De Europese Unie wil de capaciteit voor op zee opgewekte windenergie uitbreiden tot ten minste 60 gigawatt in 2030. Met afdichtingen voor de monopiles helpt Freudenberg Sealing Technologies (FST) ervoor te zorgen dat nieuwe windturbines een levensduur van 30 jaar of meer bereiken, ondanks de zware omstandigheden op zee.
De hoogste windsnelheden die tot nu toe in de Noordzee werden gemeten, gingen richting de 200 km/u. Het is waar dat in zee opgestelde windturbines al bij aanzienlijk lagere windsnelheden worden uitgeschakeld. Maar de turbines moeten onder alle omstandigheden bestand zijn tegen de enorme krachten van een orkaan – en dat gedurende hun hele levensduur.
De fundering waarmee de torens in de zeebodem worden verankerd, speelt daarbij een belangrijke rol. In ondiep water, zoals in de Noordzee en de Oostzee, gebeurt dit meestal met zogenaamde ‘monopiles’. Dit zijn stalen pijlers die in de zeebodem worden geslagen en waarvan de bovenkant zich boven het wateroppervlak bevindt.
Bescherming tegen vocht
De toren, die bij een turbine van 10 megawatt al een hoogte van 150 meter tot de rotornaaf kan bereiken, wordt gewoonlijk niet rechtstreeks op de pier gemonteerd, maar ondersteund door een verbindingsstuk – een flens. De flens is bevestigd met enkele tientallen schroefbouten, die na de montage van de toren ontoegankelijk zijn voor onderhoud.
Om te voorkomen dat de bouten ondanks de ruwe omgeving op zee corroderen, moeten zij worden beschermd tegen het binnendringen van vocht. Afdichtingen van Freudenberg Sealing Technologies voeren deze belangrijke taak al uit in meer dan 800 offshore-windturbines.
Diameter 8 tot 10 meter
De belangrijkste functie wordt vervuld door een ringafdichting aan de bovenkant van de pijler: deze omsluit het binnenste gedeelte van het verbindingsstuk dat de boutverbinding draagt. Deze flensafdichting met de afkorting MP-TP (Monopile-Transition-Piece) kan bij moderne installaties een diameter van acht tot tien meter bereiken.
Sinds enkele jaren biedt Freudenberg Sealing Technologies deze afdichting ook in een dubbelrijige uitvoering aan. Het belangrijkste voordeel van het ontwerp met twee rijen is de daaruit voortvloeiende redundantie, zoals Freudenberg-expert Manuel Hille uitlegt: “Als een van de twee afdichtingen tijdens het transport of de montage licht beschadigd raakt, blijft de functie gewaarborgd. Bovendien kunnen verschillende uitvoeringen en materialen optimaal met elkaar worden gecombineerd.”
De betonconstructie is echter vrijwel uitsluitend klantspecifiek om de beschikbare inbouwruimte optimaal te benutten. Op verzoek biedt Freudenberg ook een reeds gevestigd standaardproduct aan.
Ringafdichtingen met luchtkamers
In de gebruikelijke constructie blijft er een opening tussen de onderkant van het verbindingsstuk en de pier. Om te voorkomen dat zeewater binnendringt, worden een of twee ringafdichtingen met luchtkamers gebruikt als elastische golfbrekers.
Als de opening daarentegen met cement wordt gevuld, kan een ringafdichting het cement tijdens het uitharden in de gewenste positie houden en het later beschermen tegen aantasting door zout water. Bovendien kunnen onderhoudsplatforms, die zich vaak boven het wateroppervlak in de monopile bevinden, met een speciaal ontworpen afdichting tegen het binnendringen van gassen worden beschermd. Dergelijke gassen kunnen in de pijler ontstaan door biologische processen van het zeewater.
Ontworpen voor een lange levensduur
De levensduurverwachtingen voor de onderdelen van windturbines op zee zijn de laatste jaren sterk gestegen. Terwijl 25 jaar aanvankelijk als een goede waarde werd beschouwd, zijn ze nu ontworpen voor maximaal 35 jaar. Een dergelijke lange levensduur kan niet worden gegarandeerd door middel van proefbanktests.
Daarom extrapoleert Freudenberg de resultaten van intensieve belastingstests van zes weken met behulp van een aangepast Arrhenius-algoritme. De procedure, genoemd naar de Zweedse chemicus en Nobelprijswinnaar Svante August Arrhenius en op zich al bekend, is de afgelopen jaren door Freudenberg-experts steeds verder ontwikkeld. Zo hebben zij het levensduurmodel aanzienlijk verbeterd door chemische en fysische effecten te koppelen aan het structureel-mechanische gedrag van het materiaal.
Nominale vermogens gaan naar 20 MW
“80 procent van alle momenteel geplande windparken op zee zijn gebaseerd op monopile-technologie”, schat Marcel Schreiner, die bij Freudenberg Sealing Technologies verantwoordelijk is voor de verkoop in de energiesector. “Voor ons is dit een belangrijke groeimarkt.” Volgens de deskundige pleit ook de tendens naar steeds grotere installaties – er wordt gesproken over nominale vermogens van 20 megawatt voor het jaar 2030 – ervoor om bij de keuze van componenten bijzondere aandacht te besteden aan de levensduur.
Ook interessant: Freudenberg reduceert wrijving in afdichtingen
