Windenergie voor een drijvende revolutie

Concurrerend, overvloedig en hernieuwbaar: bijvoeglijke naamwoorden die windenergie perfect beschrijven. Windenergie is een van de drijvende krachten achter de bredere maatschappelijke groene energietransitie, maar het potentieel ervan is nog lang niet volledig benut, vooral wat offshore windparken betreft. Wanneer het zeewater te diep wordt, zijn de conventionele monopile structuren die de turbines ondersteunen geen optie meer. Het grootste deel van het windpotentieel bevindt zich echter in het midden van de oceanen, waar de sterkste stromingen waaien, maar de wateren dieper zijn.

Dat is waar drijvende windturbines om de hoek komen kijken. Deze technologie maakt het mogelijk om windmolenparken verder uit de kust te installeren, waar ze geen hectare bruikbaar land in beslag nemen en profiteren van sterkere stromingen. Je vraagt je waarschijnlijk af hoe ze erin slagen om niet te zinken; goed punt. Voordat we dieper ingaan op de specifieke kenmerken van deze turbines, moeten we de basisprincipes van drijven begrijpen.

Hoe blijven objecten drijven?

Voorwerpen zoals ballen, opblaasbaar materiaal of lege flessen drijven op het wateroppervlak omdat ze minder dicht zijn dan water. Ze hebben allemaal holle ruimtes met veel lucht, minder dicht dan water. Je vraagt je misschien af hoe enorme voorwerpen erin slagen om niet te zinken. Hoewel er veel holle ruimtes in zitten, speelt de vorm ook een grote rol. Als een groter deel van het oppervlak van een voorwerp – de buitenkant – in contact komt met water, heeft het meer drijfvermogen of blijft het beter drijven. Wanneer een lichaam op het water drijft, duwt het het water uit de weg – wat Archimedes theoretiseerde als de verplaatsingstheorie. Op zijn beurt duwt het water terug. Hoe groter het lichaam op het water, hoe groter de hoeveelheid water die het verplaatst, waardoor het blijft drijven, wat ook wordt vergemakkelijkt door de vorm van de romp.

Deze eenvoudige begrippen vormen het uitgangspunt voor het ontwerpen van grotere objecten zoals windturbines.

Hoe kunnen windturbines drijven?

Hoewel hun eigenlijke werking niet verschilt van die van andere windturbines – de wind duwt op de wieken, waardoor ze gaan draaien en vervolgens een generator aandrijven die elektriciteit produceert – gebeurt de magie aan hun voeten. In plaats van een toren in de grond te verankeren, zitten drijvende windparken op een platform met meerlijnen, zoals kettingen en touwen. De truc zit hem in het ontwerpen van een efficiënt platform dat de turbine zelfs bij de zwaarste wind en storm stabiel houdt. De geproduceerde elektriciteit wordt via kabels getransporteerd naar een nabijgelegen substation, dat de spanning verhoogt en vervolgens energie naar de kust stuurt.

De turbines worden geïnstalleerd op drijvende offshore windplatforms (FWOP’s), die gemaakt zijn van beton, staal of een hybride van de twee en zorgen voor drijfvermogen en stabiliteit. FWOP’s worden dan verankerd en vastgemaakt aan de zeebodem met behulp van een systeem van staalkabels en ankers die het gewicht van de windturbine verdelen, zodat de generator stabiel blijft onder de zwaarste omstandigheden. Er bestaan verschillende soorten drijvende platforms voor verschillende scenario’s.

Het beste platform kiezen

De keuze van het ene soort platform boven het andere hangt af van verschillende factoren. Eerst en vooral de zee en de zeebodem, dan de wind in het gebied, de grootte van de turbine en de diepte van de haven. Daarom lijken sommige platforms op de concepten achter boten, met hefplaten; andere zijn half-afzinkbaar – bootsen het gedrag van een bol na – en weer andere plaatsen gewicht op het laagst mogelijke punt om de stabiliteit te verbeteren. Een ingewikkelder maar innovatief concept is het gespannen beenplatform. Dit idee minimaliseert de ruimte die het platform inneemt op het zeeoppervlak en heeft een stervormige geometrie met armen die met kabels aan de zeebodem zijn bevestigd, net als de andere platforms.

Drijvende platforms kunnen windturbines ondersteunen die tot tien megawatt vermogen kunnen produceren. Dit is vergelijkbaar met conventionele offshore-generatoren, maar enkele malen meer dan onshore-generatoren.

De voordelen van drijvende windturbines

In tegenstelling tot vaste constructies bieden drijvende windturbines nieuwe kansen en mogelijkheden. Het feit dat turbines kunnen worden blootgesteld aan sterkere stromingen betekent dat rotoren meer vermogen kunnen produceren en efficiënter kunnen zijn in de tijd, door meer wind te benutten dan bij onshore of conventionele offshore-oplossingen. Bovendien hebben ze een lagere impact op het milieu, omdat ze geen enorme betonnen funderingen op de grond of zeebodem nodig hebben om te kunnen werken.

Bovendien is hun visuele impact minimaal, omdat ze vele kilometers uit de kust liggen. Aangezien ze efficiënter zijn dan onshore generatoren, is het op de lange termijn misschien niet nodig om onshore turbines te installeren. Een ander belangrijk voordeel is dat drijvende turbines in de haven kunnen worden geassembleerd en naar de locatie van het windmolenpark kunnen worden gesleept. Alle voordelen hebben echter ook nadelen.

Uitdagingen om te overwinnen

Eerst en vooral zijn er de technische uitdagingen die opgelost moeten worden. Hoewel er verschillende platformontwerpen bestaan, moet er verder onderzoek worden gedaan naar de krachten die op de platforms werken. Hun beweging kan zwaardere krachten op de toren en de bladen veroorzaken, met meer aerodynamische factoren om rekening mee te houden.

Als de technologie commercieel beschikbaar wordt, zijn de kosten een ander aandachtspunt. Omdat ze in diep water werken, vergen honderden meters aanmeerlijnen en elektrische bekabeling aanzienlijke investeringen vooraf.

Lopende projecten

Hoewel het continentaal plat van Noord-Californië een groot potentieel aan windenergie heeft, loopt het snel af, waardoor het bijna onmogelijk is om conventionele offshore turbines te installeren. Daarom veilde de federale overheid vijf leasegebieden 20 mijl uit de kust en ontving biedingen ter waarde van meer dan 757 miljoen dollar. De behoefte aan schone energie wordt daar gevoeld omdat de terugkerende droogte de hydro-elektrische productie vermindert.

Iberdrola – een Spaans energiebedrijf – werkt aan het eerste Spaanse drijvende windmolenpark. Het nutsbedrijf zei dat het een miljard euro zou investeren in de onderneming en verwacht dat het in 2026 operationeel kan zijn. Momenteel onderzoekt het bedrijf verschillende locatiemogelijkheden voor het park.

Met meer onderzoek en engineering die nodig is, is drijvende offshore wind op weg om een van de manieren te worden om onze samenleving op een groene manier van energie te voorzien.