Project windmolen

Project windmolen

Inleiding

De klimaatwet uit 2019 stelt dat Nederland streeft naar “een reductie van de emissies van broeikasgassen van 49% in 2030 en een volledige CO2-neutrale elektriciteitsproductie in 2050.” Windenergie kan een grote rol spelen, maar is het wel rendabel, hoeveel energie levert het op, hoeveel gaat het kosten, waar zet je die windmolens dan neer. In deze thema module komen deze vragen heel concreet aan bod. Je gaat meehelpen aan een voorstel aan de gemeente Rijswijk voor de plaatsing van een windpark in het Wilhelminapark.

 

Voor dit gehele project geld dat je al het werk op school doet. Je moet dus je tijd goed besteden op school zodat het project af is na 6 a 7 weken. Na 7 weken moeten alle opdrachten gemaakt/ingeleverd zijn.

 

Planning:

Week 1: deel 1 (opdracht 1 t\m 15) (80 min)

Week 2: deel 1 (opdracht 1 t\m 15) (80 min)

week 3: deel 2 (opdracht 16 t\m 18) (80 min)

Week 4: deel 3 (opdracht 19 t\m 22) (80 min)

Week 5: practicum 1 + 2 (80 min)

Week 6: practicum 3 (80 min)

Week 7: uitloopweek + inlever les(80 min)

 

In de onderstaande link kan je vinden welke leerdoelen wanner worden behaald en hoeveel tijd je per opdracht ongeveer nodig hebt.

/userfiles/952040bcc0384bcdf92ac4a9c4d55ec1cf3364f6.xlsx

 

Introductie

Niet zover van de school, tussen Rijswijk en Delft in, ligt het Wilhelminapark.

Het is een park van ongeveer 1 bij 0,6 km en wordt in het noordoosten begrenst door de spoorlijn van Den Haag HS naar Delft, in het noordwesten door Rijksweg A4, in het zuidwesten door de Pr. Beatrixlaan en in het zuidoosten door het laatste deel van de wijk Rijswijk Buiten.

Figuur 1 Wilhelminapark Rijswijk

De gemeente Rijswijk is trots op haar park, aangelegd op een voormalige vuilstortplaats. In een gezamenlijk plan van de wethouders René van Hemert (economie, sport en verkeer & vervoer) en Marloes Borsboom-Turabaz (jeugd en participatie, duurzaamheid en cultuur) krijgt het huidige park een complete facelift. De VVD-wethouder van Hemert wil graag dat het park en het onderhoud ervan steeds meer kostenneutraal wordt, het park zal dus geld moeten gaan opleveren. Zijn GroenLinks collega Borsboom-Turabaz ziet graag dat de milieuwaarde en sociale functie van het park versterkt worden. Gezamenlijk hebben ze de volgende speerpunten opgesteld:

  • Meer verschillende soorten planten, versterkte routes voor dieren en insecten en natuurlijke oevers.
  • Een vernieuwde Natuurtuin en extra aandacht voor onderwijs in het groen.
  • Meer mogelijkheden voor sport, spel en bewegen. Over een extra speelplek voor 12-16 -jarigen moet nog worden besloten.
  • Ruimte voor kunst in de openbare ruimte.
  • Meer mogelijkheden om evenementen in het park te organiseren.
  • Verbetering van de infrastructuur in het park en verbetering toegang tot het park, met name vanuit de wijken direct grenzend aan het Wilhelmina park.
  • Ruimte voor een horeca.
  • Opwekken van duurzame energie.

Van het laatste speerpunt, opwekken van duurzame energie, werden beide wethouders erg enthousiast. De gemeenteraad van Rijswijk heeft inmiddels al ingestemd met de intentie om in het Wilhelminapark per jaar tenminste 3MW windenergie te gaan opwekken, maar wil graag meer informatie over opbrengsten, kosten, eventuele bezwaren, mogelijke milieuschade etc. voordat zij het hele plan verder zal bespreken. Er is wel een fors budget beschikbaar gesteld, namelijk € 3,5 miljoen.

  1. GSR Rijswijk is als adviesbureau door de gemeente ingehuurd. De gemeenteraad heeft als opdracht meegegeven om de volgende vragen te beantwoorden:
  2. Wat moet de omvang van het windpark worden (aantal m2, aantal windmolens, schachthoogte en rotorlengte per windmolen)?
  3. Hoeveel MW energie gaat het windpark maximaal opleveren per jaar?
  4. Hoeveel huishoudens kunnen met het windpark van energie worden voorzien?
  5. Wat zijn bij benadering de kosten voor de bouw en het onderhoud van het windpark op deze locatie?
  6. Welke exacte locatie is het meest geschikt voor het windpark, rekening houdend met bestaande wet- en regelgeving?
  7. Welke maatschappelijke belangen spelen verder een rol. Van wie kunnen we protesten verwachten en welke argumenten gaan een rol spelen?
  8. Wat zijn de mogelijkheden om in de toekomst de energieproductie te vergroten?

De eindopdracht is advies aan de gemeente voor het wel of niet laten doorgaan van dit project.

Leerdoelen

Deel 1

1. Ik weet hoe een windmolen energie opwekt.

2. Ik weet waar een windmolen de meeste energie opwekt.

3. Ik weet wat de voordelen en nadelen zijn van het opwekken van energie met behulp van windmolens.

4.Ik weet welke maatschappelijke bezwaren er zijn tegen windmolens.

 

Deel 2

5.Ik kan op basis van gegevens in Excel een tabel maken en het gemiddelde rendement van een windmolen laten bereken.

.

Deel 3

6.Ik kan een formule opstellen om die het verband tussen het aantal/ de grootte van de rotorbladen en de opbrengst van de windmolen aangeeft.

 

Deel 4

7. Ik kan een werkende proefopstelling bouwen om het verschil in rendement te meten.

8. Ik kan een informatief adviesrapport schrijven.

9. Ik kan uitleggen hoe de door de windmolen opgewekte elektrische energie opgeslagen kan worden.

 

hieronder staan de leerdoelen uit het boek beschreven. Achter de leerdoelen staat hoe je deze leerdoelen gaat behalen. Dit kan zijn door te lezen, opdrachten of practicum. Dit staat in dik gedrukte letters achter de leerdoelen.

Paragraaf 1

10. aangeven dat energie nooit verloren gaat en alleen van de ene in de andere vorm wordt omgezet;Practicum

11. energieomzettingen in een energiestroomdiagram weergeven; practicum

12. de energie uitrekenen met behulp van vermogen; practicum

12. het rendement van een energieomzetting uitrekenen; practicum

13. energie van joule naar kWh omrekenen en andersom. Practicum

 

Paragraaf 2

14. aangeven wat je zoal kunt doen met 1 kWh aan energie; Practicum

15. aangeven wat je thuis kunt doen om zuiniger met energie om te gaan; Opdracht

16. energielabels lezen en aan de hand van energielabels iets opmerken over het energiegebruik; Opdracht

17. met behulp van een energielabel en de energieprijs uitrekenen hoeveel het gebruik van een apparaat per jaar kost. Opdracht

 

Paragraaf 3

18. de werking van een elektriciteitscentrale met fossiele brandstoffen en met kernenergie beschrijven en met elkaar vergelijken; Schrijfopdracht

19. enkele voorbeelden noemen van hernieuwbare energiebronnen; Opdracht

20. de vrijgekomen energie berekenen aan de hand van de verbrandingswarmte. Opdracht

 

Paragraaf 4

21. aangeven wat het belangrijkste afvalproduct is bij het gebruik van fossiele brandstoffen; Opdracht

22. op drie manieren uitleggen hoe je energie duurzaam kunt maken; Opdracht

23. uitleggen wat de drie P’s zijn en hoe dit begrip samenhangt met duurzaamheid; Opdracht

24. enkele voor- en nadelen van fossiele brandstoffen, kernenergie en hernieuwbare energiebronnen benoemen.Opdracht

Eindtermen

Hier onder is een overzicht welke SLO leerdoelen in dit project/hoofdstuk behandeld worden.

 

2.1.1. Je onderscheidt energiesoorten, zoals bewegingsenergie, zwaarteenergie, kernenergie, elektrische energie, chemische energie, warmte, licht en straling.

2.1.2. Je beschrijft energieomzettingen, waarbij de ene vorm van energie wordt omgezet in een andere, en licht deze met voorbeelden toe, zoals licht in elektrische energie(zonnepaneel).

2.1.3. Je beschrijft verschillende energiebronnen, zoals brandstoffen(kolen, olie, gas, hout, biomassa), water(kracht), wind en zon en manieren van energieopwekking en energieopslag.

2.1.4. Je ordent diverse apparaten met behulp van de energielabels en je herkent het verschil tussen 'nuttige' energie en 'toegevoerde' energie (rendement).

2.3.1. Je legt het opwekken van elektrische energie in een elektriciteitscentrale uit en je beschrijft het transporteren ervan.

2.3.7. Je legt uit hoe de grootte van de spanning en stroomsterkte in een schakeling gemeten wordt met een V- en een A-meter en je legt met een model uit waarom deze zo geschakeld moeten zijn.

2.3.8. Je beschrijft het energiegebruik uit als product van vermogen en tijd (E=P*t) en het vermogen als product van spanning en stroomsterkte (P=U*I).

4.1.2. Je laat zien dat een kracht nodig is voor een verandering van snelheid en richting van een voorwerp en dat er een evengrote tegenkracht nodig is om die verandering tegen te gaan.

 

V1.3.1. Je verzamelt de materialen die nodig zijn bij het opzetten van het onderzoek.

V1.3.2.  Je voert het onderzoek uit volgens het onderzoeksplan.

V1.3.3. Je houdt het logboek bij.

V1.7.1. Je benoemt met behulp van het logboek welke onderdelen van het onderzoek goed zijn verlopen en je geeft tips om het onderzoek te verbeteren of je geeft tips voor vervolgonderzoek.

Deel 1

1.1 Hoe werkt een windmolen?

Een windmolen, of eigenlijk een windturbine, zet bewegingsenergie om in elektrische energie.

Bekijk het filmpje Hoe werkt een windmolen?

Een windmolen werkt dus net als een dynamo, maar hoe werkt die dan?

Bekijk het filmpje Hoe werkt een dynamo?

Een windmolen is dus eigenlijk een grote dynamo en in plaats van een fietswiel is het de wind die de magneet in de spoel laat draaien.

 

 

Oefening: Opdracht 1

Start

1.2 Wat is de beste locatie voor een windmolen?

Als je een windmolen neerzet wil je natuurlijk dat deze zoveel mogelijk energie opwekt. De grootte van windmolen en de kwaliteit ervan zijn natuurlijk bepalend voor de opbrengst. Toch zijn er ook aantal locatiefactoren die de opbrengst van de windmolen bepalen.

Oefening: Opdracht 2

Start

Oefening: Opdracht 3

Start

Een windmolen levert de meeste energie als deze geplaatst wordt op een open plek waar het veel en hard waait. Langs de kust, in een landbouwgebied of op zee bijvoorbeeld.

1.3 Waarom windenergie?

We gebruiken veel energie en de vraag naar energie neemt nog steeds toe. Twee belangrijke oorzaken zijn de groei van de bevolking (meer mensen, dus in totaal meer energie) en de groei van de welvaart (meer spullen en apparaten, dus per persoon meer energie).

Oefening: Opdracht 4

Start

Klimaatdoelstellingen

Veel landen zien de noodzaak om goed voor de aarde te zorgen. De Verenigde Naties heeft al verschillende keren een klimaattop georganiseerd en er zijn wereldwijd al heel wat afspraken gemaakt. Ook binnen de Europese Unie hebben landen samen duidelijke afspraken gemaakt. Nederland heeft zelf op basis van deze wereldwijde en Europese afspraken een klimaatwet gemaakt en een klimaatakkoord gesloten met verschillende organisaties. In deze wet en het klimaatakkoord staan o.a. hoe we in 2050 onze energie moeten opwekken. En welke partijen ook het land regeren, ze zullen altijd hoe plannen moeten afstemmen op de klimaatwet en het klimaatakkoord.

Oefening: Opdracht 5

Start

Oefening: Opdracht 6

Start

In de wet staan geen gedetailleerde oplossingen. De technologische ontwikkelingen gaan zo snel dat dit niet handig zou zijn. Wat er tussen 2030 en 2050 allemaal mogelijk is om de doelstellingen te halen kunnen we nu lastig voorspellen. Twintig jaar geleden investeerden veel oliemaatschappijen in nieuwe technieken om op lastige plaatsen olie en gas te winnen, nu doen ze steeds meer onderzoek naar duurzame energiebronnen.

Oefening: Opdracht 7

Start

Oefening: Opdracht 8 (model tekst)

Start

Oefening: Opdracht 9

Start

Andere groene energie

De zon is de oorsprong van alle energie op aarde.

  • Alle planten die omgezet zijn in turf (veen), bruinkool, steenkool, aardgas en aardolie konden alleen groeien door zonlicht. Kortom fossielenergie is ontstaan door zonne-energie.
  • Zonne-energie gebruikt de energie van de zon direct.
  • Alle planten die gebruikt worden als biobrandstof of de grondstof hier van zijn groeien door zonlicht.
  • De waterkringloop die zorgt voor het water dat gebruikt wordt bij het opwekken van energie uit waterkracht kan alleen bestaan door temperatuurverschillen op aarde. Deze temperatuurverschillen worden veroorzaakt door de zon.
  • De wind waarmee windenergie wordt opgewekt kan alleen bestaan door luchtdrukverschillen als gevolg van temperatuurverschillen op aarde. Deze temperatuurverschillen worden veroorzaakt door de zon.
  • De link tussen de zon en kernenergie is wat lastiger uit te leggen, maar is er ook. Sterker nog de zon zelf is één grote kernreactor.

De zon levert elke dag meer energie dan dat we ooit nodig zullen hebben. De uitdaging is vooral hoe vangen we die energie efficiënt op en hoe slaan we de energie effectief op.

Oefening: Opdracht 10

Start

Om de uitstoot (emissie) van broeikasgassen te verminderen moeten we fossiele energiebronnen verruilen voor energiebronnen die geen uitstoot veroorzaken, zogenaamde groene energiebronnen. Maar elke energiebron heeft een nadeel.

  • Als het donker, bewolkt of heel erg warm is leveren zonnepanelen geen of heel weinig energie.
  • De planten die zorgen voor biobrandstoffen nemen tijdens hun leven net zoveel CO2 op als dat ze bij verbranding weer uitstoten en zijn daarom klimaatneutraal, maar ze moeten wel vervoerd worden vanaf het bos of de akker naar de energiecentrale en dat kost veel energie die (nog) niet duurzaam is.
  • Waterkracht kan niet overal en is vaak schadelijk voor bijvoorbeeld vissen.
  • Als het niet of te hard waait kunnen windturbines geen energie opwekken.
  • Kerncentrales zorgen voor afval dat honderden jaren schadelijk blijft en als het misgaat blijven hele grote gebieden ook honderden jaren gevaarlijk.

Nederland

Het aantal zonne-uren in Nederland is beperkt, alleen zonne-energie is dus niet verstandig.

De biomassa die wij kunnen laten groeien is beperkt, we hebben te weinig bossen om voldoende bosbouw te doen en de hoeveelheid akkerland is al nodig voor ons voedsel.

We hebben geen bergen, snelstromende rivieren of grote getijde verschillen dus veel van de huidige waterkrachtcentrales zijn niet mogelijk.

We hebben drie kerncentrales: één voor energieproductie, één voor onderzoek en één voor medische toepassingen (o.a. chemotherapie en röntgenfoto’s). We hebben één plaats waar we al het nucleair afval veilig kunnen opslaan, maar die is te klein om het afval van een extra centrale voor energie op te slaan. En in een druk bevolkt land als Nederland kunnen we eigenlijk geen ruimte missen in het geval er een ongeluk gebeurt in een kerncentrale.

Het waait in Nederland vaak. Vandaar dat we ook in de 17e eeuw molens gingen gebruiken om moerassen en veenplassen leeg te pompen om er vervolgens landbouwgrond van te maken. De Nederlandse polders waren er niet geweest zonder voldoende windenergie. Heel west-Nederland stond vol met molens. Met de komst van de stoommachine zijn de meeste verdwenen, maar het is niet minder gaan waaien en in de toekomst kunnen we vooral meer dan minder verwachten en de windkracht zal waarschijnlijk ook toenemen.

Figuur 2 lagedrukgebied

Bekijk de afbeelding hierboven.

Als de zon de aarde opwarmt gaat de warme (vochtige) lucht stijgen. Als gevolg hiervan ontstaan wolken en uiteindelijk neerslag. Op de plaats waar de lucht stijgt ontstaan een lagedrukgebied. Dit lagedrukgebied zorgt ervoor dat hier lucht vanuit hogedrukgebieden naar toe gaat stromen en zo ontstaat wind.

Oefening: Opdracht 11

Start

1.4 Not in my backyard

Veel mensen zijn voorstander van duurzame energie en veel mensen vinden windenergie een logische keuze om in Nederland op in te zetten, maar weinig mensen willen wonen naast een windmolen. Dit noemen ze het NIMBY-effect. Mensen zijn het eens met een verandering, maar de gevolgen willen ze Not In My BackYard.

Oefening: Opdracht 12

Start

Er zijn een aantal nadelen aan windmolens waardoor mensen best windenergie willen, maar dan ergens anders. Er zijn ook nadelen waardoor sommige mensen helemaal geen windenergie willen.

Oefening: Opdracht 13

Start

Een NIMBY-reactie is begrijpelijk, maar als iedereen zo denkt komen er geen windmolens in Nederland. Bovendien zijn er NIMBY-reacties denkbaar voor andere vormen van groene energie. De klimaatdoelen kunnen dus alleen gehaald worden als we sommige nadelen accepteren of inzien dat de nadelige gevolgen van het probleem (de uitstoot van broeikasgassen) groter zijn dan de nadelen van de oplossing.

1.5 fossiele brandstoffen

Fossiele brandstoffen

Het opwekken van elektrische energie kan op verschillende manieren. De meest toegepaste manier is verbranding van fossiele brandstoffen, dat zijn brandstoffen die zijn ontstaan uit resten van dode planten en dieren. Dat gebeurt in een elektriciteitscentrale. De warmte die ontstaat, verhit water tot stoom. De stoom drijft een generator aan die bewegingsenergie van de stoom omzet in elektrische energie. De stoom wordt daarna weer vloeibaar gemaakt in de koeltoren om opnieuw tot stoom omgezet te kunnen worden.

Bij elektrische apparaten reken je de gebruikte elektrische energie uit aan de hand van het vermogen van het apparaat. Bij fossiele brandstoffen bereken je dit met de verbrandingswarmte. Dit is de hoeveelheid energie die per kilogram of kubieke meter verbrande brandstof vrijkomt.

geleverde energie = verbruik × verbrandingswarmte

met

geleverde energie

de geleverde energie in joule (J)

verbruik

het verbruik in kilogram of kubieke meter (kg of m3)

verbrandingswarmte

de hoeveelheid energie die vrijkomt per kg of kubieke meter (J/kg of J/m3)

 

 

Oefening: Opdracht 14

Start

Oefening: Opdracht 15

Start

1.6 Evaluatie

Bekijk nog een keer de algemene leerdoelen. Heb je ze behaald?

  • Ik weet hoe een windmolen energie opwekt.
  • Ik weet waar een windmolen de meeste energie opwekt.
  • Ik weet wat de voordelen en nadelen zijn van het opwekken van energie met behulp van windmolens.
  • Ik weet welke maatschappelijke bezwaren er zijn tegen windmolens.

Deel 2

2.1 Introductie

In dit deel ga je aan de slag met1 onderdeel van het advies voor de gemeente Rijswijk (zie Introductie). Je hebt in het algemene deel al e.e.a. geleerd over wat goede locaties voor windmolens zijn. Ook heb je al geleerd wanneer windmolens de meeste energie opwekken en dat de opbrengst van windmolens niet constant is maar afhankelijk is van de hoeveelheid wind en de windkracht. Tenslotte heb je ook geleerd dat er veel oude windmolens zijn verdwenen, maar dat er nu weer nieuwe windturbines moeten komen. En nieuwe windmolens bouwen en onderhouden kost geld.

je gaat met behulp van Excel berekenen wat het gemiddelde rendement van dit windpark zou kunnen zijn.

2.2 Rendement berekenen

Opdracht 16

Je hebt deze opdracht afgerond als je in Excel een tabel hebt gemaakt waarin alle aangeleverde gegevens zijn verwerkt en je Excel hebt gebruikt om het gemiddelde rendement te berekenen.

Lees onderstaand tekstblok en bereken vervolgens de opbrengst per maand. Gebruik voor het berekenen de verhoudingstabel. Als je niet meer weet hoe dat moe bekijk dan dit filmpje.

 

Deze moderne 2 Megawatt windmolen leverde in januari 2018 0,7 miljoen kWh elektriciteit. In februari en maart is de opbrengst 3% hoger. In april is er weinig wind en levert de windmolen maar de helft van de opbrengst van de maand ervoor. In mei is de opbrengst 10% minder dan januari. In juni, juli en augustus is de opbrengst het laagst, de gemiddelde opbrengst is dan 0,3 miljoen kWh. In september is de opbrengst weer op het niveau van mei en in de laatste maanden van het jaar neemt de opbrengst steeds 1% per maand toe.

 

Open Excel en vul de gegevens die je berekend hebt in zodat een logische tabel ontstaat.

Bekijk dit filmpje en laat vervolgens Excel het gemiddelde rendement per maand uitrekenen.

 

Lever je excel bestand in via windmolen@gsr.nl

2.3 wat kan je doen met energie

Energielabels

Als je een wasmachine koopt, zit er altijd een sticker op met gegevens over het energiegebruik. Zo’n sticker is een energielabel. Energielabels laten je in één oogopslag zien hoe zuinig het apparaat met energie omgaat in vergelijking met andere apparaten. Er zijn drie soorten energielabels. Je hebt labels voor woningen, apparaten en auto’s. Hieronder in de figuur zie je een energielabel van een wasmachine.

Oefening: Opdracht 17

Start

Oefening: Opdracht 18

Start

2.3 Evaluatie

Bekijk nog een keer het leerdoel van deel 2. Heb je hem behaald?

  • Ik kan op basis van gegevens in Excel een tabel maken en het gemiddelde rendement van een windmolen laten bereken.

 

Deel 3

3.1 Introductie

In dit deel ga je aan de slag met een onderdeel van het advies voor de gemeente Rijswijk (zie Introductie). Je hebt in het algemene deel al geleerd wanneer windmolens de meeste energie opwekken en dat de opbrengst van windmolens niet constant is maar afhankelijk is van de hoeveelheid wind en de windkracht. 

Je gaat nu op basis van gegevens een berekening maken van de opbrengst van een windturbine in het Wilhelminapark in Rijswijk. Je maakt de berekening zo dat het verband tussen het aantal en/of de grootte van de windmolen en de opbrengst ervan zichtbaar wordt.

3.2 Opbrengst berekenen

Je hebt deze opdracht afgerond als je één duidelijk blad of bestand met alle berekeningen kunt laten zien.

Hoe langer de wieken, hoe groter het maximale rendement van de windmolen.

Hoe groter het aantal wieken, hoe groter het maximale rendement van de windmolen.

Langere wieken betekent ook een hogere mast, meer kosten en meer bezwaren uit de omgeving. Meer en langere wieken betekent ook dat het totaalgewicht van de windmolen toeneemt, dus hogere kosten voor het vervoer en plaatsen van de windmolen en dat er meer wind nodig om de windmolen in beweging te krijgen. Bovendien gaat er meer energie verloren als de windmolen tot stilstand gebracht moet worden voor onderhoud en bij te hoge windsnelheden.

Niet alle windmolens hebben even grote wieken en ook het aantal wieken verschilt. Er zijn windturbines met twee, drie, vijf of zelfs meer wieken. De meeste moderne commerciële windmolens hebben drie wieken. We gaan dus uit van een rotor met drie wieken. Het rotor oppervlak is het oppervlakte van de cirkel die de rotor beschrijft.

In figuur 4 zie je hoe windmolens in 35 jaar zijn ontwikkeld in grootte, hoogte en maximaal vermogen. Gebruik de gegevens uit figuur 4 om een vergelijking op te stellen van de verhouding tussen m2 rotoroppervlak en het kW vermogen. Na het opstellen van de vergelijking teken je een grafiek en beantwoord je de volgende vragen.

Opdracht 19

Moeten we steeds grotere molens bouwen?

Voer nu de gegevens uit figuur 4 in bij Excel en laat Excel berekenen hoeveel kW de windmolen levert per m2 rotoroppervlak. Je kunt Excel ook het rotoroppervlak laten berekenen op basis van de diameter. Bekijk dit filmpje als je meer wilt weten over berekeningen in Excel.

Nadat je de gegevens hebt ingevoerd en de berekeningen hebt laten doen laat je Excel een grafiek tekenen. Op de x-as de diameter van de rotor (m) en op de y-as het makimaal vermogen van de windmolen (kW).

Opdracht 20

Waar zit volgens de grafiek duidelijk een verbetering in het rendement van de windturbines?

Opdracht 21

Leg uit dat het logisch is dat er in Nederland veel windmolens van 2 MW zijn geplaats en maar weinig van 1,3 MW?

 

Opdracht 22

In 1999 werden windmolens ontwikkeld die hoewel ze maar 21% meer rotor oppervlak hebben dan windmolens uit 1995 ze toch 54% meer elektriciteit kunnen leveren. Stel dat het lukt om in 2021 hetzelfde voor elkaar te krijgen. Hoe groot is dan de rotoroppervlakte en het vermogen. Ga uit van de windmolen uit 2016.

Figuur 4 Ontwikkeling van windmolens

De windsnelheid en luchtdichtheid zijn natuurlijk ook belangrijke factoren die de opbrengst van een windmolen bepalen.

 

 

 

Aan de hand van de prestatie coëfficiënt van de turbine (η), de luchtdichtheid (ρ), het oppervlak dat de molenwieken bestrijken (A) en de windsnelheid (v) is te berekenen hoeveel elektriciteit een windmolen maximaal opwekt. Men gebruikt hiervoor de volgende formule:

Vermogenwind = η½ρAv3

η = 16/27 Dit is een vast getal, we noemen dat een constante.

ρ = 1,293 kg/m3 bij een temperatuur van 273 K (0 oC)

Vul nu bovenstaande gegevens in bij de formule.

Probeer uit te zoeken hoe je de benodigde gegevens kunt berekenen. Lukt dat je niet kom dan om tips vragen bij je docent.

De windsnelheid is de belangrijkste factor voor het opwekken van energie.

Leg uit hoe je dit aan bovenstaande formule kunt zien.

Bereken het vermogen voor de windmolens uit 1995, 2004 en 2016 (zie figuur 4) bij een windsnelheid van 8 m/s (windkracht 5 op de schaal van Beaufort).

Figuur 5 sir Francis Beaufort

Bereken het vermogen voor de windmolen uit 2016 (zie figuur 4) bij windkracht 4, 6 en 8 op de schaal van Beaufort. Gebruik voor je berekening de laagste windsnelheid die aangegeven staat op de webpagina over de windschaal van Beaufort op de website van het KNMI.

 

Er bestaan ook grafieken over de energieopbrengst en de windsnelheid en de lengte van de rotorbladen van de windmolen en de opbrengst.

in figuur 6 staan er twee. Kloppen ze met wat jij hebt berekend?

Je hebt verschillende berekeningen gemaakt in zowel Excel en als op papier. Zorg dat je één duidelijk overzichtelijk blad of bestand met alle berekeningen hebt. Dit bestand of papier lever je in via windmolen@gsr.nl

 

 

Figuur 6 relatie windsnelheid - opbrengst

 

 

Figuur 7 relatie diameter rotorbladen - opbrengst

 

 

3.3 Evaluatie

Bekijk nog een keer de aanvullende leerdoelen van deel 3. Heb je ze behaald?

  • Ik kan een formule opstellen om die het verband tussen het aantal/ de grootte van de rotorbladen en de opbrengst van de windmolen aangeeft.

Deel 4

4.1 Introductie

In dit deel ga je aan de slag met 3 onderdelen van het advies voor de gemeente Rijswijk (zie Introductie). Je hebt in het algemene deel al geleerd wanneer windmolens de meeste energie opwekken en dat de opbrengst van windmolens niet constant is maar afhankelijk is van de hoeveelheid wind en de windkracht. Ook heb je al geleerd dat de overheid werkt met doelstellingen, wetten en akkoorden. Tenslotte heb je ook gezien de vraag naar energie niet weg is als er even geen wind is.

Je gaat nu een proefopstelling maken die je kunt gebruiken om onderzoek te doen naar het mogelijke rendement van een windturbine in het Wilhelminapark in Rijswijk. Vervolgens onderzoek je de mogelijkheden voor het opslaan elektrische energie En tenslotte ga je op basis van eigen meetgegevens, kennis uit het algemene deel en verdere informatie een voorlopig adviesrapport schrijven voor de gemeente Rijswijk.

Voor dat er een proef opstelling gemaakt kan worden moet je eerst een paar introductie practica doen. Tijdens de introductie practica gebruik je de kennis die je in hoofdstuk 3 hebt opgedaan om de schakelingen te kunnen maken.

TIP: als je niet meer zo goed weet hoe je een schakeling moet maken, bestudeer dan hoofdstuk 3 uit je boek

 

Lever alle practica in via windmolen@gsr.nl

 

Practicum 1

Gaat over serieschakelingen. Hierbij maak je gebruik van digitalen en analoge meters om onderzoek te doen naar serieschakelingen. Werk tijdens het practicum volgens de OPUCE regels die je aangeleerd zijn vorig jaar.

 

klik op de onderstaande link om het practicum te downloaden

/userfiles/605bf9b5e134033b3c8c5931d6ef5f626b7e6d9c.pdf

 

Practicum 2

Gaat over parallelschakelingen. Hierbij maak je gebruik van digitalen en analoge meters om onderzoek te doen naar parallelschakelingen. Werk tijdens het practicum volgens de OPUCE regels die je aangeleerd zijn vorig jaar.

 

klik op de onderstaande link om het practicum te downloaden

/userfiles/0587b5d35356222870c68a47055e51d34d16d2f5.pdf

 

Practicum 3

Je gaat in dit practicum de daadwerkelijke windmolen maken en onderzoeken. Werk tijdens het practicum volgens de OPUCE regels die je aangeleerd zijn vorig jaar.

 

Klik op de onderstaande link om hetpracticum te downloaden

/userfiles/7278a2d442e36698aaec0d790aec80f8a970075d.pdf

Eindevaluatie

Klik op de onderstaande link om de eind evaluatie in te vullen.

https://forms.gle/d7J7jTmRTjrEMsCj9

Verantwoording

Verantwoording vakdidactiek

Onderdeel van onderzoek en ontwerpen 3

 

Het vakdidactiek gedeelte van het vak onderzoek en ontwerpen 3 (O en O 3) gaat over een windmolen project. Dit project is voor de GSR Rijswijk geschreven met de aardrijkskunde docent daar en herschreven voor het vakdidactiek gedeelte.

 

Het project bestaat uit vier verschillende gedeeltes. Het eerste deel gaat vooral over waarom, waar en wat de maatschappelijke voor en tegens zijn van het plaatsen van een windmolen. In het tweede gedeelte leren de leerlingen over het gebruik van energie en het rendement van een windmolen te berekenen. In deel 3 gaan de leerlingen aan de slag met het rekenen aan een windmolen en hoeveel die op kan brengen in theorie. In deel vier gaan de leerlingen aan de slag met verschillende practica om uit eindelijk het laatste practica te kunnen maken.

 

De eerste drie delen zijn een voorbereiding voor de leerlingen. Dit is vooral theorie voor de leerlingen. De eerste twee practica is een voorbereiding voor de leerlingen voor het praktische gedeelte van de eindopdracht. De leeropbrengst van de leerlingen is vooral oefenen in het maken van schakelingen en het rekenen met elektrische schakelingen. Dit moeten de leerlingen doen zodat ze uiteindelijk practica drie kunnen maken. In practicum drie moeten de leerlingen namelijk een elektrische schakeling maken met daar in een windmolen. In de schakeling kunnen ze dan aan de hand van de spanning en de stroomsterkte die de windmolen levert het vermogen bepalen van hun zelfgemaakte windmolen. Als de leerlingen dit gedaan hebben kunnen ze uiteindelijk het rendement van hun zelfgemaakte windmolen berekenen.

 

De keuze om op deze wijze het hoofdstuk te geven is omdat via practica leerlingen meer leren dan de traditionele manier van lesgeven (NVON, 2018). Om de meeropbrengst van het practicum te maximaliseren zijn de eerste twee voorbereidend. De leerlingen maken elektrische schakelingen op de manier zoals zij in hoofdstuk elektriciteit geleerd hebben. Dit hebben ze nodig om het eind practicum te kunnen uitvoeren (NVON, 2016). Het eindpracticum wordt ondersteund uit de theorie die de leerlingen leren in de eerste drie delen van dit project.

 

De modeltekst opdracht in opdracht 8. Zien de leerling mijn tekst over een kerncentrale. In de tekst wordt kort omschreven de werking van een kerncentrale aan de hand van een afbeelding uit het boek. De leerlingen moeten eenzelfde soort tekst maken over een kolencentrale die ook uit het boek komt. In de beide afbeeldingen staan onderdelen van de centrale aangewezen aan de hand van cijfers. In de modeltekst komen die cijfers terug en de leerlingen gaan dus ook de cijfers uit hun plaatje gebruiken in hun eigen tekst.

 

Bij de opdracht staat ook omschreven hoeveel woorden er gebruikt moeten worden en verder staan er nog wat schrijf eisen om ervoor te zorgen dat de leerlingen een mooie tekst schrijven.

 

 

NVON. (2018). Theorie leren via practica? Geraadpleegd op 6 november 2020, van https://nvon.nl/nvox/theorie-leren-via-practica

NVON. (2016). Illustratieve practica: zinloos of zinvol? Geraadpleegd op 6 november 2020, van https://nvon.nl/nvox/illustratieve-practica-zinloos-of-zinvol

 

Beoordelingsformulier voor docenten

In de onderstaande link is het beoordelingsformulier van dit project te vinden. Dit is voor docenten.

/userfiles/1b8794cd74f1962c1d69ded25702a6b85b3adb2c.pdf

  • Het arrangement Project windmolen is gemaakt met Wikiwijs van Kennisnet. Wikiwijs is hét onderwijsplatform waar je leermiddelen zoekt, maakt en deelt.

    Auteur
    Wouter Aalbers
    Laatst gewijzigd
    2020-11-06 14:32:35
    Licentie

    Dit lesmateriaal is gepubliceerd onder de Creative Commons Naamsvermelding 4.0 Internationale licentie. Dit houdt in dat je onder de voorwaarde van naamsvermelding vrij bent om:

    • het werk te delen - te kopiëren, te verspreiden en door te geven via elk medium of bestandsformaat
    • het werk te bewerken - te remixen, te veranderen en afgeleide werken te maken
    • voor alle doeleinden, inclusief commerciële doeleinden.

    Meer informatie over de CC Naamsvermelding 4.0 Internationale licentie.

    Aanvullende informatie over dit lesmateriaal

    Van dit lesmateriaal is de volgende aanvullende informatie beschikbaar:

    Eindgebruiker
    leerling/student
    Moeilijkheidsgraad
    gemiddeld
    Studiebelasting
    4 uur 0 minuten

  • Downloaden

    Het volledige arrangement is in de onderstaande formaten te downloaden.

    Metadata

    LTI

    Leeromgevingen die gebruik maken van LTI kunnen Wikiwijs arrangementen en toetsen afspelen en resultaten terugkoppelen. Hiervoor moet de leeromgeving wel bij Wikiwijs aangemeld zijn. Wil je gebruik maken van de LTI koppeling? Meld je aan via info@wikiwijs.nl met het verzoek om een LTI koppeling aan te gaan.

    Maak je al gebruik van LTI? Gebruik dan de onderstaande Launch URL’s.

    Arrangement

    Oefeningen en toetsen

    Opdracht 1

    Opdracht 2

    Opdracht 3

    Opdracht 4

    Opdracht 5

    Opdracht 6

    Opdracht 7

    Opdracht 8 (model tekst)

    Opdracht 9

    Opdracht 10

    Opdracht 11

    Opdracht 12

    Opdracht 13

    Opdracht 14

    Opdracht 15

    Opdracht 17

    Opdracht 18

    IMSCC package

    Wil je de Launch URL’s niet los kopiëren, maar in één keer downloaden? Download dan de IMSCC package.

    QTI

    Oefeningen en toetsen van dit arrangement kun je ook downloaden als QTI. Dit bestaat uit een ZIP bestand dat alle informatie bevat over de specifieke oefening of toets; volgorde van de vragen, afbeeldingen, te behalen punten, etc. Omgevingen met een QTI player kunnen QTI afspelen.

    Versie 2.1 (NL)

    Versie 3.0 bèta

    Voor developers

    Wikiwijs lesmateriaal kan worden gebruikt in een externe leeromgeving. Er kunnen koppelingen worden gemaakt en het lesmateriaal kan op verschillende manieren worden geëxporteerd. Meer informatie hierover kun je vinden op onze Developers Wiki.

  • Gebruik
    Weergave
  • Wikiwijs is een dienst van