Delftse verbinding maakt installatie offshore windturbines sneller en veiliger

Het vastzetten van een windturbine op een funderingspaal op zee is een lastig karwei. De zee moet kalm zijn en je hebt meer dan honderd bouten en moeren dikker dan je pols nodig om de flenzen (bevestigingsringen rond het einde van een buis) van paal en mast aan elkaar te zetten. De boutenkrans is een traditionele montagemethode, ontwikkeld voor op land. Maar nu windparken op zee steeds groter worden, groeit bij Jasper Winkes de overtuiging dat deze montagetechniek daar niet op zijn plek is. 

Winkes is oprichter en directeur van C1 Connections, een startup uit Den Haag, die veilige en snellere installatie van grote offshore windturbines ontwikkelt. Hij werkt met grote windturbineleveranciers aan het invoeren van het gepatenteerde verbindingssysteem dat hij samen met de TU Delft heeft ontwikkeld.

De ‘C1 Wedge Connection’, zoals het systeem heet, werd eind vorig jaar met succes gedemonstreerd met een liftvaartuig van het bedrijf Heerema. Terwijl de toren op de piloon zakte, lieten drie geleidingsstrips als een soort schoenlepels de toren precies op zijn plek landen.

Winkes denkt dat de grote windparken die tot 2030 in de Noordzee gepland staan met de C1 Wedge Connection kunnen worden uitgerust. “We zijn er net op tijd mee”, zegt hij. 

^{Het plaatsen van de wiggen (‘fasteners’) gebeurt na de plaatsing aan de binnenzijde van de toren. (Foto: Cor van der Kloet)}

Zo’n zes jaar geleden benaderde Jasper Winkes, werktuigbouwkundig ingenieur van de TU Eindhoven, de Delftse professor Milan Veljkovic, expert in staalconstructies aan de faculteit Civiele Techniek en Geowetenschappen. Winkes had een plan. Hij wilde de traditionele boutenkrans tussen mast en piloon vervangen door een dubbele ring met gaten onderaan de mast. De ringen passen precies binnen en buiten de rand van de piloon, die van dezelfde verlengde gaten is voorzien. Gepatenteerde wiggen met bouten worden dan van binnenuit in alle gaten geduwd en met lichte apparatuur aangedraaid. Een korte animatie op de website van C1 Connections toont het werkingsprincipe. Let ook op de gesloten ring die de hele verbinding beschut tegen weer en zeewater.

^{De mockup die voor de vermoeiingstesten werd gebruikt was vrijwel op ware grootte. (Foto: Still uit video)}

De eerste studies waren haalbaarheidsonderzoeken en numerieke analyses, vertelt professor Veljkovic. Pas na drie afstudeerders volgde een promovendus voor een experimentele test naar de gevoeligheid voor materiaalmoeheid. Een proefstuk van 4,5 meter doorsnee werd getest en veel monsters werden aan vermoeiingstests onderworpen. “Het komt erop neer dat je de belasting die je in 25 jaar op zee verwacht in een periode van enkele weken toedient”, legt Velkovic uit. In de resulterende onderzoeksartikelen schrijven de onderzoekers dat de bestendigheid tegen materiaalmoeheid heel hoog is. Veljkovic: “In de praktijk betekent het dat al het andere eerder kapot gaat dan de verbinding tussen paal en toren.”

Winkes vertelt dat een prototype van de C1 Wedge-verbinding sinds anderhalf jaar succesvol in een veldtest zit bij “een van de grootste windturbines”.

^{Deze infographic toont de krachten en grootte van een 15 megawatt windturbine. (Beeld: C1 Connections)}

Wat maakt de C1-verbinding zo goed bestand tegen materiaalmoeheid? “Stel je een boutenkrans voor”, legt Winkes uit. “Bij iedere windvlaag trekt de mast aan de bouten aan de loefzijde van de mast. Bij een C1-connectie staat de belasting van de wind loodrecht op de bout die dan ook veel dunner is. Windvlagen vormen daarom geen belasting voor de bouten. In plaats daarvan wordt de windbelasting op de toren egaal over de hele verbinding verdeeld.”

Bij zijn bezoek aan de grote windturbinefabrikanten heeft Winkes een troef in handen. De OEMs (Original Equipment Manufacturers) zijn voor hun steeds grotere turbines primair op zoek naar hogere bestendigheid tegen materiaalmoeheid en hogere belastbaarheid, heeft Winkes ontdekt. “Snellere en veilige installatie door de C1 Connections beschouwen zij als een welkom neveneffect.”

^{Topsector Energie maakte deze video over C1 Connection,}

• Meer informatie en contactgegevens op de website van C1 Connections.