Energieopwekking en opslag komen samen

Bouwbedrijf Max Bögl zet nieuwe maatstaven voor de energierevolutie met windturbines met ingebouwde pompaccumulatiesystemen. LAPP levert de bekabeling voor deze megabouwwerken.

Windenergiecentrale met waterbatterij, de natuurlijke energieopslag in Gaildorf

Op het eerste gezicht zien de cijfers voor de uitbreiding van windenergie in Duitsland er goed uit: Eind 2019 waren er ongeveer 29.500 windturbines op het vasteland in bedrijf, die samen bijna 54 gigawatt produceren en 106 terawattuur energie per jaar opwekken, met nog eens 26 TWh van offshore-installaties. Maar zoals we al zeiden, is dit slechts een eerste blik. In feite staat windenergie er in Duitsland niet echt goed voor. Dit jaar zullen de eerste oudere windturbines niet langer in aanmerking komen voor wettelijke steun. De Wet inzake hernieuwbare energie, die in 2000 werd ingevoerd, garandeert de exploitanten dat de energie tegen hoge prijzen zal worden aangekocht - maar slechts voor 20 jaar. Dit zou oudere installaties dus in één klap onrendabel kunnen maken. De windenergiesector vreest zelfs dat in de komende jaren het aantal oudere centrales dat wordt ontmanteld, groter zal zijn dan het aantal nieuwe dat wordt gebouwd.

In Nederland ligt dit toch net even anders. Hier is een flinke opmars van windenergie gaande. In 2020 plaatste Nederland de meeste windmolens – 2750 op het vaste land en 3750 op zee -  van alle Europese landen met 1979 megawatt met een totaal van 4,2 gigawatt aan geïnstalleerd vermogen. Daarmee staat het totaal vermogen windenergie in ons land op 6,8 gigawatt. Wat hierbij wel opvallend is, is dat op dit moment in ons land de elektriciteitsbehoefte maar voor 12% voorzien wordt door windenergie. Maar omdat de meeste windmolens pas eind 2020 operationeel werden, zal dit percentage naar verwachting in 2021 flink toenemen. Gezien het aantal projecten dat in de steigers staat, zal er in 2023 nog ongeveer 2,5 gigawatt aan vermogen bijkomen.

Nog even terug naar Duitsland, want daar bestaat reden voor voorzichtigheid. Er is namelijk een nieuwe wet waarbij het Bondsministerie van Economische Zaken minimumafstanden tussen de centrales wil invoeren - waardoor de beschikbare gebieden kleiner worden. Netbeheerders houden niet van windenergie omdat deze niet continu beschikbaar is, maar alleen wanneer het waait, wat de netcontrole duurder maakt. Dit zou kunnen worden vermeden als windturbines ongebruikte energie zouden kunnen opslaan bij een stevige bries en deze vervolgens aan het net zouden kunnen leveren wanneer er weinig energie is. De ideale oplossing zou een gecombineerd windmolenpark en een pompaccumulatiecentrale zijn. Maar die bestaan niet, toch?

Ja, die bestaan wel. Sinds 2017 draaien op een bergkam in Gaildorf, zo’n 70 km ten Noordoosten van Stuttgart, vier reusachtige rotoren die de energie oogsten uit de wind die over de Limpurger heuvels waait. Als je je de perfecte locatie voor een windturbine zou kunnen voorstellen, dan zou dit het zijn. Elke windturbine levert 3,4 megawatt elektrisch vermogen en genereert meer dan 10 gigawattuur energie per jaar, genoeg om ongeveer 5.000 huishoudens van energie te voorzien. De andere drie windturbines, die als schildwachten op de heuvel staan op een paar honderd meter afstand van elkaar, hebben een identiek ontwerp en leveren hetzelfde vermogen en dezelfde energie. De windturbines behoren tot de hoogste ter wereld met hun naven op 180 meter en de uiteinden van de rotors die een hoogte van 246 meter bereiken. Elke meter telt, want elke extra meter hoogte betekent 0,8 procent meer energie.

De componenten van de waterbatterij (© Max Bögl Wind AG)

Opslagsysteem in de basis

Windenergiecentrale in Gaildorf

Windenergiecentrale in Gaildorf

De centrale in Gaildorf is echter niet alleen bijzonder vanwege haar omvang. Zelfs een amateur kan zien dat er iets anders is aan de enorme torens. Het onderste deel is op een vreemde manier verdikt en staat in een enorm rond reservoir. Als er een overschot aan windenergie of elektriciteit in het net is, wordt deze elektrische energie gebruikt om water omhoog en in deze twee reservoirs te pompen. Als de elektriciteit in het net schaars is, valt het water 200 meter naar beneden in de vallei en drijft het drie turbines aan. Het principe van de pompaccumulatiecentrale is bijna 100 jaar oud. Wat hier nieuw is, is dat een installatie voor de opwekking van hernieuwbare energie en een pompaccumulatie-installatie zich op dezelfde locatie bevinden, in feite zijn ze in dezelfde constructie ondergebracht. De dikke basis van de windturbine - het actieve reservoir - kan 7.100 kubieke meter water bevatten, terwijl het grote externe bassin, het zogenaamde passieve reservoir, nog eens 43.000 kubieke meter water bevat. De actieve reservoirs zijn met elkaar verbonden door een twee meter dikke pijp, die in de vallei onder de bedding van de rivier de Kocher naar beneden en in een kunstmatig reservoir leidt. Bij het begin van de exploitatie in 2017 werd 160.000 kubieke meter water uit de Kocher gehaald en omhoog gepompt in de reservoirs.

Geen energierevolutie zonder opslag

De energie-inhoud van de natuurlijke energieopslag in Gaildorf bedraagt 80 megawattuur. Dit kan meerdere uren van rust compenseren, maar ook korte discrepanties tussen opwekking en vraag in het net dekken. Omschakelen van terugleveren aan het net naar opslag of omgekeerd duurt slechts 30 seconden. Dit verhoogt de flexibiliteit en opent extra inkomstenbronnen, aangezien de centrale goedbetaalde netdiensten kan aanbieden om instabiliteit en veranderingen in de netfrequentie te compenseren of om ongebruikt vermogen te leveren.

De torens zijn gebouwd door Naturspeicher GmbH, een dochteronderneming van de Max Bögl Group, gevestigd in Neumarkt in de Oberpfalz. Om verrassingen te voorkomen, konden alleen leveranciers die bij General Electric, de fabrikant van de windturbine, op een lijst stonden, inschrijven op de aanbesteding. Hetzelfde gold voor de kabels. Hier werd gekozen voor LAPP. Op het gebied van kabel- en verbindingssystemen had LAPP al eerder kabels geleverd voor gondels in andere GE-fabrieken. Dit was voor Max Bögl een eerste vereiste om LAPP te benaderen als leverancier voor de kabels in de toren in Gaildorf. "We ontvingen een specificatie van General Electric, waarin de exacte specificaties voor elke kabel staan vermeld, zoals afmetingen, temperatuur, torsie, weerbestendigheid en nog veel meer", zegt Andreas Müller, Key Account Manager Wind Energy bij LAPP.

Over efficiëntie gesproken

Maar het was niet alleen de kwaliteit van de kabels die goed moest zijn, het was ook de logistiek. Elk van de ongeveer 100 kabelhaspels moest op de bouwplaats aanwezig zijn precies op het moment dat dat specifieke kabeltype nodig was. Vertragingen in het strak geplande bouwproces zouden tot stilstand op de bouwplaats hebben geleid. Tegelijkertijd mochten de enorme kabelhaspels niet te veel ruimte in beslag nemen op de vier krappe terreinen midden in het bos. Het LAPP-projectteam loste het probleem op met twee containers: In de eerste wachtten de volle kabelhaspels om te worden gebruikt, terwijl de tweede werd gebruikt om de lege haspels op te vangen en regelmatig weg te brengen. Alles was precies op tijd klaar. Het vertrouwen van Max Bögl heeft zijn vruchten afgeworpen: LAPP heeft de order op tijd afgerond.

LAPP heeft de volgende kabels geleverd voor de vier windturbines in Gaildorf:

Gondel

Toren

Infrastructuur

Toekomstige projecten

Max Bögl plant nog meer hybride systemen op basis van hetzelfde concept. Het bouwbedrijf heeft verklaard dat het de voorkeur geeft aan middelgrote ondernemingen als leveranciers vanwege hun betrouwbaarheid en hun hoge mate van identificatie met dit soort projecten, dus LAPP zal zeker weer in de race zijn. Ook voor internationale projecten is LAPP in de running. Dit soort aanvragen is een welkome uitdaging voor LAPP, omdat het bedrijf in staat is om de benodigde kabels in Duitsland of in andere fabrieken in Europa te produceren en daarnaast een beroep te doen op een "centre of excellence" in Singapore en een productielocatie in Sjanghai, wat een grote kracht is. "Wij beschikken ook in Azië over voldoende knowhow om grote orders voor windkrachtcentrales met topkwaliteit te kunnen leveren"; aldus Andreas Müller.