'Zwevende' windenergiesystemen: veelbelovend maar nog niet concurrerend

'Airborne wind energy systems' (AWES) hebben nog een lange weg te gaan om concurrerend te worden op de elektriciteitsmarkt en het potentieel voor de toekomst is onzeker. Desondanks is het de  moeite waard te blijven investeren in deze technologie omdat deze in potentie goedkoper, minder volatiel en ruimtelijk complementair kan zijn ten opzichte van andere hernieuwbare energietechnologieën.

AWES is de verzamelnaam voor een groep technologieën waarin windenergie wordt omgezet naar elektriciteit. De gedeelde eigenschap is dat één of meer geautomatiseerde onderdelen in de lucht, verbonden zijn met de grond via één of meer lijn(en). De voornaamste voordelen zijn (1) de lagere kapitaalkosten vanwege het beperkte materiaalgebruik in vergelijking met een conventionele windturbine, (2) het benutten van hoge windsnelheden (3) de lage productievolatiliteit. De oorzaak van de laatste twee voordelen is dat windstromen op grote hoogten (200 tot 1500 meter) sterker en stabieler zijn dan op lagere niveaus. Hierdoor kan 'airborne' wind mogelijk worden ingezet op locaties waar er te weinig wind is voor conventionele windenergie. Vanwege het beperkte materiaalgebruik zou AWES ook offshore op drijvende bases gebruikt kunnen worden. Deze ruimtelijke complementariteit ten opzichte van andere duurzame energietechnologieën biedt perspectief.

Figuur 1: AWES-concepten waarnaar onderzoek gedaan wordt.

Huidige technologische staat

De ontwikkeling van AWES is pas echt op gang gekomen sinds de eeuwwisseling, omdat enabling technologieën destijds verbeterden. In die tijd vroeg Wubbo Ockels een patent aan voor AWES, waarmee hij één van de pioniers werd op dit gebied. Nog steeds zijn er een hoop verschillende concepten waarnaar onderzoek gedaan wordt (zie figuur 1). Er vindt reeds convergentie plaats in de richting van met name het 'single-tether ground station', maar ook naar 'rigid wing' voor apparaten op grote schaal. Om technische redenen wordt er momenteel gefocust op AWES met een hoogte tot 500 meter. De meest geavanceerde technologieën hebben op dit moment een 'Technology Readiness Level' van 4-5, wat betekent dat onderzoekers bezig zijn een 'proof of concept' op kleine schaal op te leveren. Tests op commerciële schaal zijn nog niet uitgevoerd.

Barrières

Barrières voor ontwikkeling zijn het bereiken van geautomatiseerde, continue operaties en het bewijzen van het potentieel van de technologie. Op dit moment is de technologie nog relatief duur en zijn de investeringsrisico’s hoog. De mate waarin AWES concurrerend kan worden op de energiemarkt is daarom op dit moment onduidelijk. Aangezien AWES niet voor de hand ligt in dichtbevolkte gebieden is de verwachting dat de technologie in eerste instantie vooral aantrekkelijk is in dunner bevolkte, afgelegen gebieden.

Routes naar commercialisatie

De route naar commercialisatie vereist samenwerking en afstemming tussen private en publieke sector. Het publieke domein zal een rol moeten spelen in het overkomen van barrières op het vlak van regelgeving, maatschappelijke acceptatie en investeringen. Daarnaast zijn er voor verschillende technologieën binnen AWES verschillende paden naar commercialisatie, zoals in weergegeven in figuur 2.

Figuur 2: Verschillende paden naar commercialisatie voor verschillende technologieën binnen AWES

Europese maatschappelijke doelen

Europa loopt voorop in AWES-technologie en de technologische complexiteit past bij de Europese industrie. Dit biedt perspectief voor industrieel leiderschap. Bijdragen van AWES aan energiezekerheid en decarbonisatie zijn echter onzeker. Het is immers onduidelijk in welke mate AWES complementair is aan verder ontwikkelde duurzame technologieën, waardoor de meerwaarde van een systeem met AWES onzeker is.

Vervolgstappen

Uit het bovenstaande volgen zes vervolgstappen, die nodig zijn om AWES tot wasdom te brengen.

1. Het bewijzen van het functioneren van de technologie in continu operatie. Om de betrouwbaarheid te bewijzen zijn ook meetstandaarden nodig; hier ligt een taak voor de Europese publieke sector.
2. Er zal meer inzicht opgedaan moeten worden in het potentieel van de technologie en de complementariteit t.o.v. bestaande duurzame energietechnologieën. Op dit moment is er bijvoorbeeld nog onzekerheid over de windsituatie op verschillende hoogten.
3. De ontwikkeling van de technologie kan worden versneld door het delen van kennis, ervaring en data. Publieke en private sector kunnen hieraan bijdragen door het opzetten van (in)formele samenwerkingen.
4. Eén van de meest geschikte mogelijkheden voor zo’n samenwerking is het creëren van een plek waar tests uitgevoerd kunnen worden. Een dergelijke 'hub' zou op Europees niveau moeten worden opgezet, omdat dit schaalvoordelen biedt.
5. Er moet geïnvesteerd worden in o.a. automatisering, composieten en drone-technologie, omdat deze ondersteunende technologieën zich ook nog verder moeten ontwikkelen.
6. Het opzetten van een platform voor dialoog tussen potentiële investeerders en ontwikkelaars kan bijdragen aan de opbouw van wederzijds vertrouwen. Belangrijke onderwerpen zijn het vaststellen van te behalen mijlpalen in de ontwikkeling, prestatie-indicatoren en verificatiemethoden om investeerders inzicht te geven in toekomstige financiering.

Wil je meer weten? Lees het volledige rapport hier of neem contact op met Robert Haffner (Dit e-mailadres wordt beveiligd tegen spambots. JavaScript dient ingeschakeld te zijn om het te bekijken.).