10 Wind op Zee
Het offshore windpark London Array zal een cruciale bijdrage leveren aan de doelstellingen voor hernieuwbare energie van het Verenigd Koninkrijk. James Smith, voorzitter van Shell UK
Elektrische energie is een te belangrijke hulpbron om er een werkgelegenheidsprogramma voor de windturbine-industrie te créer. David J. White
Op zee is de wind sterker en stabieler dan op het land, dus op windparken op zee leveren een hoger vermogen per oppervlakte-eenheid dan windparken op land. Het windpark Kentish Flats in de monding van de Thames, ongeveer 8,5 km uit de kust van Whitstable en Herne Bay, dat eind 2005 in gebruik werden genomen,
was voorspeld een gemiddeld vermogen per oppervlakte-eenheid van 3,2 W / m2 te hebben. In 2006 was het gemiddelde vermogen per oppervlakte-eenheid 2,6 W / m2. Ik neem aan dat een vermogen per oppervlakte-eenheid van 3 W / m2 (50% groter dan onze schatting voor wind op land van 2 W / m2) een geschikt cijfer is voor offshore windparken rond het VK.
We hebben nu een schatting nodig van de ruimte op zee waar op plausibele wijze windturbines geplaatst zouden kunnen worden. Het is gebruikelijk om onderscheid te maken tussen ondiep offshore wind en diepe offshore wind, zoals geïllustreerd in figuur 10.2. De traditionele zienswijze lijkt te zijn dat ondiepe offshore wind (diepte minder dan 25-30 m), terwijl het ongeveer twee keer zo duur is als wind op het land, economisch haalbaar is met een bescheiden subsidie; en diepe offshore wind is op dit momenteel niet economisch haalbaar. In 2008 is er slechts één diep offshore windmolenpark in Britse wateren, een experimenteel prototype dat al zijn elektriciteit levert aan een nabijgelegen boorplatform genaamd Beatrice.
Wind op zee in ondiep water
Binnen de Britse territoriale wateren bedraagt het ondiepe gedeelte ongeveer 40 000 km2 waarvan het merendeel voor de kust van Engeland en Wales. Dit gebied is ongeveer twee zo groot als Wales. Indien dit hele gebied zou worden volgezet met windmolenparken dan zou het totale gemiddelde vermogen 120 GW zijn, of te wel 48 kWh / d per persoon. Maar het is moeilijk voor te stellen dat dit bevredigend zou zijn voor de scheepvaart. Aanzienlijke delen van dit ondiepe water blijven, denk ik, niet toegankelijk voor windparken. De vereiste voor scheepvaartroutes en visgebieden verkleinen het plausibel beschikbare gebied; Ik stel voor dat we ervan uitgaan dat een derde beschikbaar is (maar zie de eindnoten van dit hoofdstuk voor een meer pessimistische kijk!). Dus we schatten het maximale plausibele vermogen van ondiepe offshore wind op 16 kWh / dag per persoon.
Voordat ik verder ga, wil ik de nadruk leggen op de omvang van het gebied – twee derde van Wales – dat nodig zou zijn om deze 16 kWh / dag per persoon te leveren. Als we de totale kustlijn van Groot-Brittannië (lengte: 3000 km) nemen en een strook van 4 km breed, dan heeft die strook een oppervlakte van 13 000 km2. Dat is het gebied dat we moeten vullen met turbines om 16 kWh / d per persoon te leveren. Om het anders te zeggen, overweeg het aantal turbines dat vereist is. 16 kWh / dag per persoon wordt geleverd met 44.000 “3 MW” windmolens. Dat komt overeen met 15 windturbines per kilometer kustlijn, als ze gelijkmatig worden verdeelt over de ongeveer 3000 km lange kust. Offshore wind is moeilijk te realiseren vanwege de corrosieve effecten van zeewater. Bij het grote Deense windpark Horns Reef moesten alle 80 turbines worden ontmanteld en gerepareerd na slechts 18 maanden blootstelling aan de zeelucht. De windturbines van Kentish Flats lijken vergelijkbare problemen te hebben met hun versnellingsbakken, waarvan één derde gedurende de eerste 18 maanden moest worden vervangen.
Wind op zee in diep water
Het zeegebied met diepten tussen 25 m en 50 m is ongeveer 80 000 km2 – de grootte van Schotland. Uitgaande van opnieuw een vermogen per oppervlakte-eenheid van 3 W / m2, “diep zee” windparken kunnen nog eens 240 GW leveren, of 96 kWh / dag per persoon, als windturbines dit gebied volledig hebben gevuld. Nogmaals, we moeten vaarwegen maken voor de scheepvaart. Ik stel voor net als eerder een derde van het gebied te reserveren voor windparken; dit gebied zou dan ongeveer 30% groter zijn dan Wales, en veel daarvan zou verder dan 50 km uit de kust liggen. Het resultaat: als een gebied dat gelijk is aan een strook van 9 km breed rondom de kust, geheel was gevuld met windturbines, dan zou wind op diepe zee een vermogen van 32 kWh / dag per persoon kunnen leveren. Een enorme hoeveelheid vermogen, ja; maar nog steeds geen partij voor ons enorme verbruik. En we hebben niet gesproken over het probleem van de variatie in de windsterkte. Daar komen we op terug in hoofdstuk 26.
Ik zal deze potentiële diepe zee offshore-bijdrage opnemen in de productiestapel, met de voorwaarde, zoals ik al eerder zei, dat deskundigen offshore windparken in diepe zee onbetaalbaar achten.
Enkele vergelijkingen en kosten
Dus, hoe gaat het met onze race tussen consumptie en productie? Na het toevoegen van zowel ondiepe als diepe offshore wind aan de productiestapel, heeft de groene stapel een voorsprong. Iets wat ik U graag zou willen laten opmerken over deze race, echter, is dit contrast: hoe gemakkelijk het is om een groter blok hout van het verbruik op het vuur te gooien, en hoe moeilijk het is om de productiestapel te laten groeien. Terwijl ik deze paragraaf schrijf, heb ik het een beetje koud, dus ga ik naar mijn thermostaat en zet hem wat hoger. Het is zo eenvoudig voor mij om een extra 30 kWh per dag te consumeren. Maar een extra 30 kWh per dag per persoon uit hernieuwbare energie persen vereist een industrialisatie van de omgeving die zo groot is dat het moeilijk is voor te stellen. 48 kWh per dag offshore wind per persoon in het VK creëren zou 60 miljoen ton beton en staal vereisen – één ton per persoon. De wereldproductie van staal is per jaar ongeveer 1200 miljoen ton, dat is 0,2 ton per persoon in de wereld. Tijdens de tweede wereldoorlog, hebben Amerikaanse scheepswerven 2751 Liberty-schepen gebouwd, elk met 7000 ton staal – dat is een totaal van 19 miljoen ton staal, of 0,1 ton per Amerikaan. Het bouwen van 60 miljoen ton aan windturbines is niet geheel onhaalbaarheid; maar maakt uzelf niet wijs dat het gemakkelijk is. Het maken van zoveel windturbines is net zo’n gigantische prestatie als het bouwen van de Liberty-schepen.
Ter vergelijking: om met kernenergie 48 kWh electriciteit per dag per persoon in het Verenigd Koninkrijk te maken zou 8 miljoen ton staal en 0,14 miljoen tonE beton nodig zijn. We kunnen ook de 60 miljoen ton zee windturbines, die we ons proberen voor te stellen, vergelijken met de bestaande installaties voor fossiele brandstoffen die al in en rond de Noordzee aanwezig zijn (figuur 10.4). In 1997, ging het om 200 installaties en 7000 km aan pijpleidingen in de Britse wateren van de Noordzee 8 miljoen ton staal en beton. De nieuw gebouwde Langeled gaspijpleiding van Noorwegen naar Groot-Brittannië, die gas met een vermogen van 25 GW ( 10 kWh / d / p ) kan transporteren, gebruikte nog eens 1 miljoen ton staal en 1 miljoen tonnen beton (figuur 10.5). De Britse regering heeft op 10 december 2007 aangekondigd de bouw van 33 GW aan offshore windvermogen mogelijk te maken (wat gemiddeld 10 GW voor het VK zou opleveren , of 4,4 kWh per dag per persoon), een plan gebrandmerkt als een luchtkasteel door sommigen in de windindustrie. Laten we een rond getal van 4 kWh per dag per persoon aannemen. Dit is een kwart van mijn ondiepe zee produktie van 16 kWh per dag per persoon. Om dit gemiddelde vermogen te verkrijgen, zijn ongeveer 10 000 “3 MW” windturbines nodig zoals die in figuur 10.1. (Zij hebben een capaciteit van “3 MW” maar gemiddeld leveren ze 1 MW. Ik zet aanhalingstekens rond “3 MW” om aan te geven dat dit een capaciteit is, een piekvermogen.) Wat zou het bouwen van deze “33 GW” aan capaciteit kosten? Welnu, de “90 MW” Het windpark van Kentish Flats kost £ 105 miljoen, dus “33 GW” zou ongevee
r £ 33 miljard kosten. Eén manier om deze £ 33 miljard kosten van offshore windparken, die 4 kWh / dag per persoon leveren, is die kosten te verdelen over de
Britse bevolking; dat komt neer op £ 550 per persoon. Dit is overigens een veel betere deal dan micro-windturbines. Een op het dak gemonteerde microwindturbine kost momenteel ongeveer £ 1500 en, zelfs bij een zeer optimistische windsnelheid van 6 m / s, levert die slechts 1,6 kWh / d. In realiteit, op een typische stedelijke locatie in Engeland, leveren dergelijke microturbines 0,2 kWh per dag. Een ander knelpunt dat de bouw van windturbines belemmert, zijn de speciale schepen die vereist zijn. Voor de installatie van 10.000 windturbines (“33 GW”) over een periode van 10 jaar zouden ongeveer 50 hefschepen nodig zijn. Deze kosten £ 60 miljoen elk, dus een extra kapitaalinvestering van £ 3 miljard zou nodig zijn. Geen show-stopper vergeleken met het prijskaartje van £ 33 miljard al eerder geciteerd, maar de behoefte aan jack-up schepen is zeker een detail dat een goede lange termijnplanning vereist.
Impact op vogels
Aantekeningen en verdere lectuur
Het windmolenpark Kentish Flats in de monding van de Thames …Zie www.kentishflats.co.uk. De 30 Vestas V90 windturbines hebben samen een piekvermogen van 90 MW, en de voorspelde gemiddelde output was 32 MW (indien een belastingsfactor van 36% geldt ). De gemiddelde windsnelheid op de
naafhoogte is 8,7 m / s. De turbines staan in water van 5 m diep, liggen 700 m uit elkaar, en bezetten een oppervlakte van 10 km2. De vermogensdichtheid van dit offshore windpark was dus voorspeld op 3,2 W / m2. In feite was de gemiddelde output 26 MW, dus de gemiddelde bezettingsgraad in 2006 was 29% [wbd8o]. Dit komt neer op een vermogensdichtheid van 2,6 W / m2. Het North Hoyle-windpark bij Prestatyn, Noord-Wales, had in 2006 een hogere beladingsgraad van 36%. De 32 MW-turbines staan in een gebied van 8,4 km2. Ze hadden dus een gemiddelde vermogensdichtheid van 2,6 W / m2.
–… ondiepe offshore wind, terwijl ongeveer twee keer zo duur als onshore wind, is economisch haalbaar, mits een bescheiden subsidie wordt verstrekt. Bron: Danish wind association windpower.org.
.. diepe offshore wind is op dit moment economisch niet haalbaar. Bron: briefing document BritishWind Energy Association, september 2005,www.bwea.com. Niettemin, er bestaat een diep offshore demonstratieproject in 2007 met twee turbines naast het olieveld Beatrice, 22 km voor de oostkust van Schotland (figuur 10.8). Elke turbine heeft een “capaciteit” van 5 MW en staat op de zeebodem die 45 m onder water ligt. Hubhoogte: 107 m; diameter 126 m. Alle gegenereerde elektriciteit wordt gebruikt door de olieplatforms. Is dat niet speciaal! Dit 10 MW project kost £ 30 miljoen – dit prijskaartje van £ 3 per watt (piek) kan men vergelijken met die van Kentish Flats, £ 1,2 per watt (£ 105 miljoen voor 90 MW). www.beatricewind.co.uk Het is mogelijk dat drijvende windturbines de economie van diep offshore wind kunnen veranderen.
| Regio | diepte 5 to 30 metres | diepte 5 to 30 metres | |||
|---|---|---|---|---|---|
| oppervlakte (km2) |
potentieel vermogen (kWh/d/p) |
oppervlakte (km2) |
potentieel vermogen (kWh/d/p) |
||
| North West | 3300 | 6 | 2000 | 4 | |
| Greater Wash | 7400 | 14 | 950 | 2 | |
| Thames Estuary | 2100 | 4 | 850 | 2 | |
| Other | 14000 | 28 | 45000 | 87 | |
| TOTAAL | 27000 | 52 | 49000 | 94 | |
Tabel 10.7. Potentieel voor wind op zee energie in voorgestelde strategische regio’s, als deze regio’s volledig met windturbines zijn gevuld. Van de afdeling Handel en industrie (2002b).
Het beschikbare gebied voor offshore wind. Het document van het Department of Trade and Industry (2002) “Future Offshore”geeft een gedetailleerde uitsplitsing van gebieden die nuttig zijn voor offshore windenergie. Tabel 10.7 toont de geschatte opbrengst in het gebied van 76000 km2 ondiep en diep water. De geschatte vermogensbijdrage van het DTI, als deze gebieden volledig zouden zijn met windmolens, is 146 kWh / d per persoon (bestaande uit 52 kWh / d / p in het ondiepe gedeelte en 94 kWh / d / p in het diepte). Maar de schatting van het DTI van de potentiële offshore wind energiebron is slechts 4,6 kWh per dag per persoon. Het is misschien interessant om te beschrijven hoe ze van een potentiële hulpbron van 146 kWh / dag per persoon tot 4,6 kWh / dag per persoon komen. Waarom is dat laatste cijfer veel lager is dan dat van ons? Ten eerste hebben ze de volgende beperkingen opgelegd: het water moet binnen 30 km van de kust en minder dan 40 m diep zijn; de zeebed mag geen gradiënt groter dan 5 ° hebben; scheepvaartroutes, militaire zones, pijpleidingen, visgronden en natuurreservaten zijn uitgesloten. Ten tweede, hebben ze aangenomen dat slechts 5% van de potentiële locaties ontwikkeld zullen worden (als gevolg van ongunstige zeebodemsamenstelling of door planningsbeperkingen); ze reduceerden ook de capaciteit met 50% voor alle sites op minder dan 10 mijl uit de kust, om redenen van publieke acceptatie; ze hebben de capaciteit van locaties met windsnelheden van 9 m / s of meer met 95% verminderd om rekening te houden met “ontwikkelingsbarrières veroorzaakt door de vijandige omstandigheden; ” en andere sites met een gemiddelde windsnelheid van 8-9 m / s hadden hun capaciteiten verminderd met 5%.
… als we de totale kustlijn van Groot-Brittannië nemen (lengte: 3000 km), en een strook met turbines van 4 km breed helemaal rond Betweters zullen zeggen dat “de kustlijn van Groot-Brittannië niet goed is bgedefinieerd, omdat de kust een fractal is. “Ja, ja, het is een fractal. Maar, beste betweter neem alsjeblieft een kaart en teken er een strook met turbines van 4 km breed rond het vasteland van Groot-Brittannië, en kijk of dan of uw strook inderdaad al of niet ongeveer 3000 km lang is.
Horns Reef (Horns Rev). De problemen met dit “160 MW” Deense windpark uit Jutland [www.hornsrev.dk] wordt beschreven door Halkema (2006).
Als het in goede staat is, is de bezettingsgraad van Horns Reef 0.43 en het gemiddeldevermogen per oppervlakte-eenheid is 2,6 W / m2.
Liberty-schepen -www.liberty-ship.com/html/yards/introduction.html-
… fossiele brandstofinstallaties in de Noordzee bevatten 8 miljoen ton staal en beton – Rice and Owen (1999).
– De Britse regering heeft op 10 december 2007 aangekondigd dat het vergunning tot 33 GW aan offshore-capaciteit gaat uitgeven… [25e59w].
–… “luchtkastelen” “py in the sky”. Bron: Guardian [2t2vjq].
Wat kost “33 GW” aan wind op zee? Volgens het DTI in November 2002, kost elektriciteit uit offshore windparken ongeveer £ 50 per MWh (5p per kWh) (Dept. of Trade and Industry, 2002b, p21). Economische feiten variëren, echter, en in april 2007 waren de geschatte kosten van offshore maximaal £ 92 per MWh (Dept. of Trade and Industry, 2007, p7). Tegen april 2008 werd de prijs van offshore wind duidelijk nog hoger: Shell trok zich terug om de London Array te bouwen. Dat komt omdat offshore wind zo duur is dat de overheid het aantal ROC’s (renewable obligation certificats) per eenheid offshore windenergie moest verhogen . De ROC is de eenheid van subsidies voor bepaalde vormen van de productie van hernieuwbare elektriciteit. De standaardwaarde van een ROC is £ 45, met 1 ROC per MWh; dus met een groothandelprijs van ongeveer £ 40 / MWh, wordt duurzame energie £ 85 per MWh betaald. Dus 1 ROC per MWh is niet genoeg subsidie om de kosten van £ 92 per MWh te dekken. In hetzelfde document worden schattingen voor andere hernieuwbare energiebronnen (gemiddelde verlaagde kosten in 2010) gegeven. Wind op land : £ 65-89 / MWh; meestook van biomassa: £ 53 / MWh; grootschalige waterkrachtcentrales: £ 63 / MWh; waterzuiveringsgas: £ 38 / MWh; zonnepanelen: £ 571 / MWh; golfslagenergie : £ 196 / MWh; getijde-energie : £ 177 / MWh.”Dale Vince, chief executive van groene energieleverancier Ecotricity, dat is betrokken bij het bouwen van windparken op land, zei hij dat hij de plannen van de regering voor wind op zee de steunt, maar alleen als ze niet ten nadele zijn van wind op land. ‘Het is gevaarlijk om de fantastische bron die we hebben over het hoofd te zien in dit land. . . Volgens onze schattingen kost het ergens in de buurt van £ 40 miljard voor de bouw van de 33 GW aan offshore-energie die Hutton voorstelt. We kunnen hetzelfde vermogen op land bouwen voor £ 20bn ‘. “[57984r]
-In een typische stedelijke locatie in Engeland leveren microturbines 0,2 kWh per dag. Bron: derde tussentijds rapport, www.warwickwindtrials.org.uk/2.html. Een van de beste molens in de Warwick Wind Trials-studie is een WindsaveWS1000 (een machine van 1 kW) in Daventry gemonteerd op een hoogte van 15 m boven de grond, met gemiddeld 0,6 kWh / d. Maar sommige microturbines leveren slechts 0,05 kWh per dag – Bron: Donnachadh McCarthy: “Mijn koolstof-vrij jaar, “The Independent, december 2007 [6oc3ja]. De Windsave WS1000 windturbine, die in heel Engeland in B & Q’s winkels wordt verkocht, won een Eco-Bollocksprijs van Housebuilder’s Bijbel auteur Mark Brinkley: “Kom op, het is tijd om toe te geven dat de dakgebonden windturbine-industrie een compleet fiasco is. wordt goed geld betaald voor een uitvinding die niet werkt. Dit is de Sinclair C5 uit de jaren negentig. “[5soql2]. The Met Office and Carbon Trust publiceerde in juli 2008 een rapport [6g2jm5], waarin wordt geschat dat, als kleinschalig turbines zouden worden geïnstalleerd op alle huizen waar ze economisch in het Verenigd Koninkrijk waren, zouden ze in totaal ongeveer 0,7 kWh / d / p genereren. Ze geven aan dat op het dak gemonteerde turbinesystemen in steden meestal slechter zijn dan nutteloos: “in veel stedelijke situaties, zullen op het dak gemonteerde turbines de koolstof uitstoot die nodig was voor hun productie, installatie en bediening, niet compenseren.
“hefschepen kosten elk £ 60 miljoen. : news.bbc.co.uk/1/hi/magazine/7206780.stm. Ik schat dat we er ongeveer 50 van nodig hebben door aan te nemen dat er 60 gunstige dagen per jaar zijn, en dat het bouwen van een windturbine 3 dagen zou duren.
Verder lezen: Britse windenergiedatabase [www.bwea.com/ukwed/].