Beste schepen voor het installeren van monopiles (XL Monopiles)
Je staat op het dek, de wind waait hard en voor je ligt een gigantische staalpijl die straks de basis gaat vormen voor een windturbine van 15 megawatt.
Die monopile, die weegt zo'n 2.500 ton en is langer dan een voetbalveld. De vraag is simpel: hoe krijg je dat ding de zeebodem in, zonder dat het een chaos wordt? De keuze voor het juiste schip en de juiste installatiemethode bepaalt of je project een succes wordt of een duur drama.
In de wereld van offshore wind is de installatie van monopiles – en dan vooral de enorme XXL-monopiles – het kritieke pad. Als je dat niet goed regelt, staan je honderden miljoenen euro's aan vertraging te wachten.
De cijfers liegen er niet om. Wereldwijd rust 80% van alle windturbines op een monopile-fundatie.
Alleen al in Europa zijn er tot 2021 bijna 5.000 geïnstalleerd. En ze worden steeds extremer. Waar we vroeger in ondiep water werkten, plaatsen we ze nu in dieptes van meer dan 50 meter. De nieuwste generatie, de XXL-monopiles, zijn beesten van meer dan 2.500 ton, langer dan 100 meter en met een diameter aan de voet die de 12 meter aantikt. Dat stelt gigantische eisen aan je schip en je gereedschap.
XXL Monopile installation
De uitdaging met die enorme palen zit 'm niet alleen in het gewicht, maar vooral in de stabiliteit en de precisie. Je moet een pijl van 100 meter lang en 12 meter dik verticaal houden in de stroming, hem op een paar centimeter nauwkeurig positioneren en hem dan de bodem in slaan. Traditionele methoden beginnen hier echt te knellen.
Een van de grootste problemen is het zogenaamde 'pile run'. Dat is het ongecontroleerde wegglijden van de monopile zodra die de zeebodem raakt en je de hamer inschakelt.
Bij een XXL-monopile kan die val makkelijk honderdduizenden euros aan schade opleveren en je project maanden vertragen. Een ander hoofdpijndossier is de impact hamer.
Om een paal van deze afmetingen de bodem in te krijgen, heb je enorm veel energie nodig. De 'anvil' – het stuk dat op de monopile slaat – wordt daardoor ook steeds groter en zwaarder. Op een gegeven moment is de anvil voor een impact hammer simpelweg te klein om de energie nog effectief over te brengen op een diameter van 12 meter.
Het is alsof je met een theelepel een gat in de grond probeert te slaan; je mist de oppervlakte.
Het gevolg is dat je langer moet slaan, met meer slijtage en een groter risico op beschadigingen aan de paal zelf.
PILE INSTALLATION TOOLS
Het gereedschap dat je gebruikt, maakt of breekt je operatie. De afgelopen jaren is er een duidelijke shift gaande van de klassieke impact hammer naar vibro-installatie. Waarom?
Omdat vibro-technologie de problemen van de XXL-monopiles oplost. Neem de CAPE VLT (Vibration Lifting Tool).
Dit is een vibrohamer die specifiek is ontwikkeld voor de zware offshore klussen. Het grote voordeel is dat hij geen diameterlimiet heeft. Of je nu een paal van 8 meter of 12 meter diameter installeert, de VLT kan het aan.
Een ander huge voordeel van vibro-installatie is het geluid. Offshore windparken zitten midden in de natuur, en de noise-regulering is extreem streng, zeker in Nederland. Impact hamers produceren een enorm lawaai dat onderwater een bedreiging vormt voor zeezoogdieren en vissen. Je moet dan vaak dure en complexe systemen inzetten, zoals bubble curtains (luchtgordijnen) om het geluid te dempen.
De CAPE VLT produceert veel minder lawaai en voldoet vaak direct aan de wettelijke limieten zonder extra mitigerende systemen.
Dat scheelt een vermogen aan kosten en logistiek.
PILE INSTALLATION NOISE
Laten we het even hebben over dat geluid, want dat is geen detail, het is een harde eis. De Nederlandse overheid en andere Noordzeelanden hebben strenge limieten vastgesteld voor het onderwater geluidsniveau tijdens installatie. Waarom?
Omdat het lawaai van heien de communicatie en navigatie van dolfijnen, bruinvissen en andere zeezoogdieren verstoort.
Ze kunnen er gehoorschade aan oplopen of zelfs doodgaan. Als je als aannemer deze limieten overschrijdt, loop je het risico op hoge boetes en zelfs stillegging van je project. Met een traditionele impact hammer zit je al snel boven de limiet van 160 dB (re 1µPa) op 750 meter afstand.
Om onder die limiet te blijven, moet je zware mitigatie inzetten. Denk aan een dubbel bubble curtain, een systeem van lucht slang en compressoren dat een gordijn van luchtbellen rond de monopile creëert.
Dit dempt het geluid met 10-15 dB. Het werkt, maar het is een enorme operatie. Je hebt speciale schepen nodig om de compressoren en slangen te vervoeren en te positioneren, en het kost dagelijks tienduizenden euros. Vibro-technologie, zoals de CAPE VLT, ligt met 150-155 dB vaak al onder de limiet. Zonder extra maatregelen. Dat is een directe besparing en een stuk minder gedoe.
PILE INSTALLATION VESSELS
De hamer is één, het schip is twee. Je kunt een XXL-monopile niet installeren met een standaard kraanschip.
Je hebt een Jack-Up Vessel (JUV) nodig met een extreem hoge hijs- en stuwkracht. De markt wordt gedomineerd door gespecialiseerde schepen van operators als Van Oord, Jan De Nul, DEME en Seaway 7. Deze schepen zijn gebouwd om de grootste monopiles te kunnen tillen en positioneren.
Denk aan schepen als de 'Svanen' van Van Oord of de 'Les Alizés' van Jan De Nul. Ze zijn uitgerust met een kritieke capaciteit: de 'crane capacity'.
Voor de nieuwste generatie XXL-monopiles moet een schip een werklast van minimaal 1.500 ton aankunnen, bij voorkeur meer.
Een Jack-Up Vessel is essentieel omdat het stabiliteit biedt. De romp van het schip wordt op vier of meer poten (legs) van de zeebodem getild, zodat het boven het waterniveau rust en geen last heeft van golven. Dit is cruciaal voor de precisie van de installatie. Tijdens de operatie van Van Oord bij het Windanker-project en de plaatsing van monopiles voor het Boreas-windpark werden deze schepen ingezet.
Ze combineerden de kracht van de kraan met de precisie van het jack-up systeem. De keuze voor het schip hangt af van de waterdiepte, de weersomstandigheden en hoe een 2000 ton wegende monopile wordt geheid.
Solving XXL monopile installation challenges
Een schip dat net te licht is, kan de klus niet klaren. Een schip dat te groot is, is onnodig duur. Het oplossen van de uitdagingen rond XXL-monopiles draait om drie kernwoorden: kracht, precisie en geluid.
De combinatie van een gespecialiseerd Jack-Up Vessel en de juiste installatietool is de sleutel.
De 'Svanen' van Van Oord is een perfect voorbeeld van een schip dat is geüpgraded om met deze nieuwe realiteit om te gaan. Oorspronkelijk gebouwd voor kleinere palen, is het schip voorzien van een nieuwe, krachtigere kraan en verbeterde systems om de zwaardere ladingen aan te kunnen. Bij het vergelijken van de beste schepen voor het installeren van monopiles, valt op dat het vermogen om de CAPE VLT te gebruiken, in plaats van een zware impact hammer, de belasting op het schip en de kraan verlaagt.
Een andere uitdaging is de logistiek. Een XXL-monopile is een 'overlength' cargo.
Hij steekt aan beide kanten ver uit buiten de afmetingen van het schip. Dat vereist speciale transportplanning en veiligheidsmaatregelen. De installatievaartuigen moeten vaak vanuit een haven in Duitsland of Nederland naar de bouwplaats varen, wat meerdere dagen kan duren.
Tijdens die vaart moet de lading extreem goed worden vastgezet tegen stormachtige omstandigheden. De nieuwste generatie schepen, zoals de 'Les Alizés', is specifiek ontworpen met een groot dek en een sterke kraan om deze logistieke nachtmerrie te beheersen. Ze laden de monopiles in enkele uren en brengen ze naar de installatieplaats, waar de precisie van de positionering essentieel is voor de levensduur van het windpark.
Conclusie: De juiste keuze maken
Als je vandaag een project plant met XXL-monopiles, zijn er een paar harde keuzes te maken. De tijd van standaard impact hammers voor diameters boven de 10 meter is voorbij.
De techniek kan het gewoon niet meer aan, en de kosten van de benodigde geluidsisolatie zijn torenhoog. De oplossing ligt in de combinatie van een modern Jack-Up Vessel met een capaciteit van minimaal 1.500 ton en een vibro-installatietool zoals de CAPE VLT. Voor Nederlandse projecten is de CAPE VLT de onbetwiste favoriet.
Het voldoet aan de strenge noise-regulering zonder extra mitigerende systemen, wat een directe besparing van miljoenen euro's per project betekent.
Bovendien elimineert het het risico op pile run en beschermt het de integriteit van de monopile. Operators als Van Oord hebben deze technologie bewezen in projecten als Windanker en Boreas. De investering in de juiste tooling en schepen is hoog, maar de alternatieven – vertragingen, boetes en schade – zijn vele malen duurder. Kies voor bewezen techniek en een partner met de juiste assets. Hoe wordt een monopile fundering in de zeebodem geheid? Dat is de enige manier om de XXL-uitdaging aan te gaan.