Finale Offshore Wind Innovation Challenge 2019
Het in de zeebodem heien van windturbine-monopiles veroorzaakt veel herrie onder water en in de zeebodem. De klappen van de heimachinehamer kunnen tot 170-180 dB aan geluid voortbrengen; dat ligt in de buurt van een kanon dat wordt afgeschoten. Als je daar tijdens het heien in zee zou zwemmen, ben je op slag doof. En de monopiles worden in de toekomst alleen maar groter in diameter, dus is er des te meer behoefte aan technische oplossingen om de hei-herrie onder water te dempen. Want overheden rond de Noordzee en elders stellen strenge restricties om schade aan natuur, vissen en zeezoogdieren te minimaliseren.
Tekst: Benno Boeters
Marine Performance Systems (MPS) ontwikkelt hiervoor een systeem waarbij luchtbellen het geluid absorberen en reduceren. Zij wonnen op 9 december (2019) met hun concept de Innovation Challenge die was uitgeschreven door Innovatielink en Offshore Wind Innovators. Van Oord en andere grote offshorebedrijven reageerden direct en in januari staan er al gesprekken op de agenda om een samenwerking aan te gaan en tests te gaan uitvoeren bij Marin in Wageningen (Maritime Research Institute Netherlands).
Er waren nog drie andere finalisten in de Challenge, waarbij twee gericht waren op het ontwerp van nieuwe oesterkooien zodat op de zeebodem rond offshore windparken de oesters weer kunnen gedijen in de Noordzee. De vierde kandidaat was een bedrijf dat wrijving, spanning en slijtage in boutverbindingen doormeet met geluid en zo het onderhoudsmanagement van windturbines efficiënter kan maken.
‘We know a lot about bubbles’, zei Pieter Kapteijn, chief technology officer van MPS bij zijn presentatie in de Oude Bibliotheek in Delft. Hij had nog een andere reden voor zijn zelfvertrouwen; hij bevond zich op bekend terrein omdat hij ooit in dit gebouw zat te blokken voor zijn afstuderen als werktuigbouwkundig ingenieur. Zijn bedrijf, met vestigingen in Rotterdam en in Kopenhagen, is in 2014 gestart met de ontwikkeling van luchtbellen-smering voor schepen. Door luchtbellen langs een scheepshuid te blazen, kan de waterweerstand van het varend schip met 30-40 % afnemen. Maar daarbij is het essentieel de bubbels precies in de grenslaag tussen scheepswand en het water te spuiten, de grootte van de bellen constant te houden en te zorgen dat de bellen over de hele lengte van de scheepsonderkant hun werk blijven doen.
Kapteijns collega-medeoprichters van MPS, Frode Lundsteen Hansen en Fulko Roos kwamen in contact met Van Oord die hun aanspoorde het idee van een geluidscherm met bellen uit te werken.
‘Geluid brengt een luchtbel aan het trillen en die resonantie geeft energie of warmte in die bubbel’, legt Kapteijn uit. ‘Tegelijk verspreidt die bel weer de geluidspulsen om zich heen naar andere belletjes, die ook weer die trilling absorberen. Het weerkaatst in alle richtingen. Het gaat dus om absorberen – van trilling naar warmte – en verspreiding, scattering. Dat resulteert in geluidsdemping.’
Tijdens het heien van de ronde pijp in de zeebodem geven de dreunen van het heiblok een geluidsgolf die van boven naar onder en weer naar boven door de pijp beweegt. Een deel van het geluid straalt af naar het omringende water, en een ander deel veroorzaakt een laagfrequente trilling in de zeebodem, die ook weer omhoog kaatst naar het wateroppervlak. ‘Voor het luidste deel van dat spectrum, tussen de 30 en 3000 Herz, brengen wij luchtbellen van specifieke grootte in. Van 7 tot 0,3 millimeter. Het is essentieel dat we de diameter van de bellen continu kunnen afstemmen op de veranderende frequenties. Want naarmate de funderingspaal verder de bodem in gaat, verandert de geluidsfrequentie’, legt Kapteijn uit. ‘Noise mitigation is all about control.’
‘Waar we nu aan werken is een actief systeem waarbij je voortdurend meet en feed back krijgt om de oscillatoren de optimale diameter van de luchtbel te laten afgeven. Dus als bijvoorbeeld de grootste klap rond de 400 Hz zit, dan maakt de oscillator bellen van 1-2 mm doorsnee.’
‘We weten hoe het theoretisch werkt, daar zijn we het over eens. Nu komt het er op aan met andere partners, zoals Van Oord, dit in de engineering verder uit te werken tot een praktisch werkend systeem. Wij hebben er vertrouwen in dat deze aanpak een oplossing biedt en de onderwater-geluidsexplosies kan reduceren’, aldus Pieter Kapteijn.
Oesterriffen
Natuurwaarden stonden centraal bij twee andere mededingers in de Challenge. Het Britse ARC Marine (niet te verwarren met de Nederlandse naamgenoot, leverancier van teakhouten scheepsbenodigdheden) maakt betonnen reef cubes, die modulair zijn op te bouwen voor elke gewenste vorm van oesterrif. De twee vertegenwoordigers van het bedrijf uit Brixham, zuidoost Engeland, droegen hun doestelling, accellerating reef creation, op hun donkergrijze t-shirts. Directeur Tom Birbeck liet de zaal een kaart uit 1890 zien waarop boven de Waddenzee een gebied van zo’n 20.000 km2 aan oesterbedden stond aangegeven. Die zijn verdwenen door ‘destructieve visserij’, ofwel sleepnetten met kettingen die de zeebodem overhoop halen.
De holle reef cubes, in omvang variërend van 1 m3, tot 0,5 of 0,25 m3, bieden niet alleen een uitnodigende habitat voor oesters of ander zeeleven, ze kunnen ook bescherming bieden aan onderzeese kabels of pijpleidingen, zo demonstreerde Birbeck. En de kubussen zijn aan te wenden voor kustbescherming.
Annemiek Hermans van ingenieursbureau Witteveen+Bos demonstreerde een ander ontwerp om oesters op de zeebodem onder windparken aan te laten groeien, de O-float. Ook hier gaat het om een nieuw type oesterkooi, een die niet op de bodem ligt – maar middels een ballon erboven en een anker eronder – drijft. Dit voorkomt dat een oesterbed onder het zand bedolven raakt.
Geluid meet spanning
Tribosonics uit Sheffield (UK) haalde de eindronde met hun techniek om door middel van geluid de spanning in een bout te meten. Een windturbine bevat duizenden bout-moerverbindingen die met precieze kracht en smering moeten worden aangedraaid. Om de staat van de verbindingen en mogelijke slijtage na enige tijd van bedrijfsvoering te controleren, is een arbeidsintensieve operatie, zeker bij offshore turbines. Christina King van Tribosonics (‘we are very good at measurement systems’) liet zien hoe de spanning in een bout te bepalen is zonder de schroef of moer te verdraaien. Tribosonics (tribologie = ‘wrijvingskunde’) stuurt een geluidsgolfje door de bout, over de hele lengte. De echo van die ultrasone puls geeft een indicatie voor de (over-)spanning. Ook de lagers in de gearbox van een turbine zijn zo door te meten.
Category: Techniek & Innovatie
