35
Nico van der Lelij en Koen Schweers | respectievelijk V5b en V6a | Beide NT&NG | Melanchthon Bergschenhoek | Bergschenhoek | Meneer Tijdhof | [Datum] Windturbines plaatsen VAN OORD

180403 Team5-Verslag Van Oord - Profielwerkstukken...2018/07/03  · PAGINA 2 Samenvatting Dit verslag gaat over de meesterproef van Koen en Nico. Voor de uitvoering van de meesterproef

  • Upload
    others

  • View
    3

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: 180403 Team5-Verslag Van Oord - Profielwerkstukken...2018/07/03  · PAGINA 2 Samenvatting Dit verslag gaat over de meesterproef van Koen en Nico. Voor de uitvoering van de meesterproef

Nico van der Lelij en Koen Schweers | respectievelijk V5b en V6a | Beide NT&NG |

Melanchthon Bergschenhoek | Bergschenhoek | Meneer Tijdhof | [Datum]

Windturbines plaatsen VAN OORD

Page 2: 180403 Team5-Verslag Van Oord - Profielwerkstukken...2018/07/03  · PAGINA 2 Samenvatting Dit verslag gaat over de meesterproef van Koen en Nico. Voor de uitvoering van de meesterproef

PAGINA 1

Voorwoord

Voor u ligt het verslag van de meesterproef van Nico en Koen. Het project voor de

meesterproef is uitgevoerd met als opdrachtgever Van Oord. De meesterproef is

geschreven in het kader van de beëindiging van onze loopbaan op Melanchthon

Bergschenhoek. We zijn van september 2017 tot en met maart 2018 actief bezig geweest

met het uitvoeren van onze meesterproef.

Kevin van de Leur heeft ons begeleid als opdrachtgever bij het uitvoeren van onze

meesterproef. Tijdens tussenmomenten in het project hebben we met hem onze

resultaten besproken en nagedacht over de stappen in onze meesterproef. Daarnaast

hebben meneer Stam en meneer Veerman ons ook meermalen geholpen op

verschillende momenten in het project.

Daarvoor willen wij ze alle drie bij deze bedanken.

Veel leesplezier,

N. van der Lelij en K. Schweers

Page 3: 180403 Team5-Verslag Van Oord - Profielwerkstukken...2018/07/03  · PAGINA 2 Samenvatting Dit verslag gaat over de meesterproef van Koen en Nico. Voor de uitvoering van de meesterproef

PAGINA 2

Samenvatting

Dit verslag gaat over de meesterproef van Koen en Nico. Voor de uitvoering van de

meesterproef was het noodzakelijk om een opdrachtgever te vinden. Van Oord bleek

bereid om een uitdagende en interessante opdracht te bedenken. De opdracht luidde

als volgt; bedenk een manier waarop de installatie van windturbines op zee

eenvoudiger en sneller kan plaatsvinden vanaf een drijvend schip. Deze opdracht is erg

relevant omdat er tegenwoordig een sterke groei is in het aantal windmolenparken op

zee. Om deze zo rendabel mogelijk te maken moeten de kosten van de installatie zo

laag mogelijk zijn. Om dit te bereiken moet de installatie van de windmolens sneller

en eenvoudiger gebeuren dan nu het geval is.

Eerst hebben we een analyse gemaakt over windmolens op zee en de

relevantie/essentie van de opdracht. Daarna beschrijven we verschillende ideeën die

als een mogelijke oplossing zouden kunnen dienen. Ten slotte werken we ons

eindontwerp uit aan de hand van tekeningen en maquettes.

We hebben gekozen voor een out-of-the-box aanpak van de opdracht. We hebben een

nieuwe soort windmolen ontworpen die veel sneller en nauwkeuriger te plaatsen is

dan de huidige variant. Namelijk een windmolen die in zijn geheel geplaatst wordt en

vervolgens uitgeschoven wordt als een hengel. Daarnaast hebben we nagedacht over

een manier om de windmolen gemakkelijk te demonteren zodat de fundaties

hergebruikt kunnen worden voor de volgende generatie windmolens en het metaal

voor andere toepassingen.

Page 4: 180403 Team5-Verslag Van Oord - Profielwerkstukken...2018/07/03  · PAGINA 2 Samenvatting Dit verslag gaat over de meesterproef van Koen en Nico. Voor de uitvoering van de meesterproef

PAGINA 3

Inhoud

Voorwoord ............................................................................................................................................... 1

Samenvatting .......................................................................................................................................... 2

Inleiding .................................................................................................................................................. 5

Opdrachtgever ........................................................................................................................................ 6

Opdracht ................................................................................................................................................. 7

Opdrachtbeschrijving ........................................................................................................................ 7

Programma van Eisen ............................................................................................................................ 9

Methode ................................................................................................................................................ 10

Analyse materieel .................................................................................................................................. 11

Kabellegger ......................................................................................................................................... 11

Steenstorter ........................................................................................................................................ 11

Offshore wind installatie .................................................................................................................. 12

Analyse windmolens op zee ................................................................................................................. 13

Onderdelen ........................................................................................................................................ 13

Erosiebescherming op de bodem ..................................................................................................... 13

Monopile ............................................................................................................................................14

Transitiestuk (Transition piece) ......................................................................................................14

Toren................................................................................................................................................... 15

Turbine (nacelle) ............................................................................................................................... 15

Rotor met bladen .............................................................................................................................. 16

Installatieproces................................................................................................................................. 17

De toekomst .......................................................................................................................................... 20

Belangrijkste ideeën ............................................................................................................................. 22

Idee 1 .................................................................................................................................................. 22

Idee 2.................................................................................................................................................. 23

Idee 3 .................................................................................................................................................. 23

Idee 4 ................................................................................................................................................. 24

Eindontwerp ......................................................................................................................................... 26

Uitschuifbare windmolen ................................................................................................................ 26

Bibliografie ............................................................................................................................................ 32

Page 5: 180403 Team5-Verslag Van Oord - Profielwerkstukken...2018/07/03  · PAGINA 2 Samenvatting Dit verslag gaat over de meesterproef van Koen en Nico. Voor de uitvoering van de meesterproef

PAGINA 4

Page 6: 180403 Team5-Verslag Van Oord - Profielwerkstukken...2018/07/03  · PAGINA 2 Samenvatting Dit verslag gaat over de meesterproef van Koen en Nico. Voor de uitvoering van de meesterproef

PAGINA 5

Inleiding

Van Oord is slim geweest door relatief vroeg in te stappen in de sector van de offshore

wind. De sector ontwikkelt zich snel. Windparken worden steeds verder van de kust

gebouwd op plaatsen waar het harder waait en windmolens worden steeds groter. Het

is hierdoor ook steeds lastiger om veilig en kosten-efficiënt te installeren.

Waarschijnlijk voldoet het materieel wat nu gebruikt wordt niet meer over een aantal

jaar. Steeds grotere kranen en jack-up schepen zijn nodig om de grotere torens, bladen

en de steeds zwaardere turbines te tillen. Ongeacht de condities.

De nauwkeurigheid van het installatiewerk staat hierbij voorop. Om deze

nauwkeurigheid te kunnen waarborgen zijn er nieuwe systemen nodig die de

installatie van de onderdelen vereenvoudigen.

Onze opdracht richt zich op het zorgvuldig plaatsen van de turbines, die op grote

hoogte (ca. 150 meter) met grote precisie moeten worden geplaatst. We moeten een

toepassing bedenken die ervoor zorgt dat de installatie van de turbines gecontroleerd

gaat, waarbij veiligheid prioriteit nummer één is. De turbines die in de toekomst

geplaatst moeten worden gaan rond de 700 ton wegen. Dat is meer dan het gewicht

van een gemiddelde woning. Juist deze grote uitdaging zette ons ertoe te kiezen voor

deze opdracht.

Page 7: 180403 Team5-Verslag Van Oord - Profielwerkstukken...2018/07/03  · PAGINA 2 Samenvatting Dit verslag gaat over de meesterproef van Koen en Nico. Voor de uitvoering van de meesterproef

PAGINA 6

Opdrachtgever

De opdrachtgever voor onze Meesterproef is Van Oord. Van Oord is een

multidisciplinair bedrijf. Het bedrijf is actief in de bagger sector, de offshore wind

sector en in offshore olie en gas. De opdracht die wij via Van Oord hebben ontvangen

heeft betrekking op de offshore wind-divisie van Van Oord. Het bedrijf is al meer dan

tien jaar actief in de sector en heeft in die tijd al vele projecten gerealiseerd. Zo is Van

Oord bijvoorbeeld de installateur van het Gemini windpark 85 km ten noorden van

Groningen. Innovatieve oplossingen zijn in deze sector volgens Van Oord van belang

om haar concurrerende positie te behouden.

Kevin van de Leur is de contactpersoon via wie wij de opdracht bij Van Oord hebben

ontvangen. Kevin is Lead Engineer op het Engineering & Estimating Department bij

Van Oord. Hij is erg enthousiast over de wijze waarop Van Oord werkt. Daarnaast is

hij betrokken bij een groot deel van de ontwikkelingen binnen het bedrijf.

Page 8: 180403 Team5-Verslag Van Oord - Profielwerkstukken...2018/07/03  · PAGINA 2 Samenvatting Dit verslag gaat over de meesterproef van Koen en Nico. Voor de uitvoering van de meesterproef

PAGINA 7

Opdracht

Opdrachtbeschrijving

Bij de installatie van de windturbines is de nauwkeurigheid een van de belangrijkste

aspecten van het proces. Natuurlijk staat de veiligheid bovenaan het lijstje. Op zee is

het niet eenvoudig om op een nauwkeurige manier onderdelen van een windmolen op

te hijsen en daarna te plaatsen. Om geen last te hebben van de golven wordt er gebruik

gemaakt van jack-up schepen. Deze schepen tillen zich met een aantal poten uit het

water. Hierdoor staat het schip stabiel en kan er met grotere precisie gehesen worden.

De extra harde en constante wind is de belangrijkste reden om offshore

windmolenparken te bouwen. De wind zorgt er helaas wel voor dat het werk van de

installateurs er niet makkelijker op wordt. Natuurlijk wordt er

bij de gunstigst mogelijke condities gewerkt. Helemaal

windstil zal het echter zelden zijn. Door de wind zullen

onderdelen die met een grote nauwkeurigheid geplaatst

moeten worden een beetje gaan wiebelen. Alle (ongewenste)

bewegingen moeten gecorrigeerd worden zodat de onderdelen

toch op hun plek komen.

Zelfs zonder de aanwezigheid van de wind is het niet

eenvoudig om onderdelen van een windmolen met de

benodigde nauwkeurigheid te plaatsen.

De moeilijkheden die ontstaan tijdens de installatie van

verschillende onderdelen van de windmolens kunnen een

tijdsverlies veroorzaken. Tijd is geld, zeker in een sector waar

er dagelijks miljoenen worden uitgegeven aan het laten

uitvaren van schepen. Het doel van de offshore wind-sector is

om subsidievrije windmolens neer te zetten. De molens die

nodig zijn om aan dit doel te kunnen voldoen worden nog veel groter dan de huidige

generatie windmolens. De turbines met een gewicht van ongeveer 600-700 ton zullen

zich op een hoogte van ca. 150 meter gaan bevinden.

Wanneer er subsidievrije windenergie geproduceerd moet worden is elke besparing

welkom. Als het mogelijk is de installatieduur van de turbines te in te korten door het

gecontroleerder maken van de hijsmethode kan er op de lange termijn veel geld

bespaard worden.

Onze opdracht is daarom om een manier te bedenken om windmolens op een

snellere manier dan nu, zo eenvoudig en veilig mogelijke te plaatsen op zee.

Waarbij er gehesen wordt vanaf een drijvend schip.

Belangrijk is dat het een oplossing is waarbij er zo min mogelijk energie gebruikt wordt

om het te laten werken. De bewegingen van de turbine als gevolg van bijvoorbeeld de

wind compenseren is geen mogelijkheid omdat er hiervoor erg veel energie moet

worden toegevoegd.

Page 9: 180403 Team5-Verslag Van Oord - Profielwerkstukken...2018/07/03  · PAGINA 2 Samenvatting Dit verslag gaat over de meesterproef van Koen en Nico. Voor de uitvoering van de meesterproef

PAGINA 8

Daarnaast is het van belang dat de toepassing zo licht mogelijk is als deze gehesen

moet worden. Het heeft de voorkeur als er niets mee gehesen wordt. De reden

hiervoor is dat het gewicht van het product anders het vrije hijsvermogen van de

installatieschepen verkleint. Er kan bijvoorbeeld 100 ton minder hijsen als er een

toepassing met een gewicht van 100 ton mee gehesen moet worden. Dit beperkt de

mogelijkheden voor de ontwikkeling van de windmolens. Het liefst zijn er geen

aanpassingen nodig aan het schip, de hijskraan of andere onderdelen.

Page 10: 180403 Team5-Verslag Van Oord - Profielwerkstukken...2018/07/03  · PAGINA 2 Samenvatting Dit verslag gaat over de meesterproef van Koen en Nico. Voor de uitvoering van de meesterproef

PAGINA 9

Programma van Eisen

Belangrijkste: moet altijd werken

Wat het systeem moet kunnen

- Eenvoudige plaatsing windturbine

- Mogelijkheid tot eenvoudige demontage van de windmolen

- Mogelijkheid tot stilzetten plaatsingsproces

Bediening en gebruik

- Bediening moet eenvoudig zijn, zodat er niet al te veel geïnvesteerd hoeft te

worden in trainingen om personeel op te leiden voor de omgang met het

systeem

- Bediening en gebruik moeten snel zijn

Werkcondities

- Bewegingsvlak van 5 bij 5 meter (als gevolg van golven en wind)

- Temperaturen van 0 tot 30 graden Celsius

Producteigenschappen

- Duurzaam (zo optimaal mogelijk materiaalgebruik)

- Veilig

- Totaal gewicht niet zwaarder dan 850 ton (de Aeolus heeft een hijsvermogen

van 900 ton)

- Innovatief

- Geen aanpassingen aan schip of hijskraan.

Page 11: 180403 Team5-Verslag Van Oord - Profielwerkstukken...2018/07/03  · PAGINA 2 Samenvatting Dit verslag gaat over de meesterproef van Koen en Nico. Voor de uitvoering van de meesterproef

PAGINA 10

Methode

We beginnen het project met een onderzoekstraject waarin we een aantal doelen hebben gesteld voor onszelf. We willen voor de eerste presentatie het volgende hebben uitgewerkt:

- De opdrachtbeschrijving - Programma van eisen - Analyse materieel - Analyse windmolens op zee

o Onderdelen o Installatieproces (= huidige methode) o Toekomst

Zodra deze we deze onderdelen naar onze tevredenheid hebben afgerond beginnen we meteen aan onze presentatie. Hierin presenteren we de opdracht(gever), de verschillende onderdelen van offshore windmolens en het huidige installatieproces.

Om te voorkomen dat we een verkeerd pad inslaan omdat we bijvoorbeeld een verkeerde interpretatie gemaakt hebben plannen we ongeveer een maand na de eerste afspraak een afspraak in. Deze afspraak is er zodat wij vragen kunnen stellen aan de opdrachtgever en zodat wij dingen voor hem kunnen verduidelijken. Daarnaast kan dat een moment zijn waarop de eventuele Non-Disclosure Agreement getekend wordt door ons.

Na de eerste presentatie zal er nog een gedeelte onderzoek worden uitgevoerd naar relevante onderwerpen zoals onderzoek naar verschillende hijsmethoden, etc. We hopen echter ook te beginnen met het uitwerken van verschillende ideeën. Het doel is om in ieder geval na de tweede presentatie te zijn begonnen met de uitwerking van ideeën.

Hierna zal er veel ontwerpen en maken volgen. De ontwikkelingen worden vastgelegd in het verslag.

Uiteindelijk wordt er naar een eindontwerp toe gewerkt. Het eindontwerp moet een goede oplossing vormen voor het de uitdaging die we ontvangen hebben. Bovendien moet de oplossing voldoen aan het programma van eisen.

Page 12: 180403 Team5-Verslag Van Oord - Profielwerkstukken...2018/07/03  · PAGINA 2 Samenvatting Dit verslag gaat over de meesterproef van Koen en Nico. Voor de uitvoering van de meesterproef

PAGINA 11

Analyse materieel

We onderzoeken in deze analyse welk materieel er nodig is voor de installatie van

windmolens op zee. De beschrijvingen blijven relatief kort omdat deze analyse in

beperkende mate interessant is voor ons project. We voeren deze analyse uit om het

proces van installatie beter te begrijpen.

Kabellegger

Kabelleggers zijn ontworpen om kabels te

plaatsen op de bodem van de zee. Van Oord

maakt gebruik van de Nexus (Van Oord, sd). Op

de Nexus bevat een enorme kabelcarrousel met

een capaciteit van ~5.000 ton en een offshore-

kraan waarmee de lange, zware exportkabels

worden gelegd. Het schip is 122,68 meter lang en

27,45 meter breed.

De Nexus werd het eerste gebruikt in 2015 voor

het offshore windproject Gemini. Dit is het

project 85 km ten noorden van Groningen waar

één van de grootste offshore windprojecten is

aangelegd door Van Oord. Er zijn in dit project 150 Siemens-windturbines van 4

megawatt neergezet. Voor de aanleg van deze windturbines waren vele kilometers aan

kabel nodig, die door de Nexus zijn aangelegd.

Van Oord maakt ook gebruik van schepen met een dubbele functie. Dit schip kan

naast kabels aanleggen ook steenstorter. Het schip met dubbele functie dat Van Oord

wordt gebruikt is de HAM 602.

Het multipurpose-werkschip Jan Steen wordt onder andere gebruikt om kabels te

begraven.

Steenstorter

De steenstorters van Van Oord zijn zelf varend. De

steenstorters worden ingezet voor de scourbescherming

bij windturbines. Dat is de erosiebescherming. Het stenen

storten houdt in dat het schip erheen vaart met een

bepaalde hoeveelheid grind of steen, waarna dit op de

grond wordt gelegd om erosie van de zeebodem rondom

de fundering van de windmolens te voorkomen.

Van Oord maakt bij het storten van stenen gebruik van 3

soorten schepen:

- HAM 601

- HAM 602

- Jan Steen

Page 13: 180403 Team5-Verslag Van Oord - Profielwerkstukken...2018/07/03  · PAGINA 2 Samenvatting Dit verslag gaat over de meesterproef van Koen en Nico. Voor de uitvoering van de meesterproef

PAGINA 12

Offshore wind installatie

Offshore installaties worden uitgevoerd door

schepen die erg stabiel kunnen hijsen. Van Oord

gebruikt hiervoor de installatieschepen Aeolus en

Svanen. Aeolus is een speciaal ontworpen jack-up

schip. Dit betekent dat het schip zichzelf uit het

water kan tillen met behulp van vier enorme poten.

De vier poten zijn allen 85 meter lang en wegen

920 ton per stuk. Hiermee kan de Aeolus werken in

waterdiepten tot 45 meter. De Aeolus is door zijn

hijsvermogen van ruim 900 ton uitermate geschikt

voor het transport en de installatie van de fundaties en windturbines. (Van Oord, sd).

De Svanen wordt ingezet bij de installatie van de

monopiles. Met zijn hefvermogen van meer dan 8000 ton

kan het schip de monopiles (300-500 ton) eenvoudig

optillen. De monopiles worden via het water aangevoerd,

ze blijven drijven doordat er twee doppen de monopiles

afsluiten. De doppen worden verwijderd zodra het schip de

monopile optilt. Ten slotte wordt de monopile de bodem

in geheid. (4C offshore, sd).

Page 14: 180403 Team5-Verslag Van Oord - Profielwerkstukken...2018/07/03  · PAGINA 2 Samenvatting Dit verslag gaat over de meesterproef van Koen en Nico. Voor de uitvoering van de meesterproef

PAGINA 13

Analyse windmolens op zee

De belangrijkste analyse die we uit moeten voeren is misschien wel de analyse naar de

samenstelling van de windmolens die op zee neergezet worden. Het is van belang

precies te weten hoe de verschillende onderdelen van de huidige categorie windmolens

op zee eruit zien. Daarnaast is het ook belangrijk om te weten wat de plannen zijn voor

de windmolens die in de toekomst gebouwd worden.

Onderdelen

Er zijn veel verschillende manieren om een windmolen te bouwen op

zee. Voornamelijk de basis (fundering) van de windmolen kan variëren.

De andere onderdelen (de toren, turbine en rotor) zijn over het

algemeen gelijk. De windmolens die wij gebruiken voor ons project zijn

de windmolens die een monopile als fundering hebben. Voordat de

monopile in de grond geheid wordt is er grind gestort om erosie aan de

monopile te voorkomen. Dit is de erosiebescherming. Op de monopile

wordt het koppelstuk (transitionpiece) geplaatst. De toren wordt op

het koppelstuk gemonteerd. Op de toren komt de turbine, waaraan de

wieken gemonteerd worden. (Gawen, sd).

Samengevat:

- Erosiebescherming

- Monopile

- Transitiestuk

- Toren

- Turbine (nacelle)

- Rotor met bladen

Erosiebescherming op de bodem

Voordat de monopile de zeebodem in wordt geheid worden er stenen gestort op de

heiplaats die dienen als erosiebescherming. De stenen voorkomen het wegspoelen van

de zeebodem die de monopile in de directe omgeving omringt. Achter de monopile

ontstaat turbulentie in het water die de

zeebodem erodeert. Als dit gebeurt is het niet

zeker meer of de windmolen stevig vast staat.

De windmolen kan gaan verzakken of zelfs

omvallen. Dat is natuurlijk niet de bedoeling.

Een monopile van een 3 MW turbine heeft

een diameter van ongeveer 3,5 meter. De

zeebodemerosie die zich ontwikkelt rond

deze monopile zonder erosiebescherming is 7

meter diep en heeft een staal van 20 meter.

De problemen die kunnen ontstaan zijn dus

Afbeelding 1

Afbeelding 2

Page 15: 180403 Team5-Verslag Van Oord - Profielwerkstukken...2018/07/03  · PAGINA 2 Samenvatting Dit verslag gaat over de meesterproef van Koen en Nico. Voor de uitvoering van de meesterproef

PAGINA 14

serieus. (Energieonderzoek Centrum Nederland, 2001).

Het storten van stenen stopt de zeebodem-erosie omdat de stenen het zand

immobiliseert en de werking van de stromingen verstoord. Het is erg moeilijk om

ervoor te zorgen dat de erosiebescherming zijn werk goed doet. Vele factoren zijn

belangrijk. De dikte van de laag stenen, de diameter van de laag en de grootte van de

stenen zijn hierin de belangrijkste factoren. (Zaaijer, 2004).

Ook op het gebied van erosiebescherming wordt nog volop geïnnoveerd.

Tegenwoordig worden er voornamelijk stenen of beton gebruikt als

erosiebescherming, uit verschillende onderzoeken blijkt echter dat de stenen op lange

termijn verplaatsen en dat het beton niet goed is voor het zeeleven. (Offshore Wind,

2014). Daarom wordt er gezocht naar alternatieven zoals kunststof matten die de

erosie van de zeebodem moeten tegenhouden.

Monopile

De monopile is de basis van de windmolen.

Het is een relatief simpel ontwerp. Een

monopile is een cilindervormige buis gemaakt

van staal die de zeebodem in wordt geslagen.

De diepte waarmee de monopile de zeebodem

in wordt geslagen is verstelbaar. Na het heien

steekt de bovenkant van de paal ongeveer een

meter boven het wateroppervlak uit. (4C

offshore, 2013).

De monopile is de meest gebruikte fundering in de offshore

windsector. Het beste werken de monopiles in stukken zee

met een diepte van 0-30 meter. De monopiles wegen

tegenwoordig 300-500 ton. De lengte van de monopiles ligt

tussen de 50 en 72 meter. De palen worden aangepast aan de

diepte van de zeebodem. (Belwind, sd).

Transitiestuk (Transition piece)

Transitiestukken vormen een belangrijk deel van de

windmolen op zee. Het bevat verschillende functies zoals

toegang voor service of onderhoud, corrosiebescherming van

de fundatie en een kabelaansluiting voor stroom van de

turbine. Vaak hebben de transitiestukken een gele kleur.

Het transitiestuk bestaat uit een stalen buis met een diameter

van meer dan 5 meter en een lengte van ca. 20 meter. De

wanden hebben gemiddeld een dikte van 40 tot 80 mm.

(Gemeni wind park, sd). De buizen worden geproduceerd

Afbeelding 3

Afbeelding 4

Page 16: 180403 Team5-Verslag Van Oord - Profielwerkstukken...2018/07/03  · PAGINA 2 Samenvatting Dit verslag gaat over de meesterproef van Koen en Nico. Voor de uitvoering van de meesterproef

PAGINA 15

door stalen platen geautomatiseerd aan elkaar te lassen. Hierbij is de kwaliteit van het

laswerk vanzelfsprekend erg belangrijk. Slechte lasnaden kunnen torenhoge kosten tot

gevolg hebben vanwege de offshore reparaties die uitgevoerd moeten worden als de

naden ‘vermoeid’ raken. Daarnaast zijn de transitiestukken onder andere voorzien een

trap en een platform. Deze worden natuurlijk met een hoge nauwkeurigheid

geproduceerd om zeker te weten dat de onderdelen passen. (Nationale staalprijs, 2016).

Toren

De toren is een lange buis die boven op het transitiestuk wordt geplaatst. De lengte

van de toren is afhankelijk van het type windmolen. Meestal worden er torens gebruikt

met een lengte van ongeveer 100 meter. (Traa, 2014).

Turbine (nacelle)

De turbine is als het ware het hart

van de windmolen. Hier wordt de

bewegingsenergie van de wind

omgezet in elektriciteit. In de

afbeelding hiernaast is er een

vereenvoudigde weergave van een

turbine weergeven. De belangrijkste

onderdelen die zich in de turbine

bevinden zijn de assen, de

tandwielkast, de generator en de

transformator. (GE renewable

energy, 2017). Daarnaast zijn er nog

veel andere onderdelen aanwezig

die een belangrijke functie

vervullen. Zoals het koelsysteem, de

computer en de rem. Deze laatste wordt

gebruikt als er te hoge windsnelheden

worden bereikt. Dan zet de rem de

windmolen stil zodat schade aan de

windmolen kan worden voorkomen.

(ENGIE, 2016).

Voor ons is met name de koppeling tussen

de turbine en de toren van belang. Wij

moeten immers de turbine op een

zodanige manier zien te controleren dat

de installatie van de turbine minder tijd in

beslag neemt. En daarmee de kosten van

de installatie lager maakt.

De turbine wordt aan de toren bevestigd

door gebruik te maken van tientallen

bouten en moeren. De bouten van de

turbine moeten precies passen in de gaten

Afbeelding 6

Afbeelding 5

Page 17: 180403 Team5-Verslag Van Oord - Profielwerkstukken...2018/07/03  · PAGINA 2 Samenvatting Dit verslag gaat over de meesterproef van Koen en Nico. Voor de uitvoering van de meesterproef

PAGINA 16

van de toren. Het is voor te stellen hoe lastig dat is. Hieronder is aangegeven hoe de

turbine gekoppeld wordt aan de toren.

Te zien is dat in deze afbeelding de toren de bouten bevatten die de koppeling tussen

de turbine en de toren mogelijk maakt. Wij gaan echter uit van het geval waarin de

bouten zich bevinden aan de kant van de turbine.

Wanneer de bouten precies in de gaten van de toren gemikt zijn worden de bouten

aangedraaid waarna de turbine vastzit aan de toren.

Afbeelding 7

Rotor met bladen

De rotor bevindt zich aan de voorkant van de

turbine. De rotor is de houder voor de bladen

die de wind vangen. Er zijn veel verschillende

rotoren op de markt. Dat komt omdat er voor

verschillende typen windmolens ook

verschillende typen rotoren nodig zijn.

(Department of Energy, 2017). De rotor heeft

tegenwoordig meestal drie koppelplaatsen voor

de bladen. Deze configuratie is het efficiëntst.

De bladen worden net als de turbine

verbonden met een groot aantal bouten en

moeren.

De bladen die aan de rotor bevestigd worden zijn gemaakt door stoffen als glasvezel in

een grote mal te leggen en die daarna vacuüm te trekken. Als het geheel daarna

uitgehard is, zijn de bladen klaar voor gebruik. Dit is de goedkoopste manier om op

Afbeelding 8

Page 18: 180403 Team5-Verslag Van Oord - Profielwerkstukken...2018/07/03  · PAGINA 2 Samenvatting Dit verslag gaat over de meesterproef van Koen en Nico. Voor de uitvoering van de meesterproef

PAGINA 17

grote schaal de bladen te produceren. Daarnaast zijn er nog andere methoden zoals

het weven van vezels om een mal. (National Acadamies , 1991).

Ook zit er veel variatie in de vorm van de bladen. Zo zijn er bladen die wat krommer

zijn, die winglets aan de toppen hebben zitten of die kartels aan de achter-randen

hebben. De variatie hierin is zo groot omdat er nog veel ruimte is om te innoveren in

de sector. Daar wordt dan ook gebruik van gemaakt. (LM Windpower, 2017).

Afbeelding 9

Installatieproces

Voordat kan worden begonnen met het hijen van de monopile worden er stenen

gestort op de bodem van de zee. Deze stenen vormen de erosiebescherming rond de

monopile. Zonder de stenen die op de bodem liggen zou de zeebodem wegspoelen.

De stenen worden gestort door een steenstorter. De diameter, dikte van de laag en de

soort stenen wordt aangepast aan de omstandigheden en aan de diepte van de zee.

Voor een windmolenpark met 80 6 MW molens in een stuk zee met een diepte van 25

Page 19: 180403 Team5-Verslag Van Oord - Profielwerkstukken...2018/07/03  · PAGINA 2 Samenvatting Dit verslag gaat over de meesterproef van Koen en Nico. Voor de uitvoering van de meesterproef

PAGINA 18

meter is de totaalprijs voor het aanleggen van de erosiebescherming €21.600.000. Dit

komt neer op €270.000 per windmolen. (Energieonderzoek Centrum Nederland, 2003).

De stenen worden door de steenstorter vervoerd vanuit de haven en daarna op de

gewenste plaats uit het laadruim worden gestort richting de zeebodem. (Van Oord,

sd).

Het kan ook voorkomen dat de stenen na het plaatsen van de monopile en het

transition piece pas gestort worden.

De monopiles wordt vervolgens geïnstalleerd. Als de Svanen de monopiles installeert

worden er doppen geplaatst op de uiteinden van de monopile zodat de monopile

horizontaal door het water kan worden verplaatst. Zodra de monopiles aangekomen

zijn bij de Svanen wordt de monopile opgehesen aan twee lussen, de doppen op de

monopile worden verwijderd. Hierna wordt de monopile verticaal op de juiste plek

geplaatst waarna het hijen begint. Het hijen gebeurt terwijl de FaunaGuard is

ingeschakeld. Dit systeem houdt het zeeleven in de omgeving uit de buurt van het

hijen.

Nadat de monopiles diep genoeg de zeebodem in geslagen zijn worden de transition

pieces geplaatst. Voordat dit gebeurt wordt de bovenrand van de monopile eerst

gereinigd. De transition pieces worden naar het reinigen op de monopiles geplaatst. Er

zijn verschillende bevestigingsmogelijkheden. Soms wordt er beton gestort tussen de

monopile en het transition piece. Bij andere projecten wordt er weer gebruik gemaakt

van concentrische verbindingen. De transition pieces ‘zoeken zichzelf’, waardoor er

Page 20: 180403 Team5-Verslag Van Oord - Profielwerkstukken...2018/07/03  · PAGINA 2 Samenvatting Dit verslag gaat over de meesterproef van Koen en Nico. Voor de uitvoering van de meesterproef

PAGINA 19

een verbinding ontstaat.

Na het plaatsen van de transition pieces worden de kabels die eerder neergelegd zijn

vaak naar boven gehaald. De kabel kan door een gat getrokken worden in de monopile

maar kan ook door een J-buis naar het transition piece lopen. Het gat waar de kabel de

monopile ingaat wordt goed afgesloten. Hierdoor staat het water in de monopile stil,

dit vertraagt de corrosie. (DONGEnergyCorporate, 2014).

https://www.slideshare.net/IQPCGermany/siemens-optimized-concepts-for-loading-installing-

offshore-wind-turbines-54422041

Page 21: 180403 Team5-Verslag Van Oord - Profielwerkstukken...2018/07/03  · PAGINA 2 Samenvatting Dit verslag gaat over de meesterproef van Koen en Nico. Voor de uitvoering van de meesterproef

PAGINA 20

De toekomst

De ontwikkeling van windmolens is in volle gang. Vooral de offshore-sector is een

gebied waarop er voortdurend wordt geïnnoveerd op het gebied van windmolens.

Ambities zijn er ook genoeg. Het doel van de gehele sector is het vergroten van de

capaciteit van de windturbines. Tegenwoordig is Vestas met zijn MHI Vestas V164

9.5MW turbine de aanvoerder van de lijst met krachtige windturbines (Windpower

monthly, 2017). Bedrijven als Siemens, Vestas Wind Systems en General Electric Co.

willen turbines met een capaciteit van 15 MW ontwikkelen. (Anna Hirtenstein, 2017).

Wanneer het lukt windturbines te ontwikkelen met een capaciteit van 15 MW is het

mogelijk windenergie te leveren zonder dat het subsidie kost. Slechts één gigantische

15 megawatt-turbine kan goedkoper energie produceren dan vijf 3 megawatt-turbines.

Of zelfs meer dan twee turbines met een capaciteit van 8 megawatt. Dat komt doordat

grotere turbines dezelfde hoeveelheid energie kunnen produceren, terwijl daar minder

funderingen voor nodig zijn. Ook is de lay-out van het windmolenpark eenvoudiger

met minder windmolens. Daarnaast staan minder machines tegenover minder

onderhoud. (Anna Hirtenstein, 2017). En hoe hoger de windmolen, hoe meer energie

hij opwekt. Dat komt omdat de wind een hogere snelheid heeft op grotere hoogte.

Daarnaast is de wind op grotere hoogte constanter. (Ministerie van Economische

zaken, 2013).

Het vergroten van de windmolens op zee is ten opzichte van het vergroten van de

windmolens op land een reëlere uitdaging. Op land zijn er beperkingen zoals de wegen

waarover de onderdelen vervoerd moeten worden. Op zee kunnen er daarentegen heel

erg grote onderdelen moeiteloos vervoerd worden.

Dit alles rationaliseert de drang tot innoveren op het gebied van offshore windmolens.

De testfaciliteit voor windturbines met een capaciteit van 15 megawatt bestaat al. Hij

staat in Zuid-Carolina in Amerika. Renk Test System (RTS) heeft er een generator met

11.000 pk neergezet om de turbines op stormkracht te kunnen testen. (Fastfix

Technology, 2015).

Er is in de toekomst ook meer dan genoeg geld te verdienen in deze booming sector.

Alleen het Verenigd Koninkrijk wil 32 gigawatt aan offshore wind-capaciteit installeren

in de Noordzee tussen 2015 en 2025. Dat is meer dan 10 keer de totale offshore wind-

capaciteit van de hele wereld (gemeten in 2011). Deze markt zou zo’n 52 miljard euro

waard zijn in 2025 “De mogelijkheden in de wind-industrie zijn enorm.” Stelde ook

Finn Strøm Madsen, voorzitter van de afdeling Technology R&D van Vestas. (Scientific

American, 2011)

Het is bij deze ontwikkelingen dus vooral belangrijk om de kosten zo laag mogelijk te

houden. Het ontwikkelen van windturbines met een capaciteit van 15 megawatt is

daarvoor erg belangrijk. Hierdoor wordt het namelijk mogelijk windenergie te

produceren zonder dat daar subsidie bij nodig is. (Dekker, 2017). Windenergie is nu

nog per kilowattuur duurder dan andere vormen van energie. De overheid legt

vervolgens het verschil in kosten vergeleken bij andere vormen van energie bij om

hiervoor te compenseren. Het Deense energiebedrijf Dong denkt in 2024 al turbines

Page 22: 180403 Team5-Verslag Van Oord - Profielwerkstukken...2018/07/03  · PAGINA 2 Samenvatting Dit verslag gaat over de meesterproef van Koen en Nico. Voor de uitvoering van de meesterproef

PAGINA 21

neer te kunnen zetten met een capaciteit van tussen 13 en 15 megawatt. Deze molens

worden dan neergezet zonder subsidie. (Dong, 2017). Uit een onderzoek van

Ernest&Young blijkt dat er bij de installatie van de windmolens nog een besparing van

3 procent mogelijk was. (Marx, 2015).

Page 23: 180403 Team5-Verslag Van Oord - Profielwerkstukken...2018/07/03  · PAGINA 2 Samenvatting Dit verslag gaat over de meesterproef van Koen en Nico. Voor de uitvoering van de meesterproef

PAGINA 22

Belangrijkste ideeën

We lichten 4 ideeën toe die volgens ons het interessantst waren met betrekking tot de

opdracht maar niet gekozen zijn om verder uit te werken. We hebben slechts 4 ideeën

toegelicht om het verslag niet te langdradig te maken. We lichten ze toe aan de hand

van redenen waarom we ze niet hebben gekozen en redenen waarom de ideeën

volgens ons interessant waren.

Idee 1

Voor dit idee hebben gekeken of het mogelijk is om de

turbine en de toren van de windmolen allebei in een soort

klem vast te maken waardoor de beweging van de turbine

ten opzichte van de toren controleerbaar is. Het systeem

bestaat uit twee klemmen zoals getekend in de

onderstaande afbeelding. De klemmen zijn bevestigd aan

de hijskraan en worden dichtgedaan zodra de turbine en

de toren dichtbij elkaar zijn. Want alleen het laatste

stukje van de hijsbeweging moet gecontroleerd zijn.

De voordelen die vastzitten aan dit idee zijn:

- Als beide onderdelen bevestigd zijn in de

klemmen is de installatie heel snel klaar

- Klemmen zijn snel te bevestigen en snel te

ontkoppelen

- Er kunnen eventueel kleine correcties gemaakt

worden waardoor het plaatsen gecontroleerd kan

gebeuren.

Nadelen zijn:

- Er moet een aanpassing gedaan worden aan de turbine, er moet een klein

stukje toren bevestigd worden aan de turbine om de klemmen te bevestigen

- Door de toren te bevestigen in een klem die vastzit aan het drijvende schip kan

de toren gaan schommelen waardoor er schade aan de toren kan ontstaan

- Het systeem is bevestigd aan de kraan, en dat wil de opdrachtgever liever niet

We hebben uiteindelijk niet gekozen voor dit idee omdat er een aanpassing gedaan

moet worden aan de turbine én aan het installatieschip. Daarnaast denken we dat

onder bepaalde weersomstandigheden, zoals bij sterke wind, de bevestiging van de

beide onderdelen in de klemmen te moeilijk is en

misschien schade kan veroorzaken aan de windmolen.

Page 24: 180403 Team5-Verslag Van Oord - Profielwerkstukken...2018/07/03  · PAGINA 2 Samenvatting Dit verslag gaat over de meesterproef van Koen en Nico. Voor de uitvoering van de meesterproef

PAGINA 23

Idee 2

Bij het tweede idee worden er twee kabels die bevestigd zijn aan een stang aan de

hijskraan bevestigd aan de turbine. De kabels kunnen bewogen

worden waardoor de turbine bijvoorbeeld een paar graden

gedraaid kan worden of meer naar de hijskraan toe bewogen

kan worden. Nu hebben we het idee uitgetekend met een

enkele stang, er kan natuurlijk ook gebruik gemaakt worden

van twee stangen. Hierdoor is er een nog grotere controle over

de turbine.

Voordelen

- Bevestiging kabels kan voordat het hijsen begint

- Het systeem kan ingezet worden bij veel verschillende

weersomstandigheden

- Er is mogelijkheid tot correcties zodat het hijsen

gecontroleerd kan plaatsvinden

- Het systeem is eenvoudig

Nadelen

- Niet innovatief, het systeem wordt al toegepast

- Het systeem is bevestigd aan de kraan, en dat wil de

opdrachtgever liever niet

- Bij sterke wind is de controle over de turbine nog

steeds beperkt

- We denken dat de bediening van het systeem niet zo

eenvoudig is als we eigenlijk zouden willen

We hebben uiteindelijk niet gekozen voor dit ontwerp omdat het niet innovatief is.

We denken dat we daardoor geen interessant project kunnen maken over dit ontwerp.

Daarnaast denken we dat het idee niet genoeg controle kan creëren om het plaatsen

van de turbine significant eenvoudiger te maken.

Idee 3

Bij het derde idee maken we gebruik van een opblaasbare trechter. Een trechter is

natuurlijk een ideale manier om de turbine geleidelijk op zijn plaats te krijgen. Door

een trechter vast te maken aan de onderkant van de turbine wordt het oppervlak van

het geheel natuurlijk wel een stuk groter. Dat kan bij hoge windsnelheden problemen

opleveren door schommelingen die ontstaan door de wind. Daarom hebben we

nagedacht over een trechter die op het laatste moment omgeblazen kan worden om

vervolgens de turbine te begeleiden naar zijn plek. Voor het begeleiden van de toren

worden er begeleidingsstrips aangebracht aan de binnenkant van de trechter. Het

oplazen van de trechter gebeurt dan zoals bij een glijbaan uit het vliegtuig in geval van

nood. Het materiaal van de trechter kan hetzelfde zijn als de stootwillen die gebruikt

worden aan de wal bij een grote haven of bijvoorbeeld het materiaal van een rubberen

reddingsboot. In beide gevallen is het materiaal sterk genoeg om gebruikt te kunnen

worden voor de trechter. Hierdoor is de trechter herbruikbaar.

Page 25: 180403 Team5-Verslag Van Oord - Profielwerkstukken...2018/07/03  · PAGINA 2 Samenvatting Dit verslag gaat over de meesterproef van Koen en Nico. Voor de uitvoering van de meesterproef

PAGINA 24

Voordelen:

- Bediening is relatief eenvoudig

- De productie van de trechter kan erg goedkoop zijn

- De trechter kan bij veel verschillende weersomstandigheden ingezet worden

Nadelen:

- Geen mogelijkheid om het hijsen te stoppen in geval van een noodsituatie

- Het ontkoppelen van de trechter is lastig omdat hij altijd tussen de turbine en

de toren terecht komt - Grote kans op beschadigingen aan de trechter, de kosten kunnen hierdoor

oplopen want de trechter moet dan vaak vervangen worden

- De trechter moet bevestigd worden aan de turbine, waardoor een gedeelte van

het totale hijsvermogen niet gebruikt wordt voor het hijsen van de turbine. Er

kunnen dan minder grote turbines gehesen worden.

Idee 4

Voor het vierde idee hebben we gekeken naar

verschillende hijstechnieken die in andere industrieën

toegepast worden en mogelijk ook toegepast zouden

kunnen worden bij onze opdracht. Uiteindelijk kwamen

we uit bij een soort hijsapplicatie waarmee rollen papier

worden verplaatst. Zie de afbeelding hiernaast. Het idee is

om de hijsapplicatie na te bootsen en te gebruiken als een

begeleider voor de toren bij het plaatsen van de turbine.

Het idee komt dat onder de turbine te hangen, dus aan de

turbine. Pas als de turbine erg dicht in de buurt van de

toren komt trekken de begeleiders naar het midden waardoor ze

de paal als het ware ‘vangen’. Door op de begeleiders rollen te

plaatsen kan de turbine rustig dalen totdat hij netjes op zijn plek

staat op de toren. Het idee is ook nog uitgetekend in de

afbeeldingen hiernaast.

Voordelen:

- De installatie van de turbine kan heel erg gecontroleerd

plaatsvinden als het systeem gebruikt wordt

- Het systeem is relatief eenvoudig

- Omdat het een idee is dat al bestaat is er een bewezen

basis waarop kan worden voortgeborduurd

Nadelen:

- Het systeem zal een behoorlijk gewicht hebben,

waardoor een gedeelte van het totale hijsvermogen niet

gebruikt wordt voor het hijsen van de turbine. Er

kunnen dan minder grote turbines gehesen worden.

Page 26: 180403 Team5-Verslag Van Oord - Profielwerkstukken...2018/07/03  · PAGINA 2 Samenvatting Dit verslag gaat over de meesterproef van Koen en Nico. Voor de uitvoering van de meesterproef

PAGINA 25

- Er moeten extra hydraulische lijnen over de kraan lopen, de opdrachtgever

wilde dit liever niet

- Eventuele beschadigingen aan het systeem kosten veel tijd, geld en moeite om

te repareren

Page 27: 180403 Team5-Verslag Van Oord - Profielwerkstukken...2018/07/03  · PAGINA 2 Samenvatting Dit verslag gaat over de meesterproef van Koen en Nico. Voor de uitvoering van de meesterproef

PAGINA 26

Eindontwerp

We werken verschillende onderdelen van het eindontwerp uit. We laten hierbij ideeën

die niet meegenomen zijn in het eindontwerp buiten beschouwing om het verslag

concreet en vooral begrijpelijk te houden.

Uitschuifbare windmolen

We hebben nagedacht over een hele andere aanpak van het probleem en zijn daardoor

op een oplossing gekomen waarvan we denken dat het een erg innovatieve is. Het idee

is om een windmolen te ontwerpen die bij het plaatsen

ingeschoven is en vervolgens als een hengel uitgeschoven

wordt. Het idee erachter is heel eenvoudig; het hijsen op

grote hoogte is een groot probleem door de

oncontroleerbare bewegingen, wanneer je laag kan

installeren (dus ter hoogte van het transition piece) is het

mikken vele malen eenvoudiger. De hijskraan hoeft

immers minder hoog te hijsen waardoor het horizontale

vlak waarop de turbine beweegt minder groot is.

Daarnaast is de beweging van het geheel beter

controleerbaar op lage hoogte.

De volledige toren en turbine worden bij de uitschuifbare windmolen in één keer

geplaatst. De windmolen bestaat uit twee delen, de buitenste helft van de toren en de

binnenste helft. Na het plaatsen van het geheel wordt de

hijskraan bevestigd aan de turbine waarna de

windmolen naar boven wordt uitgeschoven. Met behulp

van een betrouwbare schatting door bekende gegevens

van kleinere windmolens op te schalen hebben we

bepaald dat het gewicht van de turbine 600 ton is. De

toren van de windmolen weegt 100 tot 150 ton. In totaal

weegt een windmolen dus ongeveer 750 ton. Hiermee

hebben we bepaald dat het haalbaar is om een volledige

windmolen te plaatsen met de Aeolus. Er is dus voldaan

aan de eis om een idee te bedenken waarvoor de Aeolus geen extra hijsvermogen nodig

heeft.

Eén van onze eisen was dat het hijsproces op een veilige manier stil gelegd moest

kunnen worden in geval van nood. Hiervoor hebben we nagedacht

over een blokkeringsmechanisme waardoor het uitschuiven van de

windmolen op elk moment stilgezet kan worden. Hiervoor

plaatsen we 4 haken aan de binnenste buis die door groeven lopen

die bevestigd zijn aan de binnenkant van de buitenste buis (in de

afbeelding hiernaast zijn dat er maar 3, dat hebben we achteraf

aangepast naar 4). Deze groeven begeleiden de binnenste toren

terwijl hij naar boven geschoven wordt, hierdoor gaan de twee

onderdelen niet ten opzichte van elkaar draaien. Dat de twee

delen niet draaien ten opzichte van elkaar is voordelig voor de

Page 28: 180403 Team5-Verslag Van Oord - Profielwerkstukken...2018/07/03  · PAGINA 2 Samenvatting Dit verslag gaat over de meesterproef van Koen en Nico. Voor de uitvoering van de meesterproef

PAGINA 27

installatie omdat er hierdoor helemaal niet gemikt hoeft te

worden. Dit bespaart op zijn beurt weer tijd en geld.

De groeven bieden een mooie mogelijkheid om de toren extra

stevigheid te geven. Hierdoor kan de wand van de toren dunner

worden, waardoor het een duurzamere oplossing is. Eerst

dachten we na over groeven die in een rechte verticale lijn naar

boven liepen door de toren. Daarna hebben we nagedacht over

andere mogelijkheden. Na een tip van de opdrachtgever hebben

we gekeken naar de helixstructuur die gebruikt wordt bij

schoorstenen van bijvoorbeeld raffinaderijen. Deze

helixstructuur zoals weergeven in de afbeelding hiernaast wordt

aangebracht om de schoorstenen extra stevigheid te geven en materiaal te besparen.

De helixstructuur bespaart meer materiaal dan de rechtlijnige variant. Desondanks

hebben we voor de verticale rechte groeven gekozen. De belangrijkste reden hiervoor

is dat het aanbrengen van de rechte groeven is veel eenvoudiger is en zou eventueel

geautomatiseerd kunnen worden.

In de groeven brengen we een blokkeermechanisme aan. We vonden het

bokkeermechanisme een belangrijk onderdeel van het ontwerp omdat hierdoor het

installatieproces op een veilige manier eenvoudig kan worden stilgezet. In de 4

groeven zitten om de 2 meter uitsteeksels waarop de blokkeerstang kan rusten. De

blokkeerstang rust daarnaast ook op een blok aan de binnenkant van de binnenste

buis. Doordat de blokkeerstang op beide blokken rust kan de binnenste helft van de

toren niet meer terugzakken. Deze manier van blokkeren zorgt nauwelijks voor extra

weerstand bij het hijsen.

Zodra de binnenste helft van de toren volledig omhoog is gehesen moeten de twee

delen aan elkaar bevestigd worden op een manier die ervoor zorgt dat de toren voor

een lange tijd kan blijven staan. Daarnaast willen we ook rekening houden met de

demontage van de toren. De windmolens die nu geplaatst worden, worden

waarschijnlijk over een aantal jaar niet meer gebruikt. Dit kan onder andere komen

door betere technologieën in nieuwere windmolens en oplopende onderhoudskosten

Page 29: 180403 Team5-Verslag Van Oord - Profielwerkstukken...2018/07/03  · PAGINA 2 Samenvatting Dit verslag gaat over de meesterproef van Koen en Nico. Voor de uitvoering van de meesterproef

PAGINA 28

aan de windmolen. Als je de windmolen weer kan inschuiven is het demonteren van de

windmolen relatief snel gebeurd. Er kan dan een nieuwe windmolen

op de al bestaande transition pieces geplaatst worden. Dit bespaart

een hoop geld en is ook goed voor het milieu. Daarom is het een erg

duurzame toevoeging aan het ontwerp. We probeerden daarom na

de denken over een manier om de twee helften van de toren aan

elkaar te bevestigen op een manier die makkelijk terug te draaien is

voor demontage. Beton storten tussen beide helften was bijvoorbeeld

geen goede optie.

Voor de bevestiging van de beide helften kan je heel goed gebruik

maken van het blokkeringsmechanisme. Bij het ontwerpen is bekend

hoe ver de toren omhoog kan worden getrokken. Dan is ook te

bepalen waar de laatste blokken aangebracht moeten worden aan de

binnenkant van de toren waarop de blokkeringsstang kan rusten. Als

de binnenste helft dan helemaal bovenaan is, kan hij rusten op de

laatste blokken (zie afbeelding en hieronder). Vervolgens kan er een

rand bouten aangebracht worden zoals weergeven in de afbeelding

hiernaast. De beide helften hebben nog een overlap van 4 meter, hierdoor is de

bevestiging sterk genoeg om de bewegingen van de windmolen op te vangen. De toren

is door deze manier van bevestigen stabiel genoeg om te windenergie op te kunnen

wekken bij veel verschillende weersomstandigheden.

Om de windmolen te kunnen demonteren wordt de windmolen aan de bovenkant

bevestigd aan de kraan op het schip waarna de blokken waarop de blokkeringsstaven

rusten verwijderd worden. Vervolgens worden de bouten verwijderd. Als dit gebeurt is

kan de windmolen weer ingeschoven worden. Na het inschuiven wordt de windmolen

van de transition piece gehesen waarna de windmolen gerecycled kan worden.

Page 30: 180403 Team5-Verslag Van Oord - Profielwerkstukken...2018/07/03  · PAGINA 2 Samenvatting Dit verslag gaat over de meesterproef van Koen en Nico. Voor de uitvoering van de meesterproef

PAGINA 29

Foto’s modellen

Hierboven en hiernaast zijn afbeeldingen te

zien van een model waarin we het principe

van de groeven uitbeelden. Op de afbeelding

linksboven is de buitenste helft te zien. Op de

afbeelding rechtsboven is een bovenaanzicht

te zien van de beide helften in elkaar

geschoven. In de afbeelding hiernaast is de

binnenste buis in de groeven van de buitenste

buis te zien.

Page 31: 180403 Team5-Verslag Van Oord - Profielwerkstukken...2018/07/03  · PAGINA 2 Samenvatting Dit verslag gaat over de meesterproef van Koen en Nico. Voor de uitvoering van de meesterproef

PAGINA 30

In de afbeeldingen hierboven is een model van het blokkeringsmechanisme

weergeven. Op de linker afbeelding is duidelijk te zien hoe we het

blokkeringsmechanisme uitgevoerd hebben. Op de rechter afbeelding is te zien hoe

het hele model eruit ziet. We hebben als het ware één groef nagemaakt om het

blokkeringsmechanisme te testen. De video van de werking ervan is te zien in de

presentatie.

Page 32: 180403 Team5-Verslag Van Oord - Profielwerkstukken...2018/07/03  · PAGINA 2 Samenvatting Dit verslag gaat over de meesterproef van Koen en Nico. Voor de uitvoering van de meesterproef

PAGINA 31

Conclusie

Oorspronkelijk was de opdracht dat we het plaatsen van de turbine van de windmolen

moesten vereenvoudigen. Het mikken van de turbine moest eenvoudiger kunnen. We

hebben ons eerst gefocust om het mikken van de turbine te vereenvoudigen, daarna

hebben we geprobeerd out-of-the-box te denken. We zijn toen op het idee van een

uitschuifbare windmolen gekomen. Met een uitschuifbare windmolen worden kosten

bespaard op de installatie van de windmolens, waardoor de installatie van subsidievrije

windmolens dichterbij komt.

De uitschuifbare windmolen verlaagt de kosten van de installatie om een aantal

redenen. Ten eerste omdat de hoogte waarop gehesen wordt gehalveerd wordt. Het

vlak waarin de top van de kraan beweegt is dan kleiner, waardoor het eenvoudiger is

om de windmolen op de transition piece te plaatsen. Daarnaast zorgen de groeven

voor een tijdsbesparing, en dus voor een kostenbesparing. Het is door de groeven heel

eenvoudig de windmolen te plaatsen omdat de beide helften niet ten opzichte van

elkaar uitgelijnd hoeven worden. Ook omdat de windmolen in één geheel wordt

geplaatst bespaart tijd en geld. Er hoeft immers minder vaak gehesen geworden dan nu

nog nodig is.

Misschien wel het belangrijkste aan de uitschuifbare windmolen is dat we hebben

nagedacht over de demontage van de windmolen. Hierdoor wordt het mogelijk de

windmolen te recyclen. Daarnaast zorgt het ook voor een mogelijkheid om de

transition piece te gebruiken om er een nieuwe windmolen op te plaatsen. Beide is het

goed voor het milieu en bespaart het natuurlijk ook een hoop geld.

Page 33: 180403 Team5-Verslag Van Oord - Profielwerkstukken...2018/07/03  · PAGINA 2 Samenvatting Dit verslag gaat over de meesterproef van Koen en Nico. Voor de uitvoering van de meesterproef

PAGINA 32

Bibliografie

4C offshore. (2013, juni 5). Monopiles Support Structures. Opgehaald van 4C offshore:

http://www.4coffshore.com/windfarms/monopiles-support-structures-aid4.html

Anna Hirtenstein, J. S. (2017, april 21). Gigantic Wind Turbines Signal Era of Subsidy-Free Green

Power. Opgehaald van Bloomberg: https://www.bloomberg.com/news/articles/2017-04-

20/gigantic-wind-turbines-signal-era-of-subsidy-free-green-power

Belwind. (sd). Feiten en cijfers. Opgehaald van Belwind: http://www.belwind.eu/nl/feiten-en-

cijfers/

Dekker, V. (2017, april 14). Energiebedrijf Dong: Geen subsidie nodig voor windmolens in

Noordzee. Opgehaald van Trouw: https://www.trouw.nl/groen/energiebedrijf-dong-

geen-subsidie-nodig-voor-windmolens-in-noordzee~acb850bd/

Department of Energy. (2017). The Inside of a Wind Turbine. Opgehaald van Department of

Energy: https://energy.gov/eere/wind/inside-wind-turbine-0

Dong. (2017, april 13). DONG Energy awarded three German offshore wind projects. Opgehaald

van DONG: http://www.dongenergy.com/en/media/newsroom/company-

announcements-details?omxid=1557851

DONGEnergyCorporate. (2014, januari 22). Anholt Offshore Wind Farm 2014 (English).

Opgehaald van Youtube: https://www.youtube.com/watch?v=FiMC58I5ve8

Energieonderzoek Centrum Nederland. (2001, november). Concept study bottom protection

around pile foundation of. Opgehaald van Energieonderzoek Centrum Nederland:

https://www.ecn.nl/fileadmin/ecn/units/wind/docs/dowec/10023_002.pdf

Energieonderzoek Centrum Nederland. (2003, januari). Scour protection for 6MW OWEC with

monopile. Opgehaald van Energieonderzoek Centrum Nederland:

https://www.ecn.nl/fileadmin/ecn/units/wind/docs/dowec/10050_001.pdf

ENGIE. (2016, juni 20). Hoe werkt een windmolen? Opgehaald van ENGIE: https://www.engie-

energie.nl/blog/zon,-wind-en-water/20160620/hoe-werkt-een-windmolen

Fastfix Technology. (2015, mei 18). Testing the energy solutions of tomorrow. Opgehaald van

Fastfix Technology: https://www.fastfixtechnology.com/news/testing-the-energy-

solutions-of-tomorrow/

Gawen, P. (sd). Dynamic Soil Structure of Offshore Wind Turbines and long term performance

prediction: Linking scaled model test results to prototype prediction via element tests.

Opgehaald van VJ Tech: http://www.vjtech.co.uk/blog/dynamic-soil-structure-of-

offshore-wind-turbines-and-long-term-performance-prediction-linking-scaled-model-

test-results-to-prototype-prediction-via-element-tests

GE renewable energy. (2017). WIND TURBINES OVERVIEW. Opgehaald van GE renewable

energy: https://www.gerenewableenergy.com/wind-energy/turbines

Gemeni wind park. (sd). Facts, Figures. Opgehaald van Gemeni wind park:

http://geminiwindpark.nl/e_facts--figures.html

Haan, J. d. (2009). Hoe werkt een windturbine? Opgehaald van Windenergie:

http://www.windenergie-info.nl/windturbines/hoe-werkt-een-windturbine/

Page 34: 180403 Team5-Verslag Van Oord - Profielwerkstukken...2018/07/03  · PAGINA 2 Samenvatting Dit verslag gaat over de meesterproef van Koen en Nico. Voor de uitvoering van de meesterproef

PAGINA 33

LM Windpower. (2017). RECORD-BREAKING BLADES. Opgehaald van LM Windpower:

https://www.lmwindpower.com/en/products-and-services/blade-types

Marx, E. (2015, maart 27). Offshore Wind Power Grows Up. Opgehaald van Scientific American:

https://www.scientificamerican.com/article/offshore-wind-power-grows-up/

Ministerie van Economische zaken. (2013, april). Handreiking waardering landschappelijke

effecten van windenergie . Opgehaald van Ministerie van Economische zaken:

https://www.google.nl/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=8&ved=0ahUKEwiz

_umg28LWAhXGbVAKHbOqCQgQFghEMAc&url=https%3A%2F%2Fwww.rvo.nl%2Fsi

tes%2Fdefault%2Ffiles%2F2013%2F09%2FHandreiking%2520waardering%2520Landsch

appelijke%2520Effecten%2520Windenergie_0

National Acadamies . (1991). MANUFACTURING PROCESSES FOR ROTOR BLADES. Opgehaald

van NAP: https://www.nap.edu/read/1824/chapter/7

Nationale staalprijs. (2016). Transition pieces Gemini Offshore Windpark. Opgehaald van

Nationale staalprijs: http://www.nationalestaalprijs.nl/deelnemende-

projecten/detail/industriebouw/gemini-transition-pieces

Offshore Wind. (2014, maart 11). OMM, Geofabrics to develop scour protection solution.

Opgehaald van Offshore wind: http://www.offshorewind.biz/2014/03/11/omm-

geofabrics-to-develop-scour-protection/

Scientific American. (2011, september 19). Offshore Wind Turbines Keep Growing in Size.

Opgehaald van Scientific American:

https://www.scientificamerican.com/article/offshore-wind-turbines-keep/

Traa, M. (2014, februari 13). 10 dingen die je nog niet wist over windmolens op zee. Opgehaald van

Quest: https://www.quest.nl/artikel/10-dingen-die-je-nog-niet-wist-over-windmolens-

op-zee

Van Oord. (sd). Steenstorter. Opgehaald van Van Oord:

https://www.vanoord.com/nl/activiteiten/steenstorter

Windpower monthly. (2017, juli 5). Ten of the biggest turbines. Opgehaald van Windpower

monthly: http://www.windpowermonthly.com/10-biggest-turbines

Zaaijer, M. (2004). Scour protection: a necessity or a waste of. Opgehaald van TU Delft:

http://lr.home.tudelft.nl/fileadmin/Faculteit/LR/Organisatie/Afdelingen_en_Leerstoel

en/Afdeling_AEWE/Wind_Energy/Research/Publications/Publications_2004/doc/Tem

pel_scour.pdf

https://www.scientificamerican.com/article/offshore-wind-turbines-keep/

Page 35: 180403 Team5-Verslag Van Oord - Profielwerkstukken...2018/07/03  · PAGINA 2 Samenvatting Dit verslag gaat over de meesterproef van Koen en Nico. Voor de uitvoering van de meesterproef

PAGINA 34

https://www.bloomberg.com/news/articles/2017-04-20/gigantic-wind-turbines-signal-

era-of-subsidy-free-green-power

http://www.maritiemnederland.com/achtergrond/waar-liggen-de-limieten-in-

offshore-wind/item2340