Claims Archimedes windmolen voor discussie vatbaar
De Archimedes Liam F1-windmolen die gisteren werd gepresenteerd in Rotterdam trekt zich volgens de makers niets aan van de wetten van de aerodynamica. Dat levert een superefficiënte kleine windmolen op voor gebruik in de stad.
Uitvinder Marinus Mieremet geloofde zijn ogen niet toen hij zijn schelpvormige windmolen testte in een windtunnel. „De molen zou een efficiëntie van 52 procent opleveren; beter dan onze simulaties voorspelden en het dubbele van de 25 procent die windmolens al sinds 1680 produceren.”
Hij ging uit van een meetfout, maar na 48 windtunnel- en tal van praktijktesten in Zuid-Korea blijkt de molen heel efficiënt, vertelt directeur Richard Ruijtenbeek van The Archimedes, het Rotterdamse bedrijf dat de molen gisteren aan de pers presenteerde. „We benaderen met dat rendement zelfs de theoretische grens van 59 procent.”
Mieremet legt desgevraagd allerlei testrapporten voor, in Zuid-Koreaans karakterschrift. Maar op de site van The Archimedes is ook een paper te vinden met een link naar de Europese Windenergie Associatie (EWEA) met metingen van Ho Seong Ji, een promovendus aan de Zuid-Koreaanse Pusan National University. Daaruit blijkt inderdaad een onverwacht hoog omzettingsrendement van wind naar een draaibeweging van 52 procent. De omzetting naar elektrische energie zal daarvan nog wel wat procenten afsnoepen (zie kader ”Klopt de claim?”).
De molen van The Archimedes lijkt aan de voorkant op een schelp en van opzij een soort puntzak. Die bijzondere vorm is ontstaan toen Mieremet het werk van de Griekse ingenieur Archimedes (287-212 v. Chr.) bestudeerde. Berekeningen aan natuurlijke vormen zoals de nautilusschelp komen vrijwel altijd uit op een verhoudingsgetal, de gulden snede. „Als een mens een gulden snede ziet, gaat er spontaan een belletje rinkelen: het getal staat voor natuurlijke schoonheid en voor verhoudingen die kloppen.”
De uitvinder heeft daarnaast allerlei theorieën over de aerodynamica bestudeerd. Daarmee presenteerde hij gisteren ook zijn eigen theorie over de werking van windmolens. Normaal gesproken bestaat er een drukverschil voor en achter de rotorbladen van een windmolen. „Bij de Liam echter niet”, legt uitvinder Mieremet uit. „De ruimtelijke figuur van het blad levert een veel hoger rendement op. Zelfs wanneer de wind onder een hoek van 60 graden in de rotor waait, zal deze gaan draaien. We hebben geen dure software nodig: de molen richt zich door zijn vorm automatisch op de optimale windrichting. De molen maakt nagenoeg geen geluid; en door zijn grootte en vorm vliegen vogels zich er niet te pletter in.”
De Liam kan eenvoudig aan een gevel hangen of op een dak worden gemonteerd. Het onderhoud beperkt zich tot één inspectiebeurt per jaar. „Een beetje teflonspray tussen de kogellagers is meestal voldoende om er weer een jaar tegenaan te kunnen.” Ruijtenbeek stelt dat de Liam dan ten minste twintig jaar meegaat (zie kader ”Verdient de Liam F1 zich terug?”).
De windmolen is volledig ontwikkeld en getest in Zuid-Korea door een team van 28 wetenschappers, onder wie 9 hoogleraren van de universiteiten van Busan, Incheon en Daejeon, aldus Mieremet. Binnenkort zal hij zelfs verhuizen naar het Aziatische schiereiland.
Waarom doet The Archimedes het ontwikkelwerk in Zuid-Korea?
Ruijtenbeek: „In Zuid-Korea hebben we onbeperkte toegang tot windtunnels. Ook wordt ons windtunnelonderzoek daar gesubsidieerd. In Nederland lukt het niet om zo veel verschillende afdelingen van verschillende universiteiten op gelijkwaardig niveau te laten samenwerken. Ondanks dat we de kenniseconomie zo hoog in het vaandel dragen. De molen wordt echter wel in Rotterdam gemaakt. Het is dus een oer-Hollands product.”
Klopt de claim?
Een wetenschapper die graag anoniem wil blijven –„ik wil geen gedoe met The Archimedes”– gelooft helemaal niets van de beweringen van het Rotterdamse bedrijf. Hij is gepromoveerd aan de TU Delft op kleine windmolens in een stedelijke omgeving. Op het seminar ”Inzet en regelgeving miniwindturbines” in Arnhem legde hij onlangs uit dat er drie typen windmolens bestaan.
Het gangbaarste type heeft wieken, die werken met lift, zoals een vliegtuigvleugel. Deze molen heeft volgens de Duitse natuurkundige Albert Betz theoretisch een maximale efficiëntie van 59,3 procent. Bovendien is er relatief weinig materiaal nodig voor zo’n molen. Met drie wieken draaien deze molens het efficiëntst; het rendement van de omzetting van wind naar elektrische energie ligt in de praktijk rond de 35 à 40 procent. Ook bestaat er een concentratortype. „Deze werken niet; de wind waait er gewoon langs”, aldus de zegsman.
De Archimedes is van het zogeheten weerstandstype. Deze draait doordat de wind ertegenaan duwt. De efficiëntie van deze molens komt gewoonlijk niet veel hoger uit dan zo’n 10 procent. Daarnaast kenmerken hij zich door een hoog materiaalgebruik.
Maar hoe kan The Archimedes een rendement van 52 procent claimen?
De wetenschapper schudt zijn hoofd. „Ik zeg liever niet wat ik daarvan denk.”
De Technische Universiteit Delft publiceerde in 2009 gegevens waaruit bleek dat een Archimedesmolen een maximale efficiëntie van 12 procent haalt; en volgens onderzoeksbureau Peutz 15 procent.
Professor Kyung Chun Kim van de Zuid-Koreaanse Pusan National University is nauw betrokken bij windtunnelmetingen aan de molen. „De Archimedes is getest in een kleine windtunnel met een doorsnede van 2,1 bij 2,1 meter. De omzettingsefficiëntie van wind naar een draaibeweging bleek 45 procent; in een iets grotere windtunnel was dat 42 procent. Tijdens de opwekking van elektrische energie bleef daarvan 28 procent over”, legt hij desgevraagd uit.
Maar deze resultaten geven geen inzicht in het gedrag van de windmolen in de praktijk, stelt de anonieme zegsman. „In zulke kleine windtunnels duw je de lucht uit de windtunnelmotor geforceerd door de rotor. Dat geeft een vertekend beeld. De molen lijkt dan wel efficiënt, maar is het niet. De TU Delft werkt met een ”open jet”-windtunnel. Deze benadert de natuurlijke luchtstroom door de molen het best.”
Uit een nog niet gepubliceerd artikel van Kim in het Journal of the Clean Energy Technologies (Jocet), een ”peer reviewed” open accesswebsite, blijkt de omzettingsefficiëntie van een Archimedesmolen hooguit 17 procent te zijn.
Veldtestgegevens komen binnenkort beschikbaar, belooft prof. Kim. „De windmolens zijn vorig jaar geïnstalleerd op de Incheon University in Zuid-Korea en produceren daar elektriciteit.” Bij het ter perse gaan van deze krant waren de testresultaten nog niet vrijgegeven.
Verdient de Liam F1 zich terug?
Richard Ruijtenbeek, directeur van De Archimedes, stelt dat er rond kleine windmolens veel sprookjes worden verteld. „Het meest wordt er gelogen over gemiddelde opbrengsten. Die bestaan helemaal niet, maar mensen tuinen daar wel steeds in.”
Hoe zit dat dan met de Liam F1 van De Archimedes? Volgens het bedrijf zou de molen –die 3999 euro kost– rendabel zijn voor Nederlandse huishoudens, als ze tenminste in een gebied wonen waar de gemiddelde windsnelheid hoger ligt dan zo’n 17 kilometer per uur. Ruijtenbeek: „De molen levert dan een minimale opbrengst van 973 kilowattuur (kWh) per jaar, genoeg om de investering en het onderhoud binnen tien jaar terug te verdienen.”
Maar dat is wel erg optimistisch, rekende Johan Kuikman, directeur van Fortis Wind Energy, onlangs voor op het seminar ”Inzet en regelgeving miniwindturbines” in Arnhem. Volgens de Canadese windexpert Paul Gipe, directeur van de Ontario Sustainable Energy Association, is de opbrengst bij 17 kilometer per uur elk jaar 200 kWh per vierkante meter. De Liam heeft een frontaal oppervlak van 1,7 vierkante meter, zodat de opbrengst krap 400 kWh per jaar zal zijn. Het bewezen rendement is echter maximaal de helft van die van een molen met wieken (zie kader ”Klopt de claim?”).
„Je mag dus blij zijn als je er 200 kWh per jaar mee opwekt”, aldus Kuikman. Dat zou betekenen dat de molen elk jaar 44 euro aan besparing op de elektriciteitsrekening oplevert. De terugverdientijd zou 91 jaar zijn met de huidige prijs van 22 cent per kWh.
Uitvinder Marinus Mieremet geeft in een e-mailwisseling toe dat de Archimedes volgens de standaardbenadering –met gemiddelde windsnelheden– bij Amsterdam slechts 371 kWh per jaar oplevert. De molen is dan in 49 jaar terugverdiend. De Archimedes scoort daarmee ronduit slecht in vergelijking met andere windmolens.
Mieremet kiest daarom voor een andere benadering. Het KNMI heeft volgens hem ook gegevens beschikbaar over het aantal uren per jaar dat er bepaalde windsnelheden optreden. De uitvinder berekent daarmee een fictieve jaarlijkse opbrengst van 845 kWh. Binnen 22 jaar zou de molen zijn investering dan hebben opgebracht; veel langer dan de 10 jaar die The Archimedes claimt.
Offensief van kleine windmolens
Windenergie-expert Gustave Corten, directeur van Cortenergy, stelde onlangs in vakblad Energiegids dat kleine windmolens zelden winstgevend zijn. „Het lijkt erop dat zelfs de best geteste kleine windmolen maar net genoeg produceert om zijn eigen onderhoud te betalen.” De beste kleine windmolens waren volgens een onderzoek in het Zeeuwse Schoondijke de Skystream 3.7 en de Fortis Montana. Volgens Corten gaat alleen een „supergeniaal ontwerp” het redden.
Monique van Eijkelenburg, directeur van de Duurzame Energie Koepel, gooit het liever over een andere boeg. Ze stelt dat kleine windturbines een bedrijf een groen imago kunnen verschaffen. „Zeg nou zelf, als er in plaats van een wapperende vlag een draaiende windmolen staat; dat doet wat voor de uitstraling van een bedrijf. Zo’n molen verdient zichzelf op die manier al terug.”
Daarnaast lobbyt Van Eijkelenburg voor eenvoudiger wetgeving rond het plaatsen van een kleine windmolen. „Ons streven is 20.000 miniwindturbines in 2020. Bij boeren, op industrieterreinen of bij gebouwen op windrijke plaatsen. Er komt een nieuwe Omgevingswet met vier Algemene Maatregelen van Bestuur. Daarmee zouden gemeenten een vergunningsaanvraag op dezelfde manier objectief kunnen toetsen als die voor zonnepanelen en niet –zoals nu te vaak gebeurt– om subjectieve redenen de plaatsing van een miniwindturbine bemoeilijken.”
Daarnaast zijn er te veel windmolens die niet doen wat de fabrikant belooft. In Europees verband wordt er daarom hard gewerkt aan een keurmerk. De Rijksdienst voor Ondernemend Nederland (RVO) zou deze kunnen gebruiken om een witte lijst op te stellen, meent Van Eijkelenburg. „Daarop komen goedgekeurde turbines te staan waarvan het rendement bewezen is.”
