Waarom zijn offshore windmolenparken relevant voor België?
België hoort tot 's werelds grootste producenten van offshore windenergie. De windmolenparken op het Belgisch Deel van de Noordzee (BNZ) hebben een totale capaciteit van 2.3 GW en vormen een gebied van 238 km². Momenteel heeft België negen operationele windmolenparken, met een jaarlijkse productie van 8 TWh. Deze productie zal in de toekomst nog toenemen dankzij de ontwikkeling van een tweede gebied voor offshore windenergie, 285 km² groot, in het westelijke deel van het BNZ.
SUMES case study
Het windmolenpark dat werd geselecteerd voor het SUMES-project is gelokaliseerd op 30 tot 55 km van de Belgische kustlijn, en vormt een gebied tussen 14 en 20 km². Het bevat 20 tot 75 windturbines, op monopile funderingen, met een capaciteit tussen 3 en 10 MW. De turbines zijn verbonden met een hoogspanningsstation via 30 tot 50 km aan kabels onder water. De elektriciteit die geproduceerd wordt door de turbines wordt aan land gebracht door een submariene kabel met een lengte van 40 tot 60 km. Deze submariene kabel is verbonden met een kabel aan land, die de elektriciteit doorgeeft naar een volgende hoogspanningsstation op het vasteland.
Wat zijn de componenten van een offshore windmolenpark?
Offshore windmolenparken bestaan algemeen uit zeven componenten: windturbines, funderingen, bekabeling aan de turbines, een offshore hoogspanningsstation, een exportkabel op de bodem, een landkabel, en een hoogspanningsstation aan land. Elk van deze componenten speelt een cruciale rol in de productie en transmissie van elektriciteit naar het vasteland.
Windturbines
Zonder turbines kan er geen windenergie gecapteerd en omgezet worden in elektriciteit. Maar hoe gebeurt dit precies? Door de kinetische energie van voorbijkomende lucht gaan de wieken van de turbine roteren. Deze wieken zijn verbonden met een traag-draaiende as aan de 'nacelle', wat een doosvormige behuizing vormt voor verschillende componenten van de turbine. Om elektriciteit op te wekken wordt de draaisnelheid van deze as opgevoerd dankzij een versnellingsbak, en vervolgens geconverteerd naar een snel-draaiende as die verbonden is met een generator. Door die generator kan de kinetische energie dan omgezet worden in elektrische energie.
Funderingen
De funderingen zijn grote staalconstructies die de turbines verbinden met de zeebodem en ondersteuning bieden tegen hevige windstoten. De toren van de turbine is verbonden met deze staalconstructie met een overgangsstuk. De funderingen kunnen een lengte hebben van meer dan 60 meter, afhankelijk van de bodemdiepte. Vaak worden ook rotsen rondom geplaatst ter bescherming tegen erosie.
Bekabeling aan de turbines
Elektriciteit die geproduceerd wordt in de windturbines wordt getransporteerd naar het offshore hoogspanningsstation via bekabeling aan de turbines zelf. Deze onderwaterkabels zijn verbonden met de turbine als snaren of kettingen, waarbij elk van deze ook nog verbonden is met het station.
Offshore hoogspanningsstation
Het offshore hoogspanningsstation vormt het hart van een offshore windmolenpark. De hierboven besproken bekabeling vormt daarbij als het ware de aders die de elektriciteit transporteren naar het station, en meerbepaald een transformator. De transformator is dan verantwoordelijk voor de accumulatie en conversie van elektrische energie, van een lage naar een hoge spanning.
Exportkabel
Van het hoogspanningsstation wordt elektriciteit getransporteerd naar de kust via een exportkabel op de bodem. Deze kabel is, net zoals de bekabeling aan de turbines zelf, zo ontworpen dat er geen intrusie van zoutwater mogelijk is. De exportkabel gebruikt 'fiber-optic' technologie, een manier om informatie te versturen via zeer dunne glasvezels. Deze hebben de dikte gelijkend aan dat van een haar en versturen data over, bijvoorbeeld, temperatuurschommelingen of vibraties.
Kabels aan land en het onshore hoogspanningsstation
Kabels aan land vormen een extensie van de hierboven besproken exportkabel. Deze hanteren dezelfde technologie en transporteren elektriciteit naar het hoogspanningsstation aan land. Die laatste heeft ook een transformator, waar de spanning van de inkomende elektriciteit ofwel verhoogt of verlaagd wordt. De transformator buffert als het ware de elektriciteit voor ze door te sturen naar het elektriciteitsnet in België.
Impact van een offshore windmolenpark
Ondanks de duidelijke waarde van een offshore windmolenpark, namelijk de productie van hernieuwbare energie, hebben deze structuren effecten op verschillende schaal en manieren. Dit zijn zowel lokale als globale, en zowel positieve als negatieve effecten op ecosystemen. Welke?
Lokale impact van een offshore windmolenpark
Windmolenparken hebben een impact op het lokale mariene ecosysteem en zijn functioneren. Een van de belangrijkste veranderingen hierbij is het introduceren van hard substraat, de funderingen, in een voorheen zandige omgeving. Deze structuren voorzien nieuwe habitats voor verschillende organismen, waardoor er veranderingen optreden in de mariene biodiversiteit en biomassa op zowel de structuren zelf als in de directe omgeving. Op termijn kan dit het functioneren van het mariene ecosysteem beïnvloeden, en dus ook de capaciteit van het ecosysteem om ecosysteemdiensten te leveren. Om deze impact te kwantificeren, zijn ecologische risico-analyses en de beoordeling van ecosysteemdiensten nodig. Meer informatie hieromtrent is beschikbaar onder 'Ecosysteemdiensten Model'.
Globale impact van een windmolenpark
Naast de lokale impact hebben windmolenparken ook een globale impact, die gerelateerd is aan de waardeketen. Wat is nu net deze waardeketen? Dit zijn alle stadia van de levenscyclus van een windmolenpark, zijnde de extractie en aanvoer van materialen om alle componenten te fabriceren, de installatie zelf, de uitvoer en het onderhoud, en de ontmanteling op het einde van de levenscyclus. Hieronder valt ook al het transport dat nodig is tijdens alle stadia. Elk stadium genereert verschillende stressoren, zoals emissies, bezetting, gebruik van land en middelen, en afval. Deze hebben uiteindelijk een impact op de kwaliteit van het ecosysteem, de menselijke gezondheid en de natuurlijke bronnen.
Daarenboven wordt de duurzaamheid van een offshore windmolenpark vergeleken met dat van andere energietypes, om een betere vergelijking te kunnen maken. Meer informatie over deze vergelijking is te vinden in de deliverables van dit project.