Nieuw project voor de combinatie van wind- en zonne-energie in de Belgische kustzone

De technologie voor drijvende zonnecellen heeft de afgelopen jaren grote vooruitgang geboekt. Systemen voor meren en reservoirs worden inmiddels wereldwijd op gigawattschaal uitgerold. Er zijn verschillende benaderingen ontwikkeld voor offshore gebruik en de eerste demonstratiemodellen voor deze innovatieve technologie worden momenteel geïnstalleerd. Vanwege de ruwe omgeving met zijn sterke golven, wind en risico’s op corrosie en aangroei, vereist dit een geheel nieuwe structurele ontwikkeling. Met een oppervlakte van minder dan 10% van een windpark kunnen PV-systemen met een nominaal vermogen dat ongeveer gelijk is aan dat van de windturbines worden aangesloten op dezelfde netaansluiting, wat helpt om de kosten te verlagen. De exacte limieten en inperkingsverliezen moeten worden uitgewerkt door middel van een gedetailleerde analyse. Een belangrijke gunstige factor is de complementariteit van de elektriciteitsopwekking tussen wind en zon gedurende het hele jaar, zoals we in een eerdere studie konden aantonen.

Doelen

Het doel van het project is het opstellen van technische richtlijnen en beleidsaanbevelingen voor meervoudig gebruik van commerciële zones op zee in zogenaamde “Mariparken”. In dit concept worden verschillende technologieën gecombineerd, rekening houdend met de mogelijke effecten van deze parken op het mariene milieu, waarbij een effectieve en efficiënte integratie van elektriciteitsopwekking door offshore windenergie en fotovoltaïsche energie een sleutelrol speelt. De resultaten zullen breed verspreid worden om als basis te dienen voor beslissingen van zowel commerciële spelers als overheden.

Aanpak

De bestaande concepten voor OFPV-structuren zullen worden geanalyseerd met betrekking tot hun sterke en zwakke punten, kansen en bedreigingen, en opties voor hun plaatsing binnen windparken en ecologische effecten zullen in kaart worden gebracht. De regels voor plaatsing binnen windparken moeten worden verfijnd om rekening te houden met alle vereisten voor veiligheidsafstanden, milieueisen en de belangen van alle gebruikers. Hiervoor zullen we overleg plegen met belanghebbenden om regels uit te werken die veilig en effectief zijn.

De elektrische prestaties van het PV-systeem zullen in detail worden gemodelleerd op basis van een bestaand kader voor simulatie van energieopbrengsten. De impact van elektrische en mechanische lay-out, zeemilieu en snelle dynamische schaduweffecten zal worden overwogen en de degradatie op lange termijn zal worden voorspeld. Specifieke maatregelen om de betrouwbaarheid van componenten in zware offshore omstandigheden te garanderen zullen worden afgeleid uit op maat gemaakte tests. Dit heeft ook betrekking op het elektrische systeem, waar betrouwbaarheid en veerkracht, bijvoorbeeld door redundanties, essentieel zijn voor langdurig gebruik. In een eerder ETF-project, MarineSPOTS, hebben we al gedocumenteerd dat de tijdscomplementariteit van wind- en zonne-energiebronnen een betere benutting van de netaansluiting mogelijk maakt wanneer zonne-energiesystemen van vergelijkbare grootte worden gecombineerd met windparken.

De gedetailleerde limieten worden bepaald door de thermische belasting van de kabels en de bijbehorende modellen zullen worden verfijnd om de beste schaling te garanderen met behoud van veilige bedrijfsomstandigheden.

Naast de grootte van de constructies bepaalt het ontwerp van verankering en aanmeren in grote mate hoe de ruimte op zee het best kan worden gebruikt door te zorgen voor de juiste plaatsing met behoud van veiligheid onder alle milieuomstandigheden. Dit wordt aangevuld met eisen voor veiligheidsafstanden en speciale ruimten voor ander gebruik, in het bijzonder scheepvaartverkeer. Bovendien moet bij het plannen van constructies, die een aanzienlijk blootgesteld oppervlak aan het milieu toevoegen, rekening worden gehouden met biologische effecten om ervoor te zorgen dat negatieve effecten worden beperkt en niet schadelijk zijn, en om mogelijk positieve effecten te identificeren. Daarom worden er modellen uitgewerkt voor de spatiotemporele verdeling van ecologische processen die de stromen en distributiepatronen van voedingsstoffen en producten bepalen.

Een duidelijk doel van het project is om beleidsadviezen op te stellen en invloed uit te oefenen op mariene ruimtelijke ordening en vergunningsregels. Daarom zal er, naast ons eigen onderzoek, een reeks workshops worden gehouden waar belanghebbenden uit alle relevante gebieden input kunnen leveren. Het project heeft dus als doel om richtlijnen te ontwikkelen die een effectief en veilig medegebruik van het zeegebied voor commerciële doeleinden mogelijk maken.

Partners

Het project brengt zes partners uit onderzoek, beleid en industrie samen.

• Laborelec heeft een brede expertise in hernieuwbare energie en elektrische systemen en infrastructuur, waaronder offshore windenergie, zonne-energie, energieopslag, energieconversiesystemen en elektrische kabeltests. Het Laborelec-team voor hernieuwbare energie voert al enkele jaren interne onderzoeksprojecten uit – gesponsord door ENGIE Research&Innovation – over offshore windenergie en drijvende PV, is verantwoordelijk voor de opvolging van het OFPV-pilootproject Seavolt en bestudeerde al de potentiële integratie van OFPV in een Nederlands windmolenpark.
• Met een duurzame blauwe economie als kernactiviteit heeft Blue Cluster een aanzienlijke expertise opgebouwd in (internationaal) marien beleid en geeft het advies aan beleidsmakers op basis van de ervaring met innovatieve technologieën in zijn projecten. Blue Cluster is betrokken bij diverse innovatieve projecten op het gebied van meervoudig gebruik van maritieme ruimten en maritieme ruimtelijke ordening en vormt een sterke link met het bedrijfsleven.
• Het RBINS heeft een aanzienlijke expertise in mariene ecologie, met hydrodynamische en biogeochemische modellering, experimenteel werk en veldstudies. Hierdoor zijn ze goed geplaatst voor de kwantificering van milieueffecten die verband houden met OFPV en meer in het algemeen met antropogene activiteiten op zee. De competenties met betrekking tot deze onderwerpen zijn vastgesteld in verschillende eerdere onderzoeksprojecten.
• Imec/EnergyVille beheert en ontwikkelt een op fysica gebaseerd modelleringskader voor energieopbrengst waarmee de energieopbrengst van verschillende geïntegreerde PV-toepassingen kan worden berekend als functie van omgevingsomstandigheden en installatiebeperkingen. Door een model uit te breiden dat is opgesteld in het MarineSPOTS-project, zal het energiesysteem verder bouwen op degradatiemodellen voor PV-systemen onder verschillende stressfactoren, die kunnen worden verfijnd met de unieke omgeving van OFPV.
• UHasselt/EnergyVille heeft een brede expertise in het domein van betrouwbaarheid van energiesystemen binnen het onderzoeksinstituut imo-imomec, in samenwerking met imec. In vorige projecten werkte de imo-imomec onderzoekers aan betrouwbaarheidsmodellering en het testen van zonnepanelen en vermogenselektronische systemen onder verschillende thermische, mechanische en elektrische belastingen, alsook aan PV-systeemontwerp, in-situ sensing en energieoptimalisatie.
• Bovenop de bestaande brede knowhow in marine structureel ontwerp heeft de KU Leuven/EnergyVille de voorbije twee jaar aanzienlijke expertise opgedaan in OFPV, niet in het minst via het ETF-project MarineSPOTS. De elektrische kern van hernieuwbare energiesystemen, zowel op het vlak van vermogenselektronische omvormers als van de integratie van energiesystemen, maakt deel uit van hun achtergrond, net als het ontwerp van het elektriciteitsnet en marktaspecten.

Het project wordt begeleid door een Adviesraad met tien leden uit de industrie die actief zijn in de maritieme ruimte en hernieuwbare energie.

“Met de complementaire expertise van de partners zullen we de grensvoorwaarden bepalen voor de integratie van zonne- en windenergie offshore. We zullen samen met de betrokken partijen trajecten uitwerken voor de effectieve ontplooiing van deze boeiende combinatie van technologieën. Dit kan helpen om België stevig op de kaart te zetten als het gaat om innovatieve hernieuwbare energieopwekking”, zegt Johan Driesen, Professor Electrical Engineering aan de KU Leuven en verbonden aan EnergyVille.