IJs als uitdaging voor scheepsontwerpers
Jan van den Berg | woensdag 2 oktober 2013
Scheepsbouw
Hoe minder ijs er rond de Noordpool drijft, hoe meer kansen er zijn voor scheepvaart en offshore. Doordat het ijs niet weg is, moeten scheepsontwerpers terdege rekening houden met dit natuurverschijnsel.
In de Noordelijke IJszee vinden steeds meer maritieme activiteiten plaats. De opwarming van de aarde maakt dit gebied makkelijker toegankelijk. Zowel in de zomer als de winter is een groter gebied bevaarbaar dan vroeger. Dit maakt het aantrekkelijk om scheepvaartroutes ten noorden van Rusland en in de noordelijke Canadese wateren te ontwikkelen. Doordat er olie en gas onder de zeebodem zitten, nemen de offshore activiteiten ook toe.
Desondanks blijft het Noordpoolgebied relatief gevaarlijk. Er mag dan minder ijs zijn, er zijn nog steeds ijsbergen en drijfijs dat soms meerdere meters dik is. Bovendien zijn de temperaturen laag en komen er forse stormen voor. Schepen en offshore installaties die in dit gebied gebruikt worden, moeten dan ook speciaal ontworpen worden.
Versterkte boeg
IJsbrekers vormen uiteraard een bekende verschijning. De behoefte aan dit soort schepen zal alleen maar toenemen. Zo zijn de Russen van plan om een nieuwe serie nucleair aangedreven ijsbrekers te bouwen. Dit soort schepen kan zich een weg banen door pakijs van 4 tot 5 meter dik.
Dit is voor ‘gewone’ schepen niet nodig. Maar toch moeten deze zich door pakijs en drijfijs van geringere dikte kunnen begeven. Een voor de hand liggende aanpassing aan het ontwerp is dan ook een versterkte boeg. Een moderne oplossing is om schepen een boeg te geven die niet geschikt is voor ijs breken, maar de achtersteven hiervoor geschikt te maken, zegt Lucas Zaat van Damen Shipyards. “Dan heeft het schip een goede vorm om efficiënt te kunnen varen in open water. Tegelijk is er de mogelijkheid om door ijs te varen, als je het schip omkeert en als het ware achteruit laat varen.”
Sinds tien jaar zijn er twee tankers in bedrijf, de ‘Mastera’ en de ‘Tempera’, die volgens dit principe van de ‘double acting hull’ zijn gebouwd. Het ontwerp van deze schepen is gemaakt door de Finse werf Aker. De voortstuwing gebeurt door schroeven die in twee draaibare pods zijn geplaatst. Als het schip achteruit vaart, zorgen deze voor een krachtige waterstroming die het ijs van het schip weg duwt. Hierdoor kan met minder energie door pak- of drijfijs worden gevaren. De propellers kunnen ook zonder probleem stukken ijs vermalen. De tankers kunnen één meter dik pakijs breken.
Grote opbouw
Damen Shipyards heeft, in samenwerking met vijf studenten van de TU Delft, een conceptontwerp gemaakt voor een supply schip annex sleepboot voor de Arctische wateren. “Hierin passen we de double acting hull ook toe”, legt Zaat uit. Het ontwerp draagt de naam Arctic Modular Towing Supply Vessel (AMTSV). In pakijs van 1,6 meter dik zou de AMTSV met een snelheid van 3 knopen kunnen varen.
Wat bij de AMTSV verder opvalt, is de grote opbouw. Bij een gewoon supply schip beslaat deze maar een gering gedeelte van het schip. Het gaat dan om de brug en de verblijven van de bemanning. Het grote achterdek is open en dus overgeleverd aan de invloed van de elementen. De ontwerpers van de AMTSV hebben juist gekozen om de opbouw naar achteren toe te verlengen, zegt Zaat. “Hierdoor is er een flinke beschutte ruimte, waarin gewerkt kan worden, ook als het zeer koud is.”
De sleeplier van het schip is om dezelfde reden overdekt opgesteld. Een innovatie is verder dat de sleepkabel zowel naar achteren als naar voren geleid kan worden. De AMTSV kan dus in beide richtingen als sleepboot fungeren. De bollard pull (trekkracht) bedraagt 140 ton. Dit aspect is overigens niet specifiek voor noordelijke wateren bedoeld.
Hetzelfde geldt voor de brandstof. Het ontwerp voorziet in het verstoken van LNG. Dit is niet alleen goedkoop, maar ook schoon in vergelijking met stookolie of diesel. Toepassing van LNG kan een voordeel zijn als de staten rond de Noordpool hogere eisen gaan stellen aan de uitstoot van de schepen, om op die manier de milieubelasting van scheepvaart en offshore binnen de perken te houden.
Rond platform
Naast supply schepen zijn er ook schepen nodig om te boren naar olie- en gasreservoirs. Ook hier geldt dat deze moeten kunnen opereren op een zee die bedekt is met ijs en dat de werkzaamheden plaats moeten kunnen vinden in barre omstandigheden. Huisman heeft een ontwerp gemaakt voor een gedeeltelijk afzinkbaar boorschip dat hierin voorziet. Deze ‘JBF Arctic’ bestaat uit een rond platform met een diameter van 106 meter. Hier steken acht kolommen onderuit, die op hun beurt rusten op een cirkelvormig drijflichaam. Wegens de openingen tussen de kolommen ondervindt het schip tijdens het varen minder weerstand van het water.
Een boorschip moet uiteraard op zijn plaats kunnen blijven. Dit gebeurt doorgaans door het schip met kabels en ankers vast te leggen, of door de voortstuwingsinstallatie te gebruiken in combinatie met dynamic positioning. Het laatste is voor de JBF Arctic geen optie, zegt Chris Keijdener. Hij heeft aan de TU Delft onderzoek gedaan naar het ankersysteem voor het schip. “Een voortstuwingsinstallatie zou veel te veel brandstof gebruiken om de druk van drijvend ijs te weerstaan. De JBF Arctic moet dus aan ankerlijnen worden vastgelegd.” Het schip moet de kracht van een 3,1 meter dik pak drijfijs kunnen weerstaan, dat met een snelheid van een paar knopen tegen het schip drukt. Keijdener heeft berekend dat dit kan door een systeem te gebruiken met twintig kabels, die aan evenzoveel ankers zijn bevestigd.
De rompvorm rond de waterlijn is zo gekozen, dat opstuwend ijs schuin omhoog beweegt. Daardoor breekt het op een gegeven moment af, waardoor de kracht op de romp beperkt wordt. De werkruimte rondom de twee boortorens op de JBF Arctic is volledig overdekt en afgeschermd van de weersinvloeden. Er is gekozen voor twee boortorens, omdat daarmee een veel grotere zekerheid bestaat dat de werkzaamheden zonder serieuze onderbrekingen kunnen doorgaan.
De AMTVS en de JBF Arctic laten zien dat de offshore technologie voor het Noordpoolgebied nog volop in ontwikkeling is. Ze laten ook zien dat Nederlandse bedrijven zich inspannen om deze technologie te ontwikkelen en een rol te spelen in Arctische maritieme omstandigheden.
