Een drijvend HVAC-substation concept: essentieel voor offshore wind ontwikkeling in diepe zee
Hoe sluit je op grote waterdiepte een windpark betrouwbaar aan op het net – zonder dat de kosten uit de hand lopen? Die vraag wordt steeds urgenter nu beschikbare ondiepe watergebieden steeds schaarser worden. Verder op zee ligt een enorm potentieel voor windenergie, maar dat is alleen te benutten als je de energie ook aan land kan brengen. Iv en Nevesbu ontwikkelen hiervoor een drijvend HVAC-substation (High Voltage Alternating Current) dat de energie met minimale verliezen naar wal kan transporteren.
Het drijvende HVAC-substation (een transformatorplatform voor wisselstroom met hoog voltage) wordt ontworpen voor uitdagende offshorecondities en is geschikt voor waterdieptes tussen de 400 en 1500 meter. Het substation heeft een capaciteit van 500 tot 1000 MW en kan jarenlang moeiteloos blijven deinen op de ruwe zee. Deze technologie maakt het mogelijk om windparken op grote diepte aan te sluiten op het elektriciteitsnet. Daarmee vormt het een cruciale schakel in het waarborgen van een betrouwbare levering van duurzame energie én in het verder uitbouwen van de energietransitie. En niet pas in 2050, maar op korte termijn al. Iv en Nevesbu verwachten het eerste drijvende HVAC-substation nog vóór 2035 te zien drijven. Maar hoe waarborgen we de betrouwbaarheid en maakbaarheid van dit concept?
Voor de ontwikkeling van het drijvende substationconcept putten Iv en Nevesbu uit decennialange ervaring in de offshore-industrie. Hierdoor kennen wij de offshore condities, eisen en uitdagingen door en door. Iv heeft een aanzienlijk trackrecord in het, samen met een werf, ontwerpen van vaste HVAC- en HVDC-substations. Recente voorbeelden zijn de 2GW platforms van TenneT die Iv voor het consortium GE-Seatrium ontwerpt en de HVAC-substations voor HSM en Smulders. Deze kennis is essentieel om de stap naar een drijvend offshore substation te realiseren.
Nevesbu ontwerpt al 90 jaar drijvende constructies zoals FPSO’s en marineschepen die moeten opereren in zeer uitdagende omgevingen op zee. Nevesbu heeft specialistische kennis van het bewegingsgedrag van drijvende installaties op zee, van langdurig dynamisch belaste constructies en het ontwerp van complexe drijvende eenheden en hun verankering. Het bundelen van deze kennis en ervaring leidt tot een betrouwbare, geïntegreerde oplossing die voldoet aan de operationele eisen. Zo kunnen we de stap maken naar drijvende substations en leveren waar de markt en de offshore windontwikkelaars behoefte aan hebben.
Het drijvende HVAC-substation is 50 bij 50 meter, torent 40 meter boven de zeespiegel uit en weegt in totaal minder dan 10.000 ton. Op het platform staan twee transformatortreinen, elk met een capaciteit van 500 MW. Deze brengen de stroom van de offshore windturbines van een voltage van 66 kV op 220 kV hoogspanning en via kabels naar het elektriciteitsnet aan land. Aan weerszijden van de transformatoren zitten beveiligingen met schakelaars om onderdelen zoals kabels en transformatoren te beschermen en maximale hoeveelheid energie naar land te kunnen transporteren. Doordat het transformatorstation gebouwd is op een basis die half afzinkbaar is (een semi-submersible), zijn de bewegingen klein, ook als het stormt op zee. De semi-submersible is een bewezen principe dat Iv al meer dan 30 jaar doorontwikkelt.
En toch, alles wat drijft, beweegt. Zeker verder uit de kust, waar de zee meer dan 400 meter diep is, de windkracht continu hoog is en de golven tot een meter of tien reiken. Met die gedachte zou je kunnen stellen dat een drijvend concept wellicht niet haalbaar is. Zeker aangezien het equipment in substations niet is ontworpen voor de bewegingen waar het drijvend op zee mee te maken krijgt. Echter, de alternatieven liggen niet voor de hand. Zo is het trekken van een kabel vanaf iedere afzonderlijke windturbine naar land zeer inefficiënt, zorgt dit voor te veel energieverlies en de ruimte hiervoor ontbreekt simpelweg. Een wisselstroomstation op de zeebodem lijkt qua stabiliteit een ideale oplossing, maar de condities onder water vragen om technische specificaties waar meer onderzoek voor nodig is. Dit nog los van de complexiteit die met de installatie en het periodiek onderhoud onder water gepaard gaat. En dus is een drijvend HVAC-substation een realistische oplossing om op vrij korte termijn het aanbod van offshore windenergie kostenefficiënt verder op te schalen.
Omgaan met continue beweging is een uitdaging waar Iv en Nevesbu al meer dan acht jaar aan sleutelen en rekenen. Hamvraag is: wat zijn de bewegingen van het platform, ook bij hoge windsnelheden en golven en hoe gaan we daarmee om?
De uitdaging van bewegingen van het platform zit in twee belangrijke elementen: de kabels en het equipment. De kabels, met meerdere lagen isolatie en afscherming met een kern van koper, mogen niet vermoeid raken door de voortdurende beweging die het deinen van de zee veroorzaakt. Ook moet voorkomen worden dat de kabels na verloop van tijd water doorlaten. Inmiddels zijn er kabels tot 245 kV die gecertificeerd zijn voor langdurig dynamische belasting. Voor het equipment geldt eveneens dat het bestand moet zijn tegen de continue beweging. De massa op het platform versnelt en beweegt. Leveranciers van equipment stellen strenge voorwaarden: bij voorkeur staat de transformator bewegingsloos en vastgenageld aan de grond of bodem. De deinende situatie vraagt om nieuwe specificaties en een slimme constructie die de impact van de bewegingen en versnellingen op het equipment minimaliseert.
Het actuele concept van het nieuwe drijvende HVAC-substation is ontwikkeld voor Middellandse Zee-condities. Het ontwerp is gebaseerd op een bekend en beproefd concept uit de olie- en gasindustrie waar semi-submersibles al meer dan 40 jaar in gebruik zijn als boorplatform. Ook zijn er al meerdere semi-submersibles zo’n 20 jaar in gebruik als productieplatformen die, net als het HVAC-substation, aldoor op dezelfde locatie liggen zonder naar wal te komen voor onderhoud. De ervaring met semi-submersibles bij Nevesbu gaat terug tot 1990. Het elektrische deel van het substation is gebaseerd op de ruim 20 jaar ervaring van Iv met vaste HVAC- en HVDC-substations. Gebruik van zo’n beproefd concept geeft het benodigde vertrouwen dat het werkt. En aangepast aan de specifieke eisen van de HVAC-apparatuur is het klaar om desgevraagd ook te worden toegesneden voor specifieke omstandigheden in andere offshore gebieden.
Wat de ideale condities zijn voor het drijvende HVAC station? Vanaf een waterdiepte van 400 meter wordt het drijvende station een interessante oplossing voor offshore windparken. De Middellandse Zee, voor de kust van Italië bijvoorbeeld, leent zich uitstekend voor het nieuwe concept. Net als het gebied aan de westkant van Schotland, waar de wind haast zonder uitzondering boven de vijf Beaufort piekt. Ook de zee voor de kust van Californië is qua klimaat geschikt. Politiek gezien alleen wat minder op dit moment.
Al eerder werkten Iv en Nevesbu aan een dergelijk substation, maar dan aan een gelijkstroomvariant: High Voltage Direct Current (HVDC). Dat is, verder uit de kust, theoretisch gezien een logischere oplossing, simpelweg omdat gelijkstroom op hoogspanning minder energieverlies heeft tijdens het transport. Dit concept, groter én complexer dan het HVAC-substation, is uitgebreid getest op haalbaarheid, maar is qua techniek en financiële haalbaarheid nog een stap te ver. Twee gepatenteerde innovaties brachten de technische haalbaarheid dichterbij. Zo is een drager ontwikkeld die de beweging van de exportkabels beperkt. Een andere innovatie verbetert de stabiliteit van het equipment op het platform.
HVAC is dus eerder haalbaar. Iv en Nevesbu willen niet wachten, maar de energietransitie juist verder brengen. De ontwikkeling van offshore windenergie kán ook niet wachten. Uiteraard wordt het drijvende HVDC-substation wel verder doorontwikkeld, want de potentie is er wél.
Hoewel de sector kampt met tegenslag, door geopolitieke ontwikkelingen, gebrek aan eenduidig beleid en stijgende kosten, zijn de Europese klimaatambities op het gebied van windenergie nog altijd ambitieus. In 2030 moet 60 GW offshore windcapaciteit zijn geïnstalleerd, en 300 GW in 2050. Eind 2025 wordt verwacht dat de capaciteit is gegroeid naar 40 GW.
De uitdaging is om voor de groeiende bevolking de transitie naar duurzame energie mogelijk te maken. Voor duurzame energiebronnen is ruimte nodig, en die is beschikbaar, vooral in de diepere zeeën met voortdurend wind. Voor Iv en Nevesbu een unieke kans om samen met operators een volgende grote stap te zetten in de ontwikkeling van offshore windenergie. Met het drijvende HVAC-substationconcept bieden we een betrouwbare en innovatieve oplossing voor de groeiende vraag naar duurzame energie uit offshore wind. We staan klaar om ons concept te realiseren en bij te dragen aan de opmars van floating offshore wind.
Fedor, directeur Offshore & Energie en tevens COO van Iv, gaat hier graag over met je in gesprek! Neem contact op via 088 943 3300 of stuur een bericht.
