Wind is het verplaatsen van grote hoeveelheden lucht in de atmosfeer. Het ontstaat doordat lucht ongelijkmatig verdeeld is in de atmosfeer, met hogedrukgebieden waar veel lucht aanwezig is en lagedrukgebieden waar juist weinig lucht aanwezig is. Dit veroorzaakt drukverschillen in de atmosfeer. De lucht verplaatst zich van een hogedrukgebied naar een lagedrukgebied, wat resulteert in wind. De snelheid van de wind wordt bepaald door de snelheid waarmee de lucht zich verplaatst.
Drukgebieden worden aangegeven met isobaren, dit zijn lijnen van gelijke druk. De wind verplaatst zich echter niet rechtstreeks van hoge druk naar lage druk, maar buigt schuin af vanwege de draaiing van de aarde. Dit fenomeen staat bekend als de wet van Buys Ballot. Op het noordelijk halfrond buigt de wind af naar rechts, terwijl op het zuidelijk halfrond de wind afbuigt naar links. Het afbuigen van de wind wordt veroorzaakt door de draaiing van de aarde om zijn noord-zuidas. Dit effect wordt ook wel het Corioliseffect genoemd, en werd voor het eerst beschreven in 1835 door ingenieur Gustave-Gaspard Coriolis.
De oorzaken van wind liggen vaak bij temperatuurverschillen. Als lucht op de ene plek uitzet en op de andere plek krimpt, ontstaan er drukverschillen en dus wind. Dit kan bijvoorbeeld gebeuren doordat de zon een plek op aarde sterker verwarmt dan een andere plek. Hierdoor ontstaat een hogedrukgebied en zal de lucht zich verplaatsen naar een lagedrukgebied, wat resulteert in wind. Wind is dus een natuurlijk gevolg van de ongelijkmatige verdeling van lucht in de atmosfeer.
Wat veroorzaakt wind?
Wind wordt veroorzaakt door verschillende factoren, zoals horizontale luchtdrukverschillen, de draaiing van de aarde en de wrijving met het aardoppervlak. Deze combinatie van krachten zorgt voor de beweging van lucht en creëert de wind zoals we die kennen. De windsnelheid wordt gemeten in meter per seconde (m/s) of kilometer per uur (km/u) en kan variëren afhankelijk van verschillende factoren zoals de geografische locatie en weersomstandigheden.
Om beter te begrijpen hoe wind ontstaat, kunnen we naar enkele van de belangrijkste oorzaken kijken. Ten eerste spelen horizontale luchtdrukverschillen een cruciale rol. Drukverschillen tussen hogedrukgebieden en lagedrukgebieden veroorzaken een luchtstroming van het hogedrukgebied naar het lagedrukgebied. Deze luchtbeweging zorgt voor de wind die we voelen. Daarnaast beïnvloedt de draaiing van de aarde de richting van de wind. Het corioliseffect, dat wordt veroorzaakt door de rotatie van onze planeet, buigt de luchtstromen af en bepaalt de uiteindelijke windrichting.
Een ander belangrijk element dat wind beïnvloedt, is de wrijving met het aardoppervlak. Verschillende oppervlakken, zoals land en water, hebben verschillende mate van wrijving met de luchtstromen. Dit kan ook de windsnelheid en -richting beïnvloeden. Daarom hebben kustgebieden vaak hogere windsnelheden dan gebieden in het binnenland. In Nederland bijvoorbeeld varieert de gemiddelde windsnelheid van ruim 2,2 m/s in het binnenland tot 5,6 m/s aan de kust. De gemiddelde windrichting in Nederland is ongeveer zuidwest.
Om wind te meten en te observeren, worden instrumenten zoals anemometers of windmeters gebruikt. Deze worden vaak op een mast van 10 meter hoogte geplaatst om een nauwkeurige meting te garanderen. Door een beter begrip te krijgen van de oorzaken en kenmerken van wind, kunnen we de windkracht beter voorspellen en begrijpen hoe het ons dagelijks leven beïnvloedt.
Hoe ontstaat wind?
Wind ontstaat door een combinatie van verschillende processen. Een belangrijk element is de opwarming van de aarde door de zon. De zonnestraling verwarmt het aardoppervlak, vooral rond de evenaar, waardoor de lucht hier sterk opwarmt. Warme lucht stijgt op omdat deze lichter is dan koude lucht. Dit proces staat bekend als convectie. De opstijgende lucht wordt dan vervangen door lucht uit de omringende gebieden, wat resulteert in de vorming van wind.
De resulterende verplaatsing van lucht van gebieden met hoge druk naar gebieden met lage druk creëert luchtdrukgradiënten. Hoe groter het drukverschil, hoe sterker de wind zal zijn. Deze drukverschillen kunnen ontstaan door variaties in temperatuur en hoogte. Het luchtstroompatroon dat hierdoor ontstaat, staat bekend als luchtcirculatie.
Echter, de draaiing van de aarde heeft ook invloed op de richting van de wind. Dit fenomeen staat bekend als het corioliseffect. Door de draaiende aarde krijgt de luchtstroom een afwijking in zijn oorspronkelijke pad. In het noordelijk halfrond wordt de wind afgebogen naar rechts, terwijl op het zuidelijk halfrond de afbuiging naar links is. Dit zorgt ervoor dat de wind niet recht waait, maar een gebogen pad volgt.
De aardopwarming kan ook gevolgen hebben voor de windpatronen. Veranderingen in temperatuur en klimaat kunnen de luchtdrukgradiënten en luchtcirculatie beïnvloeden, wat kan leiden tot veranderingen in de windrichting en -sterkte. De precieze gevolgen van klimaatverandering op de windpatronen zijn echter nog niet volledig bekend en worden nog steeds bestudeerd.
Hoe wordt de richting van de wind bepaald?
De richting van de wind wordt bepaald door een samenspel van drie natuurlijke krachten: de drukgradiëntkracht, de Corioliskracht en de wrijvingskracht. De drukgradiëntkracht is de belangrijkste kracht en zorgt ervoor dat de wind waait van hoge naar lage druk. Dit betekent dat de wind stroomt van gebieden waar de luchtdruk hoger is naar gebieden waar de luchtdruk lager is.
De Corioliskracht, die ontstaat door de rotatie van de Aarde, beïnvloedt de windrichting maar niet de windsnelheid. Deze kracht zorgt ervoor dat de wind afbuigt naar rechts op het noordelijk halfrond en naar links op het zuidelijk halfrond. Hierdoor ontstaan de heersende windrichtingen zoals noordoostelijke winden op het noordelijk halfrond en zuidoostelijke winden op het zuidelijk halfrond.
De wrijvingskracht remt de wind af en zorgt voor afbuiging door objecten aan het aardoppervlak. Deze kracht is sterker in de onderste lagen van de atmosfeer, waardoor de wind daar trager waait. Boven zee is er minder wrijving, waardoor de wind sneller kan waaien nabij de kustregio’s.
Om de windsnelheid en -richting te meten, worden verschillende instrumenten gebruikt, zoals weerkaarten, weerballonnen, weervlaggen, weercocken, weerhanen, weerzakken en weerstokken. Deze instrumenten geven informatie over de heersende windrichting en -snelheid op een bepaalde locatie. Een veelgebruikt instrument is de weerhaan, die op basis van de windrichting draait en aangeeft waar de wind vandaan komt. Een anemometer wordt gebruikt om de windsnelheid te meten.
- Drukgradiëntkracht: wind waait van hoge naar lage druk.
- Corioliskracht: beïnvloedt de windrichting door de Aardrotatie.
- Wrijvingskracht: remt de wind af en zorgt voor afbuiging door objecten.
In de rest van dit artikel zullen we dieper ingaan op de werking van deze krachten en hoe ze de windrichting bepalen.
Wat zijn de verschillende windrichtingen?
De verschillende windrichtingen worden bepaald door circulatiecellen in de atmosfeer. Deze cellen bevinden zich op verschillende breedtegraden en hebben invloed op de dominante windrichting en de locatie van hoge- en lagedrukgebieden. In Nederland is de gemiddelde windrichting ongeveer zuidwest.
De circulatiecellen zijn als volgt:
- De polaire cellen: Deze bevinden zich tussen de pool en de 60e breedtegraad. Ze dragen bij aan de dominante noordelijke windrichtingen op deze breedtegraad.
- De Ferrelcellen: Deze bevinden zich tussen de 60e en 30e breedtegraad. Ze zorgen voor de dominante zuidelijke windrichtingen op deze breedtegraad.
- De Hadleycellen: Deze bevinden zich tussen de 30e breedtegraad en de evenaar. Ze beïnvloeden de dominante noordelijke windrichtingen op deze breedtegraad.
Deze circulatiecellen zijn van invloed op de heersende windrichtingen op verschillende breedtegraden. Dit heeft te maken met de luchtstromingen in de atmosfeer die ontstaan door temperatuurverschillen en draaiing van de aarde. Door deze mechanismen worden bepaalde gebieden op aarde meestal gekenmerkt door specifieke windrichtingen.
Hoe wordt wind gemeten?
Wind wordt gemeten met behulp van een anemometer of windmeter. Dit instrument, geïntroduceerd door de Ierse astronoom Thomas Romney Robinson in 1846, wordt gebruikt om de snelheid van de wind te meten. De anemometer bestaat uit verschillende schoepjes die, wanneer de wind er langs blaast, in beweging worden gebracht. Door de rotatiesnelheid van de schoepjes te meten, kan de windsnelheid worden bepaald.
Naast het meten van windsnelheid is ook de windrichting van belang. Hiervoor wordt een windvaan gebruikt. De windvaan wijst in de richting waaruit de wind komt. Op weerstations worden windmeters en windvanen meestal geplaatst op een mast van 10 meter hoogte, volgens voorschriften van de Wereld Meteorologische Organisatie. Deze hoogte zorgt ervoor dat de metingen representatief zijn voor de omgeving.
In Nederland wordt het steeds moeilijker om geschikte meetlocaties te vinden vanwege de bebouwing. Daarom worden de windmeters soms hoger geplaatst, zoals de windmeter in De Bilt op 20 meter hoogte. Om de gegevens vergelijkbaar te maken, worden met formules de metingen omgerekend naar 10 meter hoogte. Zo kan de windsnelheid consistent worden vergeleken met andere meetlocaties.
Naast handmatige metingen worden ook automatische weerstations gebruikt. Deze stations geven continu (digitaal) informatie over de wind. Dit stelt meteorologen in staat om nauwkeurigere voorspellingen te doen en het weer beter te begrijpen.
Gevolgen van wind op het weer, erosie en energieproductie
Wat zijn de gevolgen van wind op het weer, erosie en energieproductie? Laten we eens kijken naar de belangrijkste punten.
Gevolgen op het weer: Windturbines hebben verschillende effecten op het weer. Ze genereren turbulentie en verminderen de windsnelheid vlak achter de turbines. Naarmate je verder van de turbines vandaan gaat, herstelt de windsnelheid zich geleidelijk naar de normale waarde en neemt de intensiteit van de turbulentie af. Bovendien veroorzaken windturbines extra verticale menging van warmte, vocht en wind, wat vooral ‘s nachts invloed heeft op de luchttemperatuur. Satellietwaarnemingen tonen aan dat gebieden met windparken ‘s nachts gemiddeld tot 0.7 °C warmer kunnen zijn.
Gevolgen op erosie: Hoewel er geen specifieke informatie is gegeven over de directe gevolgen van windturbines op erosie, kunnen we aannemen dat de turbulentie die door de turbines wordt gegenereerd invloed kan hebben op erosieprocessen. Verdere studies zouden nodig zijn om een duidelijker beeld te krijgen van deze relatie.
Gevolgen op energieproductie: Windturbines zijn essentieel voor energieproductie uit wind, maar ze onttrekken ook energie aan de wind, waardoor de windsnelheid afneemt. Gelukkig is het effect van windturbines op de grootschalige wind minimaal vanwege het kleine gebied waar energie aan de wind wordt onttrokken. Modelberekeningen suggereren dat een verviervoudiging van windenergiecapaciteit niet of nauwelijks tot een grotere impact op het weer zal leiden in vergelijking met een verdubbeling. Bovendien is de impact van windturbines op het klimaat kleiner dan die van fossiele brandstoffen.
Beïnvloeding van windturbines op wolkenvorming: Op specifieke locaties, zoals het Horns Rev windpark in Denemarken, is waargenomen dat wolken zich achter windturbines kunnen vormen. Helaas is er niet veel verdere informatie beschikbaar over de specifieke beïnvloeding van windturbines op wolkenvorming. Meer onderzoek is nodig om dit aspect beter te begrijpen.
Hoe wordt windenergie opgewekt?
Windenergie wordt opgewekt door middel van windmolens, ook wel windturbines genoemd.
De wind laat de bladen van de windmolen draaien, en deze beweging wordt omgezet in elektriciteit. Moderne windmolens hebben meestal drie rotorbladen. De rotor, het punt waar de bladen bij elkaar komen, is gekoppeld aan een gondel (nacelle) boven aan de mast. Een speciale motor zorgt ervoor dat de gondel steeds zo gepositioneerd wordt dat de bladen op de wind gericht zijn.
In de gondel bevindt zich een generator die de draaiende beweging van de rotor omzet in elektriciteit. De generator is aangesloten op een transformator die de verkregen laagspanning omzet in hoogspanning. Hoe hoger de windmolen, hoe meer wind de bladen vangen en hoe meer energie er opgewekt kan worden. Een mast kan een diameter tot wel 14,5 meter hebben.
In de windmolen bevindt zich ook een computer die verbonden is met externe computers, waardoor de molen op afstand bediend en gemonitord kan worden.
Gebruik van windenergie in Nederland
Het gebruik van windenergie in Nederland is essentieel voor de transitie naar duurzame energiebronnen en het verminderen van CO2-uitstoot. Volgens het Energieakkoord voor duurzame groei moet in 2023 minimaal 4,5 GW vermogen aan windmolens op zee staan, waarmee 3,3% van de totale energiebehoefte in Nederland zal worden voorzien. Het beleid voor windenergie op zee wordt voortgezet volgens het Klimaatakkoord en het regeerakkoord, waarin is afgesproken om rond 2030 ongeveer 21 GW aan windparken op zee te hebben, wat 16% van alle energie in Nederland en 75% van het huidige elektriciteitsverbruik zal leveren.
Nederland heeft optimale omstandigheden voor windenergie op zee dankzij de gunstige waterdiepte, het windklimaat en de nabijheid van havens en energieverbruikers. Bovendien zijn de kosten voor windenergie op zee de afgelopen jaren drastisch gedaald, waardoor het de goedkoopste grootschalige duurzame energiebron is geworden. Dit biedt economische kansen voor de Nederlandse offshore- en windsector, met een marktaandeel van ongeveer 25% van de totale Europese markt voor wind op zee.
De plannen voor windenergie op zee worden uitgestippeld in de ‘Routekaart windenergie op zee’ van de Rijksoverheid. Deze routekaart bevat onder andere de locaties en planning van nieuwe windparken. Momenteel zijn er al plannen voor windparken in verschillende windenergiegebieden, zoals Borssele, Hollandse Kust (west), IJmuiden Ver, Nederwiek en Doordewind. Bij de ontwikkeling van windparken houdt de Rijksoverheid rekening met andere belangen, zoals scheepvaart, visserij, olie- en gaswinning, zandwinning, defensieoefengebieden en natuurgebieden. Daarbij worden belanghebbenden betrokken en is er inspraak mogelijk in de verschillende fasen van de plannen voor windenergie op zee.
Voordelen van windenergie
Windenergie is 100% schoon en duurzaam, en dus een milieubewuste optie voor energie. Bij het produceren van windenergie komt – afgezien van het maken en plaatsen van de windmolens – geen CO2 vrij. Dit betekent dat windenergie niet bijdraagt aan de opwarming van de aarde en de klimaatverandering. Het is een groene en verantwoorde keuze die bijdraagt aan een schonere toekomst.
Windenergie komt uit een natuurlijke bron, die onbeperkt en onuitputtelijk is. Nederland is daardoor ook een heel geschikt land voor windenergie, omdat het vaak en hard waait. Het is dus eenvoudig in ons eigen land op te wekken, waardoor we minder afhankelijk zijn van bijvoorbeeld gas en olie uit het buitenland. Dit vermindert de kwetsbaarheid van onze energievoorziening en maakt ons minder afhankelijk van fluctuerende energieprijzen.
Windmolens kunnen ons volledig energieonafhankelijk maken. Uit onderzoek blijkt dat windmolens de hele wereld van energie zouden kunnen voorzien. Realistisch gezien is het nodig om te kiezen voor een combinatie van windenergie en andere duurzame bronnen, maar windenergie speelt een essentiële rol in het streven naar energieonafhankelijkheid. Daarnaast kunnen windmolens overal in Nederland geplaatst worden, waardoor het mogelijk is om de economie van economisch achterliggende gebieden te stimuleren door de productie van schone energie en de creatie van werkgelegenheid.
Naast deze voordelen is windenergie ook nog eens financieel aantrekkelijk. Na aardwarmte zijn windmolens de goedkoopste vorm van duurzame energie. Gemiddeld gebruiken windmolens op land zo’n 4 cent per kWh subsidie. Daartegenover staat dat de fossiele brandstoffenindustrie juist enorm veel subsidie ontvangt. Investeren in windenergie is dus niet alleen goed voor het milieu, maar ook voor onze portemonnee.
