Innovatie

Innovatie

Windenergie en innovatie

Windenergie op zee heeft de afgelopen drie decennia een gigantische ontwikkeling doorgemaakt. Het begon allemaal met Vindeby, een klein demonstratieproject dat 2.200 huishoudens in Zuid-Denemarken van elektriciteit voorzag. Inmiddels gebruiken vele miljoenen huishoudens, verspreid over drie continenten, elektriciteit die afkomstig is van windparken op zee. De technologie heeft zich bewezen en is concurrerend geworden. Het is nu goedkoper om elektriciteit te produceren met wind op zee dan met nieuwe kolen-, gas- of kerncentrales. Het potentieel van windenergie op zee is groot. In Nederland levert wind op zee nu zo’n 3% van het totale elektriciteitsverbruik. In 2030 zal dat zo’n 40% zijn.

De vier grote fases van windenergie op zee

De geschiedenis van wind op zee bestaat grofweg uit vier fases:

1991 – 2001: de eerste windparken op zee. Dit waren vooral demonstratieprojecten in een klein aantal Europese landen.

2002 – 2011:
het opschalen van projecten. De eerste moderne windparken op zee, waarvan Horns Rev 1 in 2002 de eerste was, werden steeds groter en complexer. De toeleveringsketen werd ontwikkeld. Turbines werden groter en parken werden verder uit de kust gebouwd. Daardoor stegen de kosten stegen nog in deze fase.

2012 – 2017:
realiseren van kostenreducties. In deze derde fase stond het verlagen van de kosten centraal. Door het ontstaan van schaalvoordelen een verdere ontwikkeling van de technologie kon een kostenreductie van 60% worden gerealiseerd. Daarmee werd het goedkoper om elektriciteit te produceren met wind op zee dan met nieuwe kolen-, gas- en kerncentrales.

2018 - heden
: in de huidige vierde fase is windenergie op zee niet langer alleen een Europese technologie. Windenergie op zee wordt nu ook ontwikkeld in Noord-Amerika en Azië-Pacific.
 
De ontwikkeling van windenergie op zee was in de afgelopen drie decennia mogelijk door een goede constructieve samenwerking tussen de overheid en de industrie. Overheden zorgden met ambitieuze groene energie doelstellingen voor voldoende vraag, ze formuleerden lange termijnbeleid voor windenergie en betaalden mee aan windparken (subsidie) en onderzoek. 

Door de goede en voorspelbare marktvooruitzichten met doelstellingen op langere termijn was het voor de sector mogelijk om de sprong te wagen en windenergie op zee op grote schaal te ontwikkelen. Daardoor was innovatie mogelijk en kon de sector fors investeren. Door de forse schaalgroei konden de kosten omlaag en werd windenergie concurrerend. Elke keer dat de wind op zee capaciteit verdubbelde, gingen de uiteindelijke elektriciteitskosten met zo’n 18% omlaag. Door het grotere marktvolume ontstonden schaalvoordelen, groeiende concurrentie, waren investeringen in nieuwe technologieën en technologische verbeteringen mogelijk en is ook de toeleveringsketen volwassen geworden. 

De uitrol van windenergie op zee in Europa naar een grootschalige, kostenconcurrerende technologie voor groene energie leverde lessen op die we nu kunnen inzetten in andere delen van de wereld. We kunnen ze ook toepassen om bijvoorbeeld waterstof en batterijopslag verder te ontwikkelen. Deze technologieën vullen zonne- en windenergie aan. Door de schaal verder te vergroten kunnen we de kosten verder verlagen, onze ambities verhogen en oplossingen bieden om de economie op groene energie te laten draaien.

Windenergie op zee mijlpalen van Ørsted

Drie decennia actief zijn op het gebied van windenergie op zee heeft voor ontzettend veel innovaties en mijlpalen gezorgd. Een selectie van onze windenergie op zee hoogtepunten:

1991: Ørsted bouwt 's werelds eerste offshore windpark Vindeby in Denemarken.

2002: Ontwikkeling Horns Rev 1. Met 160 MW was Horns Rev 1 het eerste windpark op zee op grotere schaal. Horns Rev 1 was het eerste windpark op zee dat werd gebouwd op stalen monopaalfunderingen en met een speciale offshore transformator.

2006: Ørsted neemt Barrow in gebruik. Dit was het eerste windpark op zee in het Verenigd Koninkrijk.

2009: Ørsted en Siemens sluiten een overeenkomst voor de grootste order ooit: 500 x 3,6 MW offshore windturbines. Hierdoor kon de toeleveringsindustrie opschalen en werden de kosten voor het bouwen van windparken op zee lager.

2009: Ørsted neemt de Deense rederij A2SEA, marktleider op het gebied van installatieschepen voor de bouw van windparken op zee, over. Dit zorgde voor een continue beschikbaarheid van installatieschepen en versterkte de positie van Ørsted.

2012: Ørsted stelt de ambitieuze kostenreductiedoelstelling om in 2020 onder de 100 euro per MWh te komen. In 2016 lukte het al om dit doel te halen: we wonnen de aanbesteding voor het Nederlandse windpark Borssele 1&2 met een prijs van 72,70 euro per MWh, exclusief netwerkkosten.

2013: Ørsted neemt London Array, ten oosten van het VK, in gebruik. Met een vermogen van 630 MW is London Array op dat moment het grootste windpark op zee ter wereld.

2014: Ørsted verwerft een UK Contract for Difference (CfD) voor Hornsea 1. Met 1.218 MW is dit 's werelds grootste windpark op zee. Het windpark wordt op meer dan 120 km uit de kust gerealiseerd. Daarmee wordt ook een nieuwe standaard gezet voor hoe ver windparken uit de kust te bouwen zijn.

2016: Ørsted wint de eerste aanbesteding voor de grootschalige uitrol van windenergie op zee in Nederland. Borssele 1&2 is het eerste windpark dat gebruik maakt van de Siemens Gamesa 8 MW turbines, elk met een hubhoogte van ongeveer 120 meter en een spanwijdte van 167 meter. De turbines zijn elk groter dan de Euromast in Rotterdam.

2017: Ørsted  wint een CfD contract voor het Britse windpark Hornsea 2, met 57,50 GBP per MWh (EUR 65 per MWh) als prijs (inclusief netwerkkosten), waarmee de prijs voor windenergie op zee nog forser daalt. 

2018: Ørsted geselecteerd als ontwikkelaar van het Skipjack 1 windpark in Maryland, VS. Dit is het eerste windpark op zee dat gebruik zal maken van de GE Haliade X 12 MW windturbine, die momenteel wordt getest in de haven van Rotterdam.

2019: Ørsted opent Formosa 1. Dit is het eerste windpark op zee in Taiwan.

2020: Ørsted opent de Borssele 1&2 onderhoudslocatie in Vlissingen-Buitenhaven. Het is de eerste onderhoudslocatie van Ørsted in Nederland. In 2020 bouwt Ørsted het windpark Borssele 1&2, dat bij realisatie het grootste windpark op zee van Nederland is.

Vier belangrijke technologische innovaties
Ørsted speelde als marktleider een belangrijke rol bij de ontwikkeling van de windenergie op zee sector. We zoomen in op vier belangrijke ontwikkelingen uit de geschiedenis van windenergie op zee.

Met leveranciers zorgen voor schaal en zekerheid 

Op 6 maart 2009 sloot Ørsted een deal van ongekende omvang met Siemens Energy. Daarmee werd de basis gelegd voor het industrialiseren en opschalen van wind op zee. De aanvankelijke overeenkomst was voor 500 windturbines. Uiteindelijk kocht Ørsted 700 identieke 3,6 MW Siemens-turbines. Deze turbines maakten deel uit van 'het 3,6 MW-platform', dat later werd aangepast naar 4,0 MW. Voorafgaand aan deze overeenkomst ontwikkelde Ørsted elk windpark op individuele basis en werden turbines en onderdelen voor elk project afzonderlijk gekocht. De overeenkomst tussen Siemens en Ørsted zorgde voor een voorspelbare en stabiele markt. Totdat deze overeenkomst werd gesloten was steeds onduidelijk of er voldoende turbines voor de juiste prijs konden worden geproduceerd. Ørsted gaf hiermee het signaal af dat deze technologie er voor de langere termijn was en committeerde zich daaraan. De Siemens turbines werden voor het eerst gebruikt bij Walney 1&2 in 2011 en bij London Array in 2012. Later werden de turbines ook gebruikt bij Lincs, Anholt en Borkum Riffrund 1. De aanpak werd in 2012 herhaald, toen Ørsted nog eens 300 turbines van 6 MW bij Siemens Energy bestelde. Samen met de leveranciers werd gezorgd voor schaal en zekerheid.

De overeenkomst die we met Siemens sloten voor turbines had ook direct effect op de rest van de sector. Voor de installatie van de grote hoeveelheid turbines waren moderne installatieschepen nodig. Ørsted kocht in 2009 de Deense rederij A2SEA. Dit leverde voldoende kapitaal op om in China een volgende generatie installatieschepen te bestellen. Tot die tijd werden herbestemde transportschepen gebruikt voor de installatie van windturbines. Zo werden de eerste windparken op zee in Denemarken gebouwd met een herbestemd transportschip, dat voor die tijd bananen vervoerde in het Caribisch gebied. Het schip was aangepast om de turbines te kunnen installeren, maar met name bij harde wind was dit vrijwel onmogelijk. De eerste generatie speciale installatieschepen voor windparken op zee konden veel hogere windsnelheden aan.

Op een soortgelijke manier investeerde Ørsted ook in CT Offshore, dat de kabelinstallatie verzorgde. Ook dit belangrijke onderdeel van de wind op zee sector kon daardoor voldoen aan de groeiende vraag.

Standaardisatie funderingen windturbines

Een continue innovatie in de windsector is te zien op het terrein van de funderingen. De funderingsontwerpen voor windturbines op zee zijn door de jaren heen mede door Ørsted gestandaardiseerd. De hoeveelheid staal die voor monopaalfunderingen wordt gebruikt is door de jaren heen fors afgenomen. Monopalen komen oorspronkelijk uit de olie- en gasindustrie en werden gebruikt om productieplatforms, zoals booreilanden, stevig in de zeebodem te verankeren. Ørsted en andere spelers in de wind op zee sector besloten deze technologie ook te gebruiken voor windturbines op zee. 

In de beginjaren ging het om veel grotere hoeveelheden staal per fundering. De ingenieurs van Ørsted die aan de basis stonden van de eerste windparken op zee hadden bijna geen gegevens en berekeningen over de belasting van de funderingen. Daarom moesten ze de hoeveelheden staal die nodig was voor een fundering conservatief berekenen. In het begin werd er naar schatting zo’n 50% meer staal gebruikt dan achteraf nodig bleek. Naarmate we beter werden in het meten van de windsnelheden en de belasting van de turbine, werden we ook beter in het berekenen van de benodigde hoeveelheid staal. Dat leidde uiteindelijk tot een standaardisatie van de funderingsmarkt, waardoor leveranciers zekerheid kregen en er onderling veel vertrouwen was. Ørsted had als eerste grote ontwikkelaar veel turbines om te kunnen testen en veel ingenieurs die de berekeningen konden maken. Ørsted heeft de innovatie in monopalen in nauwe samenwerking met de leveranciers gerealiseerd. Ook deze ontwikkeling heeft sterk bijgedragen aan het kunnen verlagen van de kosten voor windenergie op zee.

Een betere layout door betere metingen op zee

Ørsted stond aan de basis van betere metingen op zee. Door de LIDAR-technologie kon er sneller en beter worden gemeten. Dat was goed voor zowel Ørsted als de gehele sector. Het werd met de LIDAR- technologie mogelijk om een op de zeebodem bevestigde meteorologische mast te vervangen door een intelligente boei. De nieuwe LIDAR-technologie was veel goedkoper en veel sneller. 

Vroeger moest een installatieschip een mast op een kleine monopaal in de zeebodem installeren om metingen te verrichten. Alle schepen in het gebied moesten worden gewaarschuwd om te voorkomen dat iemand tegen de mast zou varen. Het duurde lang om toestemming te krijgen om een mast op te zetten en het onderhoud was duur en tijdrovend. De LIDAR-boeien waarmee we tegenwoordig meten, vormen geen bedreiging voor andere maritieme activiteiten en kunnen meten tot wel 200 meter hoogte.

Goede metingen van windsnelheden en -richtingen en aerodynamica zijn belangrijk om een windpark optimaal te kunnen ontwerpen en bouwen. Het beschikken over de juiste gegevens is essentieel bij het ontwerp van funderingen, turbines en kabels. Bij ons windpark Anholt leidde de geoptimaliseerde lay-out tot een directe verbetering van de energieproductie met ongeveer 1,5% in vergelijking met eerdere windparken.

Het integreren van groeiende volumes groene stroom in het energiesysteem

Energiesystemen zijn in transitie. Ze hebben te maken met een snel groeiend aanbod van groene elektriciteit waarvan de productie variabel is. Tot dusver lukt het goed om deze volumes te integreren. Zo wordt in Denemarken al 47% van het totale elektriciteitsverbruik geleverd door windturbines op land en op zee. In Nederland is dat tot dusver slechts 9%, maar dat zal de komende jaren snel groeien. 

Het toewerken naar een energiesysteem dat volledig draait op groene energie vraagt om meer dan enkel het uitbouwen van productiecapaciteit. De volgende uitdaging is systeemintegratie. Daarom werkt Ørsted aan innovaties die ervoor zorgen dat het energiesysteem in balans blijft. Zo hebben we in 2017 bij het windpark Burbo Bank in het Verenigd Koninkrijk een batterij geïnstalleerd die zogenaamde ‘frequency control’ biedt aan National Grid, de beheerder van het landelijk hoogspanningsnet. Hiermee werd voor het eerst een batterij gelinkt aan een windpark op zee om dergelijke systeemdiensten te leveren. Het draagt bij aan het in balans houden van vraag en aanbod en het handhaven van de 50 Hertz frequentie op het Britse hoogspanningsnet.

Om op momenten dat er geen wind of zon is toch voldoende elektriciteit te leveren is het belangrijk om verschillende opslagtechnologieën te ontwikkelen. Dit doet Ørsted met het Carnegie Road project. Hierbij is in 2019 20 MW aan batterijopslag gerealiseerd waardoor er op een moment van tekorten snel elektriciteit aan het net geleverd kan worden. 

Een andere vorm van opslag wordt geboden door waterstof. In Denemarken ontwikkelt Ørsted een project voor het omzetten van windenergie in waterstof. Deze zal worden gebruikt als schone brandstof voor bussen en vrachtwagens. Net als bij wind op zee zet Ørsted zich bij waterstof in voor een snelle schaalvergroting, het optimaliseren van de technologie en het reduceren van kosten. De bouw van waterstoffabrieken gaat in de toekomst helpen om de snel groeiende volumes variabele stroom in het energiesysteem te integreren. En daarmee een oplossing te bieden voor het reduceren van CO2 in de industrie- en transportsector.
 

Wereldwijd marktleider wind op zee

Ørsted is wereldwijd marktleider windenergie op zee. We ontwikkelen en opereren windparken in Europa, Azië en de Verenigde Staten.