Sinds 2010 heeft windenergie wereldwijd een aanhoudende groei gekend, waarbij de hoeveelheid energie die wordt opgewekt door offshore wind met toeneemt bijna 30% per jaar. Landen over de hele wereld moeten de levering van hernieuwbare energie snel opvoeren om aan de groeiende vraag te voldoen en de uitstoot snel te verminderen. Ondanks deze urgentie levert offshore wind momenteel minder dan 1% van de wereldwijde elektriciteitsvoorziening.
Veel van de belangrijkste locaties in ondiep water voor de bouw van windparken worden ontwikkeld. Maar het potentieel van offshore wind blijft nog grotendeels onbenut, volgens de onderstaande grafiek van de wereldwijd geïnstalleerde capaciteit.
Onshore vs. offshore windcapaciteit
Legenda: wind op zee = lichtgrijs en wind op land = donkergrijs. IRENA, auteur voorzien
De reden voor dit onbenutte potentieel is dat 80% van de wind waait ononderbroken verder uit de kust - in water dat dieper is dan 60 meter, waar turbines die in de zeebodem zijn ingebed, lastig te bouwen zijn.
De oplossing zou kunnen zijn drijvende offshore windparken. Dus wat houdt ze tegen?
Drijvende wind op zee
Alle bar een handvol bestaande offshore windturbines zijn bevestigd aan de zeebodem door een vaste fundering - meestal een grote stalen buispaal die overgaat in de turbinemast boven de zeebodem. Deze zogenaamde turbines met vaste bodem zijn beperkt tot waterdieptes van 50 of 60 meter.
Maar recente projecten, waaronder Hywind voor de kust van Schotland en wind drijven buiten Portugal, laat zien dat het mogelijk is om drijvende windturbines te bouwen. Een enkele turbine van zes megawatt - zoals die in de Hywind-boerderij - kan genoeg elektriciteit opwekken om 4,000 Britse huizen van stroom te voorzien.
Maar om gelijkwaardige huishoudelijke elektriciteit te leveren aan een wereldbevolking van 9 miljard door 2050 zou ongeveer een half miljoen offshore windturbines nodig hebben - een 100-voudige toename ten opzichte van het huidige aantal - plus de extra capaciteit om elektriciteit te leveren voor toekomstige energievraag.
Helaas zijn drijvende windparken technisch haalbaar, maar economisch niet haalbaar. Iets offshore doen is duur. Om een windpark met een vaste bodem van één gigawatt te bouwen, bedragen de kosten voor het invullen van het benodigde locatieonderzoek ongeveer £ 15 miljoen. De installatie en inbedrijfstelling van de boerderij zou ongeveer £ 650 miljoen bedragen, terwijl de lopende kosten voor exploitatie en onderhoud ongeveer £ 75 miljoen per jaar zouden bedragen. Aan het einde van zijn levensduur, die ongeveer 25 jaar kan duren, is er nog eens £ 300 miljoen nodig voor ontmanteling.
Maar drijvende windparken, die nog in de kinderschoenen staan van hun ontwerp en technologie, zijn nog duurder. Terwijl de prijs voor het leveren van windenergie op zee in 2019 tussen £ 36 en £ 45 per MWh elektriciteit lag, zijn de huidige veilingen voor drijvende wind geprijsd meer dan tweemaal dat bedrag.
Offshore-constructies zijn ook erg groot. De Hywind-turbines van zes megawatt hebben een diameter van 154 meter - elk blad heeft dezelfde lengte als een A380-spanwijdte van een vliegtuig. De Siemens Gamesa 10 megawatt turbine heeft een rotordiameter van 193 meter, terwijl het Amerikaanse National Renewable Energy Laboratory 15 megawatt referentieturbine een diameter heeft van 240 meter. Het bouwen, installeren, bedienen, bewaken, onderhouden en buiten gebruik stellen van infrastructuur van deze omvang, in de oceaan, is geen triviale taak.
Twee van de vijf turbines die worden gebruikt in 's werelds eerste drijvende windmolenpark, Hywind Scotland. Terje Aase / Shutterstock
Terwijl energiebedrijven vaak ver op zee bouwen, produceert een enkele drijvende windturbine veel minder energie dan een enkele offshore olie- of gasinstallatie. Afhankelijk van de grootte van beide constructies zou het gedurende zijn levensduur in het bereik van 1,000 keer minder kunnen zijn. Er is dus veel meer infrastructuur nodig voor dezelfde energieopbrengst uit hernieuwbare energiebronnen. Een offshore windturbine op zee zetten en daar houden, moet een stuk goedkoper worden om de kosten van energieproductie uit offshore olie of gas te evenaren.
Er kan veel worden geleerd van traditionele offshore-engineering om te helpen bij de overgang naar hernieuwbare energie. Maar de noodzakelijke kostenbesparingen kunnen niet worden bereikt door meer van hetzelfde te doen of door de efficiëntie van bestaande methoden en technologieën te verscherpen.
Technische oplossingen
Daarom zijn er waarschijnlijk nieuwe technologieën nodig om drijvende windparken rendabel te maken. Het gebruik van robots en andere autonome technologie om offshore-engineeringactiviteiten te beheersen - van het onderzoeken van de zeebodem tot het bedienen, inspecteren en onderhouden van een drijvende windturbine - zou het risico voor werknemers kunnen verminderen en een efficiëntere controle over deze complexe systemen kunnen geven.
Routine-inspecties van windparken op zee door mensen zouden onpraktisch zijn voor de enorme ontwikkelingen die vandaag worden gebouwd, en zeker voor die welke in de toekomst zijn gepland. Slimme sensoren die in alle delen van een drijvend windpark zijn ingebouwd, kunnen continu beoordelen hoe het met de constructie gaat.
machine learning - die gegevens gebruikt om computers te leren zelf beslissingen te nemen - kan worden gebruikt om ons te vertellen wat het meest efficiënte anker is tijdens het ontwerp, of als een meerlijn tijdens het gebruik het risico loopt te falen.
Machine learning kan al weersgegevens gebruiken om de posities van turbinebladen te regelen, om zoveel mogelijk energie te genereren of om schade bij harde wind of stormen te voorkomen. Nieuwe methoden Door natuurkunde te combineren met machine learning kunnen betrouwbare voorspellingen worden gedaan met minder gegevens, wat handig is op zee waar gegevens moeilijk te verzamelen zijn.
Als de Britse regering begint een onderzoek in het soort technologische innovaties dat de klimaatverandering zou kunnen aanpakken, is offshore wind de eerste aanloophaven. Met investeringen in de technologie van de toekomst kunnen drijvende windmolenparken de capaciteit van het land en de wereld op het gebied van hernieuwbare energie helpen versterken.
Susan Gourvenec, Royal Academy of Engineering Chair in Emerging Technologies - Intelligent & Resilient Ocean Engineering, Universiteit van Southampton
Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanaf The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees de originele artikel.
Verwante Boeken
Drawdown: het meest uitgebreide plan ooit voorgesteld om opwarming van de aarde tegen te gaan
door Paul Hawken en Tom Steyer
In het licht van de wijdverspreide angst en apathie, is een internationale coalitie van onderzoekers, professionals en wetenschappers bij elkaar gekomen om een reeks realistische en gewaagde oplossingen voor klimaatverandering aan te bieden. Honderd technieken en werkwijzen worden hier beschreven - sommige zijn bekend; sommigen heb je misschien nog nooit van gehoord. Ze variëren van schone energie tot het opleiden van meisjes in lagere inkomenslanden tot landgebruikspraktijken die koolstof uit de lucht halen. De oplossingen bestaan, zijn economisch levensvatbaar, en gemeenschappen over de hele wereld voeren ze momenteel uit met vaardigheid en vastberadenheid. Beschikbaar op Amazon
Ontwerp van klimaatoplossingen: een beleidsgids voor koolstofarme energie
door Hal Harvey, Robbie Orvis, Jeffrey Rissman
Nu de gevolgen van klimaatverandering al voor ons zijn, is de noodzaak om de wereldwijde uitstoot van broeikasgassen terug te dringen niets minder dan urgent. Het is een enorme uitdaging, maar de technologieën en strategieën om eraan te voldoen, bestaan tegenwoordig. Een klein aantal goed ontworpen en geïmplementeerde energiebeleidslijnen kan ons op weg helpen naar een koolstofarme toekomst. Energiesystemen zijn groot en complex, dus het energiebeleid moet gericht en kosteneffectief zijn. One-size-fits-all benaderingen zullen de klus gewoon niet klaren. Beleidsmakers hebben een duidelijke, alomvattende bron nodig die het energiebeleid schetst dat de grootste impact zal hebben op onze klimaattoekomst, en beschrijft hoe dit beleid goed vormgegeven kan worden. Beschikbaar op Amazon
Dit verandert alles: Kapitalisme versus The Climate
door Naomi Klein
In Dit verandert alles Naomi Klein betoogt dat klimaatverandering niet alleen een kwestie is die netjes moet worden ingediend tussen belastingen en gezondheidszorg. Het is een alarm dat ons oproept om een economisch systeem te repareren dat ons op veel manieren al tekortschiet. Klein bouwt nauwgezet op hoe massaal onze uitstoot van broeikasgassen wordt teruggedrongen, is onze beste kans om tegelijkertijd gapende ongelijkheden te verminderen, onze gebroken democratieën opnieuw te verbeelden en onze uitgeholde lokale economieën weer op te bouwen. Ze legt de ideologische wanhoop bloot van ontkenners van klimaatverandering, de messiaanse waanideeën van de zogenaamde geo-ingenieurs en het tragische defaitisme van te veel mainstream groene initiatieven. En ze laat precies zien waarom de markt de klimaatcrisis niet-kan en niet-kan oplossen, maar in plaats daarvan de zaken erger zal maken, met steeds extremere en ecologisch schadelijke extractiemethoden, vergezeld door een ongebreideld rampzalig kapitalisme. Beschikbaar op Amazon
Van de uitgever:
Aankopen op Amazon gaan om de kosten van het brengen van je te bekostigen InnerSelf.comelf.com, MightyNatural.com, en ClimateImpactNews.com zonder kosten en zonder adverteerders die je surfgedrag volgen. Zelfs als u op een link klikt maar deze geselecteerde producten niet koopt, betaalt alles wat u bij hetzelfde bezoek op Amazon koopt, een kleine commissie. Er zijn geen extra kosten voor u, dus draag alstublieft bij aan de moeite. Je kan ook gebruik dan deze link te gebruiken op elk gewenst moment voor Amazon, zodat u ons kunt helpen onze inspanningen te ondersteunen.
