Für den Offshore-Windpark Hollandse Kust Zuid von Vattenfall führte Femto die strukturellen Analysen der Monopile-Abdeckungen durch, die vom Polyesterhersteller Composite Cover Manufacturing (CCM) und dem Offshore-Engineering-Spezialisten Enersea entwickelt wurden. Monopiles sind die Fundamente der Windkraftanlagen, die mehrere Meter über den Meeresspiegel hinausragen. Während des Baus des Windparks werden die Abdeckungen zum Schutz der Plattform und der Bauarbeiter im Inneren des Monopiles verwendet, bevor der Turm der Windkraftanlage aufgestellt wird.

Mission

Der Windparkentwickler Vattenfall forderte seine Subunternehmer auf, eine intelligente und umweltfreundliche Lösung für die Monopile-Abdeckung zu entwickeln. Bislang wurden die meisten Monopile-Abdeckungen aus Stahl oder Aluminium hergestellt und sind für einen bestimmten Offshore-Windpark ausgelegt. Nach Fertigstellung des Windparks werden diese Abdeckungen zu Abfallprodukten. Natürlich können diese Materialien recycelt werden, aber dies ist mit einem energieaufwändigen Prozess verbunden. Eine andere Methode ist die Verwendung einer Zeltabdeckung. Diese Option birgt jedoch das Risiko, dass sie bei hohen Windgeschwindigkeiten weggeweht wird, wodurch das Meer verschmutzt wird und der Monopile ungeschützt bleibt. Um ein neues und nachhaltiges Konzept zu entwickeln, gab Vattenfall den Subunternehmern sowohl hinsichtlich der Konstruktion als auch der Materialauswahl freie Hand.

Konzept

Enersea und CCM nahmen die technische Herausforderung an und entwickelten ein erstes Konzept, das sich am besten als raffinierte Geburtstagstorte beschreiben lässt. Die Konstruktion besteht aus verschiedenen faserverstärkten Polyesterplatten, die mit etwas Fantasie wie Tortenstücke aussehen. Die obere Platte der Abdeckung kann für jeden derzeit auf dem Markt erhältlichen Durchmesser von Offshore-Monopiles wiederverwendet werden. Die oberen Durchmesser von Monopiles variieren in der Regel zwischen 6 und 8 Metern. Durch die Verwendung längerer oder kürzerer Teile an der Schräge kann die Monopile-Abdeckung individuell an den Durchmesser des Monopiles in einem neuen Projekt angepasst werden.

Design

Der erste Schritt, um die Konzeptidee in ein zugelassenes Produkt zu verwandeln, das alle Anforderungen erfüllt, war die Entwicklung eines Prototyps. Von Anfang an war Femto Engineering an der Entwicklung beteiligt. Die strukturelle Machbarkeit des Konzepts wurde durch die Definition und Durchführung einer Finite-Elemente-Analyse für eine Vielzahl von Lastfallkombinationen nachgewiesen. Die Kombinationen umfassen die Belastungen in verschiedenen Phasen (Transport, gestapeltes Heben, Installation, Nutzung) in Verbindung mit extremen Wetterbedingungen (Wind, Schnee). Nachdem die Machbarkeit nachgewiesen war, wurde das Konzeptdesign auf der Grundlage der Ergebnisse der Strukturanalyse und des Feedbacks anderer Beteiligter verbessert.

Der erste Prototyp wurde Mitte Juni 2020 auf der Werft Theuws in Wieringerwerf gebaut. Nach einer positiven Funktionsprüfung und einem Wassertest wurde der Prototyp am Terminal von Sif in Maasvlakte 2 in Rotterdam weiter getestet. Sif wurde mit dem Bau von Monopiles beauftragt. Die Abdeckung wurde auf einem Monopile-Modell montiert, damit die gesamte Konstruktion auf Funktionalität, Belastbarkeit, Wasserdichtigkeit und verschiedene andere Aspekte getestet werden konnte. Die Testergebnisse waren sehr vielversprechend.

Zusammen mit CCM und Enersea arbeitet Femto an der Optimierung des Prototyp-Designs und konzentriert sich bei jeder Designiteration auf die strukturelle Integrität der Monopile-Abdeckung. Vattenfall wird im Juni 2021 mit dem Bau von Hollandse Kust Zuid beginnen. Nur noch 5 Monate, um die Abdeckung zu optimieren, die Serienproduktion aufzunehmen und die ersten 41 Abdeckungen für die Installation vorzubereiten.