i den forrige artikel talte vi om vigtigheden af nøjagtig vindmåling for et optimalt vindmølleparkdesign. Men også under vandet er der elementer, der skal tages i betragtning, når man designer fundament-og kabelkonstruktioner til hver vindmølle. Bølger og strømme kan forårsage erosion af havbunden omkring en fast struktur, et fænomen kaldet skure.
det meste af havbunden i Nordsøen består af sediment i forskellige størrelser, som tillader kontinuerlig bevægelse af havbundspartikler forårsaget af bølger og strømme. Denne bevægelse ændrer sig omkring faste strukturer, der vasker sandet væk fra den ene side, indtil der dannes en hul pit på denne side af strukturen. Dette behøver ikke nødvendigvis at være for skadeligt for strukturens styrke afhængigt af dens design; et multi-stablet jakkefundament lider mindre end et enkelt monopælfundament.
som følge heraf bør en monopile foundation scour forhindres så meget som muligt. I modsætning til kappestrukturer overføres belastningen med monopælfundamenter sideværts fra fundamentet i den øverste del af havbunden, som derfor påvirkes af skureffekten. Turbinens samlede struktur med en stor belastningskoncentration øverst gør denne type fundament mere modtagelig for træthed forårsaget af tårnets bøjning med en frekvens, der svarer til bølgevariationerne. Effekten af dette er en anden faktor, der øges ved skur. Derfor er scour et stort problem, når man designer havvindmøllefundamenter og bør håndteres korrekt for at minimere effekten. Der er dog også flere metoder til at minimere skure omkring selve fundamentet. Vi har nedenfor nævnt nogle af de forskellige metoder, som industrien tilbyder for at forhindre skurning ved monopælfundamenter.
Rock dumping
den mest almindelige strategi til dato for at forhindre skader forårsaget af skuring er at placere sten på havbunden omkring fundamenter. Derudover placeres beskyttende klippelag også ofte på array-og/eller eksportkabler med samme formål. Boskalis Offshore leverer, udover transport, installation og kabling værker til havmølleparker, disse specialiserede rock dumping tjenester.
før installation af vindmøllefundamenterne kan der anbringes et indledende skurebeskyttelsesfilterlag på havbunden på hvert fundament. Efter installationen af fundamenterne kan der ydes yderligere erosionsbeskyttelse ved at placere større sten, et såkaldt rustningslag, omkring fundamenterne. Dette giver optimal beskyttelse mod erosion fra bølger og/eller strøm. Klipperne vælges således, at den øgede strøm omkring strukturen ikke vil kunne vaske dem væk. Skurebeskyttelsesarbejdet udføres for det meste af DP fallpipe-skibe, hvoraf Boskalis ejer og driver to. Disse fartøjer er i stand til at transportere og præcist placere store mængder af sten på eller omkring undersøiske strukturer på store vanddybder. Forinstallationsfilterlaget kan placeres gennem fartøjets faldrør.
det samme fartøj bruges til at placere rustningslag efter installation ved hjælp af sidedumpenheden, der muliggør brug af større klippestørrelser, og også til at installere laget tæt på monopælfundamentet.
Rock som beskyttelse mod skuring er en gennemprøvet metode, der er blevet anvendt i flere offshore-projekter. Når den er placeret, vil klippen være i stand til at tilpasse sig skiftende havbundsniveauer, og forekommende fordybninger vil blive udfyldt.
som følge heraf vil progressiv fejl ikke forekomme. Dette anses for at være en stor fordel ved at bruge sten. Desuden vil klippen ikke nedbrydes; det er miljøvenligt og har en lang levetid.
nogle eksempler på havvindprojekter, hvor Boskalis udførte skurebeskyttelsesinstallationen:
• vest for Duddon Sands Havmøllepark
• placering af skurebeskyttelsesfilterlag på 108 steder før monopælinstallation. Stenmateriale blev sendt fra Norge med bulkskib til Holyhead og udledt i DP fallpipe-fartøjet direkte fra det første skib i et skib til skibsoverførsel.
• anden fase af steninstallationen blev udført, da fundamenterne og møllerne var på plads. DP fallpipe-fartøjet installerede 8-18 ” (20-45 cm) rustningsrock omkring de 108 turbiner via den specialbyggede klippeside dump-enhed.
• eksport kabel beskyttelse på passage steder ved hjælp af installation filter og rustning lag.
• havvindmøllepark
• forinstallationsfase: placering af 1-5″ filtermateriale til 80 monopælplaceringer.
• Dantysk havvind
installation efter lægning af sten på tre steder, hvor array-kablerne krydser et telekommunikationskabel. Derudover blev der installeret sten for at beskytte ubegravede kabler ved skurebeskyttelsen nær vindmøllegeneratorerne.
• Anholt vindmøllepark
installation af skurebeskyttelse ved 42 VÆGTMASSER. Hvert fundament bestod af et 1-4″ filterlag med et rustningslag på 2-8″ sten på toppen. Skift strømstrømmen eller ændre fundamentets form ved havbunden eller ændre havbundens materielle stof.
pakkede sten
Rock dumping er ikke den eneste måde at forhindre skurning. Andre løsninger inkluderer klipper i fleksible containere, netposer eller sække placeret til at forme sig omkring bunden af turbinetårnet. Sækkene kan fyldes til lave omkostninger på land med ethvert, helst miljøvenligt, tungt materiale, der tåler korrosion og erosion gennem årene. Efter forberedelse på land kan de tages offshore i ethvert fartøj eller ponton med dækudstyr til rådighed for at sænke det til eller slippe det på havbunden. Vedligeholdelse af containere eller sække kan være påkrævet.
German NAUE GmbH & Co. KG er et eksempel på et firma, der udviklede en skurforebyggende løsning ved hjælp af geotekstil sandbeholdere. Deres Soft Rock sand Container er lavet af meget robust, hæftefibre, specielt nålestukket ikke-vævet geotekstil og er fyldt med sand. Beholderen er fleksibel og kan tilpasse sig variable havbund. De kan placeres før piling. Deres løsning er blevet brugt på den tyske Amrumbank Vest Havmøllepark.
Belfast-baserede ridebane Marine tilbyder konceptet med en filterenhed, der består af en polyesterfilterpose, fremstillet af 61% genbrugsflasker og fyldt med sten, til skurebeskyttelse. Deres filterposer er produceret af japanske Sumisho KYOVA Limited og er blevet brugt af MSS Engineering på EDF Teesside Havmøllepark. Filterenheden er et robust skræddersyet net, der har en levetid på 50 år i saltvand og en løftering med et punkt til hurtig og nøjagtig implementering.
men hvis de går i stykker og spilder deres indhold i tide, giver materialet næsten den samme beskyttelse, som det ville give ved klippedumping, med undtagelse af at klipperne ville være mindre og lettere bevæget af stærke strømme.
Gummiderivater
en anden metode gennemgår i øjeblikket test, men ‘dræber to fugle med en sten’. Store mængder brugt lastbil og bildæk findes i lossepladser på næsten alle bygrænser. Sædvanlige bortskaffelsesmetoder producerer en eller anden form for forurening eller kræver dyre maskiner. Men ved at forbinde dem til at danne kæder af måtter og lægge dem på havbunden viser de sig at være en langsigtet og stabil form for beskyttelse til lave omkostninger. Dækmaterialerne har den ekstra fordel, at de ikke nedbrydes let og derfor ikke forurener havet.
ironisk nok har Continental Group, et firma, der fremstiller nye lastbil-og bildæk, en alternativ metode udviklet ud fra et produkt, der næppe kræver nogen ændring. Et gruppemedlemsfirma, ContiTech Conveyer Belt Group, har testet måtter, der består af et transportbåndstypemateriale, 12 mm til 15 mm tykt, på Deltares Institute i Holland med simulerede ekstreme storme og vandløb. De forankrede måtter med en diameter på op til 52 m har vist sig at holde havbunden under måtterne intakt for at give en stabil langsigtet løsning, der med stylede overflader til fremme af sandaflejring tilskynder nye livsformer til at etablere.
Dick Hill