Windturbine

De wind die de windturbine ingaat heeft een grotere snelheid dan de wind die de windturbine verlaat. Anders gezegd, de wind die de windturbine ingaat heeft meer energie dan de wind die de windturbine verlaat. Deze afname van windenergie is omgezet in het draaien van de windturbine. Hoe langzamer de wind achter de windturbine waait, hoe meer energie er uit de wind gehaald is.
Het lijkt daarom aantrekkelijk een windturbine zo te ontwerpen, dat de wind achter de windturbine (bijna) stil staat. Want dan is (bijna) alle energie uit de wind gehaald. Maar dat kan niet.

Betz-limiet

Als er geen wind achter de windturbine zou zijn, dat wil zeggen, dat de lucht daar stil staat, dan kan er geen nieuwe wind door de windturbine stromen. Alle inkomende wind zou aan de zijkant de windturbine moeten verlaten. Daardoor werkt de windturbine minder goed.
Eigenlijk geldt voor iedere windsnelheid achter de windturbine die lager is dan de windsnelheid voor de windturbine, dat de langzamere lucht de inkomende wind hindert. Die wordt afgebogen en stroomt niet door maar langs de windturbine.

Dus als de lucht achter de windturbine stilstaat, dan werkt de windturbine niet goed. Maar als de wind achter de windturbine hetzelfde is als ervoor, dan heeft de windturbine geen energie uit de wind gehaald en is het rendement 0%. In beide gevallen werkt de windturbine niet optimaal.

Albert Betz heeft in 1919 berekend dat ongeacht het ontwerp een windturbine er maximaal 59% van de windenergie kan omzetten in arbeid. Dat maximale rendement treedt op als de windsnelheid achter de windturbine 1/3 is van de windsnelheid ervoor.
De Betz-limiet van 59% is een theoretisch maximum. Door allerlei wrijvingsverliezen halen zelfs de beste windmolens niet meer dan zo’n 80% van de Betz-limiet. Dus een goede windturbine kan zo’n 80% x 59% = 47% van de energie uit de wind halen.

De wet van Bernouilli

De wet van Bernouilli is een toepassing van de wet van behoud van energie en zegt dat de druk in een gas afhangt van de snelheid waarmee het gas stroomt. Als de snelheid toeneemt, dan neemt de druk af. Anderzijds stijgt de druk als de snelheid van het gas mindert.
De volledige wet van Bernouilli bevat naast de druk en de snelheid ook een hoogte-term, waarmee de druk ook verandert als het gas omhoog of omlaag stroomt. Omdat de stroming bij een windturbine horizontaal is, hoeven we hier de hoogte-term niet te beschouwen.
De wet geldt ook voor vloeistoffen.

Daniel Bernouilli (1700-1782)

De bedenker van de wet van Bernouilli kwam uit een Zwitserse familie van wiskundigen. Daniel werd geboren en woonde zijn eerste vijf jaar in Groningen waar zijn vader Johan Bernouilli wiskunde doceerde aan de universiteit.

De wet van Bernouilli verklaart niet alleen de werking van een windturbine, maar ook het principe waardoor vliegtuigvleugels kunnen vliegen.

Nog vervangen windturbines geen (kolen)centrales

Wanneer het niet waait of te hard waait, dan draaien windturbines niet en valt hun stroomlevering weg. Om toch stroom aan het net te kunnen leveren, moeten er daarom (kolen)centrales klaar staan om de weggevallen windturbineproductie over te nemen.
Zolang we niet in staat zijn de elektriciteit van windturbines op te slaan, vervangen windturbines geen (kolen)centrales. Hetzelfde geldt voor zonnepanelen.