Drijvende windturbines om de klimaatdoelen te halen

De komende jaren verrijzen op zee grote windturbineparken. De huidige generatie windturbines staat in de zeebodem. Maar een groot deel van de wereldzeeën is hiervoor te diep. Drijvende windturbines bieden een oplossing. De techniek hiervoor staat echter nog in de kinderschoenen.

De Europese Commissie wil dat in 2050 alle energie afkomstig is uit duurzame bronnen. Zo stelde de Commissie voor de Europese offshore windcapaciteit te verhogen van 12 GW tot 400 GW in 2050. Naar verwachting zal een derde daarvan afkomstig zijn van drijvende windturbines. Dit wordt aangevuld met 40 GW aan opkomende technologieën, zoals oceaanenergie en drijvende zonne-energie.

Maar er is nog te weinig kennis over. Daarom komt de TU Delft met het Floating Renewables Lab. Het is een labfaciliteit die alle elementen uit de drijvende windturbineketen en andere offshore hernieuwbare energiebronnen, met behulp van numerieke modellen en AI, aan elkaar knoopt.

Te diep

Een groot deel van de wereldzeeën is te diep voor windturbines in de zeebodem. ‘In water dieper dan 50 meter kun je de molens niet meer funderen op de zeebodem’, zegt windexpert Axelle Viré van de TU Delft. ‘Het is te moeilijk en niet meer rendabel. Je zult ze op drijvende platformen moeten zetten die verankerd zijn.’

De onderzoekster, verbonden aan de faculteit Luchtvaart- en Ruimtevaarttechniek, doet zelf al een kleine 10 jaar onderzoek naar drijvende windturbines.

‘De technische uitdagingen zijn groot. Innovatie op alle vlakken is nodig, van fundamenteel onderzoek, design en besturing tot massaproductie en uitrol van drijvende windturbines.’

Uitdagingen

De technologische uitdagingen zitten volgens Viré vooral in de combinatie van wind, golven, ijsvorming en de zeebodem. ‘Die zijn allen van invloed op het gedrag van een drijvende windturbine. Als de wind verandert, verandert ook de manier waarop de turbine op het water beweegt. In een traditionele windtunnel kun je alleen de invloed van de wind meten, niet de interactie met de zee.’

Het gloednieuwe Floating Renewables Lab van de TU Delft moet een belangrijke rol gaan spelen in de ontwikkeling. Zo wordt gekeken naar welke kabels je het beste aan de zeebodem kunt bevestigen. Maar bijvoorbeeld ook naar hoe je al die drijvende windturbines ten opzichte van elkaar moet neerzetten. ‘Door daar onderzoek naar te doen, kun je het energierendement substantieel verhogen’, is de overtuiging van Viré. ‘Het sturen van het zog, de zuiging die ontstaat door de beweging van zo’n turbine in water, is daar een mooi voorbeeld van. Daarbij wordt gekeken naar het doelbewust veranderen van de hoek waaronder de turbinebladen in de wind staan. Het effect daarvan is, dat het zog achter de turbine gedeeltelijk of geheel om de volgende turbine heen wordt gestuurd. Dat levert energiewinst op.’

Waterstof

Behalve de opwekking van elektriciteit worden drijvende windparken in de toekomst ook ingezet voor de productie van waterstof.

‘Waterstof is veel goedkoper te transporteren dan elektriciteit. Dus het loont vooral om het ver weg, in diep water, te produceren. Daarvoor heb je floating renewables nodig.’

Het Floating Renewables Lab

Het bijzondere aan het Floating Renewables Lab is dat het een combinatie is van bestaande faciliteiten van de TU Delft. De experimenten hebben niet plaats in alle acht faciliteiten tegelijk, maar bouwen op elkaar voort.

Zo staat er bij de faculteit Werktuigbouwkunde, Maritieme Techniek & Technische Materiaalwetenschappen een sleeptank waarin onderzoek wordt gedaan naar hoe drijvende windturbines zich gedragen in hoge golven. En bij Civiele Techniek en Geowetenschappen (CiTG) is een enorme hexapod te vinden, een zesbenige robot van 6 x 5 x 3 meter. Hiermee kan de turbineconstructie worden verbeterd. De faculteit Luchtvaart- en Ruimtevaarttechniek (LR) doet op zijn beurt onderzoek naar de aerodynamische eigenschappen van drijvende turbines.

Deze faciliteiten worden in het Floating Renewables Lab virtueel aan elkaar geknoopt. Sommige onderdelen van het systeem worden fysiek getest, anderen nagebootst met behulp van numerieke modellen die bijvoorbeeld zo’n hexapod kunnen besturen. Dit vereist snelle en nauwkeurige modellen. Onderzoek op het gebied van Artificial Intelligence (AI) kan hierbij als hefboom fungeren, zodat die real-time modellen alsmaar beter worden. Er zijn volgens de TU nog maar weinig plekken in de wereld waar op deze manier en omvang onderzoek wordt gedaan naar drijvende windturbines.

Bron: Schuttevaer