energietransitie grote windmolens Haven Rotterdam kunstmatig eiland Noordzee O&M offshore windenergie offshore grid offshore wind energy offshore windenergie windenergie windenergie op zee

De nut en noodzaak van energie-eilanden

Geschreven door Chris

Inleiding.

Windenergie op zee is de grote motor achter de energietransitie in Nederland. De komende jaren maakt de bijdrage van wind op zee aan de energievoorziening een enorme groei door. De nut en noodzaak van windenergie op zee staat niet meer ter discussie. Al in het Energierapport 2002 van het ministerie EZ [1] wordt de realisatie van een windvermogen van 6 GW op de Noordzee in 2020, in de Nederlandse Exclusieve Economische Zone (EEZ) noodzakelijk geacht. In de Nota Ruimte van 2004 [2] staat dat “realisatie van deze windturbineparken tot een totaal vermogen van 6000 MW in de EEZ, geschiedt om dwingende redenen van groot openbaar belang.”  In het Integraal Beheerplan Noordzee 2015 [3] : wordt onder toets 3 (nut en noodzaak) aangegeven dat: …. Bij activiteiten die expliciet in rijksbeleid worden toegestaan of gestimuleerd, hoeven nut en noodzaak niet nader onderbouwd te worden. Dit geldt bijvoorbeeld voor windturbines (tot 6.000 MW).”

De schaalgrootte en de uitdaging om al deze energie in het energiesysteem te integreren maken dat energie-eilanden een logische ontwikkeling is om energiewinning op zee te faciliteren zijn, zeker nu windturbineparken ver in de Noordzee komen te liggen en offshore waterstofproductie in beeld komt. Ook onderhoud van windparken en infrastructuur, veiligheid van personeel en schepen in de buurt, de natuur en andere gebruikers zoals voedsel (zeewier, visserij) profiteren van een mogelijke eiland. Natuurorganisaties zoals de Stichting De Noordzee en Natuur & Milieu hebben in een notitie hun standpunt beschreven. Ze zijn van mening dat multifunctionele eilanden technisch en economisch haalbaar en onmisbaar zijn om de tienduizenden windmolens die in 2050 op de Noordzee staan, te exploiteren en te onderhouden[4]. Maar zij dringen echter wel aan om nut en noodzaak te onderbouwen.
Dit betoog is een aanzet daartoe.

Windenergie op zee

In de routekaart 2030 [5] zijn windenergie gebieden aangewezen waar projecten voor 2030 (totaal 10,3 GW) moeten zijn gerealiseerd. Door de urgentie van het klimaatprobleem en om de afhankelijkheid van buitenlands gas te verkleinen heeft het kabinet onlangs drie nieuwe gebieden voor windturbineparken op de Noordzee aangewezen, samen goed voor 10,7 gigawatt (GW) [6] extra.

Figuur 1. Nieuw aangewezen windenergiegebieden op de Noordzee met de verhoogde doelstelling voor 2030.

Het totale windenergie vermogen komt daarmee in 2030 op ongeveer 21 GW en windenergie op zee zal dan onze grootste elektriciteitsbron zijn. Maar ook daarna zal de groei op het Nederlandse deel van de Noordzee doorgaan tot ca. 60 à 70 GW in 2050. Dan zullen op ca. 15 tot 20% van het Nederlandse deel van de Noordzee windturbineparken zijn geplaatst.

Maar hoe gaan we alle installaties op zee onderhouden en krijgen we al die energie efficiënt aan land en in het energiesysteem geïntegreerd?

Kunstmatige eilanden vormen een logische basis om energiewinning van zee ver uit de kust te faciliteren. Zij bieden bijv. een oplossing voor het tekort aan ruimte op land en in de havens voor alle benodigde infrastructuur en het onderhoud daarvan.  Op de eilanden kan waterstofgas worden geproduceerd met elektriciteit van de windturbineparken en worden gepomp naar land.

Van haveneilanden naar energiehubs
Tussen 2008 en 2011 was de Stichting Haven Eiland Duurzame Energie Noordzee (HEDEN) actief met de ontwikkeling van drie Nederlandse “haveneilanden” op de Noordzee: één boven de Waddeneilanden, één nabij de Doggersbank en één honderd kilometer uit de kust ter hoogte van Den Helder. Binnen HEDEN werkten onder meer samen, Ballast Nedam, van Oord, TenneT, TNO en ECN. Er werden ontwerpen gemaakt van kunstmatige eilanden met aanlegkosten tussen de 750 duizend tot 1 miljard euro.

 Figuur 2. Een ontwerp voor een multifunctioneel “haveneiland” op de Noordzee van de Stichting HEDEN uit 2009.

Het kabinet Balkenende 4 steunde deze ontwikkeling en er werd zelfs een miljoen euro toegezegd voor een haalbaarheidssubsidie, maar door de val van deze regering verdampte niet alleen het geld maar in de financiële crisis ook het draagvlak voor een energie-eiland.
In 2016 kondigde netwerkbeheerder TenneT en verantwoordelijk voor de aansluitingen van de windturbineparken op de Noordzee een plan aan om een kunstmatig eiland op de Doggerbank te bouwen als “wind power hub”; een knooppunt van een offshore elektriciteitsnetwerk om de ontwikkeling van ideeën rond de  offshore energie infrastructuur te versnellen.

Het eiland, de North Sea Wind Power Hub, zou een oppervlakte krijgen van 6 vierkante kilometer. Het plan werd met wisselende reacties ontvangen mede doordat de Doggersbank in datzelfde jaar als beschermd natuurgebied werd aangewezen. Verder was de inrichting van het eiland nog niet efficiënt en duurzaam geoptimaliseerd.

Figuur 3. de North Sea Wind Power Hub op de Doggersbank van TenneT uit 2016.

TenneT verwerkte de reactie in een nieuw concept waarbi een plan om j meerdere kleine eilanden voor het aansluiten van 10 tot 15 GW windvermogen werd gelanceerd. Hiermee zouden de duizenden windturbines op de Noordzee met elkaar en met de verschillende landen verbonden kunnen worden met gelijkstroomverbindingen (HVDC). De HVDC verbindingen vereisen een station op zee en op land. Voor de bouw van de infrastructuur en de bekabeling is TenneT in Nederland bij wet verantwoordelijk.

Figuur 4. Ontwerp van het HVDC-station op de Maasvlakte voor aanlanding van de elektriciteit van IJmuiden-Ver. Beeld: © Arcadis

TenneT richt zich op de (internationale) elektrische infrastructuur en de Gasunie op de mogelijkheden van waterstofproductie in relatie met windenergie op zee en de bestaande gasinfrastructuur op zee en land. Bij de koers voor de ontwikkeling van infrastructuur op zee speelt TenneT een relatief grote rol. De Nederlandse overheid (ook aandeelhouder van TenneT) laat weinig ruimte en heeft weinig oor voor gedachten en initiatieven uit wetenschap en bedrijfsleven, ook al omdat het iontwikkelen van een versnelde uitrol van windenergie een complex probleem is.
In Denemarken heeft de overheid besloten om voor twee grote windmolenprojecten zo’n 80 kilometer uit de kust bij Jutland een kunstmatig eiland te bouwen om een maximaal vermogen van 10 GW te accommoderen. Dat is goedkoper dan met een platform zoals bij de olie- en gaswinning wordt toegepast. De bedoeling is dat het Deense eiland verbonden wordt met andere knooppunten en heeft daarom al een MOU met België gesloten. Op het eiland komt ook accommodatie voor het onderhoudspersoneel van de windturbines en installaties. De Deense staat wil voor 51% eigenaar zijn van het eiland samen met private partij.

Denemarken loopt met de voorbereidingen en besluitvorming weer voorop bij de ontwikkelingen van windenergie op zee, terwijl er in Nederland al jaren plannen zijn en sterke offshore bedrijven, met ruime ervaring met kunstmatige eilanden en windenergie, staan te popelen om te starten met de voorbereidingen en bouw.

Multifunctioneel eiland
Sinds 2017 is er een privaat initiatief van Offshore Service Facilities (OSF) voor een multifunctioneel energie-eiland.  OSF wil ook andere gebruiksfuncties op een eiland faciliteren die van belang zijn voor de energietransitie. Dat biedt een groot voordeel, aangezien TenneT alleen activiteiten mag ontplooien die direct gerelateerd zijn aan haar wettelijke mandaat, te weten het bouwen en onderhouden van het Nederlandse elektriciteitsnet. Door het toevoegen van de extra functionaliteiten wordt de kostprijs per m2 van het eiland lager.

De functies van een multifunctioneel eiland kunnen zijn:

  • Locatie voor elektrische infrastructuur: ruimte voor HVDC-station (transport en interconnectie)
  • Accommodatie: (hotel) voor onderhoudstechnici
  • Productie (en opslag / transport) van waterstofgas
  • Werkplaatsen en opslagplaats voor reserveonderdelen.
  • (Vlucht-) haven voor service schepen en elektrische veerboot
  • Een basiskamp voor de marine en kustwacht / veiligheid sleepdiensten
  • Helihaven
  • Faciliteiten voor aquacultuur (zeewier, mosselen, algen …): voor bewerking na oogsten en voor vervoer naar de kust
  • Datacentrum
  • Onderzoeksfaciliteiten voor marien onderzoek, ecologie en energieproductie
  • Tankstation (bunkerstation) elektrisch en waterstof (schepen)

Figuur 5. Ontwerp van Royal HaskoningDHV voor een multifunctioneel energie-eiland van OSF. Beeld: © OSF / Royal HaskoningDHV

Met meerdere functies kan een eiland optimaal worden benut en is een gezonde business-case mogelijk. Samen met de bedrijven, van Oord, Boskalis, Royal HaskoningDHV en de kennisorganisaties TNO, Marin, Deltares is een ontwerp gemaakt van een multifunctioneel energie-eiland. Er is onderzoek gedaan naar de technische uitvoerbaarheid, de mogelijkheid van de productie van waterstof op zee en het transport van het waterstofgas naar land via de bestaande pijpleidingen. De eilanden kunnen zo worden aangelegd dat ze het natuurlijke milieu zo min mogelijk verstoren en waar mogelijk versterken.

Noodzaak
Met de route die gekozen is voor de uitrol van windenergie op zee, komt er straks zoveel energie van de Noordzee dat die niet zomaar in het energiesysteem geïntegreerd kan worden. Het elektriciteitsnet dreigt nu al overvol te raken. Er zullen drie elektriciteitskabels van elk 2 GW vanuit de toekomstige windturbineparken in het gebied IJmuiden-Ver Noord aanlanden op de Maasvlakte [7]. Daarbij wordt de congestie op het landelijk hoogspanningsnet, dat niet snel uit te breiden is, groter. Het antwoord op dit probleem is: “industriële elektrificatie” zoals met warmtepompen op hoge temperatuur, ovens en fornuizen.  Daar waar mogelijk moet gas vervangen worden door elektriciteit [8].

Figuur 6. De mogelijkheden voor elektrificatie voor de grote industriële clusters in Nederland uit routekaart elektrificatie in de industrie. © TNO Amsterdam

Zoals figuur 6 laat zien heeft de regio Rotterdam veel basisindustrie en een groot potentieel om de industrie te elektrificeren waarmee het gasverbruik wordt verdrongen door elektriciteit. Maar dan blijft er het probleem van leveringszekerheid tijdens langere periodes met weinig wind en zon. Daarom is de Maasvlakte, waar de elektriciteit aan land komt, belangrijk als plaats waar de elektriciteit omgezet kan worden in waterstof voor direct gebruik in de regio, opgeslagen of verder wordt getransporteerd. Het Institute for Sustainable Process Technology (ISPT), heeft samen met industriële partners Dow Chemical, Gasunie, Nobian, OCI, Ørsted en Yara, en kennisinstituten TNO, Imperial College London, TU/e en de Universiteit Utrecht een ontwerp gemaakt van een waterstoffabriek van 1 GW dat 10 hectare aan ruimte nodig heeft.

Figuur 7. Het ISPT ontwerp van een waterstoffabriek van 1 GW met een oppervlakte van 10 ha.

Maar is die ruimte voor zo’n fabriek wel te vinden op de Maasvlakte of daar in de buurt? Dat zal niet makkelijk zijn en daarom is waterstofproductie op een eiland een oplossing en noodzakelijk om grote hoeveelheden energie van zee naar land te krijgen. Op een eiland kan voldoende ruimte gecreëerd worden voor de waterstoffabrieken die de terrawatturen elektriciteit die op zee worden opgewekt om te zetten in waterstofgas. Uit onderzoek is al bekend dat het transporteren van energie middels waterstofmoleculen via een (al dan niet bestaande) pijpleiding aanmerkelijk goedkoper en efficiënter is dan transport met elektronen via kabels (AC of DC) [9]. Daarbij komt dat een bestaande pijpleiding op de Noordzee een capaciteit van 10 GW voor het transport van waterstof heeft, waardoor 5 HVDC-kabels kunnen worden uitgespaard. Het is dan ook de verwachting dat op niet al te lange termijn een belangrijk deel van de waterstofproductie naar zee wordt verplaatst [10] . Dit heeft ook milieuvoordelen omdat er geen nieuwe elektriciteitskabels hoeven te worden aangelegd.

Om waterstof in voldoende mate continue beschikbaar te hebben kan het ook in zoutcavernes op zee worden opgeslagen. Voor opslag in zoutcavernes op land zal zeer moeilijk draagvlak te vinden zijn. Een typische zoutcaverne kan 250 GWh energie opslaan in de vorm van waterstof, meer dan 1000 keer de grootste batterij op aarde.

De noodzaak voor een kunstmatig eiland kan dus onderbouwd worden. Het is noodzakelijk om de groei van windenergie op de Noordzee mogelijk te maken en daarmee de klimaatdoelstelling te halen en op een economische, efficiënte manier energie op zee op te wekken en te transporteren. Een multi-functioneel energie-eiland kan ook bijdragen aan de voedseltransitie (aquacultuur) en meervoudig ruimtegebruik en veiligheid op zee door minder scheepsbewegingen en kruisingen van drukke vaarroutes voor serviceschepen. Het eiland kan op een ecologische wijze worden ontworpen, gebouwd en geëxploiteerd. Het kan een voorbeeld en icoon zijn van Nederlandse kennis, kunde en innovatiekracht (Hollands Glorie).

Samenvattend

  • Een kunstmatig multifunctioneel eiland is noodzakelijk om de voortgang van de uitrol van windenergie op zee mogelijk te maken.
  • Energie-eilanden (hubs van 10+ gigawatt) zijn logische volgende stappen in de grootschalige exploitatie van windenergie op zee.
  • Een multifunctioneel eiland is technisch haalbaar[11] en (privaat) financierbaar[12].
  • Het kan ecologisch worden ontworpen en geëxploiteerd en een eiland heeft ook milieuvoordelen omdat er minder nieuwe kabels te hoeven worden aangelegd.
  • Op een energie-eiland staat zowel elektrische infrastructuur voor het transport van energie naar de wal, als waterstofproductie aangesloten op bestaande gas infrastructuur.
  • Gelet op de urgentie en lange voorbereidingstijden is het zaak zo snel mogelijk met de voorbereidende studies en met de ontwikkeling van een multifunctioneel eiland te beginnen.

Noten

[1] Ministerie van Economische Zaken (EZ 2002). Energierapport 2002: Investeren in energie, keuzes voor de toekomst. Den Haag: EZ.

[2] VROM, 2004. Nota Ruimte. Ruimte voor ontwikkeling. Ministerie van Volkshuisvesting, Ruimtelijke Ordening en Milieu, Den Haag.

[3] Integraal Beheerplan Noordzee 2015. Herziening november 2011, Interdepartementale Directeuren Overleg Noordzee (IDON), Ministerie van Infrastructuur en milieu, Ministerie van Defensie, Ministerie van Economische zaken, Landbouw en Innovatie, Rijkswaterstaat (2011).

[4] Rapport: “Positie energie-eilanden”, Stichting De Noordzee, Natuur & Milieu, December 2021

[5] Brief aan de Tweede Kamer van 27 maart 2018, Structuurvisie Windenergie op Zee (SV WoZ), Duurzame ontwikkeling en beleid Kamerstuk 33 561, nr. 42.

[6] https://www.rijksoverheid.nl/actueel/nieuws/2022/03/18/kabinet-verdubbelt-productie-windenergie-op-zee

[7] Kamerbrief over verkenning aanlanding wind op zee 2030, vanuit IJmuiden Ver gaan er straks twee 2GW tracés naar de Maasvlakte en wellicht een extra uitbreiding van 2 GW

[8] Hers, S. et al. Elektrificatie is cruciaal voor een duurzame industrie: routekaart elektrificatie in de industrie, Hers, S.et. al. , 2021, TNO Amsterdam.

[9] Focus, Innovate and industrialize, ROLAND BERGER GMBH, Munich juni 2021.

[10] Systeemintegratie wind op zee 2030-2040 Eindrapportage, Guidehouse en Berenschot, 21 december 2021

[11] Rapport: IJVERTECH; Verkenning van technische aspecten van een multi-functioneel energie eiland op IJmuiden Ver, OSF, Royal Haskoning DHV, MARIN en Deltares, Delft 2019.

[12] Mondelinge mededeling, Green Giraffe Investment Management B.V.

Over de auteur

Chris