Uitbreiding naar de diepzee met drijvende windenergie
Tot nu toe zijn ze nog steeds zeer zeldzaam: drijvende windmolenparken. Drijven op zee maakt het mogelijk om toegang te krijgen tot diepere wateren. De methode is daarom interessant voor veel Europese landen.
Wat drijft daar? Dat klopt: een windturbine. Holle carrosseriefunderingen met lucht erin maken dit mogelijk. In vakjargon heet de technologie ‘drijvende windenergie op zee’. Het principe lijkt simpel: windturbines worden gebouwd op drijvende funderingen die verankerd zijn in de zeebodem. De voordelen van deze methode ten opzichte van funderingen die in de zeebodem worden geslagen liggen voor de hand. De impact op het mariene milieu is veel kleiner omdat het afmeren van de drijvende fundering aan de zeebodem minder geluid maakt en er bij de demontage nauwelijks bouwmateriaal hoeft te worden verwijderd. Maar bovenal maken drijvende windparken het mogelijk om zelfs op locaties met grote waterdiepte windenergie te gebruiken en beloven ze een grotere energieopbrengst, naarmate de afstand tot de kust toeneemt, neemt ook de windsnelheid toe, wat betekent dat er meer vollasturen per jaar jaar kan worden verwacht. Het potentieel van deze technologie is dan ook enorm. Ongeveer 80 procent van de zeegebieden die geschikt zijn voor offshore windenergie liggen dieper dan 60 meter en zijn daarom niet economisch voor traditionele in de grond verankerde windturbines (“bottom-fixed offshore wind”). Met hun drijvende tegenhangers zal dit in de toekomst veranderen en zullen meer gebieden worden opengesteld voor offshore windenergie. Een rapport van de Europese brancheorganisatie WindEurope uit 2017 bevestigt de Europese wateren 4000 gigawatt mogelijk vermogen van drijvende windenergie, aanzienlijk meer dan het gecombineerde potentieel van de VS en Japan, benadrukt het rapport. Hoe zit het met de praktische uitvoering?
Technologie in de kinderschoenen: proefprojecten
Het aantal drijvende windturbines op zee is wereldwijd nog laag. De omvang van het project varieert van de testturbine tot het volledig aangesloten windpark, zoals onlangs het geval was De kust van Portugal is operationeel Project "Windfloat Atlantic". Drie windturbines van 8,5 megawatt werden in de Atlantische Oceaan op 100 meter diepte aangesloten op een kabel van 20 kilometer die het park met het dichtstbijzijnde transformatorplatform verbindt. Dit maakt de drijvende windturbines voor de Portugese kust tot de grootste en krachtigste in hun soort.
Internationaal lopen Europese bedrijven tot dusver voorop als het gaat om het testen van de technologie volgens WindEurope ongeveer driekwart van alle “drijvende” pilootprojecten wereldwijd. Het bedrijf Equinor zette in 2017 de beslissende stap en bouwde 's werelds eerste drijvende windpark "Hywind" 25 kilometer ten oosten van de Schotse kust met in totaal vijf turbines en een vermogen van 30 megawatt. Ideol volgde met de bouw van een proeffabriek ("Floatgen") voor de Franse Atlantische kust. Ook Spanje, Zweden en Noorwegen hebben de afgelopen twee tot drie jaar dergelijke drijvende windturbines getest.
Europese bedrijven zijn de pioniers; vandaag beheren ze driekwart van meer dan 50 drijvende projecten wereldwijd.
Alleen al in de komende twee jaar zullen nog zes Europese projecten van start gaan, waarvan vier in Franse wateren. Het grootste potentieel ligt voor de kusten van Groot-Brittannië, Ierland, Frankrijk, Spanje en Portugal. Er zijn brede, diepe watermassa's met steile zeebodems en de kusten zijn vaak dichtbevolkt met steden en industrie. Dit garandeert tegelijkertijd hoge energieopbrengsten bij korte transmissietrajecten. Van de 's werelds grootste drijvende windpark “Kincardine” wordt al gebouwd voor de Schotse kust. Er zullen in totaal vijf windturbines van de zwaargewichtklasse van 9,5 megawatt worden gebruikt, de systemen zullen dit jaar in gebruik worden genomen en de Portugese drijvende reuzenraden inhalen.
Er zijn nog meer voordelen voor operators met drijvende windturbines: hun fundering is goedkoper te installeren dan stalen buizen die in de zeebodem zijn verankerd en niet zo afhankelijk van de bodem- en zeeomstandigheden. Tot nu toe zijn "drijvende" systemen echter bijna twee keer zo duur als grondverankerde funderingen, omdat het nog een zeer jonge technologie is. Net als bij conventionele offshore windenergie worden hier echter ook kostenbesparingen verwacht. Industrie-experts van WindEurope en het International Energy Agency (IEA) gaan ervan uit 38 tot 50 procent prijsverlaging tegen 2050. Dat belooft goede vooruitzichten voor de drijvende turbines, maar hoe werkt het principe technisch eigenlijk?
Stichting soorten
Net als bij de vloerverankering zijn er ook verschillende uitvoeringen van de zwevende fundering. De vier meest populaire methoden zijn:
Bij deze variant is de windturbine op een vlakke, drijvende fundering gemonteerd. In het midden van het drijflichaam bevindt zich een moonpool, die ook bij grotere golven voor de nodige stabiliteit zorgt. De fundering wordt met touwen in de zeebodem verankerd.
Het platform, meestal een driehoekig stalen frame met verticale cilinders, is geschikt voor dieptes tot 200 meter. Grote platen zijn aan de onderkant gelast om verticale beweging te beperken. Het systeem kan op het land worden opgesteld in een droogdok - een groot voordeel ten opzichte van de andere concepten. Portugal gebruikte de "semi-submersible swimmers" in het project "Windfloat Atlantic".
Het “Spar-Buoy” concept is de pionier onder de drijvende funderingen en tegelijk de meest materiaalbesparende. De boeien werden gebruikt in de Schotse “Hywind”. Het zorgt voor een grote, holle stalen cilinder die dienst doet als drijver en toren. Net als een ijsberg reikt hij verder onder water dan in de lucht. Op het laagste punt is het gevuld met ballast, waardoor het zwaartepunt ver naar beneden beweegt. Spar-Buoys liggen zelfs bij sterke golven stabiel in de zee. Het probleem is de enorme diepte. Dit betekent dat alleen locaties met een waterdiepte van circa 200 meter kunnen worden ontwikkeld.
Het is geschikt voor waterdieptes van 50 tot 200 meter. Een meestal cilindrische vlotter wordt met strakke kettingen of touwen lichtjes onder water getrokken en in dezelfde positie gehouden. De kettingen worden ofwel direct op de zeebodem vastgehouden of op een contragewicht dat tot enkele duizenden tonnen kan wegen. De vasthoudkettingen worden blootgesteld aan enorme krachten in sterke zeeën.
De eerste drie varianten zijn losjes vastgemaakt aan de zeebodem. Dit zorgt voor een eenvoudigere installatie terwijl het platform met spanpoten een stevigere verankering vereist. Dit zorgt voor een stabielere structuur. Alle vier soorten funderingen worden al getest of zijn al getest in verschillende projecten. De huidige biedt een overzicht van alle geplande en reeds bestaande drijvende offshore-projecten "Global Offshore Wind Report".
Natalie Schorr-Erhardt
TECHNOLOGIE & WERKING | BEVEILIGING