College van de maand: de geologie van offshore windparken

Auteurs: Martijn Mineur & Annelotte Weert

Windparken

Bij de aanleg van windparken denk je vast aan enorme schepen en indrukwekkende machines die de hoge windturbines één voor één in elkaar zetten. Maar wist je dat de geologie van de bodem een cruciale rol speelt? Sterker nog, de geologie bepaalt voor een groot deel waar de windmolens komen te staan.

De meeste windmolenparken worden op zee gebouwd, daar is namelijk veel plek. Om de beste locatie te bepalen, onderzoeken geologen de bovenste tientallen meters van de zeebodem. Dit is namelijk niet zomaar een vlak oppervlak, maar een dynamisch onderwaterlandschap wat gevormd is door eeuwenlange fysische processen. Zo kun je onder water allerlei interessante structuren tegenkomen, zoals zandgolven, morene ruggen, paleo-geulen en boulder velden.

Risico’s

Zandgolven worden gevormd door stromingen in zee die het zand over de bodem duwen en opstapelen. Deze zandgolven kunnen soms meters hoog en tientallen meters breed zijn (Figuur 1). Doordat ze langzaam bewegen door zeestromingen, kunnen ze veel invloed hebben op de planning en inrichting van kabels en turbines op de zeebodem. Deze lopen het risico dik begraven te worden, óf juist te bloot komen te liggen.

Een ander risico is de aanwezigheid van paleo-rivieren. Deze liggen vaak begraven onder een dikke laag zand en zijn daardoor niet meer zichtbaar (Figuur 2). Door middel van ondiep seismisch onderzoek kan worden geprobeerd deze rivieren in kaart te brengen. Op deze manier kunnen instabiele locaties worden vermeden.

Zeker in de Noordzee zijn er nog verscheidene locaties waar morenes, restanten van opgehoopte stenen, zand, klei en ander materiaal, zijn achter gelaten door gletsjers. Soms komt dit aan het oppervlak, waar het een flinke hindernis vormt voor het plaatsen en begraven van de kabels tussen de turbines. De kleine lichte puntjes op de bathymetrische kaart van Figuur 3 zijn stuk voor stuk losse boulders, grote keien, met een doorsnede van minimaal 25 meter. Voor dit soort objecten op de zeebodem moet een heel plan worden opgezet. Zo moet het park er, of omheen gelegd worden, of de boulders moeten worden verplaatst.

Al deze processen zorgen ervoor dat de zeebodem is opgebouwd uit een mix van zand, klei, stenen en ander materialen. Elk type bodem brengt uitdagingen met zich mee bij de aanleg van een windpark. Boulders, de grotere stenen in Figuur 3, moeten bijvoorbeeld worden verwijderd voordat de kabels geplaatst kunnen worden. En bij de ontwikkeling van een windmolen op klei-rijke grond is de stabiliteit van de fundering moeilijker dan wanneer de bodem uit zand bestaat.

De ondergrond in kaart brengen

Je kunt je dus wel voorstellen hoe belangrijk het is om de ondergrond goed in kaart te brengen. Geologen gebruiken hiervoor verschillende technieken. De eerste stap is vaak het maken van een dieptekaart, een zogenaamde bathymetriekaart, waarmee grote structuren zoals megaduinen en riviergeulen zichtbaar worden. Daarna wordt er vaak seismisch onderzoek gedaan, waarbij geluidsgolven worden gebruikt om te zien op welke diepte verschillende lagen liggen (Figuur 4).

Tot slot worden er ondiepe boringen gedaan om monsters te nemen, zodat beter kan worden bepaald wat de samenstelling van de ondergrond is. Met al deze data kan dan een plan worden gemaakt voor de inrichting en bouw van het windmolenpark.

De volgende keer dat je op het strand een windmolenpark aan de horizon ziet, kun je je voorstellen hoeveel geologisch onderzoek eraan voorafging. Van het in kaart brengen van de onderwaterlandschappen tot het ontwerpen van de funderingen die bestand zijn tegen wind, golven en stromingen: alles is erop gericht om deze enorme constructies veilig en duurzaam in de zeebodem te verankeren.

De afbeeldingen zijn door de auteurs zelf geproduceerd.