Funderingen van windmolens op zee: Technieken, innovatie en duurzaamheid

Published by Redactie on juli 20, 2025 | Category fundering

De opbouw van offshore windmolens is een essentieel onderdeel van de energietransitie naar duurzame energie. Een van de meest kritieke aspecten bij de constructie van windmolens op zee is de keuze en uitvoering van de fundering. De fundering moet zorgen voor stabiliteit onder extreme belastingen van wind, zee, en golven. Binnen de offshore windsector zijn verschillende funderingsmethoden ontwikkeld, van monopalen tot betonnen voeten, en innovatieve ontwerpen die ook de natuur ondersteunen. In dit artikel worden de meest gebruikte funderingstypen, hun voordelen en uitdagingen, en de laatste ontwikkelingen in dit domein besproken, gebaseerd op recente informatie en praktijkuitvoeringen in Nederland en elders.

Monopalen: De meest gebruikelijke fundering

De monopaal, ook wel monopile genoemd, is de meest voorkomende fundering voor windmolens op zee. Deze fundering bestaat uit één enkele, massieve paal die in de zeebodem wordt geheid. Het ontwerp is geïnspireerd op ervaringen uit de offshore olie- en gasindustrie, waarbij vergelijkbare funderingstechnieken al lange tijd worden toegepast.

De afmetingen van een monopaal zijn aanzienlijk. Typisch zijn palen met een doorsnede van 11 tot 13 meter en een lengte tot wel 60 meter. De paal moet zo diep worden geheid dat hij tot ongeveer 30 meter onder de zeebodem reikt, om de stabiliteit van de windmolen te garanderen. De keuze voor monopalen is ook economisch aantrekkelijk, vooral in ondiep water en op zandige bodems, zoals die voorkomen in de Noordzee. Deze techniek is goed bewezen en schaalbaar voor grotere windparken.

Het proces van heien of intrillen van monopalen vereist zorgvuldige planning en monitoring. Offshore ingenieurs zoals Allnamics voeren analyses uit, waaronder intrilpredicties en vermoeiingsanalyses, om de impact op de paal te bepalen tijdens installatie en gedurende de levensduur. De voorspellingen en metingen houden rekening met dynamische belastingen zoals wind, golfbeweging en stroming, die allemaal een rol spelen in de levensduur van de paal en de veiligheid van de windmolen.

Betonnen voeten: Een innovatieve aanpak

Naast monopalen is er een alternatieve funderingstechniek in ontwikkeling: de betonnen voet. Deze fundering bestaat uit een massieve betonnen constructie die aan land wordt gebouwd en vervolgens op zee wordt geplaatst. In plaats van in de zeebodem te heien, wordt de fundering op de zeebodem geplaatst en met zand of andere materialen gevuld, waardoor het geheel afzinkt en stabiliteit verkrijgt.

De betonnen voet is van belang voor grotere dieptes, waar het heien van monopalen technisch uitdagend of kostbaar kan worden. Het ontwerp biedt ook het voordeel dat de meeste bouwwerkzaamheden aan land kunnen worden uitgevoerd, wat het offshore werk beperkt en zo de risico’s en kosten vermindert.

Een voorbeeld van deze techniek is het demonstratieproject van EDF Energy Renewables in het kielwater van Blyth, Engeland. De betonnen fundering heeft een doorsnede van 30 meter en een hoogte van ongeveer 20 meter. Er is 1800 m³ beton en aanzienlijke hoeveelheid wapeningsstaal verwerkt. De fundering is hol, zodat het geheel drijvend kan worden versleept naar de eindlocatie. Eenmaal geplaatst wordt de voet geleidelijk gevuld met zand om te zinken en stabiliteit te verkrijgen.

Hoewel de betonnen fundering veelbelovend is, zijn er nog onzekerheden over de lange-termijnprestaties. Het verbruik van materialen is aanzienlijk, en het moet nog worden bewezen of deze fundering onder extreme belastingen even betrouwbaar is als traditionele monopalen. EDF’s project is daarom grotendeels een demonstratie, met oog op toekomstige schaalvergroting.

Innovatie in funderingsontwerp: Natuurversterking

Een nieuwe trend in de offshore windsector richt zich op het combineren van technische prestaties met milieubelang. Vattenfall en De Rijke Noordzee hebben bijvoorbeeld een onderzoek gestart naar natuurversterking via het ontwerp van de fundering zelf. In de fundering zijn openingen aangebracht waardoor vissen en ander zeeleven de turbines in en uit kunnen bewegen. Het doel is om de fundering als nieuw leefgebied te gebruiken, waar dieren zich kunnen schuilhouden of voedsel kunnen vinden.

Dit initiatief wordt uitgevoerd in het windpark Hollandse Kust Zuid. Het is voor het eerst dat de impact van dergelijke ‘waterverversingsopeningen’ op het zeeleven wordt onderzocht. Als de resultaten positief uitvallen, kan het leiden tot een grotere biodiversiteit onder water, terwijl tegelijk duurzame energie wordt opgewekt. Het project wordt uitgevoerd in samenwerking met het Koninklijk Nederlands Instituut voor Onderzoek der Zee (NIOZ).

Deze aanpak illustreert de toekomstvisie van de windsector: energieopwekking die niet alleen duurzaam is voor het klimaat, maar ook positief uitwerkt op het mariene ecosystem. Het is een voorbeeld van hoe de bouwsector en de energiebranche innovatief kunnen samenwerken om zowel duurzame energie als milieubelang tegelijk te bevorderen.

Technische en logistieke uitdagingen

Hoewel de technologie rondom offshore funderingen zich steeds verder ontwikkelt, blijven er uitdagingen. Een van de belangrijkste is het transport en de montage van de funderingen op zee. De constructies zijn massief en vereisen zware schepen en gespecialiseerde uitrusting. Daarnaast moet rekening worden gehouden met weersomstandigheden, die het werk op zee beperken of zelfs stoppen.

De keuze voor een funderingstype hangt ook af van de bodemstructuur, diepte, en windbelasting. In ondiep water en op zandige bodems zijn monopalen vaak de meest geschikte optie. In grotere dieptes, met rotsachtige bodems, kunnen andere technieken zoals betonnen voeten of drijvende funderingen beter geschikt zijn.

Bij de bouw van moderne windmolens is de hoogte van de mast een belangrijk criterium. Tegenwoordig staan de as van de turbine op een hoogte van 125 tot 170 meter, wat nodig is om voldoende wind te genereren. Voor dergelijke hoge constructies zijn stevige funderingen onmisbaar. In het IJsselmeer, bijvoorbeeld, worden windmolens met een ashoogte van 135 meter en een tiphoogte van 198 meter geplaatst. De fundering daarvoor vereist 1400 m³ beton en 9 ton wapeningsstaal.

Toekomstige ontwikkelingen

De toekomst van offshore windfunderingen hangt af van technologische innovatie, kostenefficiëntie en duurzaamheid. De huidige ontwikkelingen tonen duidelijk aan dat de sector zich richt op oplossingen die zowel energieopwekking als milieubelang ondersteunen. De betonnen fundering en de openingen in de fundering voor zeeleven zijn slechts twee voorbeelden van hoe de windsector haar impact op de natuur kan verminderen of zelfs positief kunnen uitwerken.

Bovendien zijn er plannen om windparken verder uit de kust te bouwen, waar de zee dieper is. Dit zorgt voor minder visuele impact en meer windenergiecapaciteit, maar vereist ook nieuwe funderingsmethoden. Drijvende windmolens, bijvoorbeeld, zijn een optie die wordt onderzocht, waarbij de fundering niet op de zeebodem rust, maar met ankerlijnen op zijn plaats blijft. Deze techniek kan ook worden toegepast in gebieden waar traditionele funderingen niet mogelijk zijn.

Conclusie

De fundering van windmolens op zee speelt een cruciale rol in de prestaties, veiligheid en duurzaamheid van offshore windparken. Momenteel is de monopaal de meest gebruikte fundering, dankzij zijn bewezen prestaties en relatief lage kosten. Innovatieve opties zoals betonnen voeten en funderingen met openingen voor zeeleven bieden nieuwe mogelijkheden om de impact op het milieu te verminderen en de biodiversiteit te versterken. De toekomst van de offshore windsector houdt verder rekening met de behoefte aan efficiëntere installatiemethoden, lagere kosten, en een positieve bijdrage aan de duurzame ontwikkeling. Door de combinatie van technologische vooruitgang en bewust omgaan met de natuur, kan offshore windenergie een belangrijke rol spelen in de toekomstige energievoorziening van Nederland en andere landen.