Hoe waait de wind? Zeven trends in windenergie

Nederland wil klimaatdoelen halen en verwacht daarin veel van wind op zee. Het doel is om in 2050 70 gigawatt aan offshore windenergie te hebben gerealiseerd. Met 21 GW als tussendoel in 2030. Eind 2023 staat de teller van het geïnstalleerd vermogen op bijna 5 GW, nog geen vier jaar geleden was dit nog minder van 1 GW. “Het groeit inderdaad heel hard, steeds sneller”, stelt TKI Offshore Energy-directeur Bob Meijer. Het opwekken van windenergie is begonnen op land. “Maar op land kun je nooit aan dit soort getallen komen vanwege de beperkte ruimte, dus op zee moet het gebeuren. Ik denk dat het doel goed haalbaar is.” Het platform dat hij als directeur vertegenwoordigt, is vanuit de overheid opgericht om obstakels op weg naar dat doel te signaleren, te adresseren en samenwerkingen te smeden om deze weg te nemen.

Barrières of obstakels wegnemen, of uitdagingen aangaan, dat doet Jan Willem Wagenaar ook, vanuit onderzoeksinstituut TNO. Wagenaar verklaart de snelle groei van wind op zee: “De turbines worden groter, net als de parken. En ook frequentie waarop een volgend park wordt gebouwd, is hoger. Op alle vlakken is er een enorme snelheid.”

Als je het doel voor 2050 vertaalt naar jaarlijks stroomgebruik kom je uit op het duizelingwekkende getal van 300 TWh. Dat is drie keer zo veel als de hoeveelheid stroom die Nederlanders op dit moment jaarlijks gebruiken. “Dat lijkt misschien gek”, legt Meijer uit. “Maar onze samenleving elektrificeert razendsnel. Kijk maar naar de mobiliteitssector. Maar ook hoe we onze huizen verwarmen, via warmtepompen, op stroom. Daarnaast is de industrie aan het elektrificeren. De hoeveelheid stroom die we in 2050 op zee moeten opwekken, is daarom zeer reëel.”

De windturbines van het allereerste windpark op zee zijn dwergen vergeleken bij de windmolens die nu worden geïnstalleerd. De eerste turbines, rond 2007, hadden een vermogen van 3 MW. Nu worden turbines met een vermogen van 11 MW gebouwd, die van 18 MW liggen op de tekentafel en zelfs turbines van 20 MW zijn mogelijk. “Technisch kan het”, weet Wagenaar. “We verwachten dat ook de 20 MW turbine op de markt komt. Dus de opschaling gaat nog even door. Daar hebben we veel onderzoek naar gedaan. Bijvoorbeeld naar langere bladen, slankere bladen en lichter materiaal.”

Niet alleen in vermogen, ook in hoogte hebben de turbines een groeispurt doorgemaakt. In 25 jaar tijd zijn windmolens gemiddeld zeven keer zo hoog geworden. Nu tippen de bladen van de nieuwste generatie turbines al bijna de 300 meter aan. De nieuwste bladen zijn al gauw zo’n 100 meter lang. Meijer: “Dat is gigantisch. Dat zijn twee voetbalvelden aan totale spanwijdte.” Als het aan de Nederlandse Windenergie Associatie ligt, is 300 meter ‘tiphoogte’ ook het maximum.

Sowieso zal er een maximum zitten aan de grootte van een windturbine, verwacht Meijer, niet zozeer door de techniek, maar economisch: “We willen technologie die betaalbaar is. Lange tijd gold het adagium; hoe groter, hoe minder windmolens er geplaatst hoeven te worden, hoe gunstiger de kosten. Maar wat blijkt uit onderzoek dat we onlangs hebben laten uitvoeren; bij nóg grotere windturbines stijgen de kosten juist, en dat is ongunstig voor de businesscase. Dan gaat het over kosten van materiaal, maar ook installatie- en transportkosten.”

Waar het naartoe gaat in de sector, verwachten, Meijer en Wagenaar, is standaardisatie. Als alle componenten van een windturbine dezelfde specificaties hebben, kunnen de kosten omlaag. Meijer: “Wat we nu zien, is dat de scheepvaartsector, dat wil zeggen de schepen die materieel naar zee brengen, net achter de ontwikkeling van de windturbine aan loopt. Zo zijn schepen in de vaart genomen die eigenlijk te klein waren voor het nieuwe formaat windturbineblad of de fundatie.”

Fabrikanten van windturbines hebben het op dit moment best zwaar, weet Wagenaar. Bijvoorbeeld, door het feit dat ze te weinig aantallen van een bepaald model kunnen fabriceren om er voldoende winst op te maken. “In de sector hoor je een steeds luidere roep om standaardisatie.” De windenergiespecialist van TNO verwacht dat er een moment komt dat een bepaald type turbine dominant wordt, en daardoor de standaard wordt. “Dat de sector tot het punt komt: die 20MW turbine, laten we daarop gaan produceren. Technisch kan er meer, maar we willen ook een stabiele sector."

Als componenten in een windturbine steeds meer hetzelfde worden, kan ook robotisering plaatsvinden; een volgende ontwikkeling die aanstaande is. Meijer hierover: “Voor het onderhoud offshore kun je mensen ondersteunen of deels vervangen door gerobotiseerde systemen en intelligente equipment. Onderhoud kan zo steeds meer op afstand, vanaf land met minder mensen. Dat komt de veiligheid ten goede. Bovendien is minder verkeer nodig over zee. We verwachten dat robotisering de komende jaren een vlucht gaat nemen.” Meijer vindt dat Nederland hierin een status heeft hoog te houden: “Nederland is marktleider op het gebied van offshore installatietechniek. De sector is groot, en ontzettend innovatief. We zijn wereldwijd koploper.”

Volgens Wagenaar is robotisering ook pure noodzaak: “Het tekort aan menskracht is een enorme bedreiging voor het tempo van doorontwikkeling van de offshore windsector. Robots vormen een welkome aanvulling op de specialisten.” Wagenaar ziet al ontwikkelingen op dit gebied. Door het toenemend aantal windturbines op zee worden onderhoudsinspecties niet meer gedaan door mensen die aangelijnd de turbines inspecteren op schades en noodzakelijke onderhoudswerkzaamheden. Tegenwoordig voeren drones de visuele inspecties uit. “We zoeken verder naar nog slimmere technieken, waarmee je ook ín de turbine zelf kan kijken, op afstand.”

Het onderwerp ecologie wordt bij de ontwikkeling van windparken op zee steeds belangrijker en komt prominenter naar voren in de tendercriteria. Dat is niet voor niets, want er sterven vogels tijdens hun trek doordat ze tegen draaiende windturbinebladen vliegen. Ook beïnvloedt de bouw van parken het onderwaterleven. Meijer vertelt over de te nemen maatregelen om vogels te beschermen: “Dat begint al bij de locatiekeuze van een windpark. Die bouw je op plekken waar minder vogeltrek is of zeevogels zijn.” Ook met de groei van het aantal windparken op zee blijft het goed mogelijk hiermee rekening te houden. “Volgens de huidige plannen zal ongeveer 15 tot 20 procent van de Noordzee bebouwd worden met windparken.” Wat overigens niet wil zeggen dat er in de overige 80 procent volop ruimte is voor de ecologie, benadrukt Meijer. Er gebeurt van alles op en in die drukke Noordzee; er wordt zand gewonnen, gevaren, gevist en andere energie gewonnen.

Naast kiezen voor de juiste locatie, kun je vogels beschermen door windparken met vogeldetectie uit te rusten. Wagenaar van TNO legt uit: “De turbines kunnen worden stilgezet bij een vogeltrek.” Hij merkt dat deze techniek veel nadrukkelijker op de agenda is komen te staan. “Toen wij vogeldetectie hadden ontwikkeld, zo’n vijftien jaar geleden, was er totaal geen vraag naar. Nu is het onderdeel van iedere tender. En met een reden. Als we op grote schaal windenergie willen gaan opwekken op zee, moeten we flora en fauna beschermen.”

Ook het onderwaterleven verdient bescherming. Met name het inheien van fundatiepalen kan voor schade zorgen, bijvoorbeeld bij de bruinvis, die gevoelig is voor geluid. “De komende jaren komen innovaties op de markt om geluidsarm de fundatiepalen te kunnen installeren, bijvoorbeeld met bubbelschermen of met triltechnieken”, aldus de directeur van TKI Offshore Energy. En aan de andere kant: “We zien wel degelijk dat in en rond windmolenparken de natuur zich ontwikkelt. We zien nieuw leven, omdat het er een rustige plek is. Er mag bijvoorbeeld niet bodemberoerend met sleepnetten worden gevist. Onder water gebeurt veel moois, hoor.”

Meijer is van mening dat niet alle impact op de natuur te vermijden is. Hij noemt een voorbeeld: “Onlangs is onderzoek gedaan naar de sterfte van zeekoeten. Die bleken verhongerd. Oorzaak daarvan lijkt de opwarming van de Noordzee. Dat heeft niets met windparken te maken, maar geeft wel druk op de ecologie.” Dat maakt het onderwerp ecologie ook zo complex, vinden de onderzoeker en de directeur. “De energieoplossing voor klimaatverandering, namelijk duurzame energie, staat op gespannen voet met de ecologie. Maar klimaatverandering op zichzelf heeft óók impact op de ecologie.”

Ja, de huidige generatie windturbines is beter dan de vorige. Technieken zijn doorontwikkeld, materialen zijn hoogwaardiger en turbines gaan langer mee. Steeds nadrukkelijker weegt mee hoe materialen worden gewonnen, en onder welke arbeidsomstandigheden. “De hele leveringsketen komt beter op het netvlies”, ziet Meijer. “En terecht, we kunnen niet wegkijken voor deze vragen.” Bedrijven in de windenergiesector hebben dit jaar, samen met andere organisaties in de duurzame energie, het convenant voor de Hernieuwbare Energiesector gesloten. Dit om gezamenlijk mensenrechtenschendingen en milieuschade aan te pakken en te voorkomen.

Over de volgende fase vertelt Wagenaar: “Op een gegeven moment komen we materiaal tekort. Dus we zullen windparken circulair moeten ontwikkelen.” Gelukkig is 90 procent van een windturbine recyclebaar, want van staal, weet Wagenaar. “Dus dat is top.” Maar er zijn ook uitdagingen. Zo zijn de bladen van moeilijk te recyclen composiet materiaal. Dat gaat nu de shredder in en vindt zijn weg in beton. “Erg duurzaam is dat niet, want het is laagwaardig hergebruik”, aldus Meijer. “Waar we naartoe moeten is chemische recycling. En het kan.”

Wagenaar meldt verheugd dat de eerste circulaire bladen al op de markt zijn, al hangt daar wel een prijskaartje aan. “Voor TNO is circulariteit een actueel thema. We hebben van een windturbineblad, door middel van pyrolyse – dat is een techniek om met verhitting vezels uit de materialen te halen – uiteindelijk een autodashboard gemaakt. Dit is echt een mijlpaal. Nu is het zaak om op te schalen.” En dat is nodig, want de eerste windparken hebben een levensduur van zo’n twintig jaar. Dus Windpark Egmond aan Zee (2007) en het Prinses Amaliapark (2008) staan aan de vooravond van duurzaam hergebruik.

Hoe krijg je die enorme hoeveelheid aan opgewekte windenergie, op het juiste moment op de plek waar het nodig is? Het vraagstuk van het energiesysteem van de toekomst is complex. Meijer noemt het een balanceeract. Zeker wanneer de hoeveelheid windenergie fors doorgroeit, is het cruciaal de energie op te slaan of direct te kunnen gebruiken. “Zoals door waterstofproductie op zee, vlakbij de windmolenparken; die ontwikkeling is gaande.” Meijer verwacht in dat verband ook veel van het waterstofleidingnetwerk dat Gasunie naar het achterland aanlegt en die zo de industrie op grote schaal van energie kan voorzien. “Dat is een van de meest effectieve oplossingen voor het systeemvraagstuk”, vindt hij.

Maar waterstof op zee maken, dat brengt nieuwe dilemma’s met zich mee. Zo komt veel warmte vrij bij de productie van waterstof. Ook moet er een ontziltingsinstallatie worden gebouwd, want met zout water kun je geen waterstof maken. En de resten van het ontziltingsproces komen weer in de zee. Wat dat voor gevolgen heeft voor de lokale ecosystemen moet worden onderzocht. “Dat zijn nieuwe stappen die we aan het zetten zijn. Daar is kennisontwikkeling voor nodig.”

Wagenaar onderschrijft de complexiteit van het energiesysteemvraagstuk. Hij geeft aan dat de ontwikkeling van een samenhangend energiesysteem nog in de kinderschoenen staat. Niet voor niets heeft TNO samen met Wageningen University and Research (WUR) onlangs een energiesysteem op schaal gemaakt, vlakbij Lelystad, onder de naam Switch. Met windenergie, een batterij, zonnepanelen en een elektrolyser. “Het gaat hier niet om de schaal”, vertelt Wagenaar, “maar om de regelbaarheid. We willen onderzoeken hoe de verschillende systemen zich ten opzichte van elkaar gedragen. Die kennis gaat ons helpen om uiteindelijk een uitgebalanceerd en duurzaam energiesysteem te kunnen gaan ontwikkelen.”