Fabrikation og overvågning af grønne off-shore strukturer

Senest opdateret d. 13/4-2012
FORCE Technology
Resultatkontrakt 2013-2015 under temaerne Materialeteknologi og Produktionsteknologi
Torben Lorentzen
Forsknings- og Udviklingschef

Vedvarende ”grønne” energianlæg til off-shore installation er et marked i vækst – ikke mindst i Danmarks nærområder. Dermed er det et potentielt vækstområde for den danske fremstillingsindustri. Fastholdelse af danske arbejdspladser sikres her kun gennem øget produktivitet. I indeværende aktivitet industrimodnes en række produktivitetsfremmende svejse-, sensor- og styringsteknologier til et produktionsrelevant niveau. Industrimodningen vil foregå i tæt samarbejde med industrierne omkring Lindø Off-shore Renewables Center og det nyetablerede Lindø Welding Center.

FABRIKATION OG OVERVÅGNING AF GRØNNE OFF-SHORE STRUKTURER

Institut: FORCE Technology

Kontaktperson: Torben Lorentzen

Ny viden og serviceydelser
Med denne aktivitet sigtes der mod at videreudvikle og industrimodne en række sensor- og styringsteknologier, så de kan appliceres i produktionsmæssig sammenhæng i dansk industri. Det drejer sig blandt andet om teknologier til fugefølgning, teknologier til adaptiv styring af de traditionelle proces parametre og om helt nye styringskoncepter baseret på smeltebads vision.
Teknologierne er på forskelligt niveau udviklet og demonstreret på laboratorieskala. Dette grundlæggende og erkendelsesbetonede arbejde videreføres nu i fuld industriel skala i først omgang rettet mod den tunge industri indenfor off-shore sektoren, hvor der fortsat satses på at opretholde danske produktionsvirksomheder og -arbejdspladser.

Et væsentligt element i at gå fra laboratorieskala til fuld industriel skala, og et væsentligt element i at få dette til at ske i tæt indgreb med industrien, er at det gøres i samarbejde med det nyetablerede Lindø Welding Center (LWC), der er et fælles ejet aktieselskab mellem Lindø Offshore Renewable Centre (LORC) og FORCE Technology. Missionen med dette ny etablerede  center placeret på Lindø, er at industrimodne de af  FORCE Technology udviklede teknologier, der alle er rettet mod at højne kvalitet og produktivitet i fuld industriel skala og i realistisk industrielt miljø.

Gennem nærværende aktivitet og FORCE Technology´ engagement i LWC, tilbydes industrien helt nye services, hvor de nyeste teknologier til kvalitets- og processtyring adapteres og demonstreres på industriens egne produkter, og hvor industrien, i det omfang det måtte findes relevant, kan få gennemført de tidlige demonstrationsprojekter, den tidlige pilot-produktion, og hvor industrien kan få bistand til fuld industriel implementering af de nyeste teknologier.

Parallelt med arbejdet der sigter mod fabrikationsteknologi til fremtidens off-shore strukturer, ønsker FORCE Technology også at sætte ind på området for løbende overvågning og vedligehold af off-shore strukturer. Off-shore strukturer opererer i ekstreme miljøer til havs, hvor de udsættes for større og større belastninger fra vejr og vind. Det kalder på intelligente overvågningssystemer der løbende kan monitorer materialer og strukturers integritet uden at mennesker behøver være fysisk til stede på strukturerne.

Centrale aktiviteter
Fiberlaser processer til den tunge industri. Indeholdt i det allerede tilvejebragte økonomiske fundament for LORC og LWC er der afsat midler til, at der etableres en state-of-the-art fiberlaser facilitiet ultimo 2012. Med afsæt i denne nye facilitet vil der i den tidlige fase af nærværende aktivitet blive opbygget kompetencer i at anvende, styre og optimere fiberlaserprocessen til de materialer, den skala og de strukturer, der anvendes indenfor off-shore renewables sektoren – det være sig eksempelvis off-shore fundamenter til vindmøller og strukturer til bølgekraft anlæg. Successivt vil indsatsen føres naturligt videre til at udvikle fuld-skala demonstratorer sammen med off-shore industrien.
Højnelse af kvalitet og produktivitet. Parallelt med at der opbygges kompetencer i anvendelsen af tidens mest moderne laser teknologi, indeholder aktiviteten en færdigudvikling og industriel adaptering af sensorbaserede teknologier til fugefølgning og neural netværksbaserede teknologier til adaptiv regulering af proces parametre og der vil blive udviklet nye on-line NDT-metoder, der verificere kvalitet og reducerer re-work.
Nye hybride svejse teknologier. Moderne fiberlasere byder på et teknologisk nybrud i relation til hvor store tykkelser man kan svejse i. Men fiberlaser teknologien vil efter alt sandsynlighed skulle kombineres med en traditionel lysbueproces – såkaldt laserhybrid teknologi  –, og sandsynligvis skulle suppleres med en traditionel lysbueproces. Derfor vil der parallelt med opbygning af kompetencer i fiberlaser svejsning, blive arbejdet med laserhybrid teknologi og med den industrielle adaptering af denne teknologi.
Teknologiske nybrud indenfor proces styringsteknologi. Hvor fokus for fiberlasersvejsning og laserhybridsvejsning ligger på modningen af teknologierne til industriel skala og miljø, så indeholder nærværende aktivitet også helt nye teknologier, der fortsat kun befinder sig på laboratorieskala. Det drejer sig her om sand-tids smeltebads styring. Et nyligt afsluttet Erhvervs Ph.d. projekt har demonstreret, at det er muligt on-line at optage og behandle videobilleder af selve smeltebadet til trods for det kraftige og irregulære lys der udsendes. Dette åbner op for at man i fremtiden vil kunne regulere på svejseprocessen baseret på disse visuelle observationer, og dermed  optimere kvalitet og produktivitet. I nærværende aktivitet vil vi knytte sådanne optagelser af selve smeltebadet til proces reguleringsalgoritmer, og demonstrere potentiale i at styre proces og kvalitet ad denne vej.
Overvågning og vedligehold af off-shore strukturer. FORCE Technology vil indenfor aktiviteten udvikle nye materiale test koncepter, hvor man på laboratorieskala kan simulere de ekstremt belastende forhold som materialer og strukturer til havs udsættes for. Vi vil udvikle nye koncepter for fjern overvågning af vitale strukturelle komponenter, og vi vil tilbyde forvaltningen af denne overvågning gennem hosting  af systemer til dataopsamling og –analyse. I sammenhæng med disse faciliteter vil vi samtænke den indhentede viden i en Integrity Management  kontekst, og tilbyde udarbejdelse af inspektions- og vedligeholdsprocedure.

Rationale for indsatsen
Behovet for denne aktivitet tager udgangspunkt i, at den producerende industri i Danmark er under pres fra lavtlønsområder, og udflagning af danske arbejdspladser er en reel konsekvens. Fastholdelse af danske arbejdspladser og forbedring af dansk produktionsindustris konkurrencekraft sikres kun ved fortsat at udnytte de muligheder der opstår for produktivitets- og kvalitetsmæssige teknologiske løft.

De nye og kraftige fiberlasere rummer potentialet for særdeles markante produktivitetsforbedringer, med deraf følgende omkostningsbesparelser og bidrag til fastholdelse af danske arbejdspladser. Udover potentielle produktivitetsforbedringer, er det også kvalitet, og de kraftigt reducerede deformationer, som er drivkraften bag ønsket om at indføre disse nye teknologier.

Målgruppen er  jern- og maskinindustrien rækkende fra den masseproducerende virksomhed, der ønsker en produktion med en fejlhyppighed på ppm-niveau, til den enkeltstyks-producerende virksomheder, der ønsker ”first-time-right” produktion. Målgruppen findes typisk inden for brancher som vindkraft og off-shore, men også for eksempel indenfor traditionelle maskinfabrikker, der producerer landbrugsmaskiner, entrepenør-maskiner, lifte etc.

Mulige samarbejdspartnere
På nationalt plan tænkes aktiviteten at involvere DTU, AU og AAU mens den på det internatione plan tænkes involvere Luleå Tekniska Universitet (SE), University West (SE), Lappeenranta Univerty of Technology (FI), RWTH (DE), SLV(DE), Fraunhofer Inst. für Lasertechnik (DE), TWI (UK) og ”The International Institute of Welding - IIW”.

16 kommentarer

Herunder er indlæg og kommentarer fra interessenter på aktiviteter og aktivitetsforslag.

Jes G. Andersen
Onsdag d. 23/5-12 kl. 09:05

Cost of Energy (CoE) from offshore wind parks are highly affected by fabrication costs from the substructures from which the turbine is installed on. Substructure fabrication costs of app. 25% of CoE are normal. Especially lattice framed substructures are today very labour intensive and costly to produce due to large amounts of manual welding. Substituting to more automated high yield weld processes will be a strong driver for cost reductions.

Early stage hands-on lab experience with 1:1 scale joints are seen as crucial to succes for later roll out of technology. That involves also, how to joint preparate, how to manipulate, how to post weld treat, how to validate weld quality etc.

Søren Olsen
Tirsdag d. 29/5-12 kl. 13:32

Forslaget om fokus på ny styringsteknologi, herunder især visuel overvågning og analyse af smeltebadet har forskningsmæssig tyngde såvel som betydelig effekt på svejsekvalitet og automatiseringsgrad. Det er særlig interessant at udvikle sand-tids metoder, der er robuste i forhold til det barske miljø og som kan levere de relevante styringsparametre ved brug af standard sensorteknologi.

Thomas Bertram
Fredag d. 1/6-12 kl. 08:31

The demand of being able to lower the price of energy produced from offshore wind-power is not debatable. The new generation of turbines placed in deeper waters requires jacket foundations.
The jacket foundation are traditionally assembled by manual welding such as mainly FCAW. The weldings are heavy and made in all positions. Position welding gives low deposit rates and their by high usage of man hours.
The jackets are so big structures that they are impossible to handle in any manipulators. Because of this there are many welds that are made in heights of more than 20 meter above the ground. Working in heights are of cause connected to lots of Health and safety requirement. This makes the welding work even more time demanding.
The industry has a strong need for fully automated welding processes that can cut of some of the manual hours and working in heights away.
The only alternative to automation, is to move all production of these structures to low cost countries.

Bjarne Haxgart
Fredag d. 1/6-12 kl. 10:53

Som det er beskrevet i de første kommentarer, så er det af meget stor værdi for Vind industrien, at omkostninger holdes nede.
Alle store energi selskaber har focus på omkostnings reduktioner og hos EON er der især focus på på vind.
Hvis svejseprocesserne kan gøres mere effektive både mht. tid og kvalitet uanset det er vindmølletårne eller fundaments strukturer, så må det nødvendigvis kunne afspejles i prisen og dermed bidrage til en bedre konkurrence.
Det at kunne styre svejseprocessen bedre kan sikkert også kunne bidrage til mere nøjagtige beregninger og dermed en væsenligt lavere sikkerhedsfaktor, som igen kan betyde slankere design og dermed bedre priser.
Hvis Force får mulighed for at udvikle disse processer i samarbejde med vores dygtige universiteter vil Danmark komme "lidt foran" og der bliver mulighed for at skabe flere arbejdspladser i vores produktions industri.

ap
Fredag d. 1/6-12 kl. 14:54

Projektforslaget ligger helt på linie med anbefalingerne i branchens senest offshorestrategi, som har en målsætning om at reducere omkostninger ved at bygge og drive havmølleparker med 50% inden 2020.

I december 2010 offentliggjorde Megavind Partnerskabet strategien "Denmark - supplier of competitive offshore wind solutions, Megavind’s Strategy for Offshore Wind Research, Development and Demonstration" her var en af anbefalinger på forbedring af fundamenter:

"Manufacturing processes and procedures for mass production of substructures address the need for scale, speed and costs in the manufacturing of large foundations, including cost-effective processes and standards, efficient welding processes and robot technology,installation etc."

Strategien kan downloades her:

http://www.windpower.org/download/953/UK_megavind_report_ok.pdf

Mvh.

Anja Pedersen
Konsulent

Vindmølleindustrien

hjarno
Mandag d. 4/6-12 kl. 09:14

Teknologi til styring af sammenspillet mellem svejseudstyr og automatisering er yderst relevant for Migatronic. Særligt når der arbejdes med store konstruktioner er der gjort væsentlige forskningsbaserede fremskridt som mangler at blive taget i anvendelse i industrien. En vigtig faktor i den forbindelse er at få metoder gjort tilgængelige for industrien på et anvendelsesorienteret niveau.

Vi finder det også værdifuldt for både den danske industri og Migatronic at der arbejdes med at gøre hybrid svejsning med laser og traditionelle processer letter tilgængelig. Det er altafgørende for konkurrenceevnen at vi i Danmark ikke kommer bagud i forhold til at tage de mest produktive metoder i anvendelse. Hybrid svejsning mangler stadig sit gennembrud i Danmark og indeholder et stort uforløst potentiale.

Mvh.
Anders Hjarnø Jørgensen
R&D Manager
Migatronic A/S

Carsten Remming
Mandag d. 4/6-12 kl. 10:30

Projektforslagets mål om udvikling af teknologi til "direct vision i smeltebadet" samt afledte online NDT metoder vil finde stor efterspørgelse i sektoren for Stålkonstruktioner til bygge og anlægsindustrien.

Mvh
Kvalitetschef
Carsten Remming

Peter Manstrup
Mandag d. 4/6-12 kl. 12:43

Det er spændende projekter, der lægges op til.
Mere effektive svejsemetoder , som laser og laser/hybrid svejsning , og mere pålidelige styringsmuligheder , i form af fugesensorer og smeltebadsanalyser . Dette kan være vejen frem mod både hurtigere og bedre automatiseret svejsning - også på besværlige geometrier.

Mvh

Peter Manstrup
Projektleder- IWE
Bladt Industries A/S

Lars Holmberg
Mandag d. 4/6-12 kl. 13:34

Med en adaptiv styring af svejseparametrene samt et fugefølgesystem vil det være muligt at rekruttere bredere blandt medarbejdere til svejseprocesserne og derigennem fortsat sikre lønsom svejseproduktion i Danmark.
Selv om projektet i første omgang retter sig mod off-shore sektoren, vil projektet også kunne have interesse for andre sektorer eksempelvis beholderfabrikation.

Venlig hilsen

Lars Holmberg
Markedsdirektør
Strandmøllen A/S

Aksel Vinther
Mandag d. 4/6-12 kl. 14:39

Basic research is very important for a country without natural resources like Denmark, but without the ability to transfer the required knowledge from the laboratory to the production line, we will not benefit from the research.
A close cooperation between universities, and other institutes that are doing resurge, and the end user of the new technology is very important.
Often an intermediate stage, with full scale test is needed, before the new technology can be implemented in production. These full scale tests are very expensive to run in a normal production line, not only do you have the cost of the tests, but you are also loosing production time.

Aksel Vinther
DS-SM

Jesper Herløw
Mandag d. 4/6-12 kl. 16:27

Modernisering og optimering af nutidens fabrikationsteknologi er en nødvendighed, såfremt man ønsker fabrikation af fremtidens off-shore strukturer på dansk grund.
Danmarks førende position skal vedvarende forsvares og ved udvikling af ny grøn teknologi bliver denne position styrket i fremtiden.

jvs003@maerskoil.com
Tirsdag d. 5/6-12 kl. 09:27

Der er lagt op til 2 interessante linjer. Dels metoder, der vil kunne forbedre konkurrenceevnen for virksomheder, der producerer for offshore industrien, og dels for løbende overvågning og vedligehold af offshore strukturer. Mærsk Olie og Gas AS finder begge dele yderst relevante. Vi kender de danske producenter som kvalitetsbevidste og samvittighedsfulde, men desværre ligger omkostningerne i den høje ende, når vi sammenligner med leverandører fra visse andre lande. Det medfører naturligt nok, at en væsentlig del af vore offshorekonstruktioner bliver fabrikeret i udlandet.

Den løbende overvågning er ligeledes af stor interesse for os. Allerede nu foretager vi i nogen grad løbende overvågning af eksempelvis strukturer. Da mange af vore platforme er ubemandede, er der store fordele med intelligente overvågningssystemer, der løbende kan monitorere materialer og strukturers integritet uden at mennesker behøver være fysisk til stede på strukturerne.

Venlig hilsen
Jørgen Vestergård Sørensen
Lead Metallurgist
Mærsk Olie og Gas AS

Christian LeBlanc Thilsted
Onsdag d. 6/6-12 kl. 15:08

Den primære udfordring for havvindmølleparker er at nedbringe el-prisen til et niveau, som er konkurrencedygtigt med øvrige energiformer. Dette kræver en betragtelig reduktion i anlægsomkostningerne, hvilket kun kan opnås gennem en omfattende industrialisering i branchen samt introduktion af nye og forbedrede teknologier.

Fundamenter til havvindmøller udgør en stor og stigende andel af anlægsomkostningerne (ca. 25%). Tendensen for fremtidens fundamenter går mod opsvejste ståljackets samt monopæle med større og større godstykkelser (100mm+). Dette medfører tiltagende udfordringer ifht. at etablere en industrialiseret fabrikationsprocess, hvoraf selve svejseprocessen er essentiel. DONG Energy støtter fuldt ud dette projektforslag, da det anses som et vigtigt led i at opnå en industrialiseret fabrikationsproces gennem industrimodning af produktivitetsfremmende svejseteknologier.

Venlig hilsen
Christian LeBlanc Thilsted (R&D Manager)
& Jan Pedersen (Lead Specialist)
DONG Energy Wind Power

Kasper Roed Jensen
Torsdag d. 7/6-12 kl. 00:51

Som konsekvens af at de forhold hvorunder vi opstiller møller til stadighed bliver mere krævende, og andre svejsetunge strukturer bliver stadigt mere relevante, er det vigtigt at vi teknologisk er på forkant.
I Vattenfall ser vi det som afgørende at svejse processer forbedres i lighed med fokus på kvalitet og pålidelighed. Alt sammen med fokus på at strømligne produktionen mod en mere industrialiseret proces, med cost reduktion i såvel anlægs- som i driftfasen for øje.

Med venlig hilsen,
Kasper Roed Jensen
Team Lead, Civil Engineering - Technology

Linda S Soendergaard
Søndag d. 10/6-12 kl. 11:38

Use of hybrid welding for large steel fabrication is a very relevant project. To be able to make prototypes 1:1 and not just small test pieces is necessary if the hybrid welding process, shall be further developed for use commercial in the industri. It is importent to reveal the hybrid processes capability and to make a full scale study of the possibilities and limitations.
Besides the manufacturing of prototypes it is important to develop a construction guide for designers as well as education to give focus on the possibilities as well as forcing the designers to make desing for mnufacturing with the hybrid processes in mind

Best regards

Linda S. Søndergaard
Welding engineer
SWP

Stig Skytte Rasmussen
Torsdag d. 14/6-12 kl. 16:15

Af Stig Skytte Rasmussen, MT Højgaard
MT Højgaard forventer sig meget af de nye svejsemetoder fra FORCE og deraf forbedrede kvalitet i forbindelse med leverancer af fundamenter til offshore industrien.
Det er af stor vigtighed at reducerer produktionstiden samt at kvaliteten er i top, således at reparationer på svejsninger undgås.
En anden vigtig parameter er at bevarer et forspring på viden siden, for at bevare arbejdspladser.

Venlig hilsen
Stig Skytte Rasmussen
Head of Technology & Innovation,
MT Højgaard Offshore