Van offshore windparken naar energieparken

Nederland wordt in hoog tempo afhankelijk van offshore windenergie. Tot 2050 moet de opbrengst van windparken op zee tien tot twintig maal zo groot worden als nu. Dat maakt de vraag steeds dringender: wat als er weinig wind is? Eind 2023 verscheen het rapport Flattening the curve dat daarop antwoorden geeft. Exploitanten van windparken kunnen zelf veel doen om windflauwtes te overbruggen, zo blijkt.

Kiezen voor stabiliteit

Windparken worden ontworpen voor maximale opbrengst, en dus winst, niet voor een zo constant mogelijk levering van energie. ‘Als je windparken ontwerpt voor stabiele levering, maak je andere keuzes’, aldus Jan Willem Wagenaar, programmamanager windenergie bij TNO. ‘Er is nog nooit op die manier naar een windpark is gekeken. Daar is zeker nog winst te behalen.’

Zo kunnen er andere keuzes worden gemaakt voor de precieze plek waar de windturbines worden neergezet binnen een windpark. Als de zwakste winden bijvoorbeeld vaak uit het oosten komen, kun je de turbines daarop uitrichten. Dan kan een windpark net iets meer elektriciteit leveren bij een windflauwte.

Alle kleine beetjes helpen als er weinig wind is. Het rapport Flattening the curve concludeert dat andere oplossingen heel kostbaar zijn. Dat geldt voor elektriciteitscentrales op waterstof, die gebouwd moeten worden als reservecapaciteit. Ook is het erg duur – en vaak onmogelijk – om het verbruik in de industrie tijdelijk te beperken. Technieken om het aanbod constanter te maken zijn meestal gunstiger.

Locatiekeuze

‘Het helpt ook om windparken ver uit elkaar te leggen’, aldus Wagenaar. Windparken die 250 kilometer van elkaar verwijderd zijn, hebben een correlatie van 65 procent. Er is dus wel samenhang in de opbrengst, maar de piek hoeft niet samen te vallen. ’Dit is zeker niet het enige argument bij het aanwijzen van locaties, maar deze correlatie moet je ook meenemen. Voor locaties die ver van de kust liggen zijn natuurlijk wel lange kabels nodig en ook dat is kostbaar.

Beter verbinden van verschillende landen heeft hetzelfde effect. Een groter en breder elektriciteitsnet, inclusief internationale verbindingen, zorgt voor een stabieler net.

Andere regeling

Met de regeling van windturbines valt ook nog veel te winnen, volgens Wagenaar. Nu worden turbines afzonderlijk geregeld en geoptimaliseerd, maar er is winst te halen door een windpark als collectief te regelen. ‘We hebben bijvoorbeeld aangetoond dat de wind makkelijker in het windpark doordringt als je de voorste turbines een beetje wegdraait. Dat vergroot de opbrengst. Windturbinefabrikanten brengen dergelijke concepten nu ook op de markt. Dan gaat het om het vergroten van de opbrengst. Maar dergelijke regelstrategieën kun je ook ontwikkelen om een stabielere stroom te genereren die beter aansluit op de elektriciteitsvraag.’

Innovatie turbines

Sommige innovatieve turbineontwerpen halen meer uit de wind als het niet hard waait. Zo onderzoekt TNO in een consortium met TouchWind en andere partijen een turbineconcept waarbij de rotor automatisch uit de ideale stand wordt gekanteld. De zogwerking is anders bij dit ontwerp, en ook bij turbines met een verticale as. De hoop is dat nieuwe ontwerpen een positief effect hebben op de stroomlevering van een windpark. Het is lastig om met een ander ontwerp op de markt te komen, aldus Wagenaar. Alles is gericht op schaalvergroting en kostenbesparing. ‘Een innovatief ontwerp moet concurreren tegen een doorontwikkeld en geoptimaliseerd concept. Een nieuw concept zal een niche moeten aanboren.’

Drijvende zonnepanelen

Naast layout en nieuwe turbineontwerpen kan ook de combinatie met zonnepanelen bijdragen aan stabielere stroomlevering. Als het windstil is, schijnt soms wel de zon. ‘Het is de enige technologie in het rapport Flattening the curve die daadwerkelijk duurzame opwekkingscapaciteit toevoegt’, zegt Francisco Vozza, commercieel directeur van SolarDuck, een Nederlands-Noors bedrijf dat tegen 2030 wereldwijd 1 gigawatt aan zonnepanelen op zeeën en meren wil laten drijven. ‘Alle andere oplossingen verbruiken energie die uit andere bronnen is opgewekt of maken het land afhankelijk van de import van waterstof.’

Na een succesvolle proef op de Waal in 2021 bereidt SolarDuck nu een demonstratieproject voor op 12 kilometer voor de kust van Scheveningen. Zes driehoekige platforms op tien meter hoge drijvers gaan dit jaar ruim 500 kilowatt (peak) leveren. Met die grote hoogte moet de constructie golven van meer dan 7 meter weerstaan. Later volgt in 2026 of 2027 een project van 5 megawatt in het windpark OranjeWind van RWE.

Zonnepanelen en windturbines kunnen hun stroom over dezelfde kabels naar de wal brengen. Er zijn dus geen extra kabels nodig. Een rapport van TNO laat zien dat de combinatie zon en wind een constantere levering van stroom oplevert. Er is voldoende plaats voor drijvende zonnepanelen in een windpark. Door het toevoegen van deze extra capaciteit ga je zuiniger om met de ruimte op zee’, aldus Vozza. Drijvende zonnepanelen hebben ongeveer 6% van de oppervlakte van een windpark nodig voor hetzelfde piekvermogen als de windturbines.

Anders aanbesteden

Er zijn prikkels nodig om de creativiteit te stimuleren, denkt Bob Meijer, directeur van TKI Offshore Energy. ‘Nieuwe regeltechnieken vergen geen grote investeringen, die komen er als dat voordeel oplevert. Maar voor ingrijpendere maatregelen is meer stimulans nodig. Het energiesysteem in Nederland heeft belang bij continuïteit. Maar investeerders willen een zo groot mogelijk opbrengst. Die twee belangen moet je bij elkaar brengen.’

Meijer oppert als gedachte-experiment: laat de capaciteitsfactor een rol spelen bij de aanbesteding. ‘Wat als we van de investeerders vragen dat ze jaargemiddeld 60, 65 of zelfs 70 procent leveren van het piekvermogen van de windturbines? Dan worden andere technieken ineens aantrekkelijk en maken ook nieuwe turbine-concepten een kans.’

Interessante combinaties

Meijer verwacht dat investeerders dan ook op zoek gaan naar interessante combinaties. Ze kunnen bijvoorbeeld kiezen om minder piekvermogen te leveren dan het windpark zou kunnen opbrengen. ‘De elektriciteitskabels naar de wal hoeven dan minder zwaar te zijn en het windpark haalt zo een hoge capaciteitsfactor. Dat betekent dat vaker elektriciteit over is. In plaats van curtailment kun je er ter plekke waterstof mee maken. Er liggen nog verschillende gasleidingen op de bodem van de Noordzee waarmee waterstof naar de wal gepompt kan worden.’

Ook andere technieken komen dan in zicht. ‘In de toekomst misschien ook flowbatterijen of zonnepanelen. Als je een capaciteitsfactor voorschrijft bij het aanbesteden, stimuleer je de creativiteit. Ontwikkelaars zijn dan vrij om zelf te kiezen hoe ze tot een stabielere levering komen, met ander ontwerp, conversie en opslag of andere opwektechnologie, alles in één. Al die opties vergen extra investeringen en daarvoor is ruimte bij de huidige elektriciteitsprijzen.’

‘Technologische keuzes kun je niet volledig overlaten aan investeringsbeslissingen gebaseerd op de huidige prijzen’, reageert Francisco Vozza van SolarDuck. ‘De beste technologie wint alleen als er een gelijk speelveld is. Dat is prima als gevestigde technologieën met elkaar concurreren. Maar nieuwe technologieën zoals drijvende zonnepanelen, die prijssteun nodig hebben, helpt het niet om op te schalen en volwassen te worden. We moeten echt elke beschikbare energiebron inzetten. Er is niet veel tijd om de wereld koolstofvrij te maken.’

Complex samenspel

In Lelystad onderzoekt TNO met de Wageningense universiteit hoe verschillende technieken kunnen samenwerken. Jan Willem Wagenaar vertelt hoe daar het samenspel beproefd wordt van enkele windturbines, een accu, zonnepanelen en een electrolyser. ‘Het energiesysteem is niet een simpele optelsom van de onderdelen. De onderdelen beïnvloeden elkaar en dat testen we daar uit. Wat als je een electrolyser wisselend belast en welke keuzes maak je voor opslag in de accu? Dat samenspel wil je zo slim mogelijk regelen. Dat experiment is op kleine schaal, maar de resultaten zijn belangrijk als je op zee verschillende technieken wilt combineren tot een uitgebalanceerd energiesysteem.’

‘Zo'n fieldlab is echt belangrijk’, reageert Bob Meijer van TKI Offshore Energy. ‘Ook bij andere projecten zie je dat de praktijk weerbarstig kan zijn en dat er onverwachte effecten optreden. Het is deels ook learning by doing. Misschien eerst tien windturbines van een nieuw ontwerp neerzetten en kijken hoe het gaat. Dan verzamel je kennis voor een volgend windpark. We moeten de komende jaren hard werken aan demonstratieprojecten, opschalen en onderzoek. En dat gaan we ook doen.’