i föregående artikel talade vi om vikten av noggrann vindmätning för en optimal vindkraftparksdesign. Men även under vattnet finns det element som måste beaktas vid utformningen av fundament-och kabelstrukturerna för varje vindkraftverk. Vågor och strömmar kan orsaka erosion av havsbotten runt en fast struktur, ett fenomen som kallas skura.
det mesta av Nordsjöbotten består av sediment av olika storlekar, vilket möjliggör kontinuerlig rörelse av havspartiklar orsakade av vågor och strömmar. Denna rörelse förändras runt fasta strukturer som tvättar sanden bort från ena sidan tills en ihålig grop bildas på denna sida av strukturen. Detta behöver inte nödvändigtvis vara för skadligt för strukturens styrka beroende på dess design; En flerstaplad jackfundament lider mindre än en enda monopilfundament.
som en konsekvens bör en monopile foundation-skur förhindras så mycket som möjligt. Till skillnad från mantelstrukturer, med monopilfundament, överförs lasten i sidled från fundamentet i den övre delen av havsbotten vilket därför påverkas av skureffekten. Turbinens totala struktur, med en stor belastningskoncentration på toppen, gör denna typ av fundament mer mottaglig för utmattning orsakad av tornets böjning med en liknande frekvens som vågvariationerna. Effekten av detta är en annan faktor som ökar med skura. Därför är skura ett stort problem när man utformar havsbaserade vindkraftverk och bör hanteras ordentligt för att minimera effekten. Det finns dock också flera metoder för att minimera skura runt själva grunden. Vi har listat nedan några av de olika metoder som branschen erbjuder för att förhindra skur på monopile foundations.
Stendumpning
den vanligaste strategin hittills för att förhindra skador orsakade av skurning är att placera stenar på havsbotten runt stiftelser. Dessutom placeras skyddande berglager ofta på array-och / eller exportkablar med samma syfte. Boskalis Offshore tillhandahåller, förutom transport -, installations-och kabelarbeten för havsbaserade vindkraftsparker, dessa specialiserade bergdumpningstjänster.
före installation av vindturbinfundamenten kan ett initialt skurskyddsfilterskikt placeras på havsbotten vid varje grundplats. Efter installationen av fundamenten kan ytterligare erosionsskydd ges genom att placera större stenar, ett så kallat pansarlager, runt fundamentet. Detta ger optimalt skydd mot erosion från vågor och/eller ström. Stenarna väljs så att den ökade strömmen runt strukturen inte kommer att kunna tvätta bort dem. Skurskyddsarbetet utförs mestadels av DP fallpipe-fartyg, varav Boskalis äger och driver två. Dessa fartyg kan transportera och exakt placera stora mängder sten på eller runt undervattensstrukturer vid stora vattendjup. Förinstallationsfilterskiktet kan placeras genom kärlets fallrör.
samma kärl används för att placera pansarskiktet efter installation med hjälp av sidodumpenheten som möjliggör användning av större bergstorlekar och även för att installera skiktet nära monopilfundamentet.
Rock som skydd mot skurning är en beprövad metod som har tillämpats i flera offshore-projekt. En gång placerad kommer berget att kunna anpassa sig till förändrade havsbottennivåer och förekommande fördjupningar kommer att fyllas i.
som ett resultat kommer progressivt fel inte att uppstå. Detta anses vara en stor fördel för att använda rock. Dessutom kommer berget inte att försämras; det är miljövänligt och har en lång livslängd.
några exempel på havsbaserade vindprojekt där Boskalis utförde skurskyddsinstallationen:
• väster om Duddon Sands havsbaserade vindkraftpark
• placering av skurskyddsfilterlager på 108 platser före monopilinstallation. Bergmaterial transporterades från Norge av bulkfartyg till Holyhead och släpptes ut i DP fallpipe-fartyget direkt från det första fartyget i ett fartyg till fartygsöverföring.
• exportera kabelskydd vid korsningar genom att installera filter-och pansarlager.
• förinstallationsfas: placering av 1-5″ filtermaterial för 80 monopile platser.
post-lay rock installation på tre platser där arraykablarna korsar en telekommunikationskabel. Dessutom installerades rock för att skydda obrutna kablar vid skurskyddet nära vindturbingeneratorerna.
• Anholt vindpark
installation av skurskydd vid 42 WTG-fundament. Varje fundament bestod av ett 1-4″ filterlager med ett pansarlager av 2-8 ” sten ovanpå. Ändra det aktuella flödet eller ändra formen på grunden vid havsbotten eller ändra materialet på havsbotten.
packade stenar
Rockdumpning är inte det enda sättet att förhindra skurning. Andra lösningar inkluderar stenar i flexibla Behållare, nätpåsar eller säckar placerade för att forma sig runt basen av turbintornet. Säckarna kan fyllas till låg kostnad på land med något, helst miljövänligt, tungt material som tål korrosion och erosion genom åren. Efter förberedelse på land kan de tas offshore i alla fartyg eller pontoner med däckutrustning tillgängliga för att sänka den till eller släppa den på havsbotten. Underhåll till behållarna eller säckarna kan krävas.
tyska NAUE GmbH & Co. KG är ett exempel på ett företag som utvecklat en skurförebyggande lösning med hjälp av geotextil sandbehållare. Deras Secutex Succarat Soft Rock Sand Container är tillverkad av mycket robust, stapelfiber, speciellt nålstansad nonwoven secutex succarat geotextil och är fyllda med sand. Behållaren är flexibel och kan anpassas till varierande havsbottnar. De kan placeras före stapling. Deras lösning har använts på den tyska Amrumbank West havsbaserade vindkraftparken.
Belfast-baserade Ridgeway Marine erbjuder konceptet med en filterenhet, bestående av en polyesterfilterpåse, Tillverkad av 61% återvunna flaskor och fyllda med stenar, för skurskydd. Deras filterpåsar tillverkas av japanska Sumisho Kyowa Limited och har använts av MSS Engineering vid EDF Teesside Offshore Wind Farm. Filterenheten är ett robust skräddarsytt nät som har en livslängd på 50 år i saltvatten och en enpunktslyftring för snabb och exakt driftsättning.
men om de bryter och spiller innehållet i tid, ger materialet nästan samma skydd som skulle ges av bergdumpning, med undantag för att klipporna skulle vara mindre och lättare flyttas av starka strömmar.
Gummiderivat
en annan metod genomgår för närvarande tester men’dödar två fåglar med en sten’. Stora mängder begagnade lastbils-och bildäck finns i soptippar på nästan alla stadsgränser. Vanliga metoder för bortskaffande producerar någon form av förorening eller kräver dyra maskiner. Men genom att ansluta dem för att bilda kedjor av mattor och lägga dem på havsbotten visar de sig vara en långsiktig och stabil form av skydd till låg kostnad. Däckmaterialen har den extra fördelen att de inte bryts ned lätt och därför inte förorenar havet.
ironiskt nog har Continental Group, ett företag som tillverkar nya lastbils-och bildäck, en alternativ metod utvecklad från en produkt som knappast kräver någon modifiering. Ett gruppmedlemsföretag, CONTITECH Conveyer Belt Group, har testat mattor som består av ett transportbandstyp, 12 mm till 15 mm tjockt, vid Deltares Institute i Nederländerna med simulerade extrema stormar och strömmar. De förankrade mattorna med en diameter på upp till 52m har visat sig hålla havsbotten under mattorna intakta för att ge en stabil långsiktig lösning som, med stylade ytor för att främja sandavlagring, uppmuntrar nya livsformer att etablera sig.
Dick Hill