Inleiding urban turbines en kleinschalige windenergie

Kleinschalige windenergie nog in experimentele fase 

• Voor toepassing in de gebouwde omgeving zijn speciale Urban Turbines in ontwikkeling. Deze kunnen in woonwijken en op kantoren en andere gebouwen geplaatst worden. Deze turbines wekken 2.000 tot 8.000 kWh elektriciteit per jaar op. De Urban Turbines zijn aangepast aan de windeigenschappen, geluid- en esthetische eisen van de gebouwde omgeving.
• De ontwikkeling van dit type windturbines kent een nog zeer korte historie, waar vooral Nederlandse bedrijven bij betrokken zijn. In 2003 en 2004 zijn van diverse turbines de eerste exemplaren geplaatst bij klanten. De prestaties en eventuele problemen van deze eerste turbines worden op het ogenblik gemonitord. In 2005 en 2006 zullen de resultaten  beschikbaar komen.                    

Windstroming in de gebouwde omgeving - Windenergie

Windaanbod

• In Nederland is de overheersende windrichting zuid tot west. Dat betekent dat de wind voornamelijk aankomt over zee. 
• De windsnelheden zijn dan ook het hoogst aan de kust en nemen landinwaarts steeds verder af. De kans op gemiddeld de hoogste windsnelheden in de gebouwde omgeving zijn aan de kust het grootst. Zie het windaanbod in de figuur hier rechts.               

Gebouwde omgeving

• In een gebouwde omgeving zijn altijd obstakels en ruwheidselementen aanwezig die de aanstroming van de wind beïnvloeden. Hierdoor ontstaat meer variatie in windsnelheid en windrichting en een hoge turbulentie. Dit leidt hogere dynamische belasting op de windturbines.               

De obstakels kunnen zowel een verhoging als een verlaging (zg. "windschaduw") van de windsnelheid tot gevolg hebben, afhankelijk van de lengte, breedte en hoogte, en de doorlatendheid van het obstakel. Dit heeft een aanzienlijk hogere dan wel lagere energieproductie ten opzichte van de gemiddelde vrije aanstroming tot gevolg.

Werkingsprincipes Urban Turbine

Windturbines kunnen worden ingedeeld op basis van hun werkingsprincipe: weerstand of lift, of worden ingedeeld op basis van hun draai as; horizontale of verticale draai as. Om inzicht in deze indeling te verkrijgen volgt hieronder een korte uitleg van beide indelingsvormen.

Weerstandsprincipe

Bij het weerstandsprincipe 'duwt' de wind als het ware een blad van de windturbine weg. Hierdoor kan dat blad nooit sneller bewegen dan de wind zelf, de ‘wieken’ bewegen met de wind mee. Een bekend voorbeeld van dit principe is de cup anemometer om windsnelheid mee te meten, een draaiend reclamebord of de Savonius rotor.

Links: Weerstandsprincipe Cup anemometer. Rechts: Weerstandsprincipe Savonius rotor

Liftprincipe

Bij het liftprincipe wordt er door slim ontwerp van het bladprofiel voor gezorgd dat de bladen sneller kunnen draaien dan de wind zelf, tot 7 à 8 keer de windsnelheid. Hierdoor kan een veel hogere energieproductie worden gehaald dan een weerstandsrotor. Nadeel is echter dat deze hoge omloopsnelheden een hogere geluidsproductie tot gevolg hebben. Als leidraad kan worden aangehouden dat een snellopendheid van ongeveer 5 geen hinderlijke geluidsproductie veroorzaakt, en toch een aanvaardbare energieproductie haalt.

Twee voorbeelden van het lift principe (Darrieus turbines)

Horizontale of verticale draaias

• De windturbine kan op basis van draaias worden ingedeeld in een horizontale as of een verticale as windturbine. In de tabel worden beide types met hun kenmerken naast elkaar gezet.             

Vergelijking verschillende Urban Turbines en andere Duurzame Energiesystemen

Er zijn een aantal rapporten verschenen waarin kleine windturbines zijn vergeleken op aspecten als kosten, opbrengsten, geluidproductie, inpasbaarheid etc. Twee rapporten met dergelijke vergelijkingen zijn:

• Rapport “Slagroomkloppers, grasmaaiers of wokkels?” van Etienne Vermeer van de Technische Universiteit Eindhoven
• Rapport “Stedelijke windturbines in Den Haag”, van L.J van Groningen en M. Tarrahi van de Haagse Hogeschool

Nabije toekomst: marktpotentieel en oplossen van knelpunten

Marktpotentieel voor kleine windturbines
Hieronder staan inschattingen van het marktpotentieel voor kleine windturbines voor Nederland, voor de gemeente Groningen, voor de woningen van woningcorporatie WonenBreburg in Tilburg en voor de gehele gemeente Tilburg.

In opdracht van SenterNovem heeft Haskoning onderzoek gedaan naar kleinschalige windenergie. In het Haskoning-rapport “Opwekking van windenergie in de gebouwde omgeving” uit 2002 geven de auteurs een indicatie voor het marktpotentieel voor kleine windturbines in 2020. Ze komen hierbij op 38 MW aan turbines op woningen en 18 MW aan turbines op andere gebouwen (zoals kantoren). Het totale marktpotentieel in Nederland voor kleine windturbines in 2020 bedraagt dus 56 MW volgens de auteurs. Voor de berekening van dit marktpotentieel heeft Haskoning gebruik gemaakt van een inventarisatie van het beschikbare dakoppervlak; verder rekent Haskoning met een gemiddeld vermogen van de turbine per vierkante meter dakoppervlak van 5 W/m2. Zolang er geen overtuigende aanwijzingen en/of bewijzen zijn dat de uitgangspunten uit dit rapport bijgesteld moeten worden, zijn dit uitgangspunten en marktpotentiëlen die SenterNovem hanteert.

Natuurlijk worden er ook  andere berekening met gedeeltelijk andere uitgangspunten dan die van Haskoning opgezet.  Zo heeft de gemeente Groningen  in 2003 KEMA het marktpotentieel voor kleine windturbines in 2010 laten berekenen. KEMA schat in dat ongeveer 3500 (bedrijfs-)gebouwen in de gemeente Groningen geschikt zijn voor plaatsing van kleine windturbines. Verder acht KEMA het mogelijk dat in 2010 op 5% van deze gebouwen gemiddeld 5 kleine turbines zijn geplaatst. Dit komt dan op een totaal van 875 kleine turbines in 2010 in de gemeente Groningen. Let wel: dit zijn schattingen!

De woningcorporatie WonenBreburg heeft een ruwe berekening gemaakt dat er 150 kleine windturbines (Turby’s) te plaatsen zijn op de flats van haar woningbestand in Tilburg. WonenBreburg heeft in Tilburg circa 200 flats waarvan circa 30 een lift hebben. Een lift is van belang voor een makkelijke en goedkope plaatsing van de Turby, zonder inhuur van een kraan. Met 5 Turby’s per flat zouden er in totaal 150 Turby’s geplaatst kunnen worden. Hierbij is het natuurlijk niet zeker of de gemeente ook voor alle locaties waar deze 150 Turby’s geplaatst zouden kunnen worden, ook toestemming zou geven.

De woningcorporatie WonenBreburg heeft verder berekend dat het marktpotentieel voor kleine windturbines voor heel Tilburg meer dan 20 MW bedraagt, als overige woningcorporaties, VVE’s en kantoren ook warm zouden lopen voor kleine windturbines. Bij 20 MW gaat het dan om ca 10.000 exemplaren; Hierbij is het natuurlijk vrij zeker dat de gemeente niet voor alle locaties waar  deze Turby’s geplaatst zouden kunnen worden, toestemming zal geven.

Knelpunten en oplossingen
Er zijn nog verschillende knelpunten aanwezig bij de implementatie van kleine windturbines in de gebouwde omgeving. Onderstaand worden deze knelpunten genoemd en wordt waar mogelijk  de oplossing aangegeven waaraan in sommige gevallen ook al gewerkt wordt:

Technisch: Van het gedrag van wind die over gebouwen blaast is vanuit de optiek van de opwekking van windenergie onvoldoende bekend. Als gevolg hiervan zijn opbrengsten moeilijk in te schatten of te garanderen. De sectie windenergie van de TU Delft werkt hieraan met rekenmodellen om windgedrag en windsnelheden boven gebouwen en in de gebouwde omgeving te voorspellen.

Verder zijn de technologieën voor de verschillende typen kleine windturbines en/of onderdelen daarvan nog niet voldoende of volledig uit ontwikkeld. Op basis van ervaringen met geïnstalleerde prototypen zullen kleine windturbines de komende tijd wat betreft techniek, degelijkheid en opbrengst verder worden verbeterd. 

Beleidsmatig: Vanwege de nationale doelstelling voor de opwekking van duurzame energie, richt de landelijke overheid zich meer op grote windturbines dan op kleine windturbines. Een grote windturbine (bijvoorbeeld 1,5 MW) heeft een vermogen dat ruwweg 1000 keer groter is dan het vermogen van een kleine turbine (bijvoorbeeld 1,5 kW). Het realiseren van 1000 kleinschalige windturbines om 1,5 MW vermogen op te stellen vergt aanzienlijk meer aan ruimtelijke en vergunningsprocedures.

Juridisch: Het vergunningentraject is soms ingewikkeld omdat het ruimtelijk beleid nog niet
ingevuld is Bovendien moet door de verschillende technologieën elk turbinetype apart 
beoordeeld worden. Sommige provincies en gemeenten hebben beleid opgesteld voor kleine turbines, waardoor de eerste toetsingskaders voor de vergunningverlening aanwezig zijn. Daarnaast zijn er ook geen richtlijnen en certificering voor de turbines waar deze aan moeten voldoen (bijvoorbeeld veiligheid), waardoor ruimtelijke ordening- en milieuprocedures moeizamer verlopen.

Economisch: De investering in één turbine van 1,5 MW bedraagt inclusief installatie circa €2.000.000,-. Het realiseren van 1000 kleinschalige windturbines om zo 1,5 MW vermogen te realiseren vergt inclusief installatie circa € 17.500.000,-. Overigens is niet alleen het opgestelde vermogen van belang maar vooral de hoeveelheid opgewekte kWh per geïnstalleerd vermogen. Doordat concrete meetgegevens van kleine windturbines nog ontbreken is de opbrengst in kWh per m² rotoroppervlak echter onbekend hetgeen een echte vergelijking niet goed mogelijk maakt.

Een grote windturbine is dus veel rendabeler dan een kleine turbine. Maar in de gebouwde omgeving en op bedrijventerreinen is het plaatsen van een grote turbine lang niet altijd mogelijk, bijvoorbeeld vanwege het bestemmingsplan of vanwege de nabijheid van een vliegveld. Op dergelijke locaties kan de plaatsing van kleine windturbines soms wél mogelijk zijn.

Overigens zullen de kostprijzen van kleinschalige windturbines onder invloed van noodzakelijke aanpassingen kunnen stijgen of door grotere productie aantallen kunnen dalen. Dit betekent dat de kosten van kleinschalige windturbines nog onvoldoende vaststaan.

Maatschappelijk: Kleine windturbines worden soms vergeleken met grote windturbines. Beter is het om kleine windturbines te vergelijken (qua potentie voor landelijke energie-opwekking en qua kosten/baten) met andere vormen van kleinschalige duurzame elektriciteitsopwekking, zoals zonnepanelen.

Voorbeelden van Urban Turbines die recent geplaatst zijn

In 2003 en 2004 zijn verschillende typen kleine windturbines geplaatst in Nederland. Hieronder staan enkele voorbeelden hiervan:

• Plaatsing van Turby’s in Tilburg en Breda in 2004   
• Praktijkcentrum Raalte plaatst urban windturbines (Fortis Montana), oktober 2004
• Kantoorpand te Beilen 
• WindWall op het gebouw van de HTM te Den Haag (zie foto)
  

Regelgeving voor het plaatsen van Urban Turbines

Voor het realiseren van een kleine windturbine is minimaal een bouwvergunning nodig, en soms is ook een milieuvergunning vereist. Deze vergunningen moeten elk aan een aantal voorwaarden getoetst worden. De beoordeling van een aanvraag voor een bouwvergunning geschiedt in drie stappen:
• Toetsing aan het Bouwbesluit;
• Toetsing aan het bestemmingsplan;
• Beoordeling door welstand.

Vanwege het feit dat kleine windturbines nog relatief nieuw zijn, is er nog zelden ruimtelijk beleid gedefinieerd waarin rekening is gehouden met de mogelijke plaatsing van kleine windturbines (noch landelijk, noch provinciaal). Hierdoor is het verlenen van de bouwvergunning moeilijker voor gemeenten, omdat er geen toetsingskader is op het gebied van ruimtelijke ordening. Ook zijn er geen richtlijnen en normen voor kleine windturbines (vanwege de hoge kosten ontbreekt certificering) waardoor het milieuvergunningtraject niet op basis van standaard criteria ingevuld kan worden. Hierdoor kan het vergunningentraject ingewikkeld zijn en langdurig. De redelijk snelle procedure bij de plaatsing van een kleinschalige windturbine bij het Deltion college in Zwolle bewijst dat dit niet altijd zo is (zie beneden).

Burgemeester en wethouders dienen binnen dertien weken, eventueel te verlengen met
nog eens dertien weken, te beslissen over een bouwvergunningaanvraag. Als evenwel
ook een milieuvergunning is vereist moeten B&W wachten met het beslissen op de
bouwvergunningaanvraag totdat een beslissing op de milieuvergunning is gevallen. Dit
proces kan al met al zeer langdurig zijn.

Voorbeeld van Wet- en regelgeving bij Deltion college in Zwolle
Voor plaatsing van een kleinschalige windturbine is een bouwvergunning nodig. Daarom is voor het praktijkexperiment een bouwvergunning aangevraagd die, zonder problemen, op 17 juni 2003 is verleend. Een belangrijk criterium voor goedkeuring door de Welstandscommissie bleek het liggende ontwerp van de WindWall te zijn, waardoor die goed kan worden geïntegreerd met het pand. Andere vergunningaanvragen voor plaatsing van een WindWall bevestigen dit. Omdat de windturbine wordt geplaatst op een gebouw dat onder het Besluit woon- en verblijfsgebouwen milieubeheer valt en de windturbine onderdeel vormt van de school, moet die ook voldoen aan de voorschriften van dit besluit (vooral geluidsvoorschriften zijn in dit kader relevant). Voor de wijziging is een melding gedaan op basis van het genoemde besluit.
Bron: artikel in Verwarming & Ventilatie van september 2003

Project 'Voor de wind gaan!' in de noordelijke provincies
In de praktijkexperimenten die nu lopen met onlangs geplaatste kleine windturbines zal meer duidelijk worden over de oplossingen voor de huidige knelpunten in de wet- en regelgeving. Onder andere in het lopende project (genaamd “Voor de wind gaan!”) in de noordelijke provincies zullen gemeenten en provincies actief zoeken naar oplossingen voor deze knelpunten. Resultaten zullen in 2005 tot en met 2007 beschikbaar komen.

Wet milieubeheer
Het Inrichtingen en Vergunningen besluit (IVB) is een uitvoeringsbesluit op grond van de Wet milieubeheer (Wm). In het IVB wordt in artikel 2.1 verwezen naar bijlage 1; in deze bijlage van het IVB worden allerlei categorieën opgesomd die als een inrichting kunnen worden beschouwd. In categorie 20 wordt aangegeven dat indien windenergie wordt omgezet naar mechanische, elektrische of thermische energie deze activiteit als een inrichting moet worden beschouwd. Uitzondering hierop is een windturbine met een diameter kleiner dan twee meter. Zolang de rotordiameter van kleine windturbines kleiner is dan twee meter vallen zij op grond hiervan buiten de Wm. Wel moet het gebouw aan de normale vereisten blijven voldoen.

Wet Ruimtelijke Ordening
Een windturbine is een bouwwerk waarvoor een bouwvergunning nodig is. In artikel 44
van de Woningwet zijn de weigeringgronden van een bouwvergunning opgenomen. Een
bouwvergunning mag alleen en moet worden geweigerd indien het in strijd is met de
Bouwverordening, het Bouwbesluit, redelijke eisen van welstand of het bestemmingsplan. In het Bouwbesluit zijn vier uitgangspunten gehanteerd, waaronder
twee van de milieu hygiënische aspecten: veiligheid, gezondheid, bruikbaarheid en
energiezuinigheid. De voorschriften zijn gegeven op basis van levensduur, kosten en
milieuaspecten. In een voor de gemeenteraad vastgestelde Bouwverordening wordt met
name de brandveiligheid van gebouwen gegarandeerd. In de praktijk is het
bestemmingsplan de belangrijkste weigeringgrond voor een bouwvergunning.

Bestemmingsplan
In een bestemmingsplan legt de gemeenteraad de gebruiks- en bebouwingsmogelijkheden van een bepaald gebied van een gemeente vast. Deze bestemmingen, regels en bepalingen zijn voor iedere burger bindend. Het is zeer waarschijnlijk dat in vele bestemmingsplannen de bestemming 'opwekken van
windenergie' niet is opgenomen als gebruiks- en/of bebouwingsmogelijkheid. Bij het
opstellen of wijzigen van een bestemmingsplan dient de gemeenteraad het provinciale
streekplan in acht te nemen. Ook andere provinciale plannen zijn van belang voor de
invulling van een bestemmingsplan. Als derhalve op provinciaal niveau reeds in een
plan bepalingen zijn opgenomen over het toe staan van windenergie in de bebouwde
omgeving, zal de de gemeenteraad deze bepalingen als uitgangspunt voor de verdere uitwerking moeten hanteren.

De procedure voor de wijziging van een bestemmingsplan, is in de Wet op de Ruimtelijke Ordening geregeld. Dit kan een langdurige proces van soms enkele jaren zijn. De termijn kan beperkt blijven als gebruik kan worden gemaakt van een in het bestemmingsplan zelf opgenomen zogenaamde wijzigingsbevoegdheid. Dit geeft de mogelijkheid om het bestemmingsplan op specifieke aspecten of punten uit te werken of te wijzigen.

Kosten, opbrengsten en baten van Urban Turbines

Aanschafkosten
De verschillende typen kleine windturbines variëren in prijs van 5.000 euro tot 30.000 euro per stuk.

• Een horizontale as turbine is relatief goedkoop, maar heeft als nadeel dat deze niet echt geschikt is voor het windklimaat van de gebouwde omgeving waar sprake is van veel turbulentie en sterk wisselende windrichtingen.  
• De plaatsingskosten van een kleine turbine bedragen ongeveer 15% van de aanschafkosten.  
• Voor toepassingen op laagbouw zijn turbineoppervlakken tot 3 m² geschikt.  
• Voor toepassingen op hoogbouw zijn turbineoppervlakken van 3 (<4 etages) tot 10 m² (>4 etages) mogelijk.  
• De Urban Turbines zijn nog zo nieuw en hebben zich nog niet bewezen, waardoor ze (nog) niet in aanmerking komen voor algemene financieringsregelingen en subsidieprogramma's.