Optimal installation og service af havvindmøller

Senest opdateret d. 13/4-2012
FORCE Technology
Resultatkontrakt 2013-2015 under temaerne Energi og Produktionsteknologi
Jens Roedsted
Direktør for Marked og Innovation

Formålet er at skabe et virtuelt testcenter for nye koncepter og designs inden for operation af fartøjer til brug for vindmølle-installation og vindmølle-service. Det skal muliggøre kvantitativ evaluering og test af bl.a. nye installations-metoder, nye installationsskibs-design, nye serviceskibsdesign, koncepter til personel og materiel overførsel mellem mølle og serviceskib. Testene vil give realistiske oppetidsanalyser – den primære kritiske parameter, når koncepter skal evalueres. Den nationale vindmølle-industri har som mål at reducere prisen for havvindmølle-energi med 50 % fra 2010 til 2020.

OPTIMAL INSTALLATION OG SERVICE AF HAVVINDMØLLER

Institut: FORCE Technology

Kontaktperson: Jens Roedsted

Ny viden og serviceydelser
Formålet med den foreslåede aktivitet er at skabe et virtuelt test center til test af nye koncepter og designs indenfor operation af fartøjer til brug for vindmølle installation og vindmølle service.
Det virtuelle test center vil tillade kvantitativ evaluering og test af nye installations metoder, nye installations skibsdesigns, nye serviceskibsdesigns, koncepter til person og materiel overførsel mellem mølle og service skib og marine operationer fra kaj til site og dermed udvide operationsvinduet for installation og service af havvindmøller.
Evalueringen og test  af nye koncepter vil resultere i realistiske oppetids analyser, hvilket i sidste ende ofte er den primære kritiske parameter når koncepter skal evalueres.
Innovations potentialet findes i høj grad i samspillet med industrien, hvor FORCE Technology ved hjælp af de foreslåede services vil kunne spare aktivt med designere, opfindere og producenter inden for havvind-mølle installation og service. Der sker fantastisk meget udvikling på dette marked og den foreslåede virtuelle test facilitet vil i høj grad kunne tjene til at kvalificere denne udvikling og medvirke til en udvidelse af operationelle vejr vinduer.

Centrale aktiviteter
De centrale aktiviteter vil være udvikling af af modeller som vil tillade simulering af

  • Jack-up operationer. Jack up simuleringerne vil medtage effekter fra varierende hydrostatik, hydrodynamik, aerodynamik. Desuden vil et avanceret havbundsmodul muliggøre simulering og træning i forbindelse med punch throughs, dvs situationer hvor havbunden mister bæreevnen for et eller flere ben. I disse situationer er det vigtigt at korrektive aktioner foretages hurtigt og koordineret så hele installationsskibet ikke tager skade.
  • Dynamisk Positionering. Simulering af DP operationer under kritiske forhold, herunder håndteringen af DP mens jack up benene sænkes og lige efter at de har sluppet havbunden.
  • Bølgeresponse i forbindelse med struktur/skib-operation. Skibenes bevægelser tæt på mølle fundamenterne er kritiske for operationerne og samtidig udfordrende at modellere grundet hydrodynamisk interaktion mellem fundament og skib.
  • Forankrings- og fortøjningssystemer. Flere nye koncepter til opmagasinering og beboelse i forbindelse med installation baserer sig blandt andet på forankrede eller fortøjede systemer. Desuden ses der også på brug af fortøjninger i forbindelse med positionering.
  • Person og materiel overførsel mellem mølle og service skib
  • Snævre havneoperationer med nye fartøjer og pramme lastet med vindmølledele

Yderligere vil aktiviteten indeholde udvikling af effektive metoder til beregning af modstand i bølger vha. avanceret Computional Fluid Dynamics (CFD) software. Modstand i bølger er en meget væsentlig brik i den holistiske approach idet vi ønsker at optimere skibets operation og ikke blot en design kondition under ideelle forhold.

Rationale for indsatsen
Den nationale vindmølle industri har som mål at reducere prisen for havvindmølle energi med 50 % i 2020 set i forhold til prisen i 2010.  Dette mål planlægges nået gennem en 25 % effektivitets forbedring af møllerne, 40 % reduktion af installationsomkostningerne og 50 % reduktion af service omkostningerne.
Med de nuværende installations metoder udgør ventetid 20 % af installationsprisen for havvindmøller. Ventetiden er tid hvor der ventes på passende vind og bølgeforhold.  Tilsvarende er nogle havvindmølle parker helt nede på kun at kunne fortage service halvdelen af årets dage med de nuværende systemer til person- og udstyrs- overførsler.
Af disse grunde arbejder et stort og bredt felt af industriens aktører på at forbedre installations- og serviceskibenes design, optimere installationsmetoder samt optimere design og anordninger til overførsler af personel mellem service skib og mølle. Det nye testcenter vil medvirke til at kvalificere disse udviklinger og optimere det samlede forløb i forhold til at udvide det operationelle vejrvindue.
Målgruppen er for aktiviteten er derfor designere, operatører af installationsskibe samt designere og producenter til markedet for service skibe og personoverførsels anordninger.
Målgruppens fokusområder er specielt sikkerhed og oppetidsanalyser (operationelle vejrvinduer). Sikkerheden er afgørende i forhold til den kritiske overførsel af personel mellem skib og mølle, i forhold til fejlsituationer i forbindelse med DP-operation tæt på en mølle og søkabler og i forhold til risikoen for punch throughs i forbindelse med jack-up-operationer.
Oppetidsanalyserne er vigtige, fordi havvindmøller i sagens natur skal installeres i områder med megen blæst og typisk også stor bølgegang. Der er således, afhængigt af design, vejrvinduer, hvor operationerne ikke kan gennemføres. Industrien har derfor et betydeligt gevinstpotentiale ved gennem udvikling af design, træning og anden innovation at udvide de vejrvinduer, hvori der kan opereres. Udgiften til installation af havvindmøller udgør i størrelsesordenen 9% af møllens pris, og én dags udskudt installation koster godt 1 million kroner.

Mulige samarbejdspartnere
Benchmarking, internationalt samarbejde og videnhjemtagning tænkes sikret gennem et bilateralt samarbejde mellem DK og Singapore. FORCE Singapore Pte. Ltd. vil, stærkt ansporet af  Singapores Maritime Port Authorities (MPA), blive klædt på til at varetage en række maritime R&D-projekter.  Havvindmøller og offshore jack-up rig operationer er et af MPA’s interesseområde og nærværende aktivitet tænkes gennemført som et samfinansieret partnerskab mellem MPA, FORCE Technology, universiteter og industrivirksomheder i begge lande, hvor parterne finansierer specifikke delelementer hver for sig. Singapore er yderligere specielt interessant i denne sammenhæng idet der både bygges og designes såvel installations- som servicefartøjer på landets værfter. Blandt andet er Keppels Fels meget aktive på området, og Singapore kan meget vel i nær fremtiden blive et centralt område for viden inden for produktion af skibe til havvindmølle industrien og dermed en vigtig samarbejdspartner med henblik på videnhjemtagning til dansk erhverv.
Beregning af modstand i bølger udføres i nært samarbejde med Office of Naval Research (ONR) og University of Iowa (UI), har stor interesse for et sådant projekt. Den forventede kommende forskningsaftale med ONR/UI vil være den 5. aftale for et meget succesfuldt samarbejde der har kørt siden år 2000 og som har bidraget signifikant til videnhjemtagelse indenfor området.

10 kommentarer

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

Steen Davidsen
Onsdag d. 16/5-12 kl. 13:49

Havvvindmøllebranchen - herunder specielt tilgængelighed til havmøllerne fra søsiden - har stor betydning for Hvide Sande Havn og virksomhederne i området. Den nystiftede forening - netværket Hvide Sande Service Group, har stor fokus på forretningsområderne, der knytter sig til såvel eksisterende havmølleparker som de nye - herunder Horns Rev 3 - der er på vej. Også mulighederne for opstilling af kystnære havmøller på Vestkysten ud mod Nordsøen har stor interesse.

Vi forventer her i området, at kunne få deloperationer i forbindelse med installation af møllerne, men med Hvide Sande Havns beliggenhed og korte sejltid til de nye havmølleområder opfatter vi supply og service som det mest interessante område. Dels fordi anlægsperioden er af begrænset længde i forhold til den efterfølgende lange driftsperiode, og dels fordi vi er isfrie ud mod Nordsøen. Vi véd også, at specielt tilgængelighed til møllerne fra søsiden har stor betydning. Driftsstop koster dyrt og sikker landgang ved så høje bølger som muligt er derfor afgørende.

Med venlig hilsen
Steen Davidsen
Havnechef
Hvide Sande Havn

Peter Blach
Mandag d. 21/5-12 kl. 08:31

Installation, service & vedligeholde har en stigende betydning for havvindmøllebranchen.
I 2010 var den samlede installerede kapacitet i verden på 1-2 GW, dette tal vil være over 50GW allerede i 2020, heraf størstedelen i Nordsøen.
Innovative løsninger til at betjene denne branche vil være afgørende for at sikre den eksplosive udvikling: Pris & kvalitet vil være vigtige parametre, og her vil et dansk virtuelt test center være et vigtigt element, for at sikre den danske globake fører position på havmølle markedet.
Offshore Center Danmark er netop udpeget som leder af et stort Nordeuropæisk interregionalt udviklings projekt, der skal pege på vejen frem og indsatsområder forsåvidt gælder forskning & udvikling indenfor service & vedligehold af havmølleparker under EU´s Regions of Knowledge program. Det nævnte virtuelle test center projekt ser ud til at passe rigtig godt ind under formålet i Regions of Knowledge projektet.
Asien er desuden et potentielt stort marked for havmølle branchen og samarbejdet med Singapore, kunne være en fantastisk indgang for det marked alle forventer kommer i Asien om 4-5 år.
Held & lykke med projektet!

Med venlig hilsen
Peter Blach
Direktør
Offshore Center Danmark
Niels Bohrsvej 6
6700 Esbjerg

Hans Schneider
Tirsdag d. 22/5-12 kl. 13:22

Installation og Service af Havvindmøller er et område hvor fuld scale test med både fartøjer, møllertyper, kabler og fundamaneter er meget bekostlige og i visse tilfæld umulige fordi det nødvendige grej ikke er tilrådihed for mindre test projekter. Her vil et høj kvalitets simulerings miljø kunne bidrage til at øge teknologi og metode udviklingen på området.

A2SEA har som de første i samarbejde med Vattenfall til Ormond offshore wind farm i 2010 gennemført fuld simulering af manøvrering ud og ind af Belfast havn. På trods af der har var tale om et begrænset "stand alone" projekt så bidrog det at sikkerheds nivauet blev hævet og indlærings kurven blev forkortet.

Offshore wind vil over de næste år tiltrække tusindvis af nye medarbejdere og A2SEA ser en mulighed for at et gennemarbejdet simuerings miljø vil kunne bidrag med at sikre mange af de nye medabejdere de nødvendige kompetancer og færdigheder for at udføre et sikkeret og effiktivt stykke arbejde offshore.

A2SEA kan se store fordele i at et similerings miljø bliver udviklet og stillet tilrådighed for branchen og ser frem til at følge projektet.

Hans Schneider
COO, A2SEA
Kongens kvarter 51
7000 Fredericia

Kristian Agdrup
Tirsdag d. 22/5-12 kl. 19:24

Som rådgivende skibsingeniører ser vi positivt på idéen om at etablere et virtuelt testcenter til undersøgelse af nye koncepter inden for offshore vind. Vi oplever en stigende efterspørgsel på konsulentbistand inden for dette område, både til design af service- og installationsfartøjer og til design af seafastening til møllekomponenter og fundamenter, men også til undersøgelse af jack-up og løfte-operationer.

Det er ofte vores opgave at tilvejebringe dokumentation for holdbarheden af de valgte designs og metoder før skibet får grønt lys af klassen til at operere. Da offshore vind er en relativt ung branche, er klassereglerne naturligvis endnu ikke fuldt tilpasset til de seneste koncepter og bygger i nogle tilfælde på regler fra olie & gas-teknologien, bl.a. inden for site assessment af jack-up fartøjer. Dette forhold kan tænkes at gøre det svært at påvise potentialet for nye, innovativt koncepter.

Hvis det virtuelle testcenter bliver tilgængeligt, kan det give en god mulighed for at evaluere nye koncepter, herunder test af worst-case scenarier og afdækning af vejrvinduer. Hvis det lykkes at implementere en kvantitativt nøjagtig simulatormodel, som både medtager hydro- og aerodynamiske samt geotekniske bidrag, kan det blive af stor værdi for udviklingen af nye fartøjer og metoder.

Venlig hilsen
Kristian Agdrup
Afdelingschef
OSK-Offshore A/S
København

Einar Ravneberg
Onsdag d. 23/5-12 kl. 14:00

Som nystartet ejer af et konsulent firma indefor netop offshore Wind ( OWIC ApS ) og med 10 års erfaring fra A2SEA er det helt klart behov og potentiale i at forbedre metoder, skibe og planlægning af offshore wind. Udfordringene de næste år er at få lavere omkostninger per installeret MW, minimere tiden mellem installations tidspunktet og når der kommer power på kablet og ikke mindst sænke usikkerheder og ricici.

Ikke mindst vil fremtidige parker alene på grund af den større afstand til land og det store antal møller per park både muliggøre men dessuden nødvendiggøre bedre metoder og skibe. Hydrodynamiske og operationelle simuleringer er af stor betydning for at nå disse mål.

Specielle tekniske fokus punkter tror jeg vil ligge på flydende installation, jacket installationer, bedre kabel lægnings metoder/skibe og deciderede service skibe.

Vind mølle branchen til havs er en ung branche hvor der er et stort behov og potentiale for innovation og nytænkning selvfølgelig med en forbedret økonomi som det endelige mål. Et virtuelt testcenter er en god vej i den rigtige retning.

Med venlig hilsen

Einar Ravneberg
Direktør
OWIC ApS ( Offshore Wind Innovative Consultants )
www.owic.dk
5330 Munkebo
Danmark

SiemensWind
Fredag d. 25/5-12 kl. 12:21

For Siemens Wind Power er det afgørende vigtigt, at der forskes i og dermed udvikles metoder der kan udvide operationskriterierne for installation, operation og service af havvindmøller og samtidigt kan bidrage signifikant til en generel reduktion af omkostningsniveauet for de nødvendige offshore operationer.

Offshore vindmøllebranchen er relativt ny og der er et stort behov for teknologisk udvikling og effektivisering, for at imødekomme de specielle udfordringer der knytter sig til opførelse og drift af en offshore wind farm. I denne udviklings process er det naturligvis et delmål at hente eksisterende viden og erfaring fra f.eks. offshore olie og gasbranchen, hvor det er relevant.

Det er ganske oplagt at et effektivt simulerinsgværktøj vil højne den generelle forskningsstandard samt bidrage til at reduce omkostningen til modelforsøg og ikke mindst minimere risikoen for full scale fejl.

Vi ser frem til at følge arbejdet samt ikke mindst drage nytte af det.

Venlig hilsen

Niels Jørgen Borch-Jensen

Senior Project Manager

Siemens Wind Power
7330 Brande

Danske Maritime
Fredag d. 25/5-12 kl. 14:31

Det er væsentligt, at danske virksomheder udnytter de potentielle markeder, der eksisterer, og industrien omkring installation og servicering af havvindmøller er et område med stort markedsmæssigt potentiale.

Som brancheorganisation for den maritime industri mener Danske Maritime, det er væsentligt, at man fra dansk side øger muligheden for at udnytte dette potentiale til gavn for en lang række aktører inden for den danske maritime industri.

Der er behov for teknologisk udvikling og test af samme inden for offshore vind. Det foreslåede testcenter vil med evaluering og test af nye koncepter bidrage positivt til at udnytte innovationspotentialet i forbindelse med installation og service af havvindmøller, herunder i forbindelse med udvikling af design, udstyr og fartøjer til offshore vindindustrien.

Med venlig hilsen

Cecilie Lykkegaard
Projektleder
Danske Maritime
1256 København K.

Valdemar Ehlers
Tirsdag d. 29/5-12 kl. 14:22

Det er glædeligt at den maritime branche kan bidrage med ydelser inden for installation og service af havvindmøller.

Som klassifikationsselskab er Lloyd´s Register bl.a. involveret i anvendelse af myndigheds - og klassekrav på konstruktioner.
Vi konstaterer at en stor grad af kreativitet udfoldes hvilket er meget positivt. Arbejdsopgaver og anvendelsesområder er ofte nye og eksisterende internationale og nationale krav kræver en ensartet fortolkning og anvendelse.

Af flere årsager ønskes der ikke altid nybygning af en enhed, men ombygning af et eksisterende fartøj. Dette stiller betydelige krav til ejeren/operatøren og forudsætter et særdeles godt kendskab til relevante bestemmelser.

Vi møder også ofte ønsker om anvendelse af alternative materiale hvilket kræver ny viden og dokumentation som kan forelægges myndighederne med henblik på godkendelse såvel styrkemæssigt som udfra brandtekniske krav, arbejdsmiljømæssige hensyn m.v.

Solid forskning og fyldesgørende dokumentation heraf vil være til stor gavn for branchen da klassifikationsselskabers og myndigheders accept af nye og alternative designs herved med større sandsynlighed vil kunne opnås.

Med venlig hilsen

Valdemar Ehlers
Nordic Area Environmental and Statutory Advisor
Lloyd´s Register
Strandvejen 104A
2900 Hellerup

Per Winther Christensen
Torsdag d. 31/5-12 kl. 11:31

I rederibranchen er der stor fokus på brændstofbesparelse og begrænsning af emissioner.

En kontinuerlig forbedring af processerne og tekniske løsninger er afgørende for at vi kan nå i mål med vores bestræbelser.

De nødvendige løsninger er innovative tiltag, som ofte skabes på tværs af forskellige segmenter af branchen og derfor kræver disse løsninger/områder en holistisk innovativ tilgang.

Med venlig hilsen

Per Winther Christensen

Danmarks Rederiforening

Jørn Scharling Holm
Torsdag d. 7/6-12 kl. 13:34

Udviklingen indenfor offshore vindkraft går mod mølleparker med stadig større møller, der er længere fra land og på stadigt dybere vand. Samtidig er der et stigende krav om reduktion af "Cost of Energy" for offshore vindkraft. Der er derfor et stort behov for innovation, udvikling, test og evaluering af nye eller forbedrede løsninger indenfor installation og service af fundamenter, møller og kabler i offshore mølleparker.

DONG Energy støtter derfor ideen om etablering af et virtuelt testcenter for nye fartøjer og løsninger til brug for installation og servicering af offshore vindmølleparker. Et virtuelt testcenter forventes at kunne bidrage til en hurtig og mere effektiv måde at udvikle og teste nye løsninger, der både er omkostningseffektive og har en høj personsikkerhed.

For DONG Energy er der stor forskel på de udfordringer og krav til løsninger, der er indenfor henholdsvis installation og service, og det forekommer derfor også oplagt at sondre mellem de to områder.

På installationsområdet ser vi gerne, at testcenteret blandt andet giver mulighed for at simulere nye installationsmetoder og principper i et virtuelmiljø inden for bl.a. flydende installationer med forskellige fartøjskoncepter og udvikling af nye installationsværktøjer. Et eksempel kunne være simulering af en hydraulisk kompenserende pilegripper, der kan kompensere for de dynamiske bevægelser mellem fartøj og fundament i DP mode . Et andet eksempel kunne være simulering af håndtering af f.eks. en kofferdam til støjdæmpning ved installation af monopæle. Ser man længere frem i tiden, kan man også tænke sig simulering af løsninger indenfor flydende installation af gravitationsfundamenter og samlet installation af fundament og mølle med de udfordringer dette giver både i havnen og offshore.

På serviceområdet ser vi meget gerne, at der bliver mulighed for i et testcenter at gennemføre en kvalificeret evaluering og mulighed for at kunne simulere og sammenligne bevægelser og accelerationsniveauer på nye koncepter af servicefartøjer og "transfer" systemer, d.v.s. overførsel af personer og materialer til/fra offshore møller, sammenholdt med allerede eksisterende fartøjer og ”transfer” systemer som findes på markedet. Der bør ligeledes opbygges et evalueringssystem, der vil give mulighed for at sammenligne forskellige koncepter og fartøjer på et sagligt og veloplyst grundlag til gavn for operatørerne i markedet. Det skulle gerne på sigt medvirke til at udvide de operationelle vejrvinduer, og dermed øge adgangen til møllerne og understøtte reduktion af omkostningerne ved drift og vedligeholdelse af offshore vindmølleparker.

Et eksempel: DONG Energy deltager i et britisk ledet udviklingsarbejde, hvor der i 2011 blev gennemført en konkurrence indenfor servicefartøjer og transfer løsninger, og det førte til et katalog på mere end 400 nye innovative forslag. Mange af disse var kun udviklet på koncept niveau, så det kunne i nogle tilfælde være en mulighed at kvalificere evalueringen af koncepterne ved test i et virtuelt testcenter, inden der blev truffet beslutning om valg af koncepter til videreudvikling frem mod kommercielle løsninger.

Inden testcenteret etableres, bør der efter DONG Energy's opfattelse udarbejdes en realistisk business case for etablering og drift af centeret, så der er sikkerhed for en bæredygtig økonomi. Det er også vigtigt, at der afsættes god tid til detaljeret kortlægning af industriens behov og ønsker, så testcenteret får de faciliteter og testmuligheder, industrien anser for at være nødvendige. Endelig bør det kortlægges, hvilke tilsvarende testfaciliteter der findes internationalt, og på hvilke områder et dansk testcenter vil kunne samarbejde med og eventuelt konkurrere med udenlandske aktører.

Venlig hilsen

Uffe K. Jørgensen
Senior Director, DONG Energy Wind Power

og

Jørn Scharling Holm
Technology Partnership Manager, DONG Energy Wind Power