De mega-windmolens komen eraan, maar waar moeten ze staan?

Op de Maasvlakte staat één van ’s werelds grootste windmolens: de Haliade-X. Met wieken zo lang als een voetbalveld - 107 meter om precies te zijn - heeft de gigant van General Electric een piekvermogen van 14 megawatt. Dat is genoeg om 16.000 huishoudens in Nederland van stroom te voorzien.

De Haliade-X, die eind 2019 zijn entree maakte op de Maasvlakte, past in de trend van alsmaar grotere windturbines. In krap twintig jaar tijd is de diameter van de gemiddelde rotor verdubbeld van 60 naar 120 meter. Nu zijn er heuse megamolens in ontwikkeling: turbines die de magische grens van 20 megawatt moeten passeren en daar ver voorbij gaan.

Wetenschappers beginnen zich langzamerhand af te vragen of het maximum in zicht is. “Men heeft het er continu over: wanneer hebben we de top bereikt?” zegt de Amerikaanse hoogleraar Eric Loth. “Ik zal eerlijk zijn: dat weet niemand.” Loth is verbonden aan de Universiteit van Virginia en ontwerpt met zijn team windmolens van 25 en zelfs 50 megawatt.

Een vermogen van 50 megawatt? Mensen verklaren ons voor gek

Een molen met zo’n enorm vermogen zou genoeg energie kunnen produceren voor maar liefst 50.000 huishoudens, iets wat niemand ooit voor mogelijk hield. “Het idee van een windmolen van 25 megawatt konden mensen zich al amper voorstellen, maar bij 50 verklaarden ze ons echt voor gek.”

Ondanks de scepsis is hij ervan overtuigd dat zijn ontwerpen technisch haalbaar zijn. “We hebben in Colorado getest met een kleinere variant van de windmolen die we in gedachten hebben. Daar zagen we windsnelheden van soms wel 160 kilometer per uur. Het was een goede plek om de robuustheid van onze ontwerpen te meten.”

Om 50 megawatt te halen moeten de megamolens wieken krijgen van 200 meter. Dat is alleen mogelijk met innovatieve technologie: de turbine staat met zijn rug in de wind en de wieken hebben een meer flexibele structuur die gebaseerd is op de basten van palmbomen. Daardoor buigen ze bij extreme wind van de toren af en wordt het gevaar van een botsing weggenomen. “We hebben bijna twee jaar lang testen uitgevoerd en de resultaten zijn veelbelovend. Technisch is het project zeker mogelijk.”

Vroeger moesten de wieken uit één onderdeel bestaan

Dat ontwikkelaars van windmolens zich al lange tijd bezig houden met het opschalen van hun ontwerpen, is volgens expert Dominic von Terzi eenvoudig te verklaren. Von Terzi is hoogleraar windenergie aan de TU Delft en was onder meer betrokken bij de ontwikkeling van de Haliade-X op de Maasvlakte.

“Vroeger was de omvang van een windmolen dé limiterende factor wanneer je op zoek was naar meer vermogen. Door technologische beperkingen moesten de wieken nog uit één onderdeel bestaan. De grootte daarvan werd beperkt door wat het transport toeliet, het moest immers wel op wegen en schepen passen.

“Nu is dat anders en bestaat de technologie om wieken in meerdere segmenten op te delen. Ook zijn de constructiekranen groter. Dan kun je ineens grotere windmolens gaan maken.”

En grotere windmolens betekenen meer vermogen, om twee redenen. Ten eerste neemt het vermogen van een turbine kwadratisch toe met de lengte van de wieken. Ten tweede waait de wind harder op grotere hoogte en die wind vang je met een langere windmolen. Dat leidt tot nog grotere winsten, omdat de windsnelheid als een vliegwiel werkt voor het vermogen. Als de wind twee keer zo hard waait, kun je acht keer zoveel energie produceren. In theorie kun je voor een steeds productievere windmolen dus oneindig innoveren met grotere onderdelen.

Op zoek naar het optimum

Maar dat is slechts de halve waarheid. Het opschalen van windmolens kent veel obstakels en de megamolens van Eric Loth laten dan ook al geruime tijd op zich wachten. “De constructie van dit soort windmolens duurt heel lang”, zegt Loth. “Zo’n tien jaar vanaf het moment dat de ideeën er zijn tot de turbine kan worden opgeleverd.”

En daar zit dan nog niet eens de vergunningsaanvraag voor de beoogde bouwlocatie bij. De lange ontwerpfase komt voornamelijk door geld; het ontwikkelen van megamolens is een miljardeninvestering en mensen doen die pas als ze overtuigd zijn van de winstgevendheid van het project.

Ook zijn er technologische en maatschappelijke complicaties. Zo eroderen de wieken sneller bij een hogere windsnelheid doordat regen, hagel en luchtdeeltjes langs het materiaal schrapen. Dit is problematisch, aangezien windmolens een lange levensduur moeten hebben om hun kosten terug te verdienen.

“En je hebt te maken met de regulering van luchtverkeer waardoor je niet oneindig de hoogte in kunt”, voegt Von Terzi toe. “Daarnaast moet je de toren dieper de grond in boren [om stabiliteit van de windmolen te garanderen, red.].” Dit zijn allemaal overkomelijke zaken maar desalniettemin vertragend voor het ontwikkelingsproces.

Uiteindelijk wordt de slagingskans van een megamolen bepaald door het effect op de energieprijs. Als deze bij een grotere turbine relatief niet afneemt, ligt het optimum waarschijnlijk bij een kleinere windmolen. En waar dat optimum precies ligt, dat weet niemand nog. Von Terzi: “In ons team kijken we zeker naar het opschalen van windmolens, maar wel zo lang dat zinnig is.”

“Er bestaat de misvatting dat groter per definitie betekent dat het beter is. Dat is dus niet zo.” Volgens Eric Loth lijkt het erop dat een sprong van 15 naar 25 megawatt kostenverlagend werkt en economisch dus potentie heeft. “Maar bij 50 megawatt kunnen we dat nog niet met zekerheid zeggen.”

Megamolens in een dichtbevolkt Nederland

Het Nederlandse klimaatakkoord is helder: de opwekking van windenergie moet fors toenemen. De doelstelling voor hernieuwbare energie op land, zowel uit wind als uit zon, staat voor 2030 op 35 terawattuur. En afgelopen zomer heeft het kabinet haar ambities voor offshore windenergie nog eens verdrievoudigd. Zouden megamolens ervoor kunnen zorgen dat we deze doelen gaan halen?

Op het vasteland en dicht bij de kust lijkt dat onwaarschijnlijk. “Ik zie niet snel een windmolen van 50 megawatt gebouwd worden”, aldus Von Terzi. “Op het land moet je rekening houden met de nabijheid van huizen, op de Noordzee met de visserij en de natuur. Gigantische turbines passen daar gewoon niet.”

Ook zal er vanuit de maatschappij waarschijnlijk veel verzet zijn tegen megamolens. Loth: “Mensen willen niet zo’n groot object voor hun neus hebben. Het bouwen van windmolens op land wordt steeds moeilijker omdat alle goede locaties al geclaimd zijn. Als er een plek is met veel wind, weinig mensen en geen interactie met de natuur, dan staat er al een windmolen.”

Ver de zee op, op de Atlantische Oceaan bijvoorbeeld, is het een ander verhaal. “De trend is dat grotere windmolens steeds verder van het vasteland worden geplaatst. Ik denk dat die trend zal doorzetten.”

In het licht van de klimaatdoelen zien de beide experts heil in een upgrade van huidige onshore-windparken. Deze beginnen op sommige plekken namelijk te verouderen. Hier is enigszins ruimte voor opschaling, maar om eerdergenoemde redenen zal dit waarschijnlijk niet de grootte van een Haliade-X overstijgen.

De echte winsten zullen vooral voortkomen uit offshore-windparken, waar megamolens meer kans maken. “Ik denk dat onze windmolens van 25 megawatt over tien jaar op de markt zullen verschijnen”, zegt Loth. “Wat betreft 50 weet ik dat nog niet. Maar ik weet wel dat het mogelijk is.”

Von Terzi ziet op de zeer lange termijn mobiele windparken voor zich; schepen met grote windmolens die bijvoorbeeld de Atlantische Oceaan bevaren. “De wereld bestaat voor twee derde uit water. Je hebt daar veel minder last van ruimtelijke beperkingen.”

En als er ergens geen wind is, verplaatsen de schepen zich gewoon naar een betere plek. “Maar dat is niet iets dat in de komende vijf jaar zal gebeuren.”

Lees ook:

Wieken tot in de wolken

Windmolens op land tot 300 meter - bijna drie Domtorens op elkaar - dat is de toekomst, zei kenniscentrum ECN in 2016 al . De wind is er misschien niet harder, maar wel constanter.

Ook de windmolen blijkt een tweede leven te hebben

Defecte oude windmolens kunnen vaak prima worden opgelapt met vervangende onderdelen. Daarna wacht de uitdaging: wieken recyclen.