October 19, 2020
Windturbines op land zijn overal te vinden, van de tropen tot de Noordpool. Drie decennia geleden begonnen ontwikkelaars ze op vaste funderingen op zee te plaatsen, wat de aanzet gaf tot de opkomst van de offshore windmarkt, die in 2019 6,1 gigawatt aan nieuwe capaciteit toevoegde.
Nog recenter begon de windindustrie aan een nog ambitieuzere onderneming: turbines op drijvende platforms in het water plaatsen, in plaats van op vaste funderingen. Nu op het punt van commerciële volwassenheid, heeft drijvende wind het potentieel om een van de belangrijkste nieuwe markten voor hernieuwbare energie te worden.
Dus, wat is drijvende offshore wind?
Het is zo’n beetje precies wat het klinkt. In plaats van een windturbine op een vaste fundering in zee te plaatsen, bevestig je hem aan een structuur die in het water drijft. De structuur is vastgebonden aan de zeebodem om te voorkomen dat hij wegdrijft naar een strand of scheepvaartroute.
De drijvende windturbines van vandaag maken gebruik van standaard offshore-turbines, exportkabels en balance-of-plant-materialen. Het belangrijkste verschil tussen drijvende offshore-windenergie en offshore-windenergie met vaste fundering is dat de laatste beperkt is tot waterdieptes tot ongeveer 165 voet.
Hoe werkt drijvende offshore-windenergie?
Om de turbines rechtop te houden, vertrouwen drijvende funderingen op het principe van de ijsberg: Het grootste deel van de massa bevindt zich onder water.
Op Hywind Scotland, ’s werelds enige commerciële drijvende windmolenpark, heeft elke Siemens SWT-6.0-154 turbine een mastgewicht van ongeveer 350 ton en staat op een fundering met ruwweg 6.060 ton vaste ballast en een waterverplaatsing van ongeveer 13.230 ton.
Als het water onder de turbine diep genoeg is, maakt de vorm van de fundering misschien niet veel uit. In de praktijk hebben de ontwikkelaars van drijvende funderingen zich echter geconcentreerd op ontwerpen die goedkoop te bouwen en gemakkelijk te bewerken zijn vanuit het oogpunt van exploitatie en onderhoud.
Dat laat nog steeds veel ruimte voor verbeelding: Elke ontwikkelaar heeft een ander concept en een overtuigend argument waarom het het beste is. Vier basisontwerpen zijn momenteel toonaangevend op de markt.
Gebaseerd op haar ervaring in de olie- en gasindustrie, heeft Equinor (voorheen Statoil) haar baanbrekende Hywind drijvend platform gebaseerd op een spar buoy ontwerp dat voor stabiliteit vertrouwt op de zwaartekracht. De rondhoutboei wordt in secties geassembleerd en reikt tot ongeveer 260 voet onder het zeeoppervlak, waardoor het geschikt is voor waterdieptes tussen ruwweg 310 en 390 voet.
Andere ontwikkelaars, zoals Principle Power en Hexicon, geven de voorkeur aan een semi-afzinkbaar platformontwerp dat voor stabiliteit vertrouwt op drijfvermogen en geschikt is voor geringere diepten. Critici merken op dat de grote omvang van de structuren de manoeuvreerbaarheid in havens zou kunnen beperken.
Een derde ontwerp, voorgestaan door de Franse funderingsmaker Ideol, is een vierkant binnenschip dat een dempingsbad bevat om de turbine stabiel te houden. Net als het halfafzinkbare model is dit geschikt voor ondieper water, en Ideol wijst op het feit dat de betonfabricage van pas komt vanuit het oogpunt van lokale inhoud.
Ten slotte is er een concept dat het spanpootplatform wordt genoemd en dat berust op een strak meersysteem om voor stabiliteit te zorgen. Hierdoor kan de structuur een kleinere fysieke voetafdruk hebben en mogelijk goedkoper zijn dan concurrerende modellen. Het Deense bedrijf Stiesdal Offshore Technologies leidt de ontwikkeling van dit concept met een product genaamd TetraSpar.
Welke van deze ontwerpen zal winnen?
Equinor was het eerste bedrijf dat op commerciële schaal een drijvend windmolenpark bouwde, en tot op heden is haar Hywind-ontwerp het enige dat een significante operationele staat van dienst heeft.
De Noorse energiegigant beweert dat het in staat was om de kosten tot 70 procent te verlagen tussen zijn eerste demoproject, voor de kust van Schotland, en zijn 30-megawatt commerciële windmolenpark. Voor Tampen, een project van 88 MW dat in 2022 voor de Noorse kust in bedrijf moet worden genomen, verwacht Equinor de funderingskosten met nog eens 50 procent te kunnen verlagen.
In februari noemde Sebastian Bringsværd, Equinors hoofd van drijvende windontwikkeling, een kostendoelstelling van €40 tot €60 ($44 tot $66) per megawattuur in 2030. Deze snelle kostenverlagingen zouden Equinor de overhand kunnen geven bij komende drijvende offshore windaanbestedingen.
Maar een analyse van mei 2019 van komende projectcijfers, verzameld door IHS Markit, wees uit dat 90 procent van de drijvende offshore windcapaciteit waarschijnlijk zal worden geïnstalleerd op halfafzinkbare platforms, waarbij Principle Power de markt aanvoert.
Hoe worden drijvende offshore windturbines geïnstalleerd?
Equinor’s spar buoy foundation is in wezen een holle stalen cilinder die naar de locatie kan worden gesleept voordat hij gedeeltelijk wordt gevuld met water en ballast om hem te dwingen rechtop te blijven staan. De nieuwste iteratie van de fundering heeft ten minste 345 voet water nodig wanneer het rechtop staat, wat betekent dat de installatie van de turbine hoogstwaarschijnlijk op zee zou gebeuren, zoals met traditionele funderingen.
Met andere funderingsontwerpen is de vereiste minimumdiepte veel lager – zodat de turbine-installatie aan land zou kunnen gebeuren met de volledig geassembleerde turbines en funderingen die dan naar de site worden gesleept, wat de kosten aanzienlijk drukt.
Waarom zou iemand een windturbine willen laten drijven?
Turbines op floaters plaatsen geeft een ontwikkelaar toegang tot diepere wateren, wat meer potentiële projectlocaties betekent en veel meer potentiële capaciteit.
Zowat 60 procent van de beschikbare offshore windbronnen in de VS ligt buiten het bereik van turbines met een vaste bodemfundatie, waaronder praktisch de hele westkust, volgens een verklaring uit 2017 van brancheorganisatie WindEurope,
In Europa zou drijvende offshore wind een extra 4 terawatt kunnen leveren bovenop het al toonaangevende niveau van bodemvaste capaciteit van het continent. En in Japan zullen drijvende funderingen van cruciaal belang zijn voor de ontwikkeling van een offshore windsector die een capaciteit van 500 gigawatt kan bieden.
Naast de mogelijkheid om enorme onaangeboorde energiebronnen aan te boren, houdt drijvende offshore windenergie ook een belangrijke industriële belofte in. Voor de V.S. zou het een manier kunnen zijn om in een hernieuwbare energiesector te geraken waarvoor het land tot nu toe nauwelijks in aanmerking kwam. En de Europese olie- en gasbedrijven, die zich steeds meer lijken te willen aansluiten bij de energietransitie, zien drijvende windenergie als een gebied waar hun bestaande offshore-ervaring een mooi dividend kan opleveren.
Wie doet er mee?
Europese olie- en gasbedrijven, om te beginnen. Equinor is het meest opvallende voorbeeld, maar Royal Dutch Shell is in opkomst als een belangrijke speler, en de Italiaanse aannemer Saipem onthulde een platform vorig jaar.
France’s Total kocht in maart in de markt en verwierf eerder deze maand een belang van 20 procent in het Eolmed-project in de Middellandse Zee dat de fundering van Ideol en MHI Vestas-turbines zal gebruiken.
Deze spelers lijken te willen concurreren of samenwerken met een groot aantal onafhankelijke ontwikkelaars van drijvende platforms, zoals Ideol, Principle Power en Stiesdal Offshore. Tegelijkertijd kunnen de oliemultinationals projectontwikkeling en eigendom van activa op zich nemen. In dat opzicht zouden ze kunnen concurreren met gevestigde offshore-windmolenparkontwikkelaars zoals Ørsted en Iberdrola.
Ørsted heeft nog geen plannen voor drijvende offshore-windenergie bekendgemaakt, maar EDP Renewables en Engie hebben hun krachten gebundeld in het WindFloat Atlantic-project (naast het Spaanse olie- en gasbedrijf Repsol), en Iberdrola heeft in maart twee proefprojecten aangekondigd.
Ten slotte zijn er de windturbinefabrikanten. Offshore windturbineleiders zoals Siemens Gamesa, MHI Vestas en GE hebben zich afzijdig gehouden van de fijne kneepjes van het ontwerpen van drijvende funderingen, maar ze hoeven zich nauwelijks zorgen te maken. De enorme turbines die ze lanceren zijn in toenemende mate ontworpen om ver uit de kust op drijvende platforms te werken, en het marktpotentieel waar ze naar kijken is indrukwekkend.
Waar gaat de markt heen?
Ongeacht of het in de VS van de grond komt, is er geen twijfel over dat drijvende offshore-windenergie op mondiaal niveau naar plaatsen gaat. Zelfs op korte termijn zou dat kunnen leiden tot een aantal interessante ontwikkelingen in de offshore windsector.
Het Amerikaanse bedrijf Principle Power zou bijvoorbeeld een leidende rol kunnen spelen bij de ontwikkeling van de industrie. Japan zou eindelijk offshore-windenergie kunnen ontwikkelen. En de Europese olie- en gasmultinationals zouden wel eens echt tot hun recht kunnen komen als spelers op het gebied van windenergie.