EU Projecten: OPTI-PILE en SAFESHIP

OPTI-PILE

Projectbeschrijving
Het OPTI-PILE project is mogelijk gemaakt door een financiële bijdrage van de Europese Commissie in het kader van het Vijfde Research en Technologie Ontwikkeling Kader Programma (contract NNE5/2001/245) en is uitgevoerd tussen begin 2002 en februari 2004.

Het doel van OPTI-PILE was de ontwikkeling en engineering van optimale kosteneffectieve monopaal fundaties voor offshore windturbines geplaatst in diep water (> 20 meter) en onder de karakteristieke omstandigheden voor de Noordzee en andere Atlantische continentale platen. Omdat de kosten van fundaties meer dan 20% van de totale investering bedragen, is het evident dat optimalisatie van fundaties cruciaal is voor de economische haalbaarheid van diep water offshore windparken.
Teneinde gedetailleerde ontwerp optimalisaties voor monopaal fundaties in diep water uit te kunnen voeren, is het nodig de beschikking te hebben over gedetailleerde informatie van de toestand en de eigenschappen van de ondergrond, scour gedrag en van effectieve methodes voor erosiebescherming voor omstandigheden, die  karakteristiek zijn voor de diepere delen van de Noordzee.  

OPTI-PILE was onderdeel van de engineering van het 120 MW offshore windpark Q7-WP, dat is gebouwd op 24 km uit de Nederlandse kust ter hoogte van IJmuiden in water met een waterdiepte variërend van 20 - 25 meter. De offshore constructie van het windpark Q7‑WP startte in 2007. De resultaten van OPTI-PILE kunnen gebruikt worden en zijn ook gebruikt voor andere vergelijkbare locaties. OPTI-PILE is daarmee van belang voor een groot aantal zeegebieden met vergelijkbare eigenschappen en omstandigheden. Niet alleen in andere delen van de Noordzee, maar ook in delen van de Atlantische Oceaan, de Baltische Zee en zelfs in enkele delen van de Middellandse Zee. 

Partners in het OPTI-PILE project waren naast E-Connection Project, die tevens optrad als de project coördinator, Vestas - Wind Systems (DK) en Germanischer Lloyd Windenergie (D).

Resultaten
Een belangrijk onderdeel van het OPTI-PILE project was het gedetailleerde ontwerp van de monopaal fundatie voor de Vestas V80 - 2 MW offshore windturbine, zoals deze is toegepast in offshore windpark Q7-WP. Het basis ontwerp, dat nog was gebaseerd op interpolatie van bekende en beschikbare gegevens van de ondergrond, kwam in 2002 beschikbaar.  
Als onderdeel van OPTI-PILE is ook een studie uitgevoerd naar mogelijkheden om de economische levensduur van monopaal fundaties te verlengen door het aanbrengen van (spanningsmeet-/)rekstrookjes op de palen tijdens de gebruiksduur. Het monitoren van de werkelijke belasting op de palen betekent een verlenging van de economische levensduur (en daardoor additionele opbrengsten) van het gemeten windpark. Ook kunnen met deze informatie de veiligheidsfactoren, die gebruikt worden bij het ontwerpen van volgende windparken, mogelijk gereduceerd worden. Dit zou aanzienlijke kostenbesparingen betekenen. Uit de studie bleek dat de additionele investering in het belasting monitoring systeem kan worden terugverdiend bij een verlenging van levensduur (en exploitatieduur) met minder dan twee maanden. Daarmee is belasting monitoring bedrijfseconomisch een aantrekkelijke optie.

De eerste resultaten van OPTI-PILE zijn gepresenteerd tijdens OWEMES 2003 in Madrid. De eindresultaten van het OPTI-PILE project zijn op 29 januari 2004 gepresenteerd tijdens een workshop te Rheden.

SAFESHIP: reductie van het risico op scheepsaanvaringen met offshore windparken 

Projectbeschrijving
SAFESHIP is mogelijk gemaakt door een financiële bijdrage van de Europese Commissie in het kader van het Vijfde Research en Technologie Ontwikkeling Kader Programma (contract NNE5/2001/521) en is uitgevoerd tussen begin 2003 en februari 2005.

Het doel van het SAFESHIP project is te komen tot een (verdere) reductie van de risico's van scheepsaanvaringen met offshore windparken door middel van de ontwikkeling van technologieën en beoordelingsmethodes. In het kader van SAFESHIP zijn haalbaarheidstudies naar risico beperkende technologieën uitgevoerd en de veelbelovende technologieën zijn verder uitgewerkt. Daarnaast zijn probabilistische risico modellen voor de analyse van aanvaringsrisico's van schepen met offshore windparken ontwikkeld.

Deelnemers in SAFESHIP waren E‑Connection Project (project coördinator), Vestas ‑ Wind Systems, de Technische Universiteit van Denemarken - Afdeling Maritiem Ontwerpen, de Technische Universiteit Delft - Vakgroep Marine Technologie, Germanischer Lloyd, Germanischer Lloyd WindEnergie en het Maritime Research Institute Netherlands (MARIN).

Afbakening onderzoek
SAFESHIP gaat over de mogelijkheid van calamiteiten op zee gerelateerd aan offshore windparken. De gevolgen van scheepsaanvaringen met offshore windparken kunnen een impact hebben op het offshore windpark (schade, gewonden, opbrengstderving), op het aanvarende schip en op de maritieme milieu (verontreinigingen als gevolg van lekkages).

Hoewel de kans op scheepsaanvaringen klein is, kunnen de gevolgen enorm zijn. Een aanvaring met een offshore hoogspanningsstation kan bijvoorbeeld in het ergste geval resulteren in een schade van vele miljoenen Euro's als gevolg van de directe schade aan de installatie, de opbrengstderving en eventuele boetes (als gevolg van niet nagekomen leveringscontracten). Risicomanagement is dan ook een essentieel onderdeel bij de ontwikkeling van offshore windparken. Bij de kosten, die verband houden met scheepsaanvaringen, gaat het ook om de kosten van veiligheidsmaatregelen en van verzekeringspremies.

SAFESHIP richt zich specifiek op de reductie van de milieugevolgen van verontreinigingen als gevolg van het weglekken van olie of milieugevaarlijke chemicaliën na een botsing van een schip met het offshore windpark. De literatuur over de omgevingsaspecten van offshore windenergie vermeldde niet of slechts summier deze risico's. De literatuur richtte zich met name op de gevolgen voor de exploitatie. Bij de (ontwikkeling van de) huidige  offshore windparken wordt dit aspect echter als cruciaal beoordeeld. In de milieueffectrapportages wordt het onderwerp uitvoerig behandeld. Voorbeelden hiervan zijn het 160 MW windpark Horns Rev in Denemarken, het 100 MW offshore windpark Egmond aan Zee en het 120 MW offshore windpark Prinses Amelia (voorheen Q7‑WP).

In het kader van SAFESHIP zijn met name voor windpark Q7-WP uitgebreide studies uitgevoerd naar scheepvaart statistieken, aanvaringsscenario's, aanvaringskansen en verontreinigingscenario's. De resultaten zijn sterk afhankelijk van enerzijds locale omstandigheden en anderzijds van de gehanteerde aannames en natuurlijk de mate van detail en complexiteit van de gebruikte modellen. Uit de resultaten blijkt dat botsingen tussen tankers en windturbines niet tot grote verontreinigingen zullen leiden, omdat de windturbine zal bezwijken zonder schade toe te brengen aan het schip. Het risico is ernstiger bij een botsing van een tanker met het hoogspanningstation.

Modellen voor de beoordeling van risico's
Scheepsaanvaringen met offshore windparken zijn min of meer vergelijkbaar met andere scheepsbotsingen, zoals schip - schip botsingen, botsingen met offshore olie- en gasplatforms en botsingen met grote bouwwerken (zoals bijvoorbeeld de Oresund Link). Daarom kunnen de kennis en de modellen, die voor deze toepassingen ontwikkeld zijn, ook hier gebruikt worden. De enkele beschikbare studies over het risico van botsingen van schepen met offshore windparken zijn ook op dergelijke modellen gebaseerd.

Het gebruik van modellen voor de kansberekening van scheepsaanvaringen is wijdverbreid. Niettemin kan een aantal elementen verbeterd of verder ontwikkeld worden. Daarmee kunnen deze modellen beter geschikt gemaakt worden voor de beoordeling van risico's bij aanvaringen met offshore windparken.

De risicoanalyse voor botsingen tussen schepen en windparken is gebaseerd op twee aspecten. Ten eerste de botsingsfrequentie. Hiervoor is een model ontwikkeld waarin de belangrijkste technische en milieu effecten zijn meegenomen. Hiermee worden de leemtes in kennis van de bestaande modellen verkleind. Een tweede aspect van het botsingsrisico betreft de gevolgen van dergelijke ongelukken. Tot op heden waren slechts hoogwaardige, maar kostbare methodes beschikbaar. Niet-lineaire eindige elementen berekeningen of model testen werden bijvoorbeeld gebruikt om de optredende schade aan schip en windturbine te kunnen bepalen.

Om de hoge kosten van deze methodes uit te sparen, is een andere, meer geavanceerde methode ontwikkeld. De kosten voor de vaststelling en beoordeling van aanvaringschades zijn hierdoor aanmerkelijk afgenomen. De resultaten van deze verbeterde methode kunnen bijdragen aan een meer kwantitatieve risicobeoordeling.
SAFESHIP richt zich op de ontwikkeling van eenvoudige berekeningsmethodes voor de bepaling van de structurele schade en van de verdeling en absorptie van de botsingsenergie. Deze methodes zijn geschikt voor het schip en voor de windturbine. Met betrekking tot de veiligheidsaspecten omvat het model ook de gevolgen van  brand en explosie en van verontreinigingen ten gevolge van lading of brandstof. Ook is het bezwijkgedrag van windturbines onderzocht teneinde het risico op letselschade als gevolg van vallende onderdelen te kunnen beoordelen.

Risico beperkende technologieën en methodes
SAFESHIP heeft kosteneffectieve risico beperkende technologieën en methodes geïdentificeerd. Daarbij is  met name gekeken naar technologieën en methodes, die gericht zijn op het beperken van de kans op een botsing of van de gevolgen ervan. In het kader van SAFESHIP zijn haalbaarheidsstudies uitgevoerd en conceptuele ontwerpen gemaakt voor een range van methodes en technologieën:

* Navigatie en verkeersmanagement maatregelen, die gebruik maken van klassieke technieken zoals markeringsverlichting, beschildering, boeien. Maar ook meer geavanceerde technieken zoals het gebruik van ICT en geavanceerde radartechnologie voor vroegtijdige signalering en besluitondersteuning.

* Aanpassingen aan het ontwerp van de windturbine en het hoogspanningsstation waardoor de schade aan schip en windpark wordt beperkt. Schade beperkende maatregelen zijn onder meer klassieke fender technieken, gebaseerd op bestaande kennis en ervaring bij bescherming van pieren, schepen, sleepboten en boeien; en speciaal ontworpen fendering voor windpark toepassingen.
Schade beperkende maatregelen voor offshore windparken onderscheiden zich van bestaande systemen: Enerzijds moet de individuele monopaal een botsing met een klein vaartuig kunnen absorberen zonder enige schade. Anderzijds moet de monopaal bij botsing met een grotere olie- of chemicaliëntanker volledig op of onder de zeebodem bezwijken zonder schade toe te brengen aan het schip.

In de haalbaarheidsstudies is aandacht besteed aan de economische en technische aspecten. Het resultaat is een catalogus van maatregelen, gerangschikt naar economische haalbaarheid.

SAFESHIP startte in februari 2003. Tussentijdse resultaten zijn op 12 maart 2004 gepresenteerd tijdens een speciale workshop in Bunnik. De eindresultaten zijn gepresenteerd tijdens een workshop, die op 12 januari 2005 werd gehouden in Wageningen.