Een windmolen op rupsbanden

De mogelijkheden voor de opwekking van windenergie op het vasteland zijn beperkt. Omdat de hoeveelheid wind in het binnenland gering is, zijn energiemaatschappijen al snel aangewezen op locaties langs de kust. Maar de kustlijn volbouwen met windmolenmasten is vanwege onaanvaardbare horizonvervuiling niet acceptabel.

Geen wonder dat windmolenfabrikanten met gretige blik naar zee kijken. De omstandigheden op de Noordzee zijn ideaal. Het ondiepe, winderige plasje voor onze kust leent zich uitstekend voor de aanleg van een omvangrijk windmolenpark. Verschillende producenten studeren daarom de laatste vijf jaar serieus op de mogelijkheden hiervoor.

Windenergie op zee is een groeimarkt. Europa wekt naar schatting in 2010 met zo'n 5000 offshorewindmolens 20.000 megawatt aan elektriciteit op. Daarmee is een investering van 70 miljard gulden gemoeid. België is bijvoorbeeld bezig met een offshoreproject van twee keer 100 megawatt, Duitsland wil in tussen 2003 en 2006 zo'n 2000 megawatt in het water hebben, terwijl Denemarken werkt aan 4000 megawatt. Nederland rekent voorzichtig op plaatsing van 1250 megawatt. Egmond aan Zee gooit hoge ogen voor een pilotproject van 100 megawatt.

Niet eenvoudig
De plaatsing van windmolens op zee is echter niet eenvoudig. Knappe jongen die erin slaagt om met een schommelend schip tientallen meters boven de waterspiegel een loodzware turbine te monteren. Gebruikmaken van vaste platforms is een duur alternatief. De bouw van molens op zee kost daardoor bijna twee keer zoveel als op het vasteland. Een beetje windturbine in het binnenland vergt een investering van 3 miljoen gulden. Prijzen op zee beginnen dus bij 6 miljoen. De hoeveelheid wind is twee keer zo groot als op het vasteland, waardoor het rendement op de investeringskosten vergelijkbaar is.

KEMA heeft in samenwerking met Van Hattum en Blankevoort (VHB), een dochteronderneming van Volker Stevin, in een jaar tijd een vakwerkmast voor offshorewindturbines ontwikkeld. KEMA en VHB bundelen hiermee hun kennis van windenergie en vakwerkmasten én offshoreconstructies. Novem, de instelling die namens het ministerie van Economische Zaken energiesubsidies verdeelt, steunt het project financieel.

Het 80 meter hoge kunstwerk lijkt als twee druppels water op een huis-, tuin- en keukenhoogspanningsmast. Het opmerkelijkste verschil is de ongebruikelijke materiaalsoort: beton. „We kunnen deze masten fabriceren in een normale heipalenfabriek”, legt KEMA-projectleider H. K. Hutting uit. De initiatiefnemers hebben enkele maanden geleden patent op hun vinding aangevraagd. Beton biedt volgens de projectleider verschillende voordelen. „Betonnen palen zijn goedkoper dan de traditionele stalen masten. Bovendien zijn ze beter bestand tegen de corrosieve werking van zeewater.”

Rupsvoertuig
Constructeurs bouwen de 20 meter lange betonnen spanten op het strand op tot een complete windturbine. Vervolgens pakt een speciaal geconstrueerd U-vormig voertuig op acht rupsbanden de topzware mast en rijdt deze voorzichtig de zee in.

Na een rit van 10 kilometer over de zeebodem arriveert het voertuig op de plaats van bestemming en zet z'n 500 ton wegende vrachtje op een vooraf geheide fundering. Het karretje moet vervolgens even blijven wachten tot de cement in de mof tussen mast en fundering is uitgehard.

Het rupsvoertuig rijdt vervolgens terug naar het strand om de volgende mast te halen. „We hebben gestreefd naar maximale eenvoud. De bodem van de Noordzee is vrij vlak. Dat moet geen problemen opleveren.” Via uitschuifbare vijzels op de rupsbanden kan het voertuig hobbels opvangen en hellingen van 6 procent moeiteloos nemen. „We liggen niet wakker van een zandbankje. Maar we rijden ook geen 50 kilometer per uur”, zegt Hutting geruststellend. KEMA en de Volker Stevin-dochter hebben ook op deze uitvinding octrooi aangevraagd.

Breekbaar
Een groot obstakel voor maritieme mastenmakers vormt het voortdurende krachtenspel van wind en water. „De mast kan breken als de wind- en waterbeweging samenvallen”, zegt Hutting, verwijzend naar resonantierisico's. De ontwikkelaars hebben de betonnen spanten daarom onderling verbonden via stalen trekstangen. Deze stalen verbindingen zijn via een ingenieus hydraulisch systeem losser en vaster te draaien. „We kunnen de bewegingsfrequentie van de toren volautomatisch wijzigen, door de trekstangen aan te draaien. Signaleert de computer een ongunstige combinatie van bewegingsfrequentie van rotor en mast, dan vergroot hij de stijfheid van de toren door de trekstangen aan te draaien. Voordeel hiervan is dat de mast minder dik hoeft te zijn om voldoende stijfheid te creëren”, legt Hutting uit. Een patentaanvraag voor dit onderdeel is de deur uit.

Nadelen
Nadelen van de betonmast? Nadenkend staart Hutting uit het raam, richting een hoogspanningsmast. „Smaken verschillen”, zegt hij ten slotte voorzichtig. „Je moet ervan houden. In Noordwest-Europa vindt men een vakwerkmast voor een windmolen niet mooi. Monopalen zijn een stuk duurder, maar worden geaccepteerd omdat ze fraaier zijn. Een vakwerkmast is vooral dichtbij lelijk. Deze windmolenmasten worden echter 10 kilometer uit de kust geplaatst. Daarom hebben wij de esthetische normen losgelaten.”

De mast van KEMA moet zich bovendien in de praktijk nog waarmaken. „Buismasten hebben zich al bewezen.” Hutting geeft toe dat daar mogelijk een risico in schuilt. „Deze hybride mast van beton en staal is bijzonder. Maar als je een miljard wilt investeren, wil je zekerheid hebben dat het werkt.”

Toch zijn de verwachtingen van de KEMA-projectleider hooggespannen. „Volgens de sommetjes kan het”, verzekert hij, „en we zijn goed in sommetjes maken.” Voor de winter wil Hutting een prototype bouwen. Misschien op het water, misschien op het land. Dit testexemplaar moet de berekeningen uit de studeerkamer bevestigen en aantonen dat het ontwerp geschikt is voor Egmond aan Zee. „We moeten het vervolgens doorontwikkelen tot een seriematig product.”

De opgerichte joint venture van KEMA en VHB probeert op dit moment windmolenfabrikanten te interesseren voor het ontwerp. Binnen twee weken volgen de eerste gesprekken. „De vakwerkconstructie is een factor twee goedkoper dan oplossingen van concurrenten”, verklaart het brein achter de uitvinding. Aan een complete KEMA-molenmast hangt een prijskaartje van slechts een miljoen gulden. „We kunnen echter niemand verplichten bij ons te kopen.”

Spectaculair
Windenergiespecialist Jos Beurskens van het Energieonderzoek Centrum Nederland (ECN) in Petten reageert terughoudend op de ambitieuze plannen van KEMA en consorten. Beurskens is betrokken bij een soortgelijk, concurrerend initiatief van ECN-Heerma-IHC Caland. „Wij werken via een volstrekt ander concept. Dan ben je al snel geneigd om te zeggen dat dit niks is. Gevoelsmatig denk ik ook dat het niet werkt. Maar ik ben voorzichtig.”

De windenergiedeskundige noemt de plannen van KEMA achtereenvolgens „zeer uitdagend, fantastisch en spectaculair.” Hij prijst de onconventionele aanpak. „Het is moedig om het zo te doen. Elke conventionele aanpak voor windturbines op zee is gedoemd te mislukken. Je moet onconventioneel denken.” Beurskens –„ik heb plaatjes van het KEMA-project gezien”– kan zich niet aan de indruk onttrekken dat het KEMA-initiatief een „groot brainstormsessiegehalte” heeft. „Ik vind KEMA optimistisch. Maar we zullen er serieus naar kijken.” In Nederland worden op drie plaatsen tegelijk studies gedaan naar offshorewindturbines. Beurskens voorziet in de nabije toekomst een samenwerking tussen de drie „bevriende concurrenten.” De huidige fase van profilering mondt volgens hem uiteindelijk uit in samenwerking. „We komen elkaar wel weer tegen.”