Je verwacht het misschien niet direct, maar windmolens hebben invloed op het weer in hun omgeving. Dat komt door het zogenoemde zogeffect.
De wind, temperatuur en luchtvochtigheid veranderen in de buurt van windparken doordat de rotorbladen van windturbines de luchtlagen mixen en turbulentie veroorzaken. Dit wordt wel het zogeffect genoemd.
Het is niet zo dat een groot windpark op zee klimaatverandering veroorzaakt. Het effect op het weer is plaatselijk, maar kan de lucht tot wel 200 meter hoogte beïnvloeden. Als de omstandigheden gunstig zijn, kunnen windmolenparken tot 150 kilometer verderop zorgen voor een afname van de windkracht.
Luchtlagen mixen
De draaiende rotorbladen van een windturbine zetten de bewegingsenergie van de wind om in elektriciteit. Achter een windpark is er zodoende minder wind. Door het mixen van luchtlagen en de turbulentie die hierbij komt kijken, mengen vocht en warmte in de lucht beter. Dat kan – zeker bij de stabiele atmosfeer in het voorjaar en de vroege zomer, wanneer de zee kouder is dan de lucht erboven – zorgen voor aanzienlijke zogeffecten in de windschaduw van het windpark. De windturbines transporteren koudere en vochtigere lucht naar hogere luchtlagen, waardoor de kans op mist mogelijk afneemt en er meer kans is op laaghangende bewolking, al is er meer onderzoek nodig om deze weerseffecten met zekerheid te kunnen vaststellen.
Tien keer zoveel windparken in 2050
Op de hele Noordzee stond in 2020 ongeveer 19 gigawatt aan geïnstalleerd windturbinevermogen. In 2050 zal er naar verwachting tien keer zoveel windenergie worden opgewekt. Het geïnstalleerd vermogen is de hoeveelheid energie die windturbines kunnen produceren als ze altijd aan zouden staan en geen last zouden hebben van externe factoren. In werkelijkheid is de opbrengst lager, vanwege onder andere die zogeffecten, maar ook doordat windturbines soms stilstaan voor onderhoud.
Onderzoeker Peter Baas van de TU Delft (Whiffle) legt aan Scientias.nl uit hoe groot de zogeffecten kunnen zijn. “We onderzoeken met het WINS50-project het verschil tussen het geïnstalleerd vermogen en de werkelijke opbrengst van windturbines en windparken. De invloed van zogeffecten – dit is het effect waarbij de turbines van een windpark in elkaars windschaduw staan – hangt van veel factoren af. Zo spelen de afstand tussen de turbines, de hoeveelheid turbines in het park en het type windturbine allemaal een rol. Een recente studie met het atmosferische hogeresolutiemodel van Whiffle laat zien dat voor grote toekomstige windparken, waarbij het geïnstalleerd vermogen meerdere gigawatts bedraagt, de zogverliezen kunnen oplopen tot 15 procent of soms nog meer.”
Formatie op zee
Een windpark is een obstakel waar de wind omheen en overheen wil. Het is dus interessant om te kijken wat de beste opstelling is voor een windpark en hoe windparken ten opzichte van elkaar kunnen worden geplaatst. “De formatie van de turbines in een windmolenpark speelt een belangrijke rol. Er wordt bij de aanleg van windparken dan ook uitgebreid naar gekeken om de opbrengst te optimaliseren. Zo kun je bij veel windparken zien dat de turbines in de richting van de meest voorkomende windrichting verder uit elkaar staan dan in de richting die daar loodrecht op staat”, zegt Baas.
Gebouwen in een stad kunnen ook effect hebben op de wind, maar dat is van een heel andere aard, legt de wetenschapper uit. “In een stad wordt de wind afgeremd door de gebouwen zelf. In een windpark wordt wind niet zozeer afgeremd door de turbines zelf maar door de energie die ze aan de wind onttrekken. Ook wordt de lucht direct beïnvloed tot hoogtes van 200 meter, terwijl in de meeste steden de gebouwen zich alleen laag bij de grond bevinden. Dus in een stad zit de afremming meest aan de grond, bij een windpark met name ter hoogte van de turbines. Zeker de toekomstige windparken zijn veel uitgestrekter qua oppervlakte dan een Nederlandse stad. Het effect van windparken op weer en wind is dus veel groter dan dat van een stad”, zegt Baas.
Negatief effect op opbrengst
Het zal in de komende decennia steeds drukker worden in de Noordzee. Windparken zullen steeds vaker in elkaars schaduw staan. Het is daarom belangrijk om in te schatten hoeveel invloed dit soort effecten hebben op de opbrengst. Hoeveel groter zijn de zogeffecten in zo’n toekomstig scenario? “Ook dit is een van de vragen waar we in het WINS50-project aandacht aan besteden. Met het atmosfeermodel van Whiffle hebben we een pilotstudie uitgevoerd die laat zien dat omliggende windparken een significant negatief effect op de opbrengst van een windpark kunnen hebben”, aldus Baas.
Onderhoud en vogeltrek
“Ook modelsimulaties die met het KNMI-weermodel zijn gedaan binnen het WINS50-project laten duidelijk zien dat zogeffecten van het ene park de wind bij een ander park kunnen beïnvloeden. We zien dat dit steeds belangrijker wordt omdat er zowel op de Noordzee als op andere locaties steeds grotere clusters van windparken ontstaan. Juist daar kunnen wij heel goed modelberekeningen op uitvoeren. Ook wordt bij de bouw van windparken rekening gehouden met trekroutes van vogels en vleermuizen. Windturbines staan niet alleen stil door onderhoud, maar moeten soms ook uitgezet worden vanwege de vogeltrek.”
Het verkleinen van opbrengstverlies, kan dan ook op allerlei manieren, legt Baas uit. “Ook oplossingen in de windturbine zelf spelen een rol. Zo kan ‘wake steering’, het sturen van de zogeffecten, mogelijk een positieve bijdrage leveren.” Hoeveel invloed dit allemaal heeft, is nog niet helemaal helder. “Er is nog veel onduidelijk als het gaat om de invloed van grootschalige uitbreiding van windparken op zee op de energieproductie en het weer. Binnen ons project proberen wij effecten in kaart te brengen en onzekerheden te verkleinen. Op die manier willen wij een bijdrage leveren aan de transitie naar hernieuwbare energie.”
