Equinox Ocean Turbines: energie uit oceaanstromingen

In juli 2026 ging in het Marsdiep bij Texel een turbine van 3,2 ton met een rotor van vijf meter in diameter te water. De Mobula® 5 dook gecontroleerd onder, draaide en leverde stroom en werd weer succesvol naar het wateroppervlak gestuurd. Met die testcampagne bereikte Equinox Ocean Turbines TRL 6. Wij hebben samen met Equinox Ocean Turbines de mechanical en structural engineering van het prototype gedaan, van het mechanisch ontwerp tot de sterkteberekeningen met FEM. Equinox Ocean Turbines assembleerde vervolgens de machine in hun eigen loods.

Equinox Ocean Turbines ontwikkelt een turbine voor ocean currents: grootschalige oceaanstromingen die langzamer bewegen dan getijdenstromen, maar vrijwel continu doorlopen. We spraken founder Pieter de Haas over de business case, over wat een schaalmodel je leert en over de samenwerking.

"Door hun enthousiasme voor dit bijzondere project en de vakbekwaamheid van de engineers van MechDes is een heel prettige samenwerking met Equinox ontstaan." zegt Pieter.

Eerst goed, dan beter

Pieter werkt al jaren aan energie uit water. Hij bouwde eerder full-scale getijdenturbines, waaronder een machine van 1,2 megawatt die acht jaar in de Oosterscheldekering draaide. In die sector zag hij veel techniek die werkte en toch geen toekomst had, omdat de business case niet sloot.

Ocean currents bieden schaal: de stroming is constant en voorspelbaar. Het nadeel is de lage snelheid. Die is gunstig voor de installatie en de belastingen, maar ongunstig voor een conventionele turbine.

Equinox Ocean Turbines lost dat op met een tweetrapsturbine. Een grote, langzaam draaiende rotor sleept twee kleine turbines aan de bladtippen door het water. De tippen bewegen veel sneller dan de stroming zelf, waardoor kleine, snel draaiende turbines de stroom kunnen opwekken.

"Je ziet veel mensen iets poetsen tot het glimt, terwijl de basis niet in orde is. Beter is de grootste vijand van goed. Het moet eerst goed en dan pas beter." vertelt Pieter.

De naam is bewust gekozen. De equinox is het moment in maart en september waarop de zon de evenaar passeert, in de natuur een keerpunt. Dat keerpunt wil Equinox Ocean Turbines voor ocean energy zijn: van technisch interessant naar commercieel haalbaar.

De business case: constante stroming, bestaande techniek

Een turbine in een oceaanstroming draait vrijwel het hele jaar door. Daar staat tegenover dat elke machine betaalbaar te bouwen, te installeren en te onderhouden moet zijn. Equinox Ocean Turbines stuurt op beide.

• Opbrengst: omdat de stroming constant is, rekent Equinox met een capaciteitsfactor van gemiddeld 65 procent. 
• Schaal: de full-scale Mobula® 50 levert 2 megawatt. Acht tot tien machines delen één 33 kV-kabel van dertig kilometer, samen zo'n 20 megawatt. Een volwaardig park telt vijftig tot honderd turbines en komt richting de 200 megawatt.
• Locaties: de stromingen concentreren zich langs de oostkusten van continenten. Equinox richt zich op Florida, Zuid-Afrika en Japan. De machines liggen minimaal vijftig meter onder water.
• Productie: complexe componenten zoals de tipturbines, het hoofdlagerhuis en de elektronica komen uit Nederland, bij voorkeur uit Friesland. Grote delen in beton en staal worden lokaal gemaakt en geassembleerd.
• Onderhoud: voor service komt de machine naar het oppervlak. Daar zijn gewone werkboten met een standaard toolkit voor nodig, geen gespecialiseerde schepen.
• Ecologie: een marien bioloog in het team kijkt mee met het ontwerp. Het effect van de turbines op het aanwezige zeeleven wordt nauwlettend beoordeeld, bijvoorbeeld emissies afkomstig van een turbine of mogelijke risico's die voor onderwaterleven geïntroduceerd worden.

Ook rond de turbine kiest Equinox Ocean Turbines voor bestaande oplossingen. De machine hangt aan een single-point mooring aan de voorzijde, en de ankerlijn voert ook de stroom en de data af. Met een ballastsysteem en een trimflap is de hoogte in de stroming in te stellen. De bekabeling volgt offshore wind: doorlussen van turbine naar turbine en dan naar de wal. "We willen niet alle wielen zelf uitvinden", zegt Pieter. "Zo veel mogelijk proven technology toepassen, ook al is dat voor ons soms een beetje suboptimaal. Dat geeft uiteindelijk een lager risico en maakt het goedkoper en degelijker."

Beginnen bij het eindbeeld

Equinox Ocean Turbines begon met het uitdenken van hun concept niet bij het prototype, maar bij een park van full-scale machines: acht tot tien turbines per kabel, eventueel meerdere kabels en offshore hubs, zoals bij offshore wind.

Vanuit dat eindbeeld parametriseerde Equinox Ocean Turbines het concept, eerst in een eenvoudige spreadsheet. Daarbij knoop je gedachten aan elkaar en zet je het hele speelveld neer. Anders wordt het los zand. Pas daarna kun je de disciplines gericht aansturen. Dan volgt de vraag welk risico nog onbekend is. Een turbine lang laten draaien en een nette power curve halen had Pieter al eerder gedaan. Nieuw was het gedrag van deze machine: onderduiken, stabiel op diepte blijven en weer bovenkomen voor service. Dat werd het hoofdonderwerp van de prototypetest.

De schaal volgde uit dezelfde nuchtere afweging. Een rotor van 3,5 meter bleek te klein, omdat schaaleffecten dan de overhand krijgen. Vijf meter, schaal 1:10, was het grootste dat binnen het budget paste. Op die schaal levert de machine 30 kW bij een stroomsnelheid van 2,1 m/s, op een werkdiepte van tien meter. Het paste ook nog net in de loods van Equinox Ocean Turbines, waar het prototype is gebouwd: bij het uittakelen bleef er twee centimeter over onder de haak.

Co-creatie op een rijdende trein

Toen wij met ons team van engineers aansloten, was Equinox Ocean Turbines al ver met het uitwerken van het concept. Onze eerste stap was daarom een gezamenlijke bepaling. Welke uitgangspunten staan vast? Welke keuzes hebben nog onderbouwing nodig? En hoe grijpen de disciplines in elkaar?

Dat vroeg meer dan engineeringcapaciteit. We stapten in een concept dat volop in ontwikkeling was en in de werkwijze van degene die het bedacht had. We kwamen langszij bij een rijdende trein en bepaalden samen met Equinox Ocean Turbines waar bijsturen nodig was.

"Terwijl wij al met het stokje aan het rennen waren, hebben jullie het rennend overgenomen en zijn we samen gestart. Die start vond ik bijzonder vloeiend en dat was heel fijn in de samenwerking." aldus Pieter.

Kritisch zonder ideeën plat te drukken

De ontwerpfilosofie van MechDes is Less is More: niets toevoegen dat niet nodig is, onnodig duur is of extra complexiteit geeft. "Tussen kritisch zijn en afzeiken zit een heel dun lijntje. Bij veel traditionele engineeringbureaus zie je: het is anders, het is gek, dus het zal wel fout zijn. Dat heb ik bij jullie niet gemerkt." vertelt Pieter. Wat hij ook zag, was een team dat doorvroeg op keuzes die afwijken van het gangbare.

Dat vraagt om de juiste mensen op het juiste project. We werken met meer dan honderd engineers, en een concept waarin nog veel ontdekt moet worden past niet bij iedereen. Pieter: "Zet een creatief ingestelde engineer op een afmaakklus van duizend tekeningen en hij wordt gek. Andersom ook. Het is mooi dat jullie je eigen mensen zo goed kennen en een team vormen dat echt bij de klant past."

"Jullie durven ook dingen die in eerste instantie 'onzin' lijken, maar heel bewust zo gekozen zijn, kritisch te blijven bekijken en erover mee te denken. Je past je ervaring toe buiten je eigen comfortzone en kijkt nieuwsgierig: verrek, wat is dit nou?" zegt Pieter.

Dezelfde scherpte zat in de projectsturing, aldus Pieter: "De mensen met wie wij hebben samengewerkt waren gezond kritisch en opbouwend. Dat heb je nodig bij dit soort technologieontwikkelingen. Ook de kritische houding in de projectsturing heb ik prettig gevonden: er is altijd duidelijk gesteld dat het budget niet onbeperkt is en dat we scherp moeten sturen."

Wat een schaalmodel je leert

Een prototype is er om verrassingen te vinden voordat ze duur worden. Het ontwerp ging uit van een eenvoudige cilindervorm: zonder reden voor een andere vorm kies je de goedkoopste en meest degelijke.

Op prototypeschaal pakte dat anders uit. De full-scale machine remt wellicht door het formaat zichzelf af zodra de rotor bij het bovenkomen deels boven water uitsteekt. Het model van vijf meter doet dat niet. Samen met Equinox Ocean Turbines hebben we het prototype daarom een eigen remsysteem en een aangepaste achterzijde gegeven.

Dat was extra werk en het is precies de dingen die je tegenkomt bij het bouwen van een prototype. Niet alles werkt misschien zoals verwacht of soms zie je tijdens het proces verdere optimalisaties. Daarmee hebben we het concept als het ware gedebugd. Die lessen nemen we mee naar volgende prototypeprojecten.

Vier millimeter

In het water bleef de Mobula® 5 op alle punten binnen de vooraf bepaalde bandbreedte. Ons rekenwerk en de bouw door Equinox Ocean Turbines bleken nauwkeurig op elkaar aan te sluiten.

"We zijn heel trots dat hij het doet en dat hij het gedrag laat zien dat we voorzien hadden. Het zwaartepunt lag vier millimeter anders dan berekend. Dus zowel de bouwers als de rekenaars hebben goed hun best gedaan." - Pieter de Haas, Equinox Ocean Turbines

Tijdens het trimmen moest tachtig kilo worden verplaatst, op een totaal van 3,2 ton. Dat bleek terug te voeren op twee load cells die niet goed op elkaar waren afgestemd, een kwestie van afstellen tijdens de test. Eén klep bleef hangen en moest worden uitgeboord. "Dat is ook wel gaaf", zegt Pieter. "We hebben niets hoeven doen wat niet voorzien was."

Van prototype naar productiemachine

De volgende stap is de Mobula® 25, gepland voor 2028. Daarna volgt de full-scale Mobula® 50 in 2030. Equinox Ocean Turbines haalt daarvoor nu financiering op.

Dat wordt een echte productiemachine. Wat in het prototype bewust eenvoudig is gehouden of is overgeslagen, wordt dan uitgewerkt voor productie, onderhoud en jarenlang gebruik. Pieter hoopt daarvoor snel weer bij ons terug te zijn, en dan eerder in het traject dan nu.

Daarover zegt Pieter: "Dat je met een kleine groep engineers het volgende concept in een vroeg stadium op papier kunt zetten, puur als klankbord, is waardevol. De basis, het conceptual design en het pre-design moet je met een iets groter team doen, maar wel consulterend. Daarna schalen we tactisch op, zodra het op uitwerking aankomt. Het mooie aan MechDes is dat zij met ons kunnen meeschalen."

"MechDes weet wat het kan en kan en durft hun expertise ook op andere, nieuwe gebieden toe te passen." aldus Pieter de Haas, Equinox Ocean Turbines.

Wij kijken met plezier terug op dit project. Het was af en toe spannend en bij Equinox Ocean Turbines heeft het de nodige late uurtjes in de loods gekost. Die waren het waard toen de Mobula® 5 in het water deed wat we samen hadden ontworpen en doorgerekend.