Decentrale en duurzame energieopwekking door windturbines binnen stedelijk gebied is een omstreden onderwerp door o.a. de jaarlijkse opbrengsten van de turbine ten opzichte van de aanschaf waarde. Toch ben ik van mening dat de windenergie binnen de stedelijke bebouwing genoeg potentie heeft om deze om te zetten naar bruikbare energie vormen zoals mechanische en electrische energie. Hoewel deze benadering van alternatieve energie voorziening niet direct een antwoord zal zijn op het (CO2 neutrale) energie vraagstuk, kunnen stedelijke windmolens wel een functionele bijdrage leveren binnen de openbare ruimte.  Met name in het huidige gadget tijdperk van smartphones, mp3 spelers en andere draagbare electronische apparatuur. Het windturbine project zal met name gericht zijn op de stroom voorziening van apparaten die gevoed kunnen worden door een USB-voeding. 

Er wordt over het algemeen onderscheid gemaakt tussen twee soorten

windmolens, namelijk;

Horizontale As WindTurbine (HAWT). 

Dit zijn de ‘conventionele propellor’ windmolens. Deze dienen vrijwel recht op

de wind te staan om (efficient) te kunnen draaien. Daarnaast zijn ze

gevoeliger voor onderhoud en zware weersomstandigheden (dient te worden

vergrendeld in zware weersomstandigheden (kan automatisch)). Het grote

voordeel is dit type molen over het algemeen veel meer elektriciteit kan

opwekken door de hogere rotatiesnelheid van de turbine.

Verticale As WindTurbine (VAWT).

Dit zijn horizontale molens en zijn veelal van het type savonius (in mindere

mate Darrius) of een afgeleide daarvan. Het voordeel van dit type turbine is

dat deze niet windrichting gevoelig is en ook functioneert in turbulente wind

condities. Dit is met name in gebieden met veel obstructies (bomen,

gebouwen e.d.) een voordeel. Door de ‘trommel’ vorm van deze molen ligt het

toerental een stuk lager waardoor er minder vermogen wordt geleverd voor

het opwekken van elektriciteit. Dit betekent echter wel dat tijdens zwaar weer met veel wind de turbine over het algemeen niet vergrendelt hoeft te worden.

Berekeningen:

Het vermogen van de wind kan worden uitgedrukt met de volgende formule: P = 1/2 x Rho x v³ x A

Waarbij:?P = het vermogen van de wind, uitgedrukt in Watt?Rho = de dichtheid van de lucht, uitgedrukt in kg/m³?v = de snelheid, uitgedrukt in m/s?A = het doorstroomde oppervlak, uitgedrukt in m²

Voor een windmolen met een diameter D en een dichtheid van de lucht van 1,225 kg/m³ (op zeeniveau bij 15 graden Celsius) is het vermogen van de wind: P(wind) = 0,48 x V³ x D²

Volgens de wet van Betz kan een windturbine maximaal 16/27 van het vermogen, oftewel ongeveer 60%, aan de wind onttrekken: P (Betz) = 16/27 * P(wind)

De geschatte jaaropbrengst in kWh wordt in dit rekenmodel berekend volgens de formule: E (kWh) = 0.48 * 8760/1000 x Cp x v³ x D²

Waarbij:?E (kWh) = jaaropbrengst in kWh?Cp = het totale rendement van de windturbine?v = de windsnelheid in m/s?D = de diameter van de windturbine in meters

Voor de berekening van een VAWT wordt een rendement Cp van 0.3 gehanteerd. 8760/1000 is het aantal uren per jaar (8760) gedeeld door 1000 om een uitkomst in kWh te krijgen.

Met behulp van een windkaart is af te lezen wat de gemiddelde windsnelheid is op een bepaalde plaats in Nederland. De gemiddelde windsnelheid in ons land loopt uiteen van 3,5-4,0 m/s in het Oosten tot 7,0-7,5 m/s aan de kust. Onderstaand een windkaart van Nederland (bron: KNMI). De waarden hebben betrekking op een ashoogte van 10 meter in open grasland.

Een andere ashoogte en terreingesteldheid geven een andere gemiddelde windsnelheid te zien. Hoe hoger de windturbine wordt geplaatst, hoe meer wind. En hoe ruwer het terrein (bijvoorbeeld door bebouwing) hoe minder wind. De windsnelheid vertoont daarbij een toename met de hoogte volgens de formule: v_h = v₁₀ * log(h/z) / log(10/z)

Hierbij is:?v_h = windsnelheid op hoogte h in m/s?v₁₀ = windsnelheid op een hoogte van 10 meter in m/s?z = ruwheidshoogte van het terrein in meter

De waarde van de ruwheidshoogte wordt bepaald door de volgende tabel:?Ruwheidshoogte (meter), omschrijving?0,001: ijs, open zee, meer?0,03: Grasland, vliegvelden?0,2: Bomen, heggen, weinig bebouwing?0,25: Ruw?0,5: Dorpskern, sterk begroeid gebied?1: Steden, wouden?2: Stadscentrum met veel hoge gebouwen.