Algemene projectomschrijving
Dit (deel)project betreft 150 transition pieces voor het Gemini Offshore Windpark. Het is de grootste order wat betreft het aantal transition pieces voor het grootste Nederlandse windpark, en bovendien voor een Nederlandse klant.
Het Gemini-project, dat operationeel zou moeten zijn in 2017, wordt beschouwd als een van de grootste offshore windenergieprojecten ter wereld. Het is ook verder van land gebouwd dan alle andere windmolenparken (85 km van de Nederlandse kust). Wanneer het klaar is, zal het park een totaal vermogen van 600 MW hebben. Dat is voldoende om 785.000 huishoudens van groene stroom te voorzien en de CO2-uitstoot met 1.250.000 ton te verminderen.
Beschrijving staalconstructie en/of gebruik van staal
Transitiestukken vormen een belangrijk onderdeel van een windmolenfundatie op zee. De fundatie bestaat normaal uit twee delen:
– monopile, een stalen buis die in de zeebodem verankerd wordt. Deze buis wordt in de zeebodem gehamerd (geheid) en steekt na installatie ca 6 m boven het water uit;
– het transitiestuk dat diverse functionaliteiten bevat zoals toegang voor maintenance, kabelaansluiting voor de stroom van de turbine en de corrosiebescherming van de gehele fundatie, dit stuk wordt op de monopile bevestigd.
Bovenop deze fundering wordt nog een stalen toren van 80 m geplaatst waarop de turbine uiteindelijk gemonteerd wordt. Het transitiestuk bestaat uit een dikwandige buis van meer dan 5 m diameter, wanddiktes van 40 tot 80 mm. De buis heeft een lengte van ca 20 m en is voorzien van twee gesmeedde flenzen. Deze buis wordt in een seriematige productie vervaardigd bij Sif in Roermond. De buis wordt opgebouwd uit gewalste platen van een offshore staalkwaliteit. Om de platen van deze omvang aan elkaar te lassen zijn de lasprocessen verregaand geautomatiseerd. Op deze wijze zijn vier buizen van 250 ton elk per week bij de vestiging van Smulders in Hoboken afgeleverd. De buizen zijn voorzien van stalen platformen, ladders en een zogeheten boat landing-structuur. Deze platformen en ladders zijn alle van indrukwekkende afmetingen en gewichten. De componenten worden gefabriceerd door een specialisitische vestiging van Smulders in Polen, Spomasz. Vanuit deze vestiging worden voor de vier transitistukken per week elke week ongeveer 200 ton stalen componenten getransporteerd naar Hoboken. Deze componenten van afmetingen boven de 10 m en gewichten varierend van 2 tot 15 ton worden geproduceerd met een nauwkeurigheid van enkele mm om zeker te stellen dat deze tijdens het assemblageproces accuraat passen.
Belangrijke aspecten tijdens de productie van deze stalen constructies is dat alle laswerken accuraat gecontroleerd dienen te worden, door de vermoeiingsbelasting en de eventuele torenhoge kosten van een offshore reparatie kan er geen foutje getolereerd worden.
Naast de opgave van het produceren van de stalen componenten en de accurate samenbouw vormt het aan te brengen corrossiesysteem eveneens inspanning. Ook dit werk dient met de hoogste zorgvuldigheid te worden uitgevoerd vanwege het zeer agressief klimaat offshore. Deze coatingwerkzaamheden zijn in een serieproductie uitgevoerd, voor zowel de grote oppervlakken als de kleinste details.
Bijzondere aspecten bouwkundig concept / ontwerp
Het bijzondere aan het ontwerp van de constructie is dat elke component zodanig ontworpen wordt dat deze gedurende de geprognotiseerde levensduur van meer dan 20 jaar autonoom blijft voldoen aan de eisen. De turbinefundatie is een onbemande structuur die bijna 100 km uit de kust op zee geplaatst is. Voor het staal betekent dit een sterke, vermoeiingsbestendige en een voldoende corrosiebeschermende constructie. Voor bewegende delen moeten onderhoudsvrije constructies voorzien worden. Voor de niet stalen componenten, waaronder electronica, moet ook rekening worden gehouden dat deze blijven functioneren onder ongunstige klimatologische omstandigheden en zonder regelmatig onderhoud. Dit stelt hoge eisen aan de constructie en de uitvoering van het project.
De geboute verbinding tussen monopile en transitiestuk is een speciaal detail. Dit betreft een geflenste verbinding van meer dan 5 m diameter voorzien van 110 bouten M52. Deze bouten moeten allemaal zorgvuldig op het voorgeschreven moment worden aangedraaid. Voor deze afmetingen van flenzen en bouten voldoen de gangbare standaarden niet meer. Uitgebreide onderzoekingen in samenwerking tussen vanOord, Smulders, de ontwerper Ramboll en de leverancier van de bouten heeft geresulteerd in een certificeerbare voorgespannen verbinding die nodig is voor het overbrengen van de vermoeiingsbelasting vanuit de turbine naar uiteindelijk de verankering in de zeebodem.
Bijzondere constructieve slimmigheden / detailleringen
Het hoofdontwerp van de constructie is door een gespecialiseerde firma (Ramboll) direct in opdracht van Van Oord uitgevoerd. Na gunning zijn de engineeringsteams intensief gaan samenwerken aan het optimaliseren van het ontwerp voor met name de platformen, ladders en andere voorzieningen (het zogenaamde secondary steel). De aanpassingen betreffen in hoofdzaak het ontwerp geschikt maken om in serie aan vier per week geproduceerd te kunnen worden, het versimpelen van de laswerkzaamheden en het aantal te gebruiken onderdelen om de constructie goedkoper te maken, het integreren van diverse functionaliteiten voor onder andere installatie en een uitgebreid electropakket. Vele van deze voorzieningen worden onvoldoende meegenomen in het hoofdontwerp. Om echter efficient een serie van 150 funderingen te kunnen produceren, en hoge kosten voor aanpassingen achteraf te vermijden, is het van essentieel belang voor aanvang van de productie alle details uitgewerkt te hebben
Het hoofdplatform moest middels een gelaste verbinding op het transitiestuk bevestigd worden. Gezien de fabricagemethodology kon deze verbinding eerst na het coaten uitgevoerd worden. De engineeringsteams hebben door vervanging van de verbinding in carbon steel naar een verbinding in stainless steel, en het verruimen van de afstand tussen de lasverbinding en de gecoate delen het ontwerp aan de benodigde fabricage kunnen uitvoeren, zonder dat er schade aan de reeds aangebrachte coating ontstond als gevolg van de laswerkzaamheden. Hierdoor kon de vereiste productiesnelheid gehandhaafd worden, en kon ook de integriteit van de coating gewaarborgd blijven.
Door het integreren van kabelvoeringen in reeds bestaande voorzieningen als ladders en boat landings zijn extra componenten en dus extra tijd en kosten grotendeels vermeden. Het betrof hier onder andere de integratie van kabelvoeringen langs interne ladders voor allerhande verlichting en ventilatievoorzieningen, en de kabelvoering voor de actieve kathodische bescherming (gemonteerd aan de buitenzijde aan de onderkant van het transition piece) in de boatlanding en externe ladder. Behalve het vermijden van de extra componenten werd hierdoor ook de noodzaak van extra lassen aan de hoofdconstructie vermeden, hetgeen de vermoeiingsbestendigheid van het hoofdstaal ten goede komt.
Ondanks alle voorzorgen moest er als gevolg van een aangepaste wetgeving op een laatste moment nog een extra 4G-antenne geplaatst worden op de funderingen. Deze extra voorziening is op een zodanige manier ontworpen dat deze voorziening nog in het lopende productieproces meegenomen kon worden, en niet heeft geleid tot een vertraging van de oplevering.
Mock-up: om de serieproductie efficient te laten verlopen is er een full scale mock up gemaakt. Hiervoor is het eerste geproduceerde transitiestuk gebruikt. Door deze gelijk op te stellen zoals deze later op zee komt te staan, heeft de klant de mogelijkheid gekregen diverse ontwerpdetails op daadwerkelijke geschiktheid te beoordelen, en enkel tests uit te voeren. Het staalconstructiebedrijf werkt hierin nauw samen met de klant, en faciliteert de testen en bereidt verbeteringsvoorstellen voor. Dit heeft een grote waarde achteraf voor de klant, omdat het ontwerp niet alleen op papier zijn waarde bewezen heeft, maar ook reeds in de praktijk voordat de overige 149 fundaties geproducreerd worden.
Bijzondere aspecten uitvoering
Afmetingen: 5,7 m diameter/21,25 m hoogte.
Gewicht: 260 ton/stuk (39.000 ton totaal).
Logistiek:
- Engineering Smulders / Iemants – Arendonk België;
- Secundair staal productie Spomasz – Zary Polen;
- Eindassemblage Smulders Projects – Hoboken België.
Bijzondere functionele aspecten van het bouwwerk
150 transition pieces =
- verbindingsstructuur tussen de monopile die in de zeebedding gehamerd wordt en de mast die de windturbine draagt;
- uitwendig: toegang tot de fundatie via boatlanding en ladder als ook via Ampelman-lift op main platform;
- inwendig: low voltage electrische voorzieningen voor de gehele fundatie plus maintenance platformen.
