Techniek&innovatie

Zonder hijskraan wordt molen op zee in verticale positie gebracht


Windmolen en fundatie in één stuk offshore

Branche: Offshore | Auteur: Erik van Huizen | Publicatiedatum:

Windmolens worden nu nog vaak in delen naar hun uiteindelijke bestemming op zee gebracht. En daar worden ze – soms onder moeilijke weersomstandigheden – in elkaar gezet. Ingenieur Jan Lanser van Marine Innovators heeft met zijn SUS-concept een manier bedacht om windmolens op de wal op te bouwen en deze inclusief fundatie in liggende positie offshore te brengen.

Zonder het gebruik van een zware hijsinstallatie wordt de complete windmolen daar in verticale positie gebracht. Het concept is geschikt voor windmolens tot 15 MW, voor de gebruikelijke fundaties en verankeringsmethoden. De uitvinding zorgt volgens Lanser voor een flinke vermindering van de kosten dankzij sneller en goedkoper transport en installatie van windmolens en fundaties.

Lanser werkte als werktuigbouwkundig ingenieur onder meer bij Boskalis, IHC en Damen. Ongeveer een jaar geleden begon hij zijn bedrijf Marine Innovators. Inmiddels heeft hij patent aangevraagd voor zijn ‘Sit Up Systeem’ (SUS). Binnen drie jaar wil hij het systeem op de markt brengen. “Het is een goed moment”, meent Lanser. “De doelstelling binnen Europa is om tot aan 2025 windmolens met een totale capaciteit van ongeveer 60 GW offshore te installeren. En van de huidige windmolens met een capaciteit van 8 MW, gaan we naar 10 tot 15 MW. Dit betekent dat uitvoerende bedrijven moeten investeren in upgrading van hun bestaande equipment en vaartuigen, dan wel investeren in een nieuw innovatief systeem zoals SUS.”

‘Dure kraanschepen en jack-up vaartuigen zijn niet meer nodig voor installeren van windmolens’

 

Volgens Lanser kent de huidige manier van transport en installatie van windmolens een aantal nadelen. “Er wordt gebruik gemaakt van relatief dure kraanschepen en jack-up vaartuigen die zonder ingrijpende maatregelen de toekomstige windmolens met grote vermogens niet kunnen installeren. Ook is er relatief veel personeel nodig en moet ­– gezien het gebruik van zware componenten – extra aandacht worden besteed aan de veiligheid.”

Gecontroleerd verticaal

Het SUS -systeem bestaat uit een rechthoekige stijve drijvende en afzinkbare constructie van holle balken, voorzien van ballast aan de onderzijde. De balken zijn op de hoeken aan elkaar gekoppeld. In de hoekconstructies zijn verende ondersteuningen opgenomen die met hydraulische cilinders verticaal in hoogte instelbaar zijn op de zeebodem. De zuigankers of kokerconstructies van de fundatie van de windmolen zijn aan de onderkant van het SUS-systeem ingeklemd in een klem- en kantelmechanisme.

Dit mechanisme is met de balken verbonden via een draaiingsas. De mast van de windmolen is aan de bovenzijde vastgeklemd aan een zogenoemde vakwerkconstructie, die tijdens het opzetten van de windmolen moet zorgen voor meer stijfheid. Deze constructie is aan de onderkant via lagers eveneens verbonden met een as.

In de vakwerkconstructie is een zogenoemde ‘buoyancy box’ opgenomen. Eenmaal onder water gevuld met lucht, moet deze ervoor zorgen dat de windmolen met fundatie van de horizontale naar de verticale positie kan. Hydraulische cilinders zorgen ervoor dat dit op een gecontroleerde wijze gebeurt.

Om het SUS-systeem met de windmolens offshore te brengen, heeft Lanser twee opties ontwikkeld. Zo kan het framewerk via lieren worden verbonden met een U-vormig vaartuig waarop ook de aandrijfinstallaties en het Dynamic Positioning (DP) systeem zitten. “Ook kunnen we het SUS-framewerk koppelen aan een voorschip. Op de locatie van de installatie van de windmolen wordt het framewerk vervolgens gekoppeld aan pontons, waarop in dit geval de aandrijfinstallaties en het DP-systeem zitten.”

De installatie

Op de plek waar de windmolen moet komen te staan, wordt vervolgens het framewerk met windmolen en fundatie afgezonken. Dat gebeurt door het volpompen van een deel van de holle balken en de fundatie van de windmolen. Met kabels wordt het framewerk afgezonken naar de zeebodem, waarbij de generator en de transformator van de windmolen boven water blijven. Het afzinken kan ook met voldoende stabiliteit zonder kabels gebeuren met thrusters op de hoeken.

Hydraulische cilinders op de vier hoeken plaatsen het framewerk exact horizontaal op de zeebodem. Mocht het framewerk na volpompen met water als ‘gravity based’ constructie onvoldoende houvast bieden op de zeebodem, dan wordt het met schroefankers in de bodem verankerd. Na het leegpompen van de buoyancy box wordt de windmolen verticaal geroteerd. De hydraulische cilinders geven het laatste zetje in de goede richting bij het overeind zetten. Om te voorkomen dat de buoyancy box dan juist gaat tegenwerken, wordt deze gevuld met water.

Als de windmolen juist is gepositioneerd, worden de zuigankers door het wegpompen van water verankerd in de zeebodem. Ter verdere versteviging kunnen heipalen met hydrohammers in de grond worden geheid. Na verankering van de fundatie worden de klemmen van de zuigankers en aan de bovenkant van de molen geopend en kunnen de schroefankers uit de zeebodem worden verwijderd. Vervolgens kan, na het leegpompen van water uit de balken, het framewerk onder geleiding van lieren en bijgestaan door thrusters weer naar boven opstijgen.

Vele malen sneller

Uiteindelijk moet het SUS-systeem er volgens Lanser voor gaan zorgen dat windmolens vele malen sneller op zee geïnstalleerd kunnen worden in vergelijking met de huidige technieken. Rekening houdend met de verankeringsmethode en de transportafstand kost het transporteren en installeren van een windmolen en de fundatie  met een jack-up vaartuig een kleine 45 uur, met het SUS-systeem ongeveer 9 uur. 

Dat komt doordat het systeem een aantal voordelen kent boven de huidige technieken. “De fabricage van de windmolens en de fundatie kan worden uitgevoerd in een rustige omgeving in een dokstation in de haven. Omdat de installatie van windmolen en fundatie als één geheel plaatsvindt, bereiken we een aanzienlijke tijdswinst. Ook zijn er forse kostenbesparingen vanwege de veel lagere investeringen in vaartuigen en equipment, de kortere installatietijden, minder personeel en een groter weather frame waarin de installatie kan plaatsvinden. De snellere plaatsing van de windmolens levert aanzienlijke baten op in de vorm van snellere levering van elektriciteit en overeenkomstige kWh-inkomsten.”

‘Dankzij het SUS-systeem kunnen windmolens vele malen sneller op zee worden geïnstalleerd’

Verbeteren

Lanser ontving in november 2017 een bijdrage uit het MKB-katalysatorfonds Drechtsteden. Met het geld wordt een uitgebreid en nog meer gedetailleerd onderzoek naar de economische en technische haalbaarheid van SUS uitgevoerd. “Voor de benodigde research & development – bijvoorbeeld wat betreft de inzetbaarheid van het systeem bij bepaalde golfhoogtes – wil ik gaan samenwerken met andere ingenieursbureaus en wellicht de TU Delft. Vervolgens wil ik bij de Duurzaamheidsfabriek 3D een schaalmodel laten printen. Daarna volgt een prototype op werkelijke schaal. Maar dat duurt nog even. Eerst gaan we het concept nog verder verbeteren. Zo zijn we bezig om de constructie compacter te maken, waardoor de investeringen en kosten nog gunstiger gaan uitvallen.”

Onderwerpen
Deel deze pagina
Betabanen

Maritiem Nederland

Welkom op de site van Maritiem Nederland, hét opinie- en vakblad voor de gehele maritieme sector in Nederland.

Editie MN 09-2018

Partners Maritiem Nederland