Hoe wordt een monopile van 2000 ton de zeebodem in geheid?
Een monopile van 2000 ton de zeebodem in rammen? Dat klinkt als een brute krachtmeting, maar het is in feite een extreme mikado-set-up op zee.
Je hebt te maken met golven, wind, een schip dat zo groot is als een flat en een stuk staal van 2000 ton dat precies recht moet blijven. Geen paniek, we doen dit dagelijks. Hier is hoe je het stap voor stap fixt, zonder dat je directeur je ontslaat wegens een mislukte fundering.
Wat je nodig hebt: de basis op orde
Voordat je ook maar één ton beweegt, check je de condities. De golven mogen niet hoger zijn dan 1,5 meter, de wind mag niet harder waaien dan 12 knopen (Force 4) en de stroom moet beperkt zijn tot 1,5 knopen.
Zonder die condities is het onveilig en onmogelijk om de monopile op de juiste plek te positioneren. Je hebt een DP2 of DP3 schip nodig dat op de millimeter nauwkeurig kan blijven liggen, zoals een Jan De Nul of Van Oord kraanschip. De monopile zelf is 8 tot 10 meter diameter, 40 tot 60 meter lang en weegt 1500-2000 ton.
Daar bovenop komt nog een impact hammer, een hydraulische hamer van IHC of Menck, met een energie van 1000 tot 2500 kJ.
Je hebt een nauwkeurige dieptemeting nodig met MBES (multibeam echosounder) en je bent verantwoordelijk voor een grondonderzoek. Je bent ongeveer €300.000 tot €500.000 per dag kwijt voor zo’n schip en hamer, dus elke misstap doet pijn. Verder is er een tijdelijke bescherming nodig voor de monopile, zoals een upending frame en een stabiele seafastening op het transportschip. Je hebt een team van 15-20 man op het schip: een Master, Offshore Manager, DP Operator, Crane Operator, ROV-piloot en een hoop technicians. Zorg dat je eten en drinken hebt voor 48 uur, want je zit midden op zee.
Stap 1: Transport en lossen van de monopile
De monopile ligt op een heavy-lift vessel of een barge met een zware kraan. De afstand van fabriek tot windpark kan 50-100 zeemijl zijn.
Tijdens het transport is de monopile vastgezet met seafastenings van 10-15 centimeter dik staal. Je moet constant monitoren of de lading niet verschuift door golven. Als je aankomt in het windpark, ga je in de juiste positie liggen met DP.
De kraan tilt de monopile omhoog. De upending procedure start: de monopile wordt van horizontaal naar verticaal gedraaid.
Dit duurt ongeveer 30-45 minuten. De hellingshoek moet precies 90 graden zijn, anders raakt de monopile beschadigd of ontstaat er een verkeerde hoek. Veelgemaakte fouten: te snel upenden waardoor de monopile gaat slingeren en de kabels overbelast raken.
Of vergeten dat de bodem ongelijk is. Controleer altijd de dieptekaarten.
Als je pech hebt, zit er een kei of een oude bunker op de bodem.
Die moet je eerst verwijderen met een ROV of een diepzee-dreg.
Stap 2: Positioneren en centreren
Zodra de monopile verticaal is, moet je hem boven het gat houden.
De DP-operator houdt het schip stil op 2-3 meter nauwkeurig. De ROV (Remotely Operated Vehicle) van Oceaneering of Forum gaat naar beneden om te checken of het gat schoon is. De monopile mag maximaal 0,5 graden afwijken van de verticaal.
Je gebruikt een template of een gidsstructuur op de zeebodem om de monopile exact op de juiste plek te positioneren, vaak uitgevoerd door de beste schepen voor het installeren van monopiles. De diameter van de monopile is vaak 8,5 meter, het gat is 9 meter.
De tolerantie is 10-15 centimeter. De ROV meet dit met sonar en camera’s.
De kraanman moet micro-bewegingen maken: 5 centimeter per seconde. Fouten die je niet wilt maken: te snel zakken waardoor de monopile kantelt. Of vergeten dat de stroom harder is dan gedacht en het schip uit positie trekt. Je moet constant de stroomsterkte meten met een ADCP (Acoustic Doppler Current Profiler).
Stap 3: Zakken en starten van de hamer
De monopile zakken tot hij 1-2 meter boven de zeebodem hangt. Dan laat je hem langzaam zakken tot hij de bodem raakt en de monopile fundering in de zeebodem geheid wordt.
De initiële penetratie is vaak 1-2 meter door het zachte bovenlaagje. Je start de IHC S-2500 of Menck MRBS 10.5 hamer.
Eerst op lage energie, ongeveer 20-30% van de totale slagkracht. Dit heet “pre-piling”. De hamer moet precies op de monopile zitten, met een tolerantie van 5 millimeter. De impact duur per slag is 0,1 seconde.
Je hoort een diepe “doink” door het water. De monopile zakt langzaam. Je meet de penetratie per slag: 2-5 centimeter per slag in het begin. De totale diepte is vaak 20-30 meter, afhankelijk van de bodem.
Veelgemaakte fouten: te hard starten waardoor de monopile beschadigt of kantelt. Of vergeten de hamer tussentijds te koelen.
De hamer kan oplopen tot 150-200 graden Celsius. Je hebt een waterkoeling nodig die 50 liter per minuut pompt.
Stap 4: het heien tot de juiste diepte
Zodra de monopile stabiel staat, ga je naar volle kracht. De hamer geeft 1000-2500 kJ per slag.
Je stopt met heien als de set (de penetratie per slag) onder de 2 millimeter per 10 slagen komt.
Dit is de “refusal”. De monopile is dan op de juiste diepte en stevig verankerd. De totale heitijd varieert van 2 tot 8 uur, afhankelijk van de bodem.
In zand gaat het sneller, in klei duurt het langer. Je monitort constant de verticaliteit. De monopile mag maximaal 1:100 kantelen (1% helling). Als dit gebeurt, stop je direct en pas je de hamerkracht aan of gebruik je een vibrohamer om te corrigeren.
Fouten: doorheien terwijl de set al onder de 1 millimeter is. Dit kan de monopile beschadigen.
Of vergeten dat de hamer slijt; na 2000 slagen moet de hamer gecheckt worden op slijtage van de stempel en de body.
Stap 5: inspectie en afronding
Na het heien ga je met de ROV langs de monopile. Je checkt of er scheuren zijn, of de coating intact is en of de monopile recht staat.
De coating is vaak een 3-laags epoxy systeem van AkzoNobel of Hempel en mag niet beschadigd zijn. Je meet de verticaliteit met een inclinometer of met de ROV-camera’s. Daarna verwijder je de hamer en de kabels.
De hamer weegt 50-100 ton en moet veilig worden opgehesen. De kraanman moet rekening houden met de beweging van het schip.
De hamer gaat terug op zijn frame en wordt vastgezet. De monopile is nu klaar voor de volgende stap: het installeren van de transition piece. Fouten: te snel weggaan zonder de coating te checken. Als er een beschadiging is, moet je die meteen repareren met een speciale epoxy-patch. Anders krijg je corrosie en moet je later terugkomen, wat makkelijk €100.000 kost.
Verificatie-checklist
- Weer & golven: golven <1,5m, wind <12 knopen, stroom <1,5 knopen?
- Schip: DP-status op groen, brandstof >48 uur, kraancapaciteit >2500 ton?
- Monopile: coating intact, diameter en lengte correct, seafastening verwijderd?
- Positionering: ROV-check gedaan, template schoon, tolerantie <10cm?
- Hammer: oliepeil goed, waterkoeling actief, slagenergie ingesteld op 20% start, daarna 100%?
- Verticaliteit: hellingshoek <1:100, meting elke 10 minuten?
- Set: penetratie per 10 slagen <2mm, staken op refusal?
- Inspectie: ROV gecheckt op scheuren, coating intact, monopile recht?
- Veiligheid: PPE gedragen, communicatie helder, emergency stop getest?
Als je alle punten kunt afvinken, ben je klaar. De monopile zit muurvast in de zeebodem en na het plaatsen van de 15MW windturbine is het windpark weer een stap verder.
Nu even bijkomen en op naar de volgende.