Windpark voor de toekomst
Voor de kust van Egmond aan Zee bouwen Shell en Eneco een nieuw windpark: Hollandse Kust (noord). Het wordt een windpark voor de toekomst, met de allernieuwste technieken. Eind 2023 draaien de turbines.
Door Matthijs Timmers, Rob van ‘t Wel op 21 okt. 2020
Met de bouw van het nieuwe windpark van Eneco en Shell wordt het langzaamaan steeds drukker op de Noordzee. En dat is nodig, gezien de doelstellingen van het Nederlandse Klimaatakkoord. Vorig jaar riep president-directeur Shell Nederland Marjan van Loon in het tv-programma De staat van het klimaat de overheid nog openlijk op om meer aanbestedingen uit te schrijven voor windparken op zee. En dan niet van die kleine postzegels, maar grote parken, er is nog plek genoeg. “Wij willen wel”, zette ze haar oproep kracht bij. Met de gunning van windpark Hollandse Kust (noord) aan CrossWind, een consortium van Shell en Eneco, komt er een antwoord op die wens om te ontwikkelen op de Noordzee.
Hoge turbines
De komende jaren ontwikkelen, bouwen en exploiteren Eneco en Shell het windpark, zonder overheidssubsidie. In totaal komen er 69 turbines. Het zijn grote turbines met een rotordiameter van 200 meter. En omdat hoge turbines veel wind vangen, torenen ze hoog boven de zeespiegel uit: zo’n 125 meter. Gezamenlijk kunnen ze een vermogen leveren van 759 MW. Ter vergelijking, dat is groene stroom voor een miljoen Nederlandse huishoudens. Eind 2023 zal wind op zee dan voorzien in 16% van de Nederlandse elektriciteitsbehoefte.
"Deze investering past goed bij Shell's aspiraties"
Derde windpark
Hollandse Kust (noord) is het derde windpark dat Shell ontwikkelt op de Noordzee. NoordzeeWind was het allereerste windpark dat Shell bouwde, samen met Vattenfall. In 2016 won het consortium Blauwwind, waarin Shell en Eneco vertegenwoordigd zijn, de aanbesteding voor de ontwikkeling van Borssele III/IV. Dit windpark is naar verwachting klaar in 2021 en is in grootte en vermogen vergelijkbaar met dit nieuw
te bouwen park bij Egmond aan Zee.
De komende jaren schrijft de overheid nog meer aanbestedingen uit voor windparken op zee. Zo moet een flink eind uit de kust bij IJmuiden een windpark komen dat goed is voor 4.000 MW.
Windenergie belangrijk
Voor Shell speelt windenergie een grote rol in de energietransitie. Windenergie is bijvoorbeeld belangrijk voor de productie van groene waterstof. De industriële processen in de haven van Rotterdam gebruiken veel waterstof. Momenteel voornamelijk zogenoemde grijze waterstof, gemaakt van fossiele grondstoffen. Met wind als bron voor waterstof, kan ook de productie van fossiele brandstoffen gedeeltelijk verduurzamen. De waterstof is op termijn ook direct inzetbaar voor vrachttransport. Volgens Maarten Wetselaar, directeur Shell Integrated Gas and New Energies, is de bouw van het windpark een belangrijke volgende stap in de ambitie van Shell om in 2050 of eerder netto nul uitstoot te hebben, in lijn met het tempo van de maatschappij. “Deze investering past goed bij Shells aspiraties om op competitieve wijze meer en schonere energie te leveren aan onze klanten, thuis, onderweg en op het werk.”
"Ook nu gaan we weer kennis delen, dat helpt om de energietransitie te versnellen"
Een bijzonder park
Hollandse Kust (noord) wordt in meerdere opzichten een bijzonder windpark. In de eerste plaats omdat het al in 2023 operationeel moet zijn, om aan de overheidsdoelstelling voor de energietransitie te voldoen.
“Een hele uitdaging”, aldus Tjalling de Bruin van Shell, projectdirecteur voor dit nieuw te bouwen windpark. “Normaal geldt een termijn van vijf jaar om een volledig operationeel windpark te ontwikkelen. Nu iets meer dan drie jaar.”
Het consortium had daarom al voor de uiteindelijke gunning het nodige voorwerk gedaan. Zo waren de contracten met leveranciers en afnemers alvast getekend. Ook namen Eneco en Shell vooraf de finale investeringsbeslissing. “Het gaf de overheid het vertrouwen dat het windpark niet alleen gebouwd kon worden, maar ook geëxploiteerd”, legt De Bruin uit. Verder verdiepten Shell en Eneco zich goed in de data die de overheid had verzameld en gedeeld. Data over wind, data over golven, data over de ondergrond. Netbeheerder TenneT regelt het ‘stopcontact’ op zee en een kabel naar het elektriciteitsnetwerk
aan land.
“We hadden dus een goed kader van het project”, aldus de projectdirecteur. Het is geen wonder dat in augustus, nog geen drie weken na het winnen van de concessie, CrossWind is gestart met het minutieus in kaart brengen van de ondergrond in het gebied. De Bruin: “De data van de overheid vormen een goede basis, maar we willen precies op de locatie van de turbines weten hoe de grondcondities eruitzien.” De Bruin weet dat op de bodem van de Noordzee ook zandduinen liggen die kunnen bewegen door zeestroming. En in die zandduinen kunnen bijvoorbeeld nog bommen uit de Tweede Wereldoorlog verborgen liggen. Door deze verkenning op zee komt het consortium aan de noodzakelijke kennis voor het eindontwerp van de funderingen van de windmolens.
Windpark voor de toekomst
In de tweede plaats vraagt de overheid om een demonstratie van innovaties in het windpark. Het park moet bijdragen aan de technologische vernieuwingen van de sector. Zodat windparken in de toekomst goedkoper, betrouwbaarder en voorspelbaarder zijn. “Je zou het een verdere verduurzaming van de technologie en van de sector kunnen noemen”, vertelt René Bos, specialist windenergie bij Eneco.
De vraag naar een windpark voor de toekomst heeft geleid tot een plan met daarin vijf vernieuwingen. “Het kost wat, maar als het goed is, wordt dit leergeld terugverdiend”, aldus Bos. Tjalling de Bruin vult aan: “De offshore windtechnologie ontwikkelt zich razendsnel. Er wordt veel over innovaties gesproken, er lopen veel studies, maar de daadwerkelijke test zit in de uiteindelijke uitvoering. En die test gaan wij nu doen.” De integratie van al de verschillende innovaties is uiteindelijk het meest interessant, vindt de projectdirecteur. Het samenspel van innovaties moet bijdragen aan het vergroten van de flexibiliteit van de elektriciteitslevering van windparken op zee, een expliciete wens van de overheid.
Opgedane kennis delen
Tot slot eist de overheid als concessieverstrekker dat de betrokken partijen de nieuw opgedane kennis delen met de rest van de sector en met de wetenschappelijke wereld. Tjalling de Bruin: “Dat deden we al toen we het eerste windpark bouwden. We hebben toen veel data gedeeld met universiteiten, bijvoorbeeld om te leren hoe de natuur zich in zo’n park gaat ontwikkelen. Ook nu gaan we weer kennis delen. Dat helpt om de energietransitie te versnellen.”
“We maken de onderzoeksresultaten daarom voor iedereen zoveel mogelijk toegankelijk”, zegt Bos. Dat is toch in strijd met de eerste reflex om alle opgedane kennis voor jezelf te houden en daar voordeel uit te halen bij volgende parken? “Klopt”, geeft Bos eerlijk toe, “maar dit is wel de weg om als sector stappen vooruit te kunnen zetten. De technische ontwikkeling gaat sneller als je lessen deelt met andere partijen, wetenschap en overheid. We hebben elkaar nodig om voldoende voortgang te boeken en uiteindelijk biedt het kansen voor iedereen. Als we het goed doen, profiteren bedrijven, de Nederlandse maatschappij en het klimaat.”
Vijf vernieuwingen
Vernieuwing 1
Haal het meeste uit de wind
Uit eigen ervaring of van de televisie; iedereen kent het fenomeen. Tegen de wind in fietsen achter de rug van iemand anders is gemakkelijker. Je hebt minder last van wind en je kan zelfs profiteren van een lichte zuigende luchtstroom. Dat is fijn onderweg naar werk of school, maar funest voor een windpark. De eerste turbines staan vol in de wind, maar dat verstoort de windstroom naar de achterliggende molens. ‘Windafvang’ of ‘zog’ heet dat in vaktaal. Om dat verlies aan windkracht te compenseren, is in eerste instantie veel gesleuteld aan de plaatsing van de windturbines ten opzichte van elkaar. Wat werkt het beste, in ruitvorm of een honingraatmotief? Het probleem is dat de wind nooit altijd uit dezelfde hoek waait. En wat goed is bij de ene windrichting is weer slecht bij de andere.
Binnen de nieuwste stand van de techniek staat de voorste turbine wat schuiner op de wind om het achterliggende zog weg te sturen. Daardoor gaat die turbine weliswaar minder draaien en daarmee minder stroom produceren, maar de achterliggende molens maken dat ruimschoots goed. Voor Hollandse Kust (noord) gaat CrossWind nog een stapje verder. De aansturing van de afzonderlijke rotorbladen van iedere turbine vindt hier gescheiden plaats om het zog instabiel te maken en versneld af te laten breken. Het idee bestaat nu alleen op papier, maar wetenschappers van TU Delft gaan een nieuw besturingsprogramma ontwikkelen om het uiteindelijk op zee te testen. Doel daarvan is te koersen op een maximale en betrouwbare stroomopbrengst van het gehele park. Het programma stuurt daarbij alle 69 windturbines en de bladen afzonderlijk aan.
Vernieuwing 2
Windturbines die vriendelijk zijn voor het net
In het voorjaar van 2018 was Europa in rep en roer. Talloze digitale klokken bleken plotseling minuten achter te lopen. Oorzaak was een politiek geschil op de Balkan waardoor de afgesproken wisselfrequentie van het Europese hoogspanningsnet onder de afgesproken 50 hertz zakte. Daar kunnen digitale klokken niet tegen en ook de beheerders van het hoogspanningsnet houden daar niet van. Bouwers van windparken hebben echter te maken met weersituaties die van seconde tot seconde kunnen verschillen. Hoe kom je zo gelijkmatig mogelijk toch op die gewenste 50 hertz?
In de windturbines zit straks een besturingssysteem dat daarvoor moet gaan zorgen. Door de rotor van de turbines als vliegwiel in te zetten, is kortstondig extra energie te leveren of op te nemen. Het vliegwiel zorgt dus voor een egalisatie van wisselfrequentie.
Daar wordt niet alleen de netbeheerder blij van, maar ook de digitale klokken thuis. Traditioneel zijn het bijvoorbeeld gasgestookte elektriciteitscentrales op het land die zorgen voor de benodigde 50 hertz. Die functie vervalt als het windpark zelf de oplossing in zich draagt. Helemaal nieuw is het vliegwiel overigens niet. Tot nu toe beschikken echter alleen enkele turbines op land over die slimmigheid.
Vernieuwing 3
Een vlot met zonnepanelen
Drijvende zonneparken zijn ‘hot’. Belangrijkste reden is het gebrek aan ruimte voor zonnepanelen op het land. Dat staat nog los van de discussies over het opgeven van kostbare landbouwgrond of over het gebrek aan schoonheid van zo’n weiland vol zonnepanelen. Hollandse Kust (noord) krijgt een drijvend eiland met zonnepanelen. Dat moet de stroomproductie van het park stabieler maken. Immers, bij wind en storm is er beperkt zonlicht, terwijl bij warm en windstil weer juist de zon voor energie kan zorgen.
CrossWind gaat samen met onderzoeksinstituut TNO deze innovatie ontwikkelen. TNO is trekker van het nationaal consortium Zon op Water waarin 32 bedrijven, kennisinstellingen en overheden de krachten bundelen. De ambitie is om in 2023 in heel Nederland 2 gigawattpiek aan zonnepanelen op al het water geïnstalleerd te hebben. Maar zeker voor de Noordzee zijn er speciale uitdagingen die ook bij het windpark onderzocht zullen worden. Denk aan de golf- en windbestendigheid, de logistiek rond de bouwplaats op zee, de levensduur en de betrouwbaarheid.
Het idee is om in eerste instantie bij Hollandse Kust (noord) een vlot vol zonnepanelen te bouwen dat tussen de verschillende turbines ligt. Als de resultaten positief zijn en de eerste lessen zijn getrokken, is het mogelijk meerdere vlotten te leggen. De oplevering van dit zonnepark vindt later plaats dan die van het windpark; het streven is een minimale capaciteit van 0,5 MWp in 2025.
Vernieuwing 4
Waterstof als batterij
Een wereldprimeur is het niet, maar met de plannen voor de bouw van een offshore waterstoffabriek zit het windpark wel in de voorste gelederen van de kopgroep. De groene waterstof fungeert als gasvormige batterij bij het windpark. Bij gebrek aan wind gaat een deel van de opgeslagen waterstof via een brandstofcel naar de opwekking van elektriciteit. Daardoor zal de levering aan het net stabieler zijn en dus prettiger voor netbeheerder en afnemer.
De fabricage begint met een ontziltingsinstallatie die het zoute zeewater zoet maakt. Zout water is namelijk onbruikbaar voor de productie van waterstof. Een zogeheten elektrolyser splitst vervolgens het zoete water (H₂O) in waterstof (H₂) en zuurstof (O₂). Dat proces vraagt veel energie en vindt dus plaats wanneer er veel wind is en weinig vraag naar energie. Bij weinig wind en veel vraag zal het windpark de opgeslagen waterstof gebruiken om stroom te maken. Dankzij deze innovatie doen de partijen ervaring op met hoe het samenspel van waterstof en elektriciteit in de praktijk functioneert.
Vernieuwing 5
Sleutelen aan slimmigheden
Dit is waarschijnlijk het minst aansprekende onderdeel van het vijftal innovaties. Maar daarom niet het minst belangrijke. In samenwerking met en onder aanvoering van TU Delft komt er een door CrossWind gefinancierde onderzoeksgroep die fundamenteel wetenschappelijk onderzoek doet naar de resultaten van het park. Die zal onderzoeken hoe de afzonderlijke slimmigheden waarover het nieuwe park beschikt op elkaar inwerken. Beantwoorden de innovaties aan de verwachtingen? Welke gevolgen hebben ze voor de andere onderdelen van het park? En is er een optimum te vinden voor het geheel in plaats van voor de onderdelen?
De antwoorden op al deze vragen komen natuurlijk ten goede aan het park. Ze zijn verder ook bruikbaar in een groot aantal wetenschappelijke publicaties. Aan de hand daarvan zijn lessen te trekken voor nieuwe parken en hun invloed op het hele stroomnetwerk. Het is immers steeds duidelijker dat er sprake is van een geïntegreerd systeem waarbij de windturbine op de Noordzee onderdeel is van hetzelfde systeem als de laadpaal in Nootdorp of Nagele.
