Q&A

Windenergie is energie die gewonnen wordt door de bewegingsenergie van lucht (wind) om te zetten in een bruikbare vorm. Vroeger werd windenergie met windmolens direct omgezet in mechanische arbeid, bijvoorbeeld om graan te vermalen of om water te verpompen. Sinds de tweede helft van de twintigste eeuw is windenergie vooral bekend als de elektriciteit die met een windturbine wordt opgewekt, vaak in een windmolenpark.

Een windturbine of een windmolen kan windenergie omzetten in elektrische energie. De rotorbladen, ofwel wieken, van de turbine worden door de wind omhoog geduwd, waardoor een roterende beweging ontstaat. Door middel van een generator wordt deze beweging omgezet in elektriciteit.

De meeste moderne windmolens hebben drie rotorbladen (de wieken). Het punt waar de bladen bij elkaar komen wordt de rotor genoemd. De wind zorgt ervoor dat het geheel gaat draaien.

De rotor is gekoppeld aan een gondel (ook wel nacelle genoemd). Dit is de behuizing boven aan de mast. Een speciale motor (‘kruimotor’) zorgt ervoor dat de gondel steeds zo gepositioneerd wordt, dat de bladen op de wind gericht zijn. Om de juiste richting van de gondel te bepalen, meet een windvaan boven op de molen voortdurend de windrichting.

In de gondel bevindt zich een generator: een grote dynamo die de draaiende beweging van de rotor omzet in elektriciteit. Daarbij wordt gebruik gemaakt van magneten. Deze kunnen op verschillende manieren worden ingezet. Bij sommige windmolens wordt gewerkt met het ‘direct drive’-principe. Dit betekent dat de generator direct wordt aangedreven door de rotor. De rotatiesnelheid van de generatoras en de rotoras is gelijk. Bij andere windmolens wordt de generator aangedreven via een verticale as en een tandwielkast. De tandwielkast zorgt ervoor dat het relatief lage rotatiesnelheid van de rotor wordt omgezet naar een hoge snelheid: die heeft de generator in deze molens nodig om elektriciteit op te wekken.

De generator is aangesloten op een transformator: die zet de door de generator verkregen laagspanning om in hoogspanning.
Hoe hoger de windmolen, hoe meer wind de bladen vangen en hoe meer energie je dus kunt opwekken.

Een monopile (monopaal) is een fundatiebuis voor offshore-windturbines. Dit fundatietype is over het algemeen geschikt voor ondiep water tot middelgrote waterdiepten (tot ongeveer 60 meter diepte). Het bestaat uit één enkele stalen paal die met een hydraulische hamer in de grond wordt gedreven.

De monopile is een populaire oplossing voor de ondersteuning van offshore windturbines. Het is in feite een buisvormige structuur, die relatief eenvoudig te ontwerpen en te vervaardigen is.

Het hoofddoel is de windturbine te dragen en de windbelastingen naar de bodem over te brengen. Daarnaast zijn er nog vele andere vereisten om rekening mee te houden: de monopile zal worden onderworpen aan golfbelastingen, het moet bestand zijn tegen corrosie, enzovoort. Iedere monopile is uniek. Het ontwerp wordt bepaald door de positie in het windpark.

De dikte en de diameter van de paal zullen in het algemeen toenemen met de waterdiepte waarin deze geplaatst wordt en met de grootte van de windturbine. De monopile is de meest gebruikte fundatietechniek voor offshore windturbines.

De lengte van een monopile wordt bepaalt door de waterdiepte en de grondgesteldheid van het zeebed. Op dit moment is de maximale lengte van een monopile 120 meter.

De grootste monopaal die momenteel geïnstalleerd is, is ruim 9 meter, de zogenaamde XL-monopile. Op dit moment worden de mogelijkheden voor grotere windturbines onderzocht, waarvoor de volgende generatie XXL-monopiles nodig zou zijn.

Een jacket is een draagconstructie voor offshore olie-en gas platforms en voor windturbines.
Het bestaat uit meerdere palen die in de zeebodem staan en die met een aantal verbindingen met elkaar zijn verbonden, waar bovenop de windturbine wordt geplaatst. De grootte van het jacket is afhankelijk van de waterdiepte en de turbine.
De vier langste buizen op de hoeken van de jacketconstructie zijn de jacketlegs. De palen waarmee de jacketconstructie in de zeebodem wordt bevestigd zijn pinpiles.

Tussen de monopile en toren van de offshore windturbine zit vaak een verbindingsstuk, oftewel een Transition Piece. Voor bijna alle monopile-funderingen wordt een overgangs-of verbindingsstuk gebruikt. Een overgangsstuk bestaat uit een steunbuis en secundaire stalen of betonnen elementen en wordt geïnstalleerd door een voegverbinding met cement of door een flens die met bouten bevestigd wordt op de monopile.

Een monopile bestaat uit allemaal stalen ringen, oftewel ‘rompen’ die samen gelast worden tot een buis. Het productieproces van een monopile begint bij een vlakke stalen plaat die gewalst wordt tot een halve schaal of hele romp. Afhankelijk van de diameter van de buis, wordt een romp gemaakt van een of twee delen staal. Als de romp uit twee delen bestaat worden de twee halve schalen eerst samengebouwd tot een romp. Dit gebeurt door middel van een gelaste ‘langsnaad’, een lasnaad die de ring dichtmaakt. Vervolgens dienen de rompen aan elkaar gelast te worden door middel van ‘rondnaden’, de lasnaden die de losse rompen met elkaar verbind tot een buis. Dat gebeurt grotendeels automatisch met een vierkoppige lasmachine. Als de buis klaar is, wordt deze voorzien van een beschermende coatinglaag.

De totale grootte en het totale gewicht vormen een uitdaging voor de installatie, zowel voor het hijsvermogen van de schepen als voor de heihamer. De traditionele installatie methode voor funderingspalen is heien met een grote hydraulische hamer.

Een nadeel van deze methode is het resulterende onderwatergeluid, dat potentieel ecologische impact heeft. Afhankelijk van de bodemcondities en de diameter van de fundering wordt de benodigde energie voor het heien bepaald. Deze hei-energie is relevant als het gaat om het in beeld brengen van de gevolgen van onderwatergeluid.

Om het onderwatergeluid te reduceren zou trillen een goed alternatief kunnen zijn. Op dit moment bestaat er echter nog onduidelijkheid over de effecten van de installatiemethode op de dichtheid van de grond en de laterale stabiliteit van de paal. Info GROW driving driving of piles (GDP).

Door trilapparaten te bevestigen bovenop de funderingspaal, die aan een kraan hangt, kan door middel van trillingen de funderingspaal de grond in worden gebracht. Terwijl de paal langzaam neergelaten wordt, zorgen de trillingen ervoor dat de paal onder zijn eigen gewicht in de bodem zakt.