Geo.brief Uitgelicht: Wind op zee als kennisbron

De plannen voor het reduceren van de CO2-uitstoot in Nederland zijn inmiddels in Den Haag bekend gemaakt. Per 2050 moet Nederland volledig zijn overgeschakeld naar duurzaam gewonnen en hernieuwbare elektriciteit. De ontwikkeling van grote windmolenparken op zee vormt een van de speerpunten om dit doel te bereiken: er is op zee voldoende ruimte en het waait er gemiddeld harder dan op land. Een bijkomend voordeel specifiek voor aardwetenschappers is dat de voorstudies en verkennende onderzoeken nodig voor een beoogd windmolenpark een ware schat aan geotechnische en geologische informatie opleveren. Onderstaande artikel geschreven door Bart Meijninger (bart.meijninger@tno.nl) is uitgekozen als uitgelicht artikel van Geo.brief 5 (gratis voor leden van het KNGMG). Wilt u lid worden van het KNGMG, dat kan via deze link.

Afbeelding boven: Drone view op windpark Westermeerwind in het IJsselmeer
Foto: Fokke Baarssen

In vergelijking met andere Noord-Europese landen loopt Nederland flink achter met de ontwikkeling van grote windmolenparken op zee. De ontwikkeling van zo’n buitengaats windmolenpark is over het algemeen complexer en duurder dan dat van een windmolenpark op land. Om de beoogde CO2-reductie te kunnen behalen heeft de Nederlandse overheid het voortouw genomen. De Rijksdienst Voor Ondernemend Nederland (RVO) heeft opdracht gekregen de ontwikkeling van windmolenparken te starten en te leiden tot het punt van aanbesteding. Vanaf dat punt kunnen energiebedrijven of consortia van bedrijven gaan bieden op het plaatsen en exploiteren van de windmolenparken.

Overzichtskaart van geplande windmolen-parken op de Noordzee. Foto: RVO

Een doelstelling van RVO is om de kosten van de ontwikkeling van een windmolenpark zo laag mogelijk te houden, zodat ook de maatschappelijke kosten en subsidies laag blijven. Een van de manieren om dit te bereiken is het uitvoeren van voorstudies en verkennende onderzoeken in het gebied van een gepland windmolenpark. Deze kennis kan bij de aanbestedingsfase gebruikt worden door de energiebedrijven en consortia om een competitief bod uit te brengen zonder daarbij teveel risico te lopen. Deze voorstudies en verkennende onderzoeken omvatten onder andere analyses van de heersende windkracht en windrichtingen, getijdenstromingen, golfbewegingen, dynamiek van zandgolven op de zeebodem (d.w.z. metocean en morfodynamische condities) en onderzoek van de geologische en geotechnische condities in de zeebodem. Ook het lokaliseren van scheeps- en vliegtuigwrakken, bommen uit de Eerste en Tweede Wereldoorlog, en mogelijke archeologische vindplaatsen komen aan bod.

Borssele windmolenpark : Het Borssele windmolenpark is een van eerste parken voor de kust van Nederland dat op deze wijze wordt gerealiseerd en zal in 2021 volledig operationeel zijn. Op zo’n 25 kilometer afstand voor de kust van Zeeland en beslaan vijf concessiegebieden een oppervlakte van 344 km2 – bijna net zo groot als de oppervlakte van Walcheren en Noord-Beveland samen.

Surveylijnen en geotechnische locaties van het Borssele windmolenpark.

In 2015 zijn breed verkennende onderzoeken uitgevoerd om het windmolenparkgebied in kaart te brengen. Deze hadden betrekking op het lokaliseren van objecten op en in de zeebodem, de morfologie van zeebodem, de sedimentaire lagen en structuren in de zeebodem en de geotechnische eigenschappen van de sedimenten. Deze onderzoeken zijn door een aantal bedrijven en instituten uitgevoerd en met behulp van geofysische en geotechnische onderzoeksmethoden is de ondiepe ondergrond in kaart gebracht..

Aanleiding voor deze uitgebreide onderzoeken is dat er weinig gedetailleerde kennis bestond over de geologie en de geotechnische eigenschappen van de sedimenten van dit deel van de zeebodem. De geologische kaarten van dit deel van de Noordzee laten vooral een schetsmatig geologisch profiel zien van de ondergrond van dit gebied. De kaarten op schaal 1: 250.000 zijn destijds vervaardigd aan de hand van een aantal seismische lijnen, ondiepe kernen en grijpmonsters van de zeebodem. Kennis van de geologie op het land (van met name België en Engeland) is ook meegenomen.

Tijdens de verkennende onderzoeken in 2015 is het zeebodemoppervlak met verschillende

Bathymetrische kaart van het Borssele windmolenpark.

geofysische methoden (single- en multi-beam echosounder, sidescan sonar, magnetometer) in kaart gebracht. Daarvoor is een afstand van honderd meter tussen de surveylijnen aangehouden. Het resultaat was een zeer gedetailleerde bathymetrische kaart met een een horizontale resolutie van een vierkante meter. Met behulp van parametrische echolood, pinger en sparker geofysische surveysystemen zijn de sedimentaire lagen en structuren tot een diepte van honderd meter onder de zeebodem in beeld gebracht. In de daaropvolgende geotechnische onderzoeken zijn op zo’n 136 locaties boringen en sonderingen uitgevoerd, waarvan een aantal tot tachtig meter diep onder de zeebodem, waarbij op verschillende diepten sedimentmonsters genomen zijn. Op de sedimentmonsters zijn uiteenlopende geotechnische laboratoriumproeven uitgevoerd voor de classificatie van het sediment en voor het analyseren van de sterkte van het bodemmateriaal. Deze proeven waren met name relevant voor de ontwikkeling van het ontwerp van funderingsconstructies voor het windmolenpark. Op enkele sedimentmonsters zijn biostratigrafische analyses uitgevoerd om de relatieve ouderdom van het sediment te bepalen.

Grondmodel : Deze onderzoeken hebben een unieke gedetailleerde en samenhangende dataset opgeleverd, verwekt tot een geologisch grondmodel voor de vijf concessiegebieden van het windmolenpark. De dataset geeft een gedetailleerd beeld van de dynamiek op de zeebodem en toont de Kwartaire, Neogene en Paleogene stratigrafie van het zuidelijke deel van de Noordzee.

Deze kan als volgt samengevat worden: de topografie van de zeebodem is gekarakteriseerd door een aantal grootschalige zandbanken en een complex patroon van kleinschalige zandgolven. De zandgolven verplaatsen zich als gevolg van de getijdenstromingen en vormen de zogenaamde actieve zone van de zeebodem.

De sedimenten waaruit de zandgolven en de zandbanken bestaan behoren grotendeels tot de Holocene Southern Bight Formatie. Deze bodemstructuren liggen op zandige Pleistocene rivierafzettingen van de Rijn en de Maas (Formatie van Kreftenheye), afgezet tijdens de laatste ijstijd. Het is mogelijk dat ook lokaal wat mariene sedimenten uit het Eem bewaard zijn gebleven. Al deze Kwartaire sedimenten liggen hoekdiscordant op naar het noorden hellende Neogene en Paleogene sedimentaire lagen (Westkapelle Gronden tot en met Formatie van Dongen).

Lokale erosieve structuren op de overgang van Neogene naar Kwartaire afzettingen

Depressies : De overgang van het Neogeen naar het Kwartair kenmerkt zich door een erosief hiaat waarbij de Kwartaire afzettingen een paleoreliëf opvullen en afdekken. Het is onduidelijk wanneer dit paleoreliëf is gevormd. Op een aantal locaties heeft de erosie tot vijftig meter diep in onderliggende Neogene en Paleogene afzettingen plaatsgevonden, waarbij asymmetrische depressies zijn gevormd. Soortgelijke depressies zijn ook gevonden in de zeebodem van België. De depressies zijn vermoedelijk ontstaan als gevolg van stromend water, mogelijkerwijs in een fluviatiele of een getijdensetting. Mogelijk heeft de ondergrond een rol gespeeld bij de vorming van deze depressies: het toentertijd dagzomen van een opeenvolging van relatief zachte en meer erosiebestendige Neogene en Paleogene lagen. De Neogene en Paleogene sedimenten bestaan uit een zichtbaar lateraal continue gelaagd pakket van (glauconitische) zand- en lokaal stugge klei-afzettingen.

De geofysische profielen tonen aanwezigheid van breuken in de Paleogene afzettingen. De breuken staan sub-verticaal, zijn discontinue naar boven en beneden en tonen weinig tot geen verzet. De oorsprong van de breuken lijkt eerder diagenetisch dan tektonisch van aard te zijn. Mogelijk gaat het om zogenaamde hexagonale breuken (‘polygonal faults’).

De ontwikkeling van een windmolenpark levert naast duurzaam gewonnen energie ook een prachtige dataset op met een aantal interessante geologische bevindingen. Deze unieke dataset is nu vrij toegankelijk voor bijvoorbeeld onderzoeksdoeleinden. Toch is er één nadeel: wanneer het windmolenpark eenmaal staat, is het gebied niet meer toegankelijk voor verder onderzoek. We moeten het dan doen met de data die we hebben…

Offshore windmolens

De figuren in dit artikel zijn afkomstig uit rapporten of gereproduceerd uit de dataset van het Borssele windmolenpark. Alle rapporten en data zijn vrij toegankelijk en beschikbaar via de website van RVO: offshorewind.rvo.nl

 

Geplaatst in Geo.brief, KNGMG.