Hoe diep kunnen jack-up poten gaan voor windparken in diep water?

Stel je voor: je staat op het dek van een offshore installatieschip, de wind waait hard over de Noordzee. Voor je ligt een nieuw windpark, kilometers ver de zee in.

De turbines moeten geplaatst worden, maar de zeebodem is niet overal hetzelfde.

Bij de kust is het ondiep, maar verderop wordt het al snel 40, 50 meter of meer. De vraag is: hoe diep kunnen jack-up schepen eigenlijk met hun poten naar de zeebodem? En wat betekent dat voor de logistiek en kosten van een windpark? Dit is een verhaal over techniek, limieten en slimme keuzes maken.

Wat je echt nodig hebt voordat je überhaupt begint

Voordat je ook maar nadenkt over het uitsteken van de poten, moet je een berg aan informatie verzamelen. Jack-up schepen zijn geweldig, maar ze zijn geen tovermiddelen. Ze werken het beste binnen hun ontwerpcondities.

Je begint met een grondige bodemanalyse. Je wilt weten wat er onder je schip ligt: zand, klei, of misschien wel keiharde modder?

Een goed rapport van een geotechnisch bedrijf kost tussen de €15.000 en €30.000, maar het bespaart je een catastrophe van een paar miljoen. Daarnaast check je het weer.

De golven, de wind en de stroming bepalen of je wel veilig kunt werken. Je hebt een weather routing nodig en een werkvenster. Voor de Noordzee kijk je vaak naar een beperkte periode, zeg van april tot oktober, waarin de omstandigheden het minst extreem zijn.

Een jack-up met een 1200 ton hijskraan (zoals een van de nieuwere Jan De Nul schepen) kan veel aan, maar als de golfhoogte boven de 1,5 meter komt, is het gedaan met de pret.

Je moet een plan B hebben, altijd. Je materiaal is de volgende stap. De poten van een jack-up zijn je anker. Een gemiddelde poot is 80 tot 100 meter lang en heeft een diameter van zo’n 2 tot 3 meter.

Je moet exact weten hoe lang en dik de poten van jouw schip zijn. Een schip als de 'Voltaire' heeft poten van 120 meter, specifiek voor diep water.

Zonder die lengte kom je op 50 meter diepte gewoon niet tot op de zeebodem.

De totale kosten voor zo’n project lopen al snel in de miljoenen, dus je materiaal moet perfect in orde zijn.

Stap 1: De bodemcheck en de dieptemeter

Je vaart uit naar het werkgebied. De eerste concrete stap is het meten van de waterdiepte.

Gebruik een multi-beam echolood. Dit geeft je een gedetailleerd beeld van de zeebodem.

Je wilt geen onverwachte rotsen of scheepswrakken onder je poten. De diepte moet je noteren tot op de meter nauwkeurig. Als je waterdiepte 45 meter is en je poot is 80 meter, dan hou je nog 35 meter over om in de grond te prikken.

Klinkt ruim, maar je weet nog niet hoe hard de grond is. De volgende stap is de bodemmonstername. Je stuurt een CPT (Cone Penetration Test) naar beneden. Dit apparaat meet de weerstand van de grond.

Dit proces duurt ongeveer 2 tot 4 uur per locatie. De kosten hiervan liggen rond de €5.000 per dag. Veelgemaakte fout? Te snel willen.

Als je de grond niet goed kent, loop je het risico dat de poten wegzakken of juist niet ver genoeg komen. Je moet een 'bearing capacity' rapport hebben dat zegt: "De grond kan minimaal 400 ton per poot dragen."

Zonder goed bodemonderzoek ben je aan het gokken met een investering van €100 miljoen. En dat is geen optie.

Een veelgemaakte fout is het overschatten van de grondkracht. Vooral in diepere wateren met zachte kleilagen kan de grond bedrieglijk zijn. Je kunt niet zomaar aannemen dat het overal stevig is.

Je moet de data van de CPT koppelen aan de ontwerptabel van het schip.

Daar staat in hoeveel kracht de poot kan zetten zonder te beschadigen. Het is een rekenwerkje dat je niet aan een junior overlaat.

Stap 2: De berekening van de pootdiepte en penetratie

Nu je de waterdiepte en de bodemsterkte hebt, ga je rekenen. De totale pootlengte is de som van: waterdiepte + diepte nodig voor penetratie + veiligheidsmarge.

Voor een waterdiepte van 50 meter, reken je al snel op 10 tot 15 meter penetratie in zandige grond.

Dat betekent dat je een pootlengte van minimaal 65 meter nodig hebt. Maar wacht, er is meer. De poot moet ook stabiel blijven tijdens het hijsen van een 15-ton turbineblad.

De 'air gap' is de volgende variabele. Dat is de afstand tussen het wateroppervlak en het dek van het schip.

Je wilt minimaal 3 tot 5 meter luchtspeling hebben om golven te weren. Als je schip door het gewicht van de poten zakt, verliest die air gap. Je moet dit van tevoren simuleren. Gebruik software als Sima of OrcaFlex.

Dit kost tijd en geld (een dagje specialistenwerk is €2.000), maar het voorkomt dat je schip bij een storm over de golven klapt.

Veelgemaakte fout: het negeren van de 'leg length'. De poten zijn opgebouwd uit secties. Als je 52 meter waterdiepte hebt, maar je poten zijn in secties van 20 meter, dan moet je de volgende sectie er aan hangen. Dat duurt.

Een extra sectie erop zetten kost al snel 4 tot 6 uur met de kraan. Plan dit goed. Je wilt niet op zee staan met te korte poten.

Een alternatief is een 'deep water jack-up', die vaak al 100+ meter poten heeft, maar die huur je voor €300.000 per dag meer. Soms is het de moeite waard om te onderzoeken of windturbines kunnen worden geïnstalleerd zonder jack-up poten.

Stap 3: Het uitsteken van de poten (Legging)

Het is zover. Het schip is op de juiste plek.

De poten gaan naar beneden. Dit proces heet 'legging'. Je laat de poten zakken tot ze de zeebodem raken.

Dit gaat langzaam, gecontroleerd. Je gebruikt de 'spud cans' aan de onderkant van de poten om de druk te verdelen.

Eerst zet je de poten licht aan, zonder vol gewicht. Je controleert of ze waterpas staan. Dit duurt ongeveer 30 minuten per poot.

Hierna begin je met het 'pre-loaden'. Dit is het cruciale moment.

Je pompt water in de tanks van het schip om het totale gewicht te verhogen.

Je duwt de poten dieper de grond in. De kracht die je uitoefent moet 1,5 keer zo hoog zijn als de maximale belasting die je tijdens het werk verwacht. Als je een turbine van 800 ton gaat hijsen, moet de grond het dubbele kunnen houden. Dit proces duurt 2 tot 4 uur.

De poten zakken langzaam verder, tot ze stoppen. Let op: de penetratie mag niet te ver gaan.

Als de poten te diep wegzakken, kun je ze soms niet meer omhoog krijgen. Dit heet 'soil suction'. Je trekt de poten omhoog, maar de klei zuigt vast.

Je verliest tijd en soms zelfs materiaal. Een bekende valkuil is het te snel opvoeren van de belasting.

Doe dit in stappen van 10% en meet de zakking. Als de poten meer dan 5 cm per minuut zakken, stop je direct.

Stap 4: De stabiliteitscheck en het werk beginnen

De poten staan stevig. Nu moet je zorgen dat het schip stabiel genoeg is om te hijsen.

Je controleert de waterpasstand (de 'list') op minder dan 0,2 graden. Het schip mag niet wiebelen. Je checkt de 'leegvaart' (de spanning op de poten).

Dit geeft aan of het schip stabiel op de poten rust. Dit alles duurt een uurtje.

Als dit in orde is, kun je de hijskraan activeren. Je begint met lichtere lasten. Eerst een stuk gereedschap, dan de fundering, dan de turbine.

De windbelasting is hier de grootste vijand. Bij het vergelijken van jack-up vessels vs floating installation vessels, zie je dat een jack-up schip werkt als een staande paal.

Bij harde wind (meer dan 15 knopen) op het moment van hijsen, ontstaat er een enorme zijwaartse kracht op de poten, wat de logistieke uitdaging bij drijvende windparken onderstreept.

Je moet constant monitoren. De 'limiting wind speed' voor een jack-up is vaak 20-25 knopen bij volle belasting. Ga je daar overheen, dan riskeer je dat de poten breken. Een veelgemaakte fout is het overslaan van de dynamische analyse.

Het gewicht van de turbine zorgt voor trillingen. Als de frequentie van de lading overeenkomt met de natuurlijke frequentie van het schip op de poten, ga je resonantie krijgen.

Dit kan fataal zijn. Je moet dit van tevoren berekenen. Gebruik de juiste software.

Zorg dat je een buffer inbouwt. Liever een dag langer doen dan een crash.

Stap 5: Deextractie (de poten omhoog)

Na het werk moet het schip weer loskomen. De poten moeten uit de grond. Dit is vaak lastiger dan het er in steken.

Je begint met het verlagen van de waterdruk in de tanks (deballasten).

Je tilt de poten heel licht op. Als ze loskomen, hoor je een 'knal' of voel je een verandering in de weerstand.

De grootste uitdaging bij diep water is het verschil in waterdruk. De poten zitten diep onder het waterspiegel. Als je ze omhoog haalt, ontstaat er zuiging.

Je moet soms speciale 'anti-suction' maatregelen gebruiken. Dit kan het proces met uren verlengen.

Een gemiddelde extractie op 40 meter diepte duurt 2 tot 3 uur. Op 60 meter kan het oplopen naar 5 uur. Let op de volgorde. Je haalt de poten nooit allemaal tegelijk omhoog.

Eerst de achterpoten, dan de middelste, als laatste de voorste (of vice versa, afhankelijk van het type schip). Dit voorkomt dat het schip kantelt.

Een fout die soms wordt gemaakt is het forceren. Als de poot niet omhoog wil, stoppen en wachten.

De kosten voor een gebroken poot (vervanging kost al snel €200.000 per stuk) zijn te hoog om te gokken.

Verificatie-checklist: Is het echt goed?

Voordat je groen licht geeft, loop je deze lijst na. Als je overal 'ja' kunt antwoorden, ben je klaar.

• Bodemdata: Is er een CPT rapport aanwezig met de juiste doorsnedes? Is de grondsterkte bekend tot 1,5x de diepte van de penetratie?
• Pootlengte: Is de totale pootlengte (inclusief secties) minimaal waterdiepte + penetratie + 5 meter veiligheidsmarge?
• Weather Forecast: Is de windvoorspelling voor de komende 24 uur onder de 15 knopen bij het hijsen? Zijn de golven kleiner dan 1 meter?
• Pre-load: Is de pre-load test uitgevoerd met 150% van de maximale werklast? Is de zakking stabiel?
• Stabiliteit: Is de air gap groter dan 3 meter? Is de list kleiner dan 0,2 graden?
• Contingency: Is er een standby sleepboot beschikbaar (minimaal 60 ton trekkracht) voor noodgevallen?

Als je deze stappen volgt en de checklist afvinkt, weet je dat je jack-up veilig kan opereren in diep water. Het is een complex spel van techniek en logistiek, maar met de juiste voorbereiding is het perfect uitvoerbaar. Succes met de klus.