Jan-Pieter den Hollander vergelijkt de embodied energy met opgewekte energie bij windmolens.
Windmolens zijn voor het grootste gedeelte van staal. De benodigde energie van het productieproces, transport, montage, sloop en recycling is de embodied energy van de windmolen. Daartegenover staat de energie die door de windmolen wordt opgewekt. Tesamen geeft dit de energiebalans van de windmolen.
Embodied energy
Een onshore windmolen van 0,6MW1 met een hoogte van 50 m en een rotordiameter van 40 m bevat grofweg 57 ton staal. Daarbovenop komt dan nog 3 ton koper, 300 kg aluminium en ongeveer 4,5 ton versterkt epoxyhars voor de rotorbladen. Zie de tabel met de energieverbruik voor de productie. Verder komt er nog energieverbruik bij voor installatie en onderhoud over een periode van twintig jaar van de turbine (zie tabel).
Embodied energy vs opgewekte energie
Hoeveel de windmolen per jaar opwekt is afhankelijk van de ruwheid van het terrein en lokatie. Voor de 0,6MW windmolen is dit 1,393 GWh per jaar. Dat is omgerekend 5015 GJ per jaar. De terugverdientijd van de embodied energy is dan 7-8 maanden. Over de levensduur van twintig jaar wekt de windmolen ongeveer 32 keer de energie op die nodig is om de windmolen te maken (de embodied energy).
Tabel: Embodied energy versus opgewekte energie voor windmolen (0,6 MW)
Embodied energy
Onshore windmolen: 0,6MW, hoogte = 50 m, rotordiameter = 40 m
Productie 1900 GJ
Installatie 495 GJ
Onderhoud (20 jaar) 774 GJ
Totaal 3169 GJ
Opgewekte energie
Onshore windmolen: 0,6MW, hoogte = 50 m, rotordiameter = 40 m
Energielevering per jaar 5015 GJ
Terugverdientijd 7-8 maanden
Vergelijking met opwekking van elektriciteit in kolencentrale
Een andere vergelijking is die met de conventionele opwekking van elektriciteit in een (kolen)centrale. De kolencentrale heeft een bepaald rendement en het transport van de grondstoffen naar de centrale kost energie.
Om dezelfde hoeveelheid energie (=elektriciteit) op te wekken per jaar als de windmolen heeft de kolencentrale aan primaire energie ongeveer 2,3 keer zoveel nodig op basis van een netto rendement van 43,5 %. Op jaarbasis is dit 11528 GJ om de 5015 GJ aan elektriciteit op te wekken. Het produceren van de windmolen kost 3169 GJ. Deze energie is dan in 3169/11528 = 3-4 maanden terugverdiend.
Tabel: Opgewekte energie voor windmolen (0,6 MW) versus opgewekte energie in kolencentrale
Opgewekte energie windmolen (0,6MW)
Energielevering per jaar 5015 GJ
Opgewekte energie kolencentrale
Rendement 47%
Transport grondstoffen 8%
Netto rendement 43,5%
(incl. transport)
Primaire energie 11528 GJ
Embodied energy windmolen 3169 GJ
terugverdientijd 3-4 maanden
Toekomst met grotere vermogens (>2 MW) en offshore windmolens
Voor moderne windmolens met hogere vermogens (3MW en meer) is de terugverdientijd korter. Dit komt doordat het gewicht van de molen per opgewekt kWh procentueel lager wordt door nieuwe ontwikkelingen in de techniek terwijl het rotoroppervlakken kwadratisch toeneemt en daarmee ook het vermogen.
Verder is de tendens naar offshore windparken. Op zee volstaat een minder hoge mast dan op land (ongeveer 25%2 lager) zodat de embodied energy van de mast lager wordt. Tegelijkertijd kost de fundering meer energie maar de recycling van de stalen monopile is weer een voordeel3. De totale embodied energie van de offshore windmolen is hoger zijn dan die van de onshore windmolen maar dit wordt goedgemaakt door de duidelijk hogere opbrengst (ongeveer 75% meer).
Offshore windmolens gaan langer mee dan onshore windmolens omdat ze minder last hebben van vermoeiing. Dit komt doordat de turbulentie op zee lager is.
Auteur: ir. Jan-Pieter den Hollander
Projectleider bij Bouwen met Staal en adviseur duurzaamheid
Literatuur
1 Krohn, Soren: The Energy balance of modern windturbines, Windpower note 1997.
2 www.windpower.org.
3 LCA’s of offshore and onshore sited wind power plants based on Vestas V90-3.0MW turbines.
Afbeelding
Windmolen Vestas V80-2MW, offshore windpark Horns Reef in Denemarken (waterdiepte 8m).