Een pilot met meervoudig te gebruiken kunstmatige eilanden

Auteur: Ernst van Zuijlen
Dossier: De opmars van waterstof
Gasthoofdredacteur: Ad van Wijk

Introductie

Offshore wind groeit wereldwijd snel. In de Noordzee die relatief ondiep is, een goed windaanbod kent en dicht bij de energieafnemers in de omliggende landen ligt, zien we de sterkste ontwikkelingen. Deze versnelling is enerzijds het gevolg van de groeiende noodzaak voor CO2­-vrije energie, anderzijds van een enorm snelle kostprijsdaling in de afgelopen jaren. Voor Noordwest-Europa is wind op zee daarmee relatief goedkoop, ruim beschikbaar en dus een belangrijk deel van de oplossing voor de energietransitie. De ruimte op zee, zeker dicht bij de kust én de ruimte op het elektriciteitsnet is echter beperkt. Ook lopen elektriciteitsvraag en aanbod niet altijd in de pas. Productie van groene waterstof uit windenergie op zee en hergebruik van (aard)gas infrastructuur – met name de pijpen – voor het transport van waterstof bieden dus een kans. Voor productie op zee lijkt een kunstmatig eiland de aangewezen plek. Op dit eiland kunnen dan ook vele andere aan de energietransitie gerelateerde functies een plek krijgen.

Hieronder bespreek ik de diverse aspecten van waterstof en een kunstmatig eiland alsook de gewenste stappen.

Energiesysteem

De ontwikkelingen en de scenario’s voor offshore wind laten een steeds snellere groei zien, zeker in de Noordzee. Traditioneel gezien wordt windenergie in de vorm van elektriciteit aan land gebracht. Ieder park kreeg een of zelfs meerdere kabels naar land met wisselspanning op bijvoorbeeld 110 kilovolt (kV) (Alternating Current: AC). Voor de grote parken ver op zee is dit geen oplossing, vanwege de grote transportverliezen en wordt gebruikgemaakt van gelijkspanningsverbindingen op een hoge spanning (High Voltage Direct Current – HVDC 525kV wordt nu ontwikkeld). In de Nederlandse context verwachten we in 2030[1] dat er minimaal 11,5 GW (gigawatt) offshore wind wordt aangesloten. In combinatie met wind op land en andere duurzame bronnen zou dat dan goed zijn voor circa 70% van het, tegen die tijd nog flink gegroeide, elektriciteitsverbruik in Nederland.
Dit vraagt veel van het net. Vraag en aanbod vallen namelijk niet vanzelf met elkaar samen. Daarnaast is  de capaciteit van het net onvoldoende en is uitbreiding duur en lastig en onderhevig aan langdurige vergunningsprocedures. De beschikbaarheid van het net is daarmee nu wellicht de grootste belemmering voor een snellere groei van offshore wind in Nederland. Offshore productie van groene waterstof uit windenergie en hergebruik van de (offshore) aardgas infrastructuur biedt hiervoor mogelijk een oplossing.  ‘Groene’ waterstof wordt in tegenstelling tot grijze of blauwe (met CO2-opslag) niet uit fossiele brandstoffen gemaakt, maar uit duurzaam opgewekte elektriciteit. De ambitie om de huidige klimaatdoelstelling van 49% CO2-reductie naar 55% reductie in 2030 aan te scherpen (zowel nationaal als Europees op de agenda) maakt de netsituatie des te nijpender en een waterstof oplossing des te aantrekkelijker.

Midden 2019 is het eerste proefproject (PosHYdon) voor de productie van waterstof op zee aangekondigd. Op Q13a platform wordt op initiatief van Nexstep een 1 Megawatt elektrolyser geplaatst die gaat helpen met de verduurzaming van het platform. Hier wordt essentiële ervaring opgedaan ten aanzien van de invloed van de zoute omgeving, de beschikbaarheid van zoet water, de betrouwbaarheid van het systeem, enzovoort. Producenten van toekomstige grootschalige elektrolyser systemen geven echter aan dat een grote fabriek van bijvoorbeeld 500MW bij voorkeur op de vaste grond wordt gebouwd. Rond 2030 is dit een realistische – en misschien zelfs voorzichtige – schaalgrootte. Hiervoor is een eiland, dicht bij de elektriciteitsbron (de offshore windparken), een aantrekkelijke optie, omdat er geen elektriciteitstransportverliezen optreden.

Offshore Service Facilities (OSF) is betrokken bij een R&D project waarin naast de offshore productie ook transport en opslag van waterstof worden onderzocht (IJVERGAS). Op zee zijn voldoende zoutkoepels beschikbaar. Het voordeel zou kunnen zijn dat er geen onshore opslag nodig is.

Ruimte, meervoudig gebruik

Naast voordelen voor het energiesysteem heeft de Noordzee ook een probleem. Zeker het zuidelijke deel is ‘vol’. Scheepvaartroutes, ankergebieden, gebieden die al langere tijd als natuurgebied zijn aangemerkt, zandwinning, defensie, gaswinning, enzovoort strijden om een plek. En dan zijn er nog de vissers die zich vanwege aanlandplicht, Brexit en het verbod op pulsvisserij geconfronteerd zien met veel onzekerheden. Meervoudig gebruik van de ruimte is dus aantrekkelijk. Naast genoemde energiefuncties – HVDC, waterstofproductie maar ook interconnectie – kan dan gedacht worden aan veiligheidsaspecten (Search and Rescue, helikopterdiensten, defensie, kustwacht, vluchthaven), comfortabele en veilige onderkomens voor (onderhouds)­personeel voor alle activiteiten waaronder windparken, een basis voor voedselproductie, datacenters met groot energieverbruik, een laadstation voor duurzame schepen van vissers, haven voor zeewierteeltactiviteiten en reserveonderdelen voor de windparken, faciliteiten voor onderzoeksinstellingen, enzovoort.

Het onderhandelaarsresultaat voor het Noordzeeakkoord[2] beoogt een betere balans aan te brengen tussen alle in het geding zijnde belangen, binnen het kader van een gezonde Noordzee’. Een multifunctioneel eiland kan een dergelijke oplossing faciliteren.

Waterbouw, ecologie, planning

Nederland heeft een grote traditie op waterbouwgebied en veel vooraanstaande bedrijven en kennisinstellingen op die terreinen. Over de hele wereld zijn eilanden aangelegd of is land gewonnen (palmeilanden, offshore vliegvelden) en wordt de Nederlandse kennis op het gebied van zeewering toegepast. Een volgende fase is de aanleg van eilanden in de uitdagende Noordzeeomstandigheden, op een natuur-inclusieve manier, gebruikmakend van de lokale omstandigheden. Het zuidelijk deel van de Noordzee is relatief ondiep (20 tot 50 m) en de realisatie en daarna de inrichting van een eiland zal meerdere jaren vragen. Ook de voorbereiding (studies, innovatiemogelijkheden, vergunningen en financiering) zal zeker lange tijd vergen. Wil een eiland dus rond 2030 bijdragen aan de gestelde doelen, dan is een start van de voorbereiding noodzakelijk in een breed consortium, inclusief de relevante overheidspartijen.

Verder onderzoek, pilot voor een eiland

Er zijn diverse initiatieven – in meerdere landen – voor kunstmatige eilanden in de Noordzee: voor luchtvaart of voor kustverdediging, voor valmeren en energieopslag en voor een ‘hub and spoke’ concept voor een offshore elektriciteits-interconnectie-systeem (o.a. TenneT). Onderzoek kan bijdragen om een aantal onzekerheden te reduceren en kansen optimaal te benutten. De effecten op onder meer (onder en bovenwater-) natuur, zeestromingen zijn niet in detail bekend. Bij de aanleg zal veel zand verplaatst worden en er zijn ideeën om dat op een innovatieve, natuurvriendelijke manier te doen. Ook kan gekeken worden of een flexibele aanpak met deels drijvende en verplaatsbare delen voordelen biedt. OSF werkt hiertoe al samen met Marin en Deltares in het project Hybrid Energyhubs. Al eerder werd het waterstofonderzoek genoemd (IJVERGAS). De impact op de energieleveringszekerheid, maar ook de juridische en beleidsconsequenties vragen om aandacht. Een concrete pilot met een eiland biedt allereerst de komende jaren de mogelijkheid van een samenhangend R&D programma, parallel aan de vergunningsverlening (Milieueffectrapportage). Het te ontwikkelen beleid rond kunstmatige eilanden kan hierop voortborduren.

Voor onderzoek zou een Europees project of Common Interest handen en voeten kunnen geven aan deze Europese voorlopersrol op het gebied van kunstmatige eilanden én kunnen bijdragen aan verduurzaming van het energiesysteem én wereldwijd de energietransitie kunnen faciliteren. Op termijn is een energiesysteem met grote drijvende eilanden midden op de oceaan voorzienbaar waar bijvoorbeeld waterstof geproduceerd wordt die over de heel wereld verdeeld kan worden. Op hogere breedtegraden is windenergie daarmee een prachtige aanvulling voor grootschalige waterstofproductie met zonne-energie op de lagere breedtegraden en draagt het zo bij aan meer energieonafhankelijkheid.

Samenvattend en conclusie

OSF heeft een privaat initiatief genomen dat voortborduurt op de Nederlandse traditie van waterbouwers maar dat ook de koppositie op het gebied van waterstofbouwers kan helpen versterken. Aansluiten van de waterstofproductie op de bestaande pijpleiding infrastructuur en eventuele koppeling op de waterstof backbone door Noord- en Zuid-Holland en Zeeland betekent een grote impuls voor allerlei sectoren.

Hiervoor is een (inter)nationale aanpak nodig omdat veel risico’s en onzekerheden dit traject kunnen bemoeilijken. Kortom, kansen te over. Wie pakt ze op?

Op 14 en 15 mei 2020 werd reeds een internationaal seminar over kunstmatige eilanden georganiseerd door we@sea samen met OSF om over de kansen en uitdagingen te praten en te kijken of een pilot mogelijk is.

Still uit een functionele animatie van het eiland met een omvang van circa 50 ha met diverse functies, zoals elektrische infrastructuur, waterstoffabriek, opslag voor windenergie O&M, steiger voor de Kustwacht en onderkomens voor personeel (RHDHV voor OSF)
Kaart van een mogelijk zoekgebied voor een pilot eiland in het windgebied IJmuiden Ver, met een aantal andere functies (gasplatforms en pijpleidingen, veerroute IJmuiden-Newcastle)
Ecologische verscheidenheid op de zeewering voor het eiland  (visualisatie voor OSF door RHDHV)

[1] Routekaart Windenergie op zee 2030; zie https://www.noordzeeloket.nl/@190296/kamerbrief-c/

[2] Zie Onderhandelaars akkoord van het Noordzeeoverleg: https://overlegorgaanfysiekeleefomgeving.nl/samenwerken/lopende+projecten+samenwerken/noordzeeoverleg/documenten+noordzeeoverleg/default.aspx#folder=1571371


Dr. E.J. van Zuijlen

Leeft van en voor de wind
Natuurkunde Universiteit Utrecht
Consultant, projectontwikkelaar offshore wind (o.a. Amalia)
Oprichter / 1e directeur TKI offshore wind, FLOW, GROW
Oprichter / lid van verdienste Nederlandse Windenergie Associatie
Oprichter Ecowijk Mandora, Houten
Directeur Offshore Service Facilities

website: www.offshoreservicefacilities.nl