Energie & Umwelt

Unterstützung des Offshore-Windes: Schiffe, die bei der Installation von Offshore-Windparks eingesetzt werden

Unterstützung des Offshore-Windes: Schiffe, die bei der Installation von Offshore-Windparks eingesetzt werden


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Die Entwicklung eines Offshore-Windparks umfasst im Allgemeinen vier verschiedene Phasen, insbesondere Vermessungen vor der Installation, Installation, Betrieb sowie Wartung und Stilllegung. Dies bedeutet, dass der Sektor eine Vielzahl von Hilfsschiffen benötigt, um die Vielzahl unterschiedlicher Aufgaben effektiv ausführen zu können. In den letzten Jahren haben Engpässe bei der Versorgung mit solchen Schiffen den Sektor beeinträchtigt, hauptsächlich aufgrund der mangelnden Verfügbarkeit von Spezialschiffen. Infolgedessen haben sich Windparkentwickler in der Regel an den Öl- und Gassektor gewandt, um Unterstützung zu erhalten.

Schiffsmangel führt zu Verzögerungen in der Bauphase und dies war in der Vergangenheit ein regelmäßiges Problem. Beispielsweise verzögerte sich der Windpark Alpha Ventus aufgrund solcher Engpässe um ein Jahr, und als ein Schiff zur Verfügung gestellt wurde, war es 20-mal größer als ursprünglich geplant. Der Offshore-Windpark North Hoyle erforderte ein spezielles Turbineninstallationsschiff, die MPI Resolution, deren Bau sich verzögerte. Das Projekt musste auch Bauschiffe einsetzen, um die Frist einzuhalten, verzögerte sich jedoch um etwa sechs Monate. Das Installationsschiff für das London Array wurde um drei Monate verzögert, sodass ein zusätzliches Schiff gemietet werden musste, um die Frist einzuhalten.

Angesichts der Wachstumsrate im Offshore-Windsektor dürften bis 2025 mehr als 5.000 Offshore-Windturbinen in britischen Gewässern in Betrieb sein. Die durchschnittliche Entfernung von Land zu Windpark dürfte sich gemäß den Leasingrunden von Crown Estate erhöhen, z Beispiel: Der Offshore-Windpark Dogger Bank wird in Wassertiefen von bis zu 63 Metern mit einer voraussichtlichen Transitentfernung von 290 Kilometern errichtet, was eine Seereise von mehr als 5 Stunden erfordert.

Dies wird sich wiederum auf die Betriebs- und Wartungsstrategien (O & M) und zunehmend auf das Schiffsdesign auswirken. Schiffe müssen daher in Zukunft langlebiger und effizienter werden, und der Markt für diese Schiffe entwickelt sich ständig weiter. Es kann auch vorkommen, dass Windparktechniker wie im Öl- und Gassektor von Stützpunkten in der Nähe des Windparkgeländes aus operieren und dort leben müssen. Im Öl- und Gassektor beträgt der an einer solchen Basis verbrachte Zeitraum typischerweise zwei Wochen. Obwohl die wirtschaftlichste Lösung für küstennahe Operationen wahrscheinlich eine auf Arbeitsbooten basierende sein wird, müssen Standorte in tieferen Gewässern, die weiter von der Küste entfernt sind, je nach Unterbringungsmodulen oder einem „Mutterschiff“, größeren Hilfsschiffen oder Hubgeräten unterstützt werden auf die O & M-Strategie angewendet.

Die Entfernung von Windparks vom Ufer wird sich daher zwangsläufig auf die Kosten auswirken. Aus diesem Grund müssen Windparkbetreiber Geräte einsetzen, die für Unwetter geeignet sind. Es werden jetzt ganze Konferenzen abgehalten, die sich speziell mit dem Thema Offshore-Windpark-Support-Schiffsdesign befassen.

Derzeit gehören zu den wichtigsten Lieferanten von Turbinen- und Fundamentinstallationsschiffen A2Sea, MPI Offshore, Scaldis Salvage, Seajacks International, Jack-Up Barge, Ballast Nedam, BARD, GeoSea, International Marine Construction und Seaway Heavy Lifting. Die meisten dieser Unternehmen haben ihren Sitz in Großbritannien oder den Niederlanden. Zu den Unterwasserkabelinstallationsunternehmen gehören Global Marine Systems, MPI Offshore, Nexans, NKT, Prysmian, Mika, Peter Madsen Rederi, P & O Maritime Services, Technip (Subocean), Visser & Smit Marine Contracting (VSMC) und Stemat.

Ocean Surveyor [Bildquelle: Geological Survey of Sweden, Flickr]

Vermessungsschiffe

Vermessungsschiffe werden verwendet, um vor dem Bau eines Offshore-Windparks geografische und klimatische Vermessungen durchzuführen. Die Reichweite der für diesen Zweck verwendeten Schiffe variiert stark, abhängig von der Tiefe des Meeresbodens und der Entfernung vom Ufer.

Kabelverlegungsgefäße

Die Kabelverlegung ist eine der ersten Aufgaben bei der Installation eines Offshore-Windparks. Kabelverlegungsschiffe sind speziell für die Verlegung von Unterwasserkabeln konzipiert, die den erzeugten Strom vom Windpark an Land transportieren. 4C Offshore unterhält eine vollständige Datenbank solcher Schiffe, die viele Formen annehmen können. Zum Beispiel ist das Van Oords Nexus-Schiff ein neues Design mit einem umfangreichen Deckbereich, der angepasst werden kann, um spezielle Kabelverlegungsgeräte zu transportieren. Es verfügt über einen Hauptkran mit einer Tragfähigkeit von 100 Tonnen bei einer Reichweite von 15 Metern und einen Hilfsaufzug mit einer Tragfähigkeit von 10 Tonnen bei einer Reichweite von 34 Metern. Das Schiff bietet auch Platz für 90 Personen.

Das Standardmerkmal dieser Gefäße ist der Drehteller oder das Karussell, in dem das Kabel ohne die Gefahr einer übermäßigen Biegung aufbewahrt wird. Es verfügt auch über Kabelführungsscheiben und Installationsvorrichtungen, einschließlich ferngesteuerter Fahrzeuge (ROVs), die zum Grabenbau verwendet werden. Dies ist eine der wichtigsten Aufgaben, bei der 3 Meter tiefe Gräben in den Meeresboden geschnitten werden, um Stromkabel miteinander zu verbinden. Mit bis zu 80 Prozent der Versicherungsansprüche für Kabel, die während der Installation beschädigt wurden, ist dies eine der herausforderndsten Aufgaben in der Branche.

Diese Schiffe verfügen auch über DP-Systeme (Dynamic Positioning), um sie auch bei rauesten Wetterbedingungen an Ort und Stelle zu halten.

Installationsgefäße

Diese Schiffe können verschiedene Formen annehmen und umfassen häufig eine Reihe von Mehrzweckschiffen, die aufgrund ihres Einsatzes in anderen Sektoren nicht ideal für die Aufgabe geeignet sind. Dies bedeutet, dass sie nur für kurze Zeit eingestellt werden. Zu diesen Mehrzweckschiffen (MPVs) gehören Hubkähne, bei denen es sich um nicht selbstfahrende Plattformen handelt, die sich auf Beinen, die auf dem Meeresboden ruhen, über die Meeresoberfläche heben können. Solche Schiffe bieten Stabilität bei rauen Wetterbedingungen, sind jedoch langsam und benötigen Hilfsschiffe, um sie zur Baustelle zu schleppen. Hubschiffe arbeiten auf einer ähnlichen Basis, mit der Ausnahme, dass sie über Selbstantriebssysteme verfügen, obwohl sie immer noch durch die Wassertiefe und ihre Mehrzweckfunktion begrenzt sind.

Kranschiffe basieren auf großen Sockelkranen, die die Verwendung des Schiffes für andere Funktionen, wie das Tragen von Ausrüstung, sowie die Begrenzung ihrer Geschwindigkeit verweigern.

Ein Kranschiff im Rotterdamer Hafen [Bildquelle:Frans Berkelaar, Flickr]

In jüngerer Zeit wurde beim Bau von Offshore-Windparks ein spezielles Windturbinen-Installationsschiff (WTIV) eingesetzt, eine völlig neue Schiffsklasse, die erst in den letzten Jahren in diesem Sektor eingeführt wurde und Kranschiffe ersetzt, die von ausgeliehen wurden der Öl- und Gassektor. Diese Schiffe haben im Allgemeinen einen flachen rechteckigen Rumpf, um eine große Ladefläche und einen großen Kran aufzunehmen. Dies erhöht tendenziell den Kraftstoff- und Stromverbrauch bei einer Höchstgeschwindigkeit von 10 bis 12 Knoten von der Landbasis zur Baustelle. Elektrische Ruderpropeller (Triebwerke) oder Voith-Schneider-Propeller steuern den Antrieb und die Positionierung. Das Schiff muss in seiner Position stabil bleiben, während 4-6 Hubbeine eingesetzt werden, damit das Schiff fest auf dem Meeresboden steht. Die Installationsingenieure sind in einer mehrstöckigen Struktur am Bug mit einem Hubschrauberlandeplatz oben untergebracht.

Die ersten beiden in diesem Sektor eingesetzten WTIV waren Seemacht und MPI-Auflösung. Beide sind nach zehn Jahren noch in Betrieb. Seemacht ist aber ein umgebauter Frachter MPI-Auflösung wurde speziell für diesen Job im Jahr 2003 gebaut und ist somit das erste echte WTIV. Von 2003 bis 2009 tendierte die Industrie dazu, Schiffe zu verwenden, die aus dem Öl- und Gassektor gechartert wurden, und danach begann der WTIV-Spezialbau. Von 2009 bis 2014 wurden insgesamt 25 WTIV in Dienst gestellt, wobei 2012 7 Schiffe verfügbar waren. Der WTIV-Sektor befindet sich derzeit in einem Änderungsprozess, da deutlich wird, dass die Anforderungen an sie steigen. Fred Olsen wird die Schwesterschiffe starten Mutige Seeschwalbe und Tapfere Seeschwalbe in Kürze. Diese beiden Schiffe haben Hubbeine, die um 14 Meter verlängert wurden, während der Kran um 10 Meter verlängert wurde. Sie wurden speziell für die dritte Runde des Offshore-Windparkbaus in Großbritannien gebaut.

Wenn WTIVs nicht verfügbar sind, bringen Entwickler häufig Schwerlastkranschiffe (HLCVs) ins Spiel. Diese wurden ursprünglich für andere Zwecke gebaut, eignen sich aber gut für den Bau von Windparks. Zum Beispiel die Svanen wurde ursprünglich gebaut, um eine große Brücke zu installieren. Es kann eine Ladung von 8.700 Tonnen heben und seine Chartergebühr ist ziemlich günstig, da es heutzutage selten etwas anderes tut. Thialf hat eine Krankapazität von 12.000 Tonnen und ist eines der größten Kranschiffe der Welt. Es wird jedoch selten im Offshore-Windsektor eingesetzt, da das Chartern sehr teuer ist.

Ein beinstabilisiertes Kranschiff ist eine leichtere Version eines Hubwagens und eignet sich nur für die Installation kleinerer 2-MW-Turbinen in seichten Gewässern. Sie werden in diesem Sektor immer seltener, da Windparks weiter vom Ufer entfernt sind.

Es kommen neue Schiffe in den Sektor, die speziell für den Betrieb in rauer See entwickelt wurden, wie beispielsweise der vom dänischen Offshore-Dienstleister DBB Jack-up Services entwickelte Wind Server. Dies kann in einer Wellenhöhe von 2,0 bis 2,5 Metern funktionieren, während die Norm für die meisten anderen Schiffe 1,5 Meter beträgt. Dies ermöglicht es dem Schiff wiederum, rund 320 Tage im Jahr im Gegensatz zu 200 zu operieren, was wiederum zu erheblichen Kostensenkungen führt.

Crew Transfer Schiffe

Crew Transfer Vessels (CTVs) können mit einer Geschwindigkeit von 25 bis 30 Knoten fahren und werden hauptsächlich für Betriebs- und Wartungsarbeiten eingesetzt. In den Anfängen des Sektors wurden Schiffe wie Fischerboote und Vermessungsschiffe eingesetzt, um Techniker zu Offshore-Windstandorten zu transportieren. Mit dem Wachstum des Sektors hat sich der Markt für Besatzungstransfers jedoch stetig weiterentwickelt.

Der deutsche Standort Alpha Ventus wird im Frühjahr und Sommer von Booten und im Winter von Hubschraubern unterstützt. Vorschriften, die den Standort regeln, verhindern Reisen, wenn die Wellenhöhe größer als 1,5 Meter ist. Hubschrauber können jedoch auch bei relativ starkem Wind eingesetzt werden, obwohl ihre Verwendung durch schlechte Sicht eingeschränkt werden kann. Hubschrauber können normalerweise drei Techniker plus ihre Ausrüstung mit einer Höchstgeschwindigkeit von 245 km / h transportieren, verglichen mit etwa 45 km / h bei CTVs. Neben dem Crew-Transfer werden Hubschrauber für Rettungseinsätze und medizinische Unterstützung eingesetzt. In deutschen Gewässern spielen sie auch in der Bauphase eine aktive Rolle. Beim Bau von Meerwind gelang es Siemens Wind Power, die Transportzeit für den Transport von Technikern um 80 Prozent zu reduzieren und Seekrankheit zu vermeiden. Hubschrauber wurden auch während der Bauphase von Borkum Riffgrund und Nordsee Ost eingesetzt.

Arbeitsboote sind eine bewährte Methode, um Zugang zu Offshore-Windstandorten zu erhalten, Hubschrauber weniger. Schiffe sind relativ kostengünstig und können eine große Anzahl von Technikern befördern, aber ihre Reaktionszeiten und ihre Fähigkeit, auf Standorte zuzugreifen, sind durch die Wetterbedingungen begrenzt. Hubschrauber sind teuer und können nur eine kleine Anzahl von Technikern befördern, aber sie können schnell reagieren und ihre Leistung wird nicht vom Seegang beeinflusst. Sie werden seit Jahren im Öl- und Gassektor eingesetzt, sind jedoch für Offshore-Windkraftanlagen neu. Aus diesem Grund besteht eine gewisse Unsicherheit hinsichtlich ihres potenziellen Nutzens in der Branche. Die beiden Modi können sich ergänzen, wobei Arbeitsboote für die planmäßige vorbeugende Wartung verwendet werden, wenn für dringendere Situationen keine Risiken für die Turbinen und Hubschrauber bestehen, und für eine korrekte Wartung, bei der die Reaktionszeit für die Reduzierung der Ausfallzeiten der Turbine von entscheidender Bedeutung ist.

Viele Unternehmen betreiben Katamarane, die gegenüber anderen Schiffstypen Geschwindigkeits- und Gewichtsvorteile haben. Die meisten Katamarane bestehen aus Aluminium, da dies billiger als Verbundwerkstoffe ist. Verbundwerkstoffe sind jedoch leichter und ermöglichen es dem Schiff, eine größere Nutzlast zu tragen, was wiederum die Betriebskosten senkt. Eines der neuesten Designs auf dem Markt ist EVOC22 (effizienter, vielseitiger Offshore-Katamaran mit einer Länge von 22 Metern), das von CTruk in Essex im Südosten Englands entwickelt wurde. Das Schiff hat eine Breite von 7,6 Metern, einen Tiefgang von 1,25 Metern und verfügt über ein bewegliches Steuerhaus und ein flexibles Deckkapselsystem, mit dem das Schiff von bis zu 12 Technikern auf 72 Quadratmeter Deckfläche für Ausrüstung umsteigen kann. Das Schiff wird von zwei 800 PS starken Dieselmotoren mit Turbolader angetrieben und befördert 24.000 Liter Kraftstoff.

SWATH-Schiffe (Small Waterplant Area Twin Hull) sind Katamarane mit reduziertem Rumpfquerschnitt an der Meeresoberfläche, wo die Energie der Wellen am stärksten ist. Dies gibt dem Schiff zusätzliche Stabilität, insbesondere bei hohen Geschwindigkeiten. SWATH-Schiffe sind jedoch teuer und haben höhere Wartungsanforderungen.

Unterkunftsschiffe

Diese Schiffe werden wahrscheinlich zunehmend eingesetzt, wenn Windparks komplexer werden und weiter ins Meer hinausziehen. Umgerüstete Kreuzfahrtfähren werden neben Roll-On / Roll-Off-Fähren eingesetzt. Diese Schiffe bieten normalerweise Platz für bis zu 100 Personen und können Konferenz- und Besprechungsräume umfassen, wobei einige der größeren Schiffe auch Schwimmbäder an Bord und Loungebereiche an Bord haben.

DONG Energy nutzt eine Offshore-Unterkunftsplattform für sein Projekt Horns Rev 2 in Dänemark. Die Plattform bietet Platz für 24 Personen und ermöglicht den Zugang zum Transformator des Windparks über eine Gangway. Die Transformatorplattform von Global Tech 1 bietet Platz für 34 Betriebspersonal sowie einen Kran, einen Hubschrauberlandeplatz und containerisierte Ersatzteile.

Mehrere britische Projekte haben umgebaute Fähren als schwimmende Unterkunft genutzt. Diese sind in der Nähe des Windparks verankert, wodurch die Übertragungszeit für CTVs und auch deren Kraftstoffverbrauch reduziert und gleichzeitig die Produktivität gesteigert werden.


Schau das Video: Alpha Ventus - Deutschlands erster Offshore Windpark (Kann 2022).


Bemerkungen:

  1. Shakagal

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  2. Demario

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