Wind energy stands out as one of the quickest ways to generate green power. Power companies use two main approaches: onshore and offshore installations.
Onshore windenergie
Onshore windenergie wordt gekenmerkt door de opwekking van elektriciteit met turbines op land. Deze turbines werken in landelijke gebieden met hogere windsnelheden en weinig obstakels. De technologie heeft zich sinds 1887 opmerkelijk ontwikkeld. De kleine turbine van professor James Blyth wekte in Schotland elektriciteit op, maar commerciële windenergie begon pas echt in 1991. Alleen in het Verenigd Koninkrijk zijn er nu meer dan 2.600 onshore-windprojecten. Hun gezamenlijke capaciteit bedraagt meer dan 15 GW. Moderne installaties gebruiken turbines die gemiddeld 98 meter hoog zijn met rotorbladen van 50 meter. De huidige onshore-turbines leveren een vermogen tussen 2,5 en 3 MW.
Offshore windenergie
Wind op zee drijft offshore-energie-installaties aan. Deze opstellingen profiteren van sterkere en stabielere windsnelheden zonder dat landvormen de luchtstroom hinderen. Hoe hoog zijn deze turbines? Offshore-turbines torenen hoog uit boven hun tegenhangers op land en zijn tot 190 meter hoog. De kosten voor de bouw en het onderhoud van offshore-windparken zijn hoog, maar ze veranderen het landschap van hernieuwbare energie ingrijpend. Hornsea 2 in het VK is wereldwijd het grootste offshore-windpark. De 165 turbines produceren 1.320 MW – genoeg stroom voor 1,4 miljoen huishoudens.
Beide typen spelen een cruciale rol in de mondiale energietransitie, al verschillen ze in schaal, efficiëntie en economie. Het afgelopen decennium vertelt een indrukwekkend verhaal. De wereldwijde offshore-windturbinecapaciteit steeg tussen 2010 en 2021 met 97%. De rotordiameter van deze turbines blijft die van onshore-installaties overtreffen.
Vergelijking van windenergie met andere hernieuwbare energiebronnen, waarbij de innovatie en vooruitgang in een ongelooflijk tempo toenemen.
Wat is onshore windenergie?
Windturbines op land vangen de kinetische energie van bewegende lucht op en zetten die om in elektriciteit. Deze hernieuwbare energiebron werkt via een eenvoudig mechanisme: de wind laat grote rotorbladen draaien, die op hun beurt een generator aandrijven om elektrische energie te produceren.
Windturbines op land zijn grofweg in twee hoofdtypen onder te verdelen:
-
- Driedelige horizontale-as-turbines die met de windrichting meedraaien
- Diverse typen verticale-as-turbines, waaronder “eggbeater”-ontwerpen die werken ongeacht de windrichting
Deze turbines hebben windsnelheden tussen 11 km/u en 90 km/u nodig om goed te functioneren. Ze bereiken hun hoogste efficiëntie bij 30 km/u en leveren hun maximale vermogen bij 44 km/u. De opgewekte elektriciteit gaat via een transformator die de spanning verhoogt voordat deze wordt aangesloten op het elektrische net.
Een typisch windpark verspreidt meerdere turbines over een groot gebied. Elke turbine heeft speciaal ontworpen bladen die al kunnen draaien bij windsnelheden vanaf 11 kilometer per uur. De bladen zijn verbonden met een naaf via assen, en een tandwielkast versnelt de rotatie voordat deze naar de generator wordt overgebracht.
Windenergie op land groeit sneller dan de meeste andere hernieuwbare technologieën. Projecten met windturbines op land zijn eenvoudiger te realiseren en goedkoper te onderhouden dan offshore-projecten. Deze windparken combineren goed met andere hernieuwbare bronnen zoals zonnepanelen. Gecombineerde wind-zonneparken voegden in 2022 2,6 gigawatt aan windcapaciteit toe.
Wat is offshore windenergie?
Offshore windenergie maakt gebruik van winden die over wateroppervlakken waaien, voornamelijk zeeën en oceanen, om elektriciteit op te wekken. De installaties op zee profiteren van hogere en constantere windsnelheden doordat fysieke barrières ontbreken, wat een efficiëntere stroomproductie mogelijk maakt.
China (49%), het Verenigd Koninkrijk (22%) en Duitsland (13%) domineren de wereldwijde offshore-windsector met meer dan 75% van alle installaties. De totale wereldwijde capaciteit bereikte in 2022 64,3 gigawatt. Het Britse Hornsea Project Two, dat 1,4 GW produceert, geldt als het grootste offshore-windpark ter wereld.
Deze installaties op zee zijn er in twee hoofdvormen:
-
- Turbines met vaste fundering die aan de zeebodem zijn verankerd in relatief ondiep water (minder dan 60 m diep)
- Drijvende windturbines voor diepere wateren, die zich nog in een vroeg ontwikkelingsstadium bevinden
Het proces van elektriciteitsopwekking begint wanneer de wind de rotorbladen laat draaien. Deze beweging wordt via een aandrijfas overgebracht naar magneten in spoelen van koperdraad, waardoor elektrische stroom wordt opgewekt. Het vermogen wordt via onderzeese kabels naar offshore-onderstations getransporteerd, waar de spanning wordt verhoogd voor efficiënte transmissie naar het net op het vasteland.
De voordelen van offshore-windparken ten opzichte van parken op land zijn:
-
- Een dubbel zo groot energiepotentieel dankzij sterkere en constantere winden op zee
- Minimale visuele en geluidseffecten voor dichtbevolkte gebieden
- Mogelijkheid tot grotere turbines en grotere windparkoppervlakken
Ondanks de hogere initiële kosten werd de technologie in 2017 prijstechnisch concurrerend met conventionele energiebronnen. Deze ontwikkeling maakt offshore-windenergie steeds belangrijker voor de mondiale transitie naar schone energie.
Onshore vs offshore windenergie: belangrijkste verschillen
Onshore en offshore windenergie verschillen op veel meer vlakken dan alleen de locatie waar de turbines worden geplaatst.
Het grootteverschil valt als eerste op. Offshore-turbines bereiken hoogtes tot 260 meter met rotorbladen van 150 meter. Deze reuzen zijn 3,5 keer zo groot als hun tegenhangers op land. Hoeveel energie produceren deze turbines? Dit betekent dat offshore-turbines elk 8–12 MW opwekken, terwijl onshore-modellen 2,5–3 MW produceren.
De ruwe mariene omgeving bepaalt welke materialen worden gebruikt. Offshore-turbines hebben speciaal corrosiebestendig staal nodig. Onshore-turbines functioneren prima met standaard staal in combinatie met glasvezel-hars, ijzer, koper en aluminium.
Ook financieel is het verschil duidelijk. Onshore-windparken zijn goedkoper te bouwen, en kleine windturbines nog goedkoper. Offshore-projecten vereisen complexe infrastructuur, wat de kosten opdrijft, al helpt nieuwe technologie om dit verschil langzaam te verkleinen.
De cijfers laten zien dat offshore-windparken beter presteren. Ze draaien met een capaciteitsfactor van 38% tegenover 24% voor onshore-installaties. Dat komt doordat de wind op zee sterker en constanter waait, zonder obstakels in de luchtstroom.
Vanuit veiligheidsoogpunt genieten projecten op land de voorkeur, omdat onderzeese kabels kwetsbaar zijn voor sabotage. Daar komt bij dat lokale gemeenschappen kunnen deelnemen aan onshore-projecten, bijvoorbeeld met kleine windturbines, terwijl offshore-projecten doorgaans grote corporatieve investeringen vereisen.
Beide typen windturbines groeien sneller dan ooit. Tegen 2050 verwachten experts dat de onshore-capaciteit 5.044 GW bereikt, terwijl offshore naar verwachting rond de 1.000 GW zal uitkomen.
Voordelen en nadelen
Windenergiesystemen zijn er in twee hoofdtypen – onshore en offshore – en elk type heeft unieke voordelen en uitdagingen die bepalen hoe effectief het in de praktijk is.
Windparken op land blinken uit als budgetvriendelijke oplossing. Ze kosten aanzienlijk minder dan installaties op zee. Deze systemen kunnen in enkele maanden worden gebouwd en eenvoudig op bestaande elektriciteitsnetten worden aangesloten. De CO₂-voetafdruk blijft laag, rond 9 gCO₂/kWh, wat veel gunstiger is dan gascentrales (450 gCO₂/kWh) en kolencentrales (1.050 gCO₂/kWh).
Windparken op zee profiteren van gunstigere windcondities. Windsnelheid heeft grote invloed op de energieopbrengst: een turbine levert ongeveer twee keer zoveel energie bij een windsnelheid van 15 mph als bij 12 mph. Deze installaties op zee gebruiken grotere turbines in sterkere, constantere winden en produceren daardoor vaak het dubbele van de energie van hun tegenhangers op land.
Elk type kent zijn eigen uitdagingen. Grote projecten op land stuiten vaak op weerstand vanwege het uitzicht en omdat er een back-up op basis van fossiele brandstoffen nodig is wanneer de wind zwak is. Projecten op zee kampen met complexe bouwomstandigheden, vooral in diep water van meer dan 200 voet, en zijn veel duurder om te bouwen en te onderhouden.
Ook de ecologische impact verschilt tussen beide typen. Deze windparken beïnvloeden wilde dieren op uiteenlopende manieren: onderzoek laat zien dat sommige soorten het moeilijk krijgen, terwijl andere profiteren van nieuwe kunstmatige riffen die zich rond de constructies vormen.
Vergelijkingstabel: onshore vs offshore
Er bestaat een aanzienlijk verschil tussen de twee vormen van windenergie, zoals blijkt uit de wereldwijde capaciteitscijfers. De onshore-capaciteit bedraagt 1.053 GW, terwijl de offshore-capaciteit in 2024 op 79,4 GW staat. Deze volledige vergelijking laat de fundamentele verschillen tussen deze vormen van hernieuwbare energie zien:
| Kenmerk | Onshore wind | Offshore wind |
| Turbinehoogte | ~98 meter | ~190 meter (tot 260 meter) |
| Bladlengte | ~50 meter | Tot 150 meter |
| Turbinevermogen | 2,5–3 MW | 8–12 MW |
| Capaciteitsfactor | 24% | 38% |
| Bouwtijd | 3 jaar 8 maanden | 7–11 jaar |
| Kosten per MW | $3,13 miljoen | $4,49 miljoen |
| LCOE (2023) | $0,033/kWh | $0,075/kWh |
| Benodigde materialen | Standaard staal, glasvezel-hars | Hogesterkte corrosiebestendig staal |
| Vereiste windsnelheid | 7–56 mph (optimaal bij 18 mph) | Hogere en constantere windsnelheden |
| Belangrijkste voordelen | – Lagere investeringskosten
– Snellere installatie – Minder onderhoudsbehoefte – Eenvoudige netaansluiting |
– Sterkere en constantere winden
– Dubbele energieopbrengst – Minder visuele en geluidsverstoring – Groter turbinevermogen |
| Belangrijkste uitdagingen | – Bezorgdheid in de gemeenschap over het uiterlijk
– Variabele stroomproductie – Beperkte beschikbaarheid van land |
– Complexe bouwvereisten
– Kostbaar onderhoud – Geavanceerde infrastructuur nodig – Kwetsbaarheid van kabels onder water |
Offshore-installaties leveren een stabielere stroomproductie met hogere efficiëntiewaarden, maar vergen grotere investeringen. Denemarken heeft binnen Europa de laagste offshore-wind LCOE met $0,053/kWh. Beide technologieën zullen een cruciale rol spelen in de toekomst, aangezien verwacht wordt dat windenergie tegen 2050 goed is voor 35% van de mondiale elektriciteitsproductie.
