Column

Achter de windmolen

Kijk nog even niet naar het plaatje hierboven. Ga in gedachten mee terug naar een nieuwsbericht dat op 5 mei in deze bijlage verscheen. Daar werd een artikel uit Nature Climate Change samengevat onder de kop: ‘Parken met windmolens warmen lokaal nachten op’.

Amerikaanse onderzoekers hadden uit satellietwaarnemingen afgeleid dat het – gemiddeld over langere tijd – ’s nachts benedenwinds van grote windmolenparken aan het aardoppervlak warmer was dan bovenwinds. In ieder geval gold dat voor een groot windmolenpark in Texas.

De onderzoekers, waaronder Liming Zhou, hadden de temperaturen zoals die tussen 2009 en 2011 in het Texaanse molengebied waren geregistreerd vergeleken met de temperaturen die er heersten tussen 2003 en 2005, toen de meeste molens nog komen moesten. Het was een exercitie met veel statistische filtering, zodat het werkelijk effect van de molens op de luchttemperatuur wel wat hoger of lager kan zijn. Maar nu kwam het uit op 0,3 à 0,4 graad Celsius.

In 2010 hadden onderzoekers, voor een deel zelfs dezelfde, in de Proceedings of the National Academy of Sciences bekend gemaakten dat het benedenwinds van windmolens in Californië overdag juist kouder was. Het één sluit het ander niet uit natuurlijk, en je zou het zelfs logisch durven noemen, want de verklaring voor het fenomeen komt van aanvoer van lucht uit hogere luchtlagen, en overdag is het dicht bij de grond meestal warmer dan hogerop, maar in dit geval trof het ongelukkig dat het in Texas achter de molens overdag warmer was.

Daar zat dus een discrepantie en die moest op 5 mei in de lucht blijven hangen. ‘Waarom Zhou c.s. in Texas dan toch een lichte opwarming vinden is niet helemaal duidelijk’, stond hier.

Nu, inmiddels is die duidelijkheid er wel. Vanuit twee richtingen arriveerden inhoudelijke aanvullingen die erop neerkomen dat achter windmolens bijna altijd warmte wordt opgewekt, of die molens nu wel of niet warme lucht van grote hoogte aanvoeren (wat in Texas kennelijk gebeurt).

Emeritus hoogleraar Cees Andriesse schrijft dat op het ECN in Petten rond 2000 gerekend werd aan het warmte-effect van windmolens om een indruk te krijgen van het rendement waarmee windenergie in rotatie-energie is om te zetten. “Ik ben ervan overtuigd dat dit rendement nog steeds te hoog wordt ingeschat.” Waar voorheen onvoldoende aan was gedacht was dat in de turbulentie achter de molens door wrijvingseffecten (viscous shear) altijd warmte ontstaat en dat de orde van grootte zelfs goed viel te berekenen. ECN-onderzoeker Gustave Corten heeft de resultaten in 2000 gepresenteerd op een symposium van het International Energy Agency en opgenomen in zijn proefschrift. Het houdt ongeveer in, schrijft promotor Andriesse, dat een grote offshore windturbine van 6 MW zo’n 9 MW aan de wind onttrekt en 3 MW warmte produceert. Aan het zeeoppervlak zal het daarvan ongeveer 0,02 graad Celsius warmer worden. Later heeft men zich gerealiseerd dat de turbulentie van de windmolens ook nog wrijvingsarbeid op de bodem achter de molens uitoefent. Dat bracht de theoretische temperatuurstijging uit het voorbeeld op 0,08 graad Celsius.

Maar er speelt nog een ander effect, een effect dat zelfs groter is dan die wrijving. Günther Können, voorheen verbonden aan het KNMI, wijst erop dat een luchtpakketje dat door de werking van de windturbine naar beneden wordt verplaatst een zogenoemde ‘adiabatische compressie’ ondergaat, waardoor dat pakketje per 100 meter zakken 0,98 graad Celsius warmer wordt. Een pakketje dat over dezelfde afstand van laag naar hoog reist koelt 0,98 graad af en er zou niet veel van te verwachten zijn als het natuurlijk temperatuurverloop in de luchtkolom rond de molen ook 0,98 graad per 100 meter was. Maar in werkelijkheid is dat verloop bijna altijd een stuk kleiner, vaak nog niet de helft. Zo ontstaat een temperatuurstijging die meerdere tienden van graden kan zijn, noteert Können.

De AW-redactie moet hier toegeven de gevolgen van het op-en-neer van de pakketjes niet helemaal te kunnen volgen, maar ze laat het voorlopig opnieuw in de lucht hangen om een toelichting te geven bij de foto hierboven. Men ziet daar meerdere Vesta-molens van het Horns Rev windpark op de Noordzee ten westen van Jutland. Molens met een rotordiameter van 80 meter, een naafhoogte van 70 meter en een nominaal vermogen van 2 MW.

De foto werd toegestuurd door de zeezeiler Rob B. die een bloedhekel heeft aan windmolens en nu een nieuw bezwaar tegen de landschapsontsierende staketsels ontdekt heeft: ze vormen mist. Of preciezer gezegd: ze kunnen mist vormen. Ze deden het aantoonbaar op 12 februari 2008 toen Christian Steiness de foto maakte. Bij nader inzien blijkt ook rond andere windparken op zee geregeld mist te worden waargenomen.

De Deense molenmist laat schitterend zien hoe omvangrijk de luchtmenging achter windmolens is en waarom de molens nooit te dicht op elkaar mogen staan. Maar raadselachtig is de mistvorming niet. Al meerdere keren is in deze rubriek ter sprake gebracht dat uit menging van twee luchtsoorten die elk apart nét onverzadigd zijn aan waterdamp (zoals A en B op de tekening) een luchtsoort kan ontstaan (zoals C) die wél oververzadigd is. Een ‘mixing cloud’ heet het in vakkringen en dat soort wolken en wolkjes is doodgewoon: je ziet ze bij fabrieksschoorstenen en achter vliegtuigen.

Of molenmist nu wel zo heel erg veel voorkomt valt nog te bezien. En dan: zou het omgekeerde niet ook kunnen optreden, dus dat het wentelen van de wieken ontmistend werkt? Bij voldoende lage mist, mist waar de windturbine gedeeltelijk boven uitsteekt, is dat inderdaad mogelijk, denkt Können.