. Elke turbine die op onze lijst staat wordt aangeboden door een andere fabrikant om een goed beeld te krijgen van wat beschikbaar is of beschikbaar zal worden in de nabije toekomst. Deze lijst is geen volledig overzicht maar omvat de meeste grote spelers in de windturbine-industrie.

Windturbine Siemens Gamesa SG 5.8-170

Als eerste op onze lijst staat de grootste onshore windturbine ter wereld op dit moment in termen van rotordiameter. De SG 5.8-170, zoals duidelijk uit zijn naam blijkt, heeft maar liefst een rotordiameter van 170 m, een drietraps versnellingsbak en een generator van 5,8 MW, die tevens ook de krachtigste is in de Siemens Gamesa onshore familie van turbines. Ashoogtes zijn locatiespecifiek en kunnen variëren van 100 tot 165 m volgens de website van het bedrijf. De turbine wordt specifiek aanbevolen voor omstandigheden met een lage tot gemiddelde windsnelheid, waarvan het eerste prototype naar verwachting in het derde kwartaal van 2020 zal worden gebouwd.


Siemens Gamesa SG 5.8-170

Windturbine Vestas V172-5.6 MW

De V162 heeft tot nu toe de grootste rotordiameter van alle onshore Vestas windturbines en maakt deel uit van het nieuwste EnVentus-platform dat gebruik maakt van permanente magneetgeneratoren. De IEC S-klasse turbine is ontworpen voor lage tot gemiddelde windlocaties, maar ook geschikt voor hogere windsnelheden. De ashoogte zal naar verwachting tussen 119 en 166 m variëren. Als eerste bedrijf dat wereldwijd 100 GW aan windturbines heeft geïnstalleerd, wil Vestas zich richten op de lage tot gemiddelde windsnelheid met het EnVentus-platform, terwijl het ook kleinere turbines in het 3 MW-bereik voor de lagere windsnelheidscategorieën blijft ontwikkelen. De V162 wordt als prototype naar verwachting medio 2020 uitgerold.


Vestas V162-5.6 MW

Windturbine Enercon E-160 EPS

Als grootste turbine in de Enercon-lijn, werd de E-160 EP5 gepresenteerd op de WindEurope congres in Bilbao in april 2019. Gebaseerd op de Nederlandse Lagerwey-technologie overgenomen door Enercon in 2018, heeft deze tandwielloze permanente magneet generator aangedreven turbine een klasse IIIA-aanduiding. De E-160 EP5 heeft verder een rotordiameter van 160 m, een ashoogte van 120 tot 166 m en een nominaal vermogen van 4,6 MW. Het prototype is gepland om begin 2020 te worden getest.


Enercon E-160 EP5

 

Windturbine GE 5.3-158

De GE 5.3-158 maakt deel uit van het nieuwe onshore Cypress-platform van turbines die ontworpen zijn om in de loop van de tijd opschaalbaar te zijn. Hierdoor kan GE een groter bereik in nominaal vermogen en ashoogtes bieden. De turbine werd gepresenteerd op de WindEurope congres 2018 in Hamburg. Het is momenteel de grootste en krachtigste windturbine op land ter wereld en bouwt voort op het vorige GE 4.8-158 turbineontwerp. De turbine werd geïnstalleerd op het ECN testpark in de Wieringermeer, waar Pondera Consult assisteerde bij de vergunningen, geluids- en schaduwstudies. Pondera was ook verantwoordelijk voor de beoordeling van het windaanbod en de berekening van de energieopbrengst voor de SDE+ subsidieaanvraag. Ondanks dat de 5.3-158 de grootste GE-windturbine op land is, is het nog steeds niet de grootste van GE. Deze prijs gaat naar de GE offshore Haliade-X windturbine met een rotormaat van 220 m, waardoor het momenteel de grootste windturbine ter wereld is. De Haliade-X wordt momenteel geïnstalleerd, voor prototype testen in de Tweede Maasvlakte in de haven van Rotterdam, door GE en Future Wind, een joint venture tussen Sif Holding en Pondera Development.


GE 5.3-158

Windturbine Goldwind GW155-3.3 MW

In oktober 2018 kondigde de grootste Chinese windturbinefabrikant Goldwind, de ontwikkeling van de GW155-3.3 MW aan als onderdeel van het 3S-platform. De GW155-3.3 MW zal de grootste onshore Chinese windturbine worden in termen van rotordiameter. De permanente magneet direct aangedreven (PMDD) GW155-3.3 MW werd aangekondigd samen met de lage snelheid offshore GW168-6.45 MW turbine die ook bedoeld is voor tyfoon- of orkaan-omstandigheden. Dit duidt duidelijk op de toegenomen focus van Goldwind op het lage windsnelheid marktsegment, wat ook erg belangrijk is voor China als grootste windenergiemarkt ter wereld.


Goldwind 3S platform

Windturbine Nordex N149/4.0-4.5

De Nordex N149/4.0-4.5 is de winnaar van de prijs voor de Windpower Monthly Windturbine van het Jaar 2018 in de categorie +3 MW. De turbine heeft succes gevonden in verschillende delen van de wereld, waaronder een recente bestelling van 74 turbines bestemd voor de Amerikaanse staat Oklahoma en nog eens 35 turbines besteld door Acciona voor de staat Victoria in het zuidoosten van Australië. De turbine maakt deel uit van het Delta4000-platform van Nordex en werd voor het eerst geïnstalleerd in augustus 2018 op het Wennerstorf II Windpark in Duitsland. De S-klasse N149/4.0-4.5 turbine heeft een drietraps versnellingsbak met een dubbel gevoede asynchrone generator die schaalbaar is tot een nominaal vermogen van 4,5 MW en wordt aangeboden met een ashoogte variërend tussen 105 en 164 m. Verrassend heeft Nordex onlangs haar nieuwste turbine aangekondigd in het Delta4000-platform, de N155/4.5 met een rotordiameter van 155 m. De productie van de N155 zal naar verwachting in het laatste deel van 2020 beginnen.


Nordex N149/4.0-4.5

Windturbine Envision EN148-4.5

De enige ‘offshore’ turbine met lage windsnelheid op onze lijst en waarschijnlijk een van de beter ogende, de EN148-4.5 van Envision Energy werd ontworpen samen met de Italiaanse ontwerper Stefano Giovannoni. Envision Energy is de op één na grootste Chinese windturbinefabrikant, met wereldwijd meer dan 2600 geïnstalleerde turbines en beweert de leider te zijn in de turbines voor lage tot gemiddelde windsnelheid op de Chinese markt. De klasse S aangewezen EN148-4.5 heeft een drietraps versnellingsbak, een 4,5 MW nominale vermogen en een rotordiameter van 148 m.


Envision EN148-4.5

Windturbine Senvion 4.2M148 EBC

De grootste onshore windturbine van Senvion werd gepresenteerd op de WINDPOWER 2018 congres van AWEA in Chicago, de VS. De 4.2M148 EBC is gecertificeerd in de IEC S-klasse gebaseerd op de IEC IIIB-classificatie, waardoor het een flexibele turbine is voor de lage tot gemiddelde windsnelheid op land. De 4.2M148 EBC bestaat uit een bijgewerkt versnellingsbakontwerp met een rotordiameter van 148 m en een nominaal vermogen dat kan worden gemaximaliseerd tot 4,5 MW. De turbine is besteld voor windparken in Chili en wordt verwacht geïnstalleerd te worden in 2020.


Senvion 4MW wind turbine series

Is groter altijd beter?

Of groter altijd beter is hangt echt van de situatie af. Over het algemeen zal een groot rotoroppervlak meer wind in energie omzetten. Er zijn echter veel factoren waarmee rekening moet worden gehouden, zoals de locatie specifieke omstandigheden, het windklimaat, de kosten van de turbine en de installatie, de exploitatie- en onderhoudskosten, de vermogenscurve van de turbine en de totale capaciteitsfactor. Al deze factoren spelen een rol in de genivelleerde energiekosten (LCOE). Het “specifieke vermogen”, dat is de verhouding tussen het nominale vermogen van de generator en het rotoroppervlak, is ook een belangrijke factor. Een zeer grote rotoroppervlak in combinatie met een kleiner nominaal vermogen zou het specifieke vermogen verlagen, waardoor de hoeveelheid opgewekte elektriciteit wordt verminderd. Er zijn echter voorbeelden waarbij er doelbewust voor gekozen om het specifieke vermogen te verlagen om de capaciteitsfactor te maximaliseren, waarbij stabielere en goedkopere energie wordt geproduceerd. In dergelijke gevallen zijn turbines zoals de Goldwind GW155-3.3MW of de Nordex N149 4,0 MW voor sommige ontwikkelaars een gunstige keuze.

Onontdekte windenergie landen met veelbelovend potentieel

Er is online veel informatie beschikbaar over landen met het meest geïnstalleerde vermogen aan windenergie en hoe dit vermogen aan windenergie elk jaar groeit. Denk aan landen zoals China, de VS, Duitsland, India of Spanje. Deze informatie is publiek toegankelijk en in grote mate voorhanden. Wat ik veel interessanter vind is om te weten welke landen een groot potentieel aan windenergie hebben én weinig geïnstalleerd vermogen. Zijn het niet deze landen waar de windenergie sector haar aandacht op moet richten voor het ontwikkelen van windenergieprojecten? In deze blog kijken we naar dergelijke landen die zeer geschikt kunnen zijn voor windenergie, vooral als het gaat om windsnelheid en vermogensdichtheid. Dit is geen top 5 lijst maar eerder een selectie van landen die mogelijk over het hoofd worden gezien door investeerders en ontwikkelaars.

Wind Atlas

Een deel van de informatie over windsnelheden en vermogensdichtheid is verzameld met behulp van Global Wind Atlas. De nieuwe versie van de Global Wind Atlas is recentelijk beschikbaar gesteld door de World Bank in samenwerking met de Technische Universiteit van Denemarken (DTU). Dit is een indrukwekkende wind atlas, gebaseerd op een windklimaat met een detailniveau van 1 km. De gratis beschikbare GIS tool is in november gelanceerd tijdens de Wind Europe Conference in Amsterdam.

Oman

onontdekte windenergie OmanDat Oman op mijn lijstje voorkomt is waarschijnlijk het gevolg van vooringenomenheid; ik heb dit mooie land namelijk altijd al willen bezoeken. Het land heeft een geschatte vermogensdichtheid van 684 W/m² en een gemiddelde windsnelheid van 8.3 m/s op een hoogte van 100m in de 10% meest windrijke gebieden in dit land. Dit is ongeveer vergelijkbaar met de meest windrijke gebieden van enkele Noord-Europese landen. Ter vergelijking: Nederland heeft een vermogensdichtheid van 518 W/m² en een gemiddelde windsnelheid van 7.7 m/s op een hoogte van 100m in de 10% meest windrijke gebieden. Het windaanbod in Oman is opmerkelijk hoog in het zuidelijke gouvernement Dhofar met haar hoofdstad Salalah. Ook in het Al Wusta gouvernement is het aanbod opmerkelijk hoog. Op dit moment is er nog geen windenergie gerealiseerd in Oman, maar er zijn wel plannen voor een 50 MW windpark dat Masdar wil realiseren samen met GE en TSK.

Somalië

onontdekte windenergie SomaliëSomalië wordt normaal niet geassocieerd met windenergie of een andere vorm van duurzame energie. Somalië is voornamelijk in het nieuws vanwege de burgeroorlogen, piraterij en economische instabiliteit. Echter weten weinig mensen dat Somalië een van de landen is met het grootste potentieel aan wind- en zonne-energie ter wereld. De stad Garowe in Puntland wordt sinds 2016 voorzien van stroom door een 3.5 MW hybride wind- en zonne-energie installatie. Het vermogen van deze installatie is recentelijk gestegen naar 5.9 MW om 50.000 inwoners te voorzien van meer dan 90% van hun elektriciteitsbehoeften. De vermogensdichtheid van Somalië is geschat op 849 W/m² met een windsnelheid van 9.0 m/s op 100m hoogte in de 10% meest windrijke gebieden. Deze cijfers liggen dichtbij de geschatte gemiddelden van het Verenigd Koninkrijk met een vermogensdichtheid van 928 W/m² en een windsnelheid van 9.4 m/s.

Rusland

Met haar 17 miljoen vierkante meter en 38.000 km lange kustlijn, heeft Rusland het grootste potentieel voor windenergie wat betreft de windopbrengst op deze lijst. Ondanks het grote potentieel, heeft het land slechts een geïnstalleerd vermogen van 11 tot 15 MW aan windenergie. Het technisch haalbare potentieel aan windenergie is geschat op 6 TWh/j. Rusland heeft verder een geschatte vermogensdichtheid van 721 W/m² met een gemiddelde windsnelheid van 8,4 m/s op 100m in de 10% meest windrijke gebieden. Om dit potentieel volledig te benutten zijn grote investeringen nodig en kunnen ontwikkelingsstappen worden gemaakt van meerdere Gigawatt aan geïnstalleerd vermogen per keer. Aannemelijk is dat hier een rol voor de federale overheid weggelegd. Recentelijk hebben Lagerwey en OTEK (RosAtom) overeenkomsten getekend om de Nederlandse windturbinetechnologie aan OTEK te verlenen.

onontdekte windenergie Rusland

IJsland

Dit land is een van de uitzonderingen op de lijst. De elektriciteitsvoorziening van het land bestaat voor 100% uit duurzaam opgewekte energie. Eigenlijk heeft dit land dus helemaal geen windenergie nodig om aan haar elektriciteitsbehoefte te voldoen. Dit is ironisch te noemen, aangezien de windsnelheid van IJsland wordt geschat op 11 m/s op 100m in de 10% meest windrijke gebieden. Ook kent het land een gemiddelde overeenkomstige vermogensdichtheid van 1942 W/m². Het land kent vier gebouwde windturbines, met een gezamenlijk geïnstalleerd vermogen van 3 MW. Deze windturbines dienen hoofdzakelijk voor het testen van turbines in extreme omstandigheden. Een van de redenen waarom IJsland windenergie zou kunnen overwegen, zou zijn om energie te verhandelen in het geval dat een toekomstige interconnector het land met het Verenigd Koninkrijk verbindt. Een andere reden om windenergie te overwegen is in het geval van een toekomstige verhoging van de genivelleerde kosten van energie (LCOE) voor geothermische en hydro-elektrische stroomvoorziening waar het land nu op draait.

onontdekt windenergie land IJsland

Kazachstan

Kazachstan wil haar hernieuwbare energievoorziening vergroten vanwege de groeiende economie en investeringen. Het grootste potentieel aan windenergie is te vinden nabij de Kaspische Zee, inclusief andere gebieden in het centrale en noordelijke deel van het land. Het uitgestrekte open steppe landschap geeft Kazachstan een aantal uitzonderlijke gebieden om windenergie te exploiteren. Het land heeft een geschatte windsnelheid van 8 m/s op 100m hoogte en een vermogensdichtheid van 583 W/m² in de 10% meest windrijke gebieden van het land. Op het gebied van windenergie zijn er ontwikkelingen gaande met Vestas, die onlangs een order voor windturbines heeft ontvangen van CAPEC Green Energy.

onontdekte windenergie Kazachstan

Werelds potentieel

Alle genoemde landen hebben minder dan 100 MW geïnstalleerd vermogen aan windenergie ten tijde van schrijven. Bij sommige landen kan daar binnenkort verandering in komen, lettende op de genoemde samenwerkingen van lokale partijen met windturbinefabrikanten in de verschillende landen. Verder zijn er landen die niet in de lijst staan maar zeker ook noemenswaardig zijn als potentieel windenergie land zoals Vietnam, Chad, Venezuela of Mongolië. Andere landen hebben ook delen die zeer windrijk zijn zoals het westen van Afghanistan, het oosten van Azerbaijan of in het noorden van Kenya of Colombia. Behalve windsnelheden en vermogensdichtheid zijn er natuurlijk veel andere factoren van belang om in bepaalde landen windenergie te realiseren. Maar dit is stof voor een andere blog.