Wadende windmolens

Het is duur en riskant om een grote windturbine met een drijvende kraan op een 50 meter hoge pyloon te plaatsen. Alternatief: vervang de pyloon door een hoogspanningsmast en rijd de hele constructie over de zeebodem naar z'n standplaats.

MET ENIGE schroom, zo lijkt het, verklapt ing. Jaap Rikken hoe ze bij de Kema op het idee van de uitrijdbare windturbine gekomen zijn: ``Door een aflevering van Het Klokhuis. Die ging over dat voertuig van Rijkswaterstaat, de Wesp, waarmee ze tot een meter of 10 diep over de zeebodem rijden om het strand onder de waterlijn te inspecteren. Eerst dachten we alleen voor onderhoud aan zo'n voertuig, maar dan is het nog maar een kleine stap om de hele windmolen de zee in te rijden.''

Om aan de Kyoto-verplichtingen voor verminderde uitstoot van broeikasgassen te voldoen, moet Nederland onder meer flink investeren in grootschalige windmolenparken. Te bouwen in zee, enige kilometers uit de kust, want daar is meer wind – en minder tegenwind van over horizonvervuiling klagende burgers en lokale overheden. Maar met de exploitatie van een groot windmolenpark op zee is nog nergens ervaring opgedaan. Zeker is wel, dat bouw en onderhoud duurder zijn dan op het land.

In februari is in een Planologische Kernbeslissing een locatie aangewezen voor het Near Shore Windpark, 8 kilometer uit de kust bij Egmond. Daar moet binnen een paar jaar voor 100 megawatt (piekvermogen) aan windturbines uit zee oprijzen. Het geldt als demonstratieproject voor nog grotere windparken in zee, waardoor in 2020 voor 2750 megawatt windenergievermogen moet staan opgesteld.

Het partnerschap van Kema en Volker Stevin Offshore (dochteronderneming van Koninklijke Volker Wessels Stevin) stelt dat zulke windparken met de uitrijtechniek 15 à 20 procent goedkoper kunnen worden aangelegd dan met de huidige methoden. In de meeste nationale en Europese studies gaat men uit van het concept zoals dat nu op land gangbaar is: de gondel met de rotor, de generator en alle overige apparatuur staat op een stalen pyloon of `monopaal' van 4 à 5 meter diameter en 85 meter hoog. Die monopaal zal vanaf een drijvende bok een meter of twintig de zeebodem in geheid worden. De gondel met rotor wordt er bovenop geplaatst.

Probleem is, dat vooral voor het plaatsen van de gondel met de kwetsbare, tientallen meters lange rotorbladen rustig, bijna windstil weer nodig is, en dat is er op de Noordzee niet zo vaak. De aanleg van een windpark met tientallen turbines loopt op die manier al gauw maanden vertraging op, en al die tijd moet het dure drijvende materieel stand by blijven. Vergelijkbare problemen verwacht men met het onderhoud van de turbines. Jan Klop, senior project engineer bij Volker Stevin: ``Die werkbaarheid bepaalt ontstellend sterk je prijsniveau.''

Uitrijden van kant en klare windturbines op een hydraulisch aangedreven rupsvoertuig dat langzaam (2 à 3 kilometer per uur) over de zeebodem rolt is veel minder gevoelig voor weersomstandigheden. Inplaats van op een monopaal rust de gondel op een vakwerkconstruktie van beton en staal, die door het rupsvoertuig op een eerder aangebracht betonnnen fundament op de zeebodem gezet wordt.

Het rupsvoertuig zal tot twintig meter waterdiepte moeten kunnen werken. De cabine met de bemanning en de dieselmotor hangt dus zon 25 meter boven het gevaarte. Volgens Rikken zijn hydraulische onderwater-voertuigen al `bewezen technologie', onder meer voor het leggen van pijpleidingen. Datzelfde geldt niet voor de vakwerkconstruktie.

Klop: ``Als je toch revolutionair bezig bent, kun je net zo goed meteen alles revolutionair maken.''

Klops collega Hans Hjelde: ``In het begin was het ontwerp een compleet stalen vakwerkmast, om de simpele reden dat de Kema daarin gespecialiseerd is. Beton is echter veel goedkoper dan staal, en hoeft bovendien niet elke paar jaar geschilderd te worden, zeker op zee een forse kostenpost. Zo kwam men uit op een door Kema-ingenieur Henk Hutting ontwikkelde, unieke vakwerkconstruktie met horizontale en verticale betonnen balken en diagonale stalen trekstaven.

De trekstaven bestaan uit een vaste buis, met daarin een kern die kan worden vastgezet of losgelaten. Zo ontstaat een constructie met een variabele stijfheid en dus resonantiefrequentie, die door een automatisch regelsysteem wordt ingesteld. Dat is belangrijk omdat de langsflitsende rotorbladen, de wind en de golfslag een windmolen in trilling proberen te brengen met frequenties die afhangen van de weersomstandigheden. Rikken: ``Het is super-belangrijk dat je resonantie in de constructie voorkomt, want dat staat zo ongeveer gelijk aan kapotgaan. Zonder die instelbare stijfheid zou je de hele constructie veel zwaarder moeten maken.''

Het consortium rekent voor de voorziene 3 megawatt-turbines op een gewicht van 400 ton plus 100 ton voor de fundatie. Even zwaar als de monopaalconstructie, maar die is helemaal uit staal opgetrokken.

De Delftse hoogleraar windenergie dr. G. van Kuik kent de plannen, maar zou graag een hardere onderbouwing zien van de voorgespiegelde 20 procent kostenreductie. Zo ver is Volker Stevin echter nog niet. Van Kuik: ``Conceptueel zit het goed in elkaar, maar ik denk dat ze er wat laat mee komen. Omdat het nog geen bewezen technologie is, zou ik nu niet aanraden om op die manier het windmolenpark bij Egmond neer te zetten. Je wilt eerst op land een paar jaar ervaring opdoen met dit soort constructies en pas daarna ga je de zee op. Vooral op de Noordzee moet alles heel erg robuust zijn, en ik weet niet of dat regelsysteem voor de variabele stijfheid dat is.''

Klop beaamt dat het nieuwe concept voor het Near Shore Windpark waarschijnlijk te laat komt, tenzij het uitschrijven van de tender door het ministerie van Economische Zaken – nu voorzien voor het najaar – opnieuw vertraging oploopt. Volker Stevin mikt dan vooral op de later te bouwen, nog grotere windparken, in binnen- en buitenland. Als het speciale rupsvoertuig eenmaal is gebouwd en terugverdiend, kon het uitrijden van windparken nog wel eens een lucratieve bezigheid worden.

Hjelde: ``Uitrijden heeft natuurlijk zijn beperkingen. Aan de Noorse kust gaat het niet. Volgens berekeningen van de Kema kan het rupsvoertuig met windturbine moeiteloos hellingen tot 10 procent aan. Zelfs een graad of drie steiler is mogelijk dankzij vijzels die tijdens de rit automatisch de scheefstand van de windturbine compenseren. Daarmee zou een groot deel van de territoriale wateren van Nederland en andere Europese landen binnen bereik van het – vooralsnog naamloze – voertuig liggen. Probleem blijft natuurlijk wel dat er tussen de plek waar de windturbines geassembleerd worden en het uitrijpunt geen enkel obstakel mag liggen. Hjelde: ``Je zou voor zo'n windpark eigenlijk een jaar op het strand zelf aan de gang moeten mogen.''