Windenergie zonder subsidie – Achtergrondartikel

Eind 1980 verrees op de hellingen van Crotched Mountain in Southwest New Hampshire (USA) het eerste commerciële windproject: twintig windmolens met een totaal vermogen van 0,6 MW. De belangstelling voor windenergie waaide vanuit de Verenigde Staten over naar Europa en in de jaren ’90 groeide het aantal windmolens explosief. Toonaangevende Europese landen waren Denemarken en Duitsland, maar ook in Nederland, het Verenigd Koninkrijk, Zweden en Spanje verschenen opeens grote aantallen windturbines aan de horizon. Nooteboom houdt de wereld van windenergie via eigen onderzoek scherp in de gaten.

The Nooteboom Mega Windmill transporter

Windenergie wordt nu wereldwijd toegepast. Interessante opkomende markten zijn Rusland, Argentinië, Saudi-Arabië en Vietnam. En voor de langere termijn worden de Philippijnen, Indonesië, Nigeria en Iran genoemd als interessante groeimarkten. In Europa zal de groei in de komende vijf jaar duidelijk achterblijven bij de wereldwijde cijfers. Langdurige procedures en stringente regels beperken de groei in Europa. Iedereen wil bijdragen aan de omschakeling naar schone energie, maar niemand ziet graag een windmolen in zijn achtertuin.

De overheid bepaalt via politieke beslissingen over de hoogte van de subsidies het tempo, waarmee we kunnen omschakelen naar windenergie. De kostprijs van windenergie daalt in de komende jaren onder de prijs van elektriciteit, die wordt opgewekt via verbranding van fossiele brandstoffen. Tot 2022 zal de groei in Europa beperkt blijven tot ongeveer 7% per jaar. Daarna zijn de vooruitzichten gunstiger en vanaf 2030 moet zeker 50% van alle windmolens alweer vervangen worden door nieuwere, meer efficiënte exemplaren. Wanneer een geschikte energiedrager wordt gevonden – bijvoorbeeld waterstof – dan zullen de windmolens na 2050 weer verdwijnen uit dichtbevolkte regio’s in West-Europa.

De cijfers

In 2017 werden wereldwijd windturbines geplaatst met een totaal vermogen van 52.492 MW. Daarmee kwam het totaalvermogen uit op 539.123 MW, een groei van 11%. Van die capaciteit staat slechts 3% op zee, maar de markt voor offshore windmolens groeit snel, vooral door de aanleg van grote windparken op de Noordzee. De meest opvallende ontwikkeling in 2017 is de sterke daling van de prijs per kWh. Belangrijke tenders voor nieuwe windparken in Marokko, Mexico en Canada werden aangeboden voor een prijs van ongeveer
US $ 0,03 per kWh. Ook voor de Zeeuwse kust komt een windpark, dat kan draaien zonder subsidie. 2017 was een topjaar als het gaat om nieuw geïnstalleerd vermogen in Europa met Duitsland en Engeland als koplopers. De top vijf wereldwijd in 2017: China, de USA, Duitsland, India en Spanje.
(Klik op de grafiek om in te zoomen.)

De voorspelling tot 2022

Tot 2017 was de opwekking van elektriciteit via windturbines duurder dan opwekking met conventionele (kolen)centrales. Die situatie is veranderd door nieuwe, sterk verbeterde technologie. Windenergie kan nu zonder subsidie de concurrentie aan. Door de lagere kostprijs zal de vraag naar nieuwe windmolens wereldwijd onverminderd sterk blijven met een groeipercentage boven de 10% per jaar. In Europa was 2017 een recordjaar, maar voor de komende jaren wordt een duidelijk lagere groei – zo rond 7% – voorspeld. Een belangrijk deel daarvan komt voor rekening van offshore windparken rond de Noordzee. De capaciteit daarvan zal in de komende vijf jaar verdubbelen. Binnen de EU wordt gewerkt aan het verhogen van de doelstelling voor opwekking van schone energie tot 2030. De nieuwe doelstelling voor 2030 is 32% schone energie. Daarmee kan de bouw van windmolens in Europa ná 2022 een nieuwe impuls krijgen.

Schone energie voor alle Europeanen

In Europa was eind 2017 een totaalvermogen van 168,7 GW geïnstalleerd, waarvan 153 GW op land en 15,8 GW op zee. Daarmee leverden de windparken 11,6% van het totale elektriciteitsverbruik in de EU. Koplopers zijn Denemarken (44%) en Portugal (24%). Windenergie levert werk aan meer dan 270.000 mensen in Europa. Voor veel Europese landen was 2017 een overgangsjaar. Subsidieregelingen worden de komende jaren afgebouwd en de groei wordt belemmerd door lastige en langdurige procedures voor de plaatsing van windmolens. Eén van de doelstelling van ‘Clean Energy for All Europeans’ is stroomlijnen en versnellen van procedures. De EU zal stringente regels gaan stellen over de reductie van de CO2 uitstoot en het afbouwen van het gebruik van fossiele brandstoffen.

Meerdere  Mega Windmill Transporters in Polen

De problemen

Niet alleen de lange procedures belemmeren de groei van het aantal windmolens. Ook voor de opslag en het transport van de opgewekte energie zijn nog geen eenduidige oplossingen. ‘Power-management’-systemen moeten de vraag en het aanbod beter op elkaar afstemmen. Nieuwe kabels (zoals de Cobra kabel tussen Nederland en Denemarken) zullen worden aangelegd om de opgewekte windenergie beter over het Europese elektriciteitsnetwerk te verdelen. Voor opslag van energie worden zowel in Europees verband als wereldwijd oplossingen gezocht. Een voorbeeld: in Oostenrijk wordt overtollige energie opgeslagen door water in een hooggelegen bergmeer te pompen. De Obervermunt II waterkrachtcentrale kan die capaciteit (360 MW) weer terug leveren aan het elektriciteitsnetwerk. In Duitsland loopt een proefproject waarbij vier windturbines worden voorzien van een betonnen waterbak rond de toren. De opslagcapaciteit: 70 MWh, genoeg om 4.000 elektrische auto’s 100 km te laten rijden. De meest veelbelovende ontwikkeling is de productie van waterstofgas met behulp van windenergie. Waterstofgas kan per schip worden vervoerd, maar ook het Europese leidingnet voor aardgas zou aangepast kunnen worden. Omschakeling naar waterstofgas als energiedrager is een enorme technische uitdaging. Bovendien moet de kostprijs, die nu nog op ongeveer € 10 per kilogram ligt, duidelijk lager worden. Gebruik van waterstofgas zou twee belangrijke problemen oplossen: opslag en vervoer. Windenergie moet worden opgewekt op plaatsen waar veel wind is én waar de molens weinig overlast voor omwonenden opleveren. Het is niet ondenkbaar, dat we over 20 of 30 jaar waterstofgas tanken, dat per schip is aangevoerd vanuit landen rondom de Stille Oceaan. In dat geval zal na 2030 het zwaartepunt voor de bouw van nieuwe windturbines zich verplaatsen naar regio’s met veel wind en ver buiten Europa. Andere problemen: een snelle overschakeling naar het gebruik van elektrische auto’s vraagt om grote investeringen in het Europese elektriciteitsnetwerk. Het is bijna zeker, dat de wind en de zon in de toekomst onze energie gaan leveren, waarbij ook de kostprijs van zonne-energie sterk daalt. Daarbij stellen deskundigen, dat slecht een deel van de Sahara voldoende zonne-energie kan leveren voor heel Europa. Op een dag met veel wind is in delen van Europa nu al een overschot aan elektrische energie. De uitdaging voor de komende jaren is opslag, transport en het aanpassen van de netwerken.

De prijs is het bewijs

Tot op heden wordt de omschakeling naar schone energiebronnen sterk beïnvloed door politieke beslissingen. Een kolencentrale wekt stroom op met een kostprijs onder € 0,05 per kWh. Op de afrekening thuis staat echter meer dan € 0,20. Het grootste deel van het verschil (ongeveer € 0,16) gaat naar de overheid in de vorm van belastingen. Door subsidies heeft de overheid de bouw van windturbines in de afgelopen jaren sterk gestimuleerd. Soms wordt zelfs beweerd, dat windmolens niet zonder subsidie kunnen draaien. Dat is slechts ten dele waar, want de belastinginkomsten op windenergie zijn lager dan de belasting inkomsten bij gebruik van een vervuilende kolencentrale. Als de kosten van de vervuiling daarbij worden opgeteld, dan is windenergie aanzienlijk goedkoper. De politiek heeft een grote invloed gehad op de ontwikkeling van de windindustrie. Die invloed gaat verdwijnen omdat de sector volwassen is geworden en goedkoop genoeg kan produceren om te concurreren tegen opwekking met fossiele brandstoffen. De eerste tenders met een kostprijs per kWh onder de € 0,05 zijn al ingevuld en de kostprijs blijft van windenergie blijft dalen.

Nieuwe technieken

De technische ontwikkelingen bij de fabrikanten van windmolens zijn in de afgelopen jaren met grote stappen vooruit gegaan en het eind is nog lang niet in zicht. Een belangrijke ontwikkeling is het omschakelen van generatoren met een tandwielkast naar ‘direct-drive’, waarbij de generator hetzelfde toerental draait als de wieken. De voordelen van een direct-drive: minder bewegende delen, een betere koeling, een hoger rendement en een lagere geluidsproductie. Een deelbare variant van de generator moet de plaatsing en het onderhoud eenvoudiger maken. Een andere ontwikkeling, die grote invloed zal hebben op de bouw en het transport is de mogelijkheid om hogere vermogens te leveren. Tot voorkort lukte het geen enkele fabrikant om de 10 MW-grens te overschrijden. GE komt nu als eerste met een 12 MW offshore windturbine en berichten over een 15 MW uitvoering verschijnen al in de pers. Eén windmolen van deze omvang levert stroom voor 12.000 tot 15.000 mensen! De bouw van nog grotere en hogere windmolens wordt nu nog beperkt door de grootte van de componenten en de capaciteit van bestaande rupskranen. Op verschillende plaatsen wordt gewerkt aan de ontwikkeling van klimmende kranen, waardoor het mogelijk wordt om hogere torens te bouwen. Deelbare componenten, zoals vleugels en generatoren, zullen het transport en de montage eenvoudiger maken.

De gespecialiseerde opleggers van Nooteboom voor de windindustrie worden wereldwijd ingezet

Waterbassin rond de toren voor opslag van energie

Gewichtbesparing

Windturbines werden in de afgelopen jaren steeds zwaarder. Een 7,5 MW uitvoering met een betonnen/stalen toren weegt ongeveer 6.000 ton. Daarvan zit 2.500 ton verstopt in de fundering, de toren weegt 2.800 ton en de generator en de vleugels zijn goed voor bijna 400 ton. Toekomstige torens zullen lichter worden. Vestas werkt aan een prototype, waarbij halverwege de toren kabels naar de grond worden gespannen. Ook het modulair bouwen of het verplaatsen van de generator naar de onderkant van de toren kan een aanzienlijk gewichtsbesparing opleveren.

De gevolgen voor transportbedrijven

Windenergie voorziet in een steeds groter aandeel van onze energiebehoefte. Toch moet de belangrijkste stap nog komen: een concurrerende kostprijs tegenover opwekking met fossiele brandstoffen. Die stap wordt nu gemaakt. De kostprijs van windenergie is in de afgelopen tien jaar met meer dan 50 % gedaald en het einde is nog niet in zicht. Een deel van die lagere kostprijs komt voor rekening van de transportbedrijven en de kraanverhuurders. Ook op langere termijn blijven de transportkosten onder druk staan, waarbij een handvol Europese windmolen producenten kunnen kiezen uit de diensten van enkele honderden transportbedrijven. De transporteur heeft verschillende opties om in deze concurrentieslag te overleven. De eerste is een hogere bezettingsgraad voor het gespecialiseerde materieel, dat nodig is voor het vervoer van torendelen, de nacelle of de vleugels. De tweede optie is multifunctioneel materieel, waardoor de trailer niet alleen in de windindustrie, maar ook voor andere werkzaamheden kan worden gebruikt. De derde – misschien wel de belangrijkste – optie is om meer gebruik te maken van multimodaal vervoer. Vleugels tot zo’n 70 meter worden nog over de weg vervoerd. Binnenkort komen de eerste vleugels van 107 meter lang. Voorlopig zijn deze vleugels alleen bestemd voor offshore windmolens. Over water zijn lange, brede en zware transporten vaak eenvoudiger uit te voeren, behoudens hoogte beperkingen door de doorvaarthoogte van bruggen. Een Duitse windmolen fabrikant heeft recent proeven uitgevoerd met een dolly onder een zelfdragende vleugel. Ook het schuin omhoog zetten van vleugels bij het passeren van moeilijke delen van de route zal steeds meer worden toegepast. ALE heeft een andere technologie ontwikkeld voor transporten van zeer grote ladingen over gecompliceerde routes: de Route Survey Tool. Deze maakt vooraf een gedetailleerde elektronische analyse van de route. De afzonderlijke Driver Assist Tool biedt chauffeurs de mogelijkheid om zich vooraf voor te bereiden op de route. Kortom: windmolens worden groter, maar het transport moet goedkoper en efficiënter.

Exceptioneel transport via rail en binnenvaart

De trend is hogere vermogens en langere vleugels. De langste zijn nu 107 meter lang.

Nooteboom

Nooteboom begon rond 1990 als eerste trailerleverancier met het ontwikkelen van speciale oplossingen voor het transport van windmolens. De Mega Windmill Transporter werd een enorm succes voor het vervoer van torendelen met grote diameter en de Super Wing Carrier is de standaard trailer voor het vervoer van zeer lange vleugels tot 80 meter. Ook voor de kranen, die bij de opbouw van windmolens worden gebruikt, levert Nooteboom de meest efficiënte transportoplossingen, zoals de Teletrailer, de Ballasttrailer en de Manoovr. Nooteboom volgt de ontwikkelingen in de windindustrie nauwlettend. Daarom is het beleid van Nooteboom – naast gebruiksvriendelijkheid en veiligheid – vooral gericht op het verlagen van de total-cost-of-ownership (TCO).

Het goede nieuws

Goed nieuws is dat de bouw van windparken wereldwijd voorspoedig verloopt, maar tegelijkertijd staat de oplossing voor transport en opslag van energie nog in de kinderschoenen. Als de techniek voor de productie van waterstofgas verbetert, dan zullen toekomstige windparken verplaatst worden naar dunbevolkte regio’s met veel wind. Binnen Europa zijn in korte tijd grote windparken gebouwd, maar het elektriciteitsnetwerk is nog niet aangepast om de fluctuerende productie van de windparken te verdelen over Europa. Windenergie is een stabiele factor geworden in onze energie voorziening met kostprijs die kan concurreren tegen gas of kolen gestookte centrales. Om die concurrerende prijs te bereiken wordt van alle toeleveranciers, die bij de bouw en het transport betrokken zijn, gevraagd om nog efficiënter te werken. Aan Nooteboom zal het niet liggen, want daar wordt al jaren gewerkt aan zeer efficiënte oplossingen voor het vervoer van windturbines.

Klimmende kraan

Klimmende kranen

Windmolens worden steeds hoger en een generator met een gewicht boven 100 ton is geen uitzondering meer. De meeste windmolens worden opgebouwd met conventionele kranen. Gigantische kranen als de Liebherr LTM 11200-9.1 mobiele kraan en de Terex CC 8800-1 rupskraan worden gebruikt bij de bouw van de grootste windturbines. Voor de opbouw van deze enorme kranen is veel ruimte nodig en tientallen zwaar transportcombinaties zijn nodig om de kranen naar een ander bouwplaats te vervoeren. Op verschillende fronten wordt gewerkt
aan kraanconcepten, waarbij minder ruimte nodig is en het

transport efficiënter uitgevoerd kan worden. Bovendien moeten de nieuwere kranen bij hogere windsnelheden kunnen werken. Verschillende concepten bestaan alleen nog maar op papier, maar twee uitvoeringen worden ook in de praktijk gebruikt: de Krøll K1650L torenkraan is geheel afgestemd op de bouw van zeer hoge windmolens én gebruik bij hogere windsnelheden. Nog verder gaat Nederlandse bedrijf Lagerwey met de Climbing Crane. Deze klimmende kraan werd in het najaar van 2017 voor het eerst getest bij de bouw van een Lagerwey L136 windturbine bij de Eemshaven (NL). De complete Climbing Crane wordt vervoerd op slechts drie vrachtwagens. De ontwikkeling van klimmende kranen is nog volop in beweging. Mammoet – de WTA 250 – werkt aan een uitvoering, waarbij eerst een geleiderail aan de toren wordt bevestigd. De klimmende kraan van Lagerwey wordt zonder geleiderail aan de toren bevestigd.