thumb|Een windmolen in een ruraal landschap thumb|Groei van de wereldwijde geïnstalleerde capaciteit aan windenergie. thumb|Hoe leven we in de toekomst van de wind? - Universiteit van Nederland thumb|Aandeel energieproductie door wind (2018) thumb|Kaart met het potentieel voor windenergie Windenergie is energie die gewonnen wordt door de bewegingsenergie van lucht (wind) om te zetten in een bruikbare vorm. Vroeger werd windenergie met windmolens direct omgezet in mechanische arbeid, bijvoorbeeld om graan te vermalen of om water te verpompen. Sinds de tweede helft van de twintigste eeuw is windenergie vooral bekend als de elektriciteit die met een windturbine wordt opgewekt, vaak in een windmolenpark.
Geschiedenis thumb|Houtzaagmolen De Ster in Utrecht. De introductie van de krukas in windmolens door Cornelis Corneliszoon maakte mechanisatie van houtzagerijen mogelijk. Hierdoor kon de VOC-vloot in zeer korte tijd worden opgebouwd
Opwekking van mechanische energie Windenergie heeft via de zeilvaart een belangrijke bijdrage aan transport gegeven, maar zeilschepen worden tegenwoordig voornamelijk nog gebruikt voor de pleziervaart. Er zijn echter plannen en experimenten om ook vrachtschepen wederom uit te rusten met zeilenecoliner De eerst beschreven windmolen was die van Heron van Alexandrië in de 1e eeuw.Dietrich Lohrmann, "Von der östlichen zur westlichen Windmühle", Archiv für Kulturgeschichte, Vol. 77, Issue 1 (1995), pp.1-30 (10f.)A.G. Drachmann, "Heron's Windmill", Centaurus, 7 (1961), pp. 145-151 In zijn beschrijving maakte hij gebruik van een door wind aangedreven wiel om lucht door een orgel te blazen. Uit andere bronnen is te halen dat er in het 4e-eeuwse China en Tibet al een type gebedsmolen voorkwam dat door wind werd aangedreven.
Waarschijnlijk is het dat sinds de 12e eeuw het gebruik van de windmolen in West-Europa opgang maakte. De oudste nog bestaande molen van de Lage Landen dateert uit 1183 en werd gebouwd in het graafschap Vlaanderen te Wormhout. Belangrijke toepassingen van windmolens waren het malen van graan, het pompen van water en ook het zagen van hout. Het gebruik van windenergie heeft in Nederland een grote vlucht genomen met de inpoldering en de droogmakerijen in de 17e eeuw. Dankzij het werk van deze windmolens kreeg Nederland zijn huidige aanzien.
Neergang thumb|Bosman-molentje Met de uitvinding van de stoommachine aan het eind van de 18e eeuw had men een krachtig en betrouwbaar hulpmiddel dat kon worden ingezet zonder afhankelijk te zijn van de wispelturigheid van de wind. Daardoor verdwenen windmolens langzamerhand uit het landschap. Alleen voor kleinschalige toepassingen bleef het gebruik van windenergie tot ver in de 20e eeuw gehandhaafd, uit Amerika kwam de windmotor en uit Piershil het Bosman-molentje. Deze laatste molenpomp, ook bekend als opbrengertje, was lang beeldbepalend in de Nederlandse polders.
Opwekking van elektriciteit thumb|Bioscoopjournaal uit 1980. Veehouder Henk van Butselaar uit het Gelderse Lunteren heeft zelf een windmolen gebouwd waarmee hij voldoende energie kan opwekken om in eigen gebruik te voorzien. De resterende stroom wordt overgeheveld naar het provinciale elektriciteitsnet. Met de ontwikkeling van de elektriciteit in de negentiende eeuw werden ook pogingen ondernomen om elektriciteit te winnen met behulp van windenergie. Door de hoge investeringskosten was elektriciteitsproductie door windenergie alleen op kleine schaal rendabel in gebieden waar nog niet was geïnvesteerd in infrastructuur van elektriciteitstoelevering. In het Belgische Gistel liet de burgemeester Alfred Ronse in 1933 achter zijn kasteel Ter Waere een molen bouwen (de Meerlaan) die vooral bedoeld was om elektriciteit op te wekken. Met behulp van riemen over de conische gedeelten slaagde men er effectief in om elektriciteit te produceren. Ulrich Hütter bouwde, in 1957 in Duitsland, een 100 kW-horizontaleaswindturbine met aerodynamisch gevormde glasfiber vleugels met hoekverstelling (zie Windturbine-aerodynamica), het oermodel van de moderne windturbine.Duits standaardleerboek: Robert Gasch, Jochen Twele et al., Windkraftanlagen, Vieweg+Teubner (2011) §2.2.4 De jaren 60 en 70 van de twintigste eeuw kenmerkten zich door veel kleine particuliere initiatieven. Eenvoudige windmolens met generatoren van enkele kW tot enkele tientallen kW verrezen in polders op plaatsen waar behoefte was aan elektriciteit. Dankzij subsidiëring waren sommige experimenten zelfs rendabel. Pas na het doemscenario van de Club van Rome en de oliecrisis van 1973 begon het besef te groeien dat fossiele energie eindig is en dat te zijner tijd alternatieven zullen moeten worden gebruikt. De overheid stelde subsidies ter beschikking en er werd geëxperimenteerd met alternatieve bronnen van energie. In Tvind, Denemarken, verrees in 1977 de eerste Europese megawatt-windturbine.http://windsofchange.dk/WOC-tvind.php Nieuwe verticaleaswindturbines als de Darrieus- en de Savoniusrotor werden onderzocht maar de vermogen/gewicht-verhouding bleek laag in vergelijking met de horizontaleas-windturbine.
Verschillende landen startten projecten om op grotere schaal elektriciteit te winnen. In 2003 was het vermogen mondiaal opgelopen naar 31 gigawatt (GW), tegen 2 GW twaalf jaar daarvoor.
Eind 2017 stond in de wereld 539 GW windcapaciteit opgesteld. Dit vermogen was in 5 jaar bijna verdubbeld. Van de 539 GW stond 188 GW in China, 169 GW in de Europese Unie en 89 GW in de Verenigde Staten.https://web.archive.org/web/20180615113207/http://gwec.net/global-figures/graphs/ Windparken genereerden 1120 terawattuur (TWh); dat was 4,4% van de totale elektriciteitsopwekking in de wereld.https://web.archive.org/web/20180816203434/https://www.bp.com/en/global/corporate/energy-economics/statistical-review-of-world-energy/renewable-energy/wind-energy.html
Het geïnstalleerde vermogen bleef sterk toenemen en eind 2023 stond in de wereld 1017 GW (of 1.017 TW) windcapaciteit opgesteld. Van dit totaal stond 442 GW in China, 217 GW in de Europese Unie en 148 GW in de Verenigde Staten.IRENA Renewable Energy Statistics 2024
Opbrengst van windturbines De opbrengst van een windturbine hangt af van het type, de windsnelheid, het nominaal vermogen (bepaald door de generator), de tijd die een windmolen kan draaien en het rendement van de omzetting van windenergie naar elektriciteit. De totale hoeveelheid beschikbare wind op jaarbasis wordt uitgedrukt door een indexcijfer dat de wind in dat jaar aangeeft ten opzichte van 'normale' jaren, deze index heet de Windex.
Ook wordt de term vollasturen gebruikt om de opbrengst van een windturbine in uit te drukken. Omdat de wind niet constant waait wordt de opbrengst hierin uitgedrukt. Levert een windmolen zijn nominaal vermogen dan is elk uur precies één vollastuur. Levert een molen bij lichte wind de helft van zijn nominaal vermogen dan is elk uur een half vollastuur.
Windsnelheid Het windvermogen is evenredig met de derde macht van de windsnelheid. Dit is de inverse van het benodigde vermogen om een voorwerp met een bepaalde snelheid door de lucht te bewegen, auto trein, fietser, vliegtuig. Dit komt doordat de kinetische energie natuurlijk (Isaac Newton, Mme Émilie du Châtelet) evenredig is met het kwadraat van de snelheid. Maar daarbij opgeteld komt de massa verdrongen lucht en die is evenredig met de snelheid maal de aerodynamische doorsnede van het voorwerp in kwestie. Het benodigde vermogen is daarom evenredig met de snelheid tot de macht 3.
De windsnelheid wordt bepaald door: de plaats van de windmolen: aan de kust en vooral boven open zee waait het meestal harder dan landinwaarts; de hoogte van de turbine: op grotere hoogte waait het doorgaans harder, maar landinwaarts is de windsnelheid overdag onder ongeveer 90 meter gemiddeld hoger dan daarboven. de tijd van de dag: boven land waait het overdag tot een hoogte van ongeveer 90 meter gemiddeld harder dan 's nachts; het seizoen: in de winter waait het gemiddeld harder dan in de zomer. de temperatuur van de lucht. Warmere lucht is ijler en bevat dus minder energie. al dan niet variabele windrichtingen in combinatie met de snelheid waarop de turbinebladen zich op de windrichting kunnen instellen. Dit is meestal het geval bij nagenoeg windstil weer wanneer de opbrengst dus sowieso al erg laag is.
Het jaargemiddelde van de windsnelheid op een bepaalde plaats en ashoogte is redelijk in te schatten. De selectie van locaties gaat in eerste instantie via een windatlas, en in een latere fase via windmetingen.
Tijd die een windturbine kan draaien Een windturbine gaat draaien vanaf windkracht 2–3 en wordt stilgezet boven windkracht 10 tot 12 (afhankelijk van het type) om overbelasting te voorkomen.
De draaitijd bepaalt niet de opbrengst omdat de turbine meestal niet op vol vermogen draait. Windturbines worden begin 21ste eeuw ontworpen op ca 4000 vollasturen per jaar.M Z Jacobson, 100% Clean, Renewable Energy and Storage for Everything, Cambridge University Press 2020, section 6.6.5 Dat betekent dat de opbrengst op die plaats met wisselende wind, even groot is als wanneer de turbine 4000 uur op vol vermogen zou draaien. Dit is een economisch optimum. Met grotere vleugels op een hogere mast kan de opbrengst van de turbine met dezelfde generator vergroot worden, dus meer vollasturen, maar dat kost onevenredig meer. Windmolens staan bijna nooit helemaal stil en draaien minstens 95% van de tijd.https://www.pricewise.nl/blog/feiten-en-fabels-windmolens/ Fabel 2.0
Een offshore windmolen kan meer dan 4000 vollasturen leveren. Aan land levert een windturbine in de praktijk typisch 2500-3000 vollasturen.Kennissessie Wind op land, Rijksdienst voor onderrnemend Nederland, 14 mei 2020 (Ter vergelijking: een kerncentrale ongeveer 8000 vollastuur en zonnepanelen ongeveer 1000 vollastuur.)
Turbinevermogen en opbrengst thumb|Windturbines worden steeds groter omdat dit een hogere efficiëntie met zich mee brengt
De energieopbrengst van een windturbine is evenredig met het kwadraat van de rotordiameter en de derde macht van de gemiddelde windsnelheid. Windmolens met 3 wieken, met een diameter van 40 m en een masthoogte van 50 m, kan bij een optimale windsnelheid (windkracht 6) 500–750 kilowatt (kW) leveren. Een grotere windmolen met een rotordiameter van 60 m en een masthoogte van 70 m kan een vermogen hebben van 1 tot 1,5 megawatt (MW). Bij zeer grote rotordiameters neemt de efficiëntie niet af, maar wordt de windmolen ontworpen voor een lager toerental. De snelheid van de uiteinden van de wieken moet hooguit ongeveer 75 m/s worden, omdat daarboven geluid een probleem wordt. In de periode 1980–2008 is de "standaard" windmolen steeds groter geworden. Als "meest verkocht model" als standaard wordt gehanteerd, dan is dat anno 2008 een windmolen met een masthoogte van 70 tot 108 m en een generatorvermogen van 2 tot 3 MW. De rotordiameter van een windmolen hangt af van het generatorvermogen, de masthoogte en het windregime ter plaatse. Aan de kust waait het op 100 m hoogte wat harder dan in het binnenland. Daardoor hebben windmolens verder weg van de kust een hogere mast en/of langere wieken.
Situatie in Europa miniatuur|7,5 MW turbines E126 Windturbinepark Estinnes op 10 oktober 2010, voltooid Om de eerste grens van 10 GW te halen had men 20 jaar nodig. 13 jaar erna rondde men de kaap van 100 GW.
De mijlpaal van 100 GW geïnstalleerd vermogen (vergelijkbaar met 39 kerncentrales) werd overschreden in 2012,Productie Europa over 100 gigawatt waarmee ongeveer 57 miljoen huishoudens van elektriciteit kunnen worden voorzien. In 2011 lag het nog op 94 GW. De helft of 50 GW werd pas in 2006 gehaald volgens cijfers van het EWEA. Het grootste offshore windmolenpark ter wereld, London Array, bevindt zich in het Theems-estuarium.
Eind 2023 stond in Europa 256 GW windcapaciteit opgesteld.
Situatie in Nederland