Specialdesignede tests bidrager til at udvikle billigere havvindmøllefundamenter

Havvindmøllefundamenter er normalt monopiles, dvs. stålrør, der er svejst sammen og installeret i havbunden, hvorefter vindmølletårnet placeres ovenpå.
På lidt dybere vand anvendes jacket-fundamenter af sammensvejste stålrør, som det kendes fra olieplatforme i Nordsøen, hvor denne løsning har været anvendt i mange år med gode resultater.

En udfordring med de sammensvejste jacket konstruktioner er, at de er logistisk komplicerede at bygge og svejse sammen, samt at de skal stå i op til 48 timer, efter de er svejst sammen, før inspektøren kan kontrollere dem for eventuelle revner, der så har haft tid til at udvikle sig. Det er i sig selv dyrt og tidskrævende.

Kan boltsamlinger styrke den grønne omstilling?

Total cost of energy skal ned på havvindmøller for at styrke den grønne omstilling og gøre den endnu mere rentabel. Det kan fx ske ved at reducere prisen på havvindmøllefundamenter. Siemens Gamesa Renewable Energy har god erfaring med boltede vindmøllefundamenter på landjorden, men kan de også anvendes offshore?

I så fald vil det være billigere at præfabrikere knudepunkter med flanger til en jacket struktur af rør, der er præcoatede, hvorved jacket-fundamentet kan samles i moduler, der så efterfølgende samles i højden. 

Olie- og gas industrien er ikke begejstrede for boltede konstruktioner. Ruster boltene, mister de forspænding eller opstår der brintskørhed i dem, så de bliver farlige at anvende? Så er der risiko for, at konstruktionen kan ruste og bryde sammen. 

Desuden er det meget dyrt og besværligt at udføre ekstraordinært vedligehold i så utilgængeligt et miljø og omgivelser. Så de boltede samlinger skal kunne holde hele konstruktionens levetid.

Er det muligt at anvende boltsamlinger offshore?

Udfordringen er, at der ikke findes standardiserede tests til at verificere holdbarheden af boltede flangesamlinger i offshore miljø.

FORCE Technology har deltaget i Innovationsfondsprojektet Cejacket om at udvikle disse jacket konstruktioner til vindmøller. Vi har undersøgt diverse guidelines og standarder, men de er ikke enige om, hvordan man skal teste boltede samlinger. FORCE Technology har bidraget med viden til projektet om, hvilke skader der potentielt kan opstå. Skal konstruktionen være katodisk beskyttet? Hvilke materialer kan bruges? Opstår der brintskørhed i boltene, så de let knækker?

Klassifikationsselskaber mangler fyldestgørende vejledninger for boltede samlinger under vand

Når virksomheder fremstiller noget, der skal befinde sig i vand, vil de gerne have en godkendelse fra et klassifikationsselskab. Klassifikationsselskaberne har fx udviklet designkriterier for katodisk beskyttelse af konstruktioner offshore. De har også vejledninger og standarder for, hvad man skal gøre med boltede samlinger under vand og i splash zonen, men de er ikke fyldestgørende. 

Der er velegnede brudstykker, som fx at producenten skal anvende en styrke 8.8 bolt, som ikke kan få brintskørhed, hvis den er fremstillet korrekt. Eller at man skal anvende bolte i højtlegeret rustfrit stål, eller nikkellegeringer til boltsamlingerne. Men der findes ikke en standardtest af boltesamlingen som helhed.

Splash zonen er den helt store joker

Den helt store udfordring for de boltede flangesamlinger er i splash zonen, for her ændrer forholdene sig hele tiden. Splash zonen bliver både våd og udtørret alt afhængig af vind og vejr, og om der er højvande eller lavvande. Derfor kan man ikke katodisk beskytte dette område. 

For at undersøge tingene til bunds har FORCE Technology udviklet to specialdesignede tests for at se nærmere på mulighederne:

1. Undersøge effektiviteten af katodisk beskyttelse når flangesamlingerne er neddykket i vand
2. Undersøge hvordan man kan beskytte området, der befinder sig i splash zonen

Test af neddyppet flangesamling viser ingen korrosionsangreb

Det har altid heddet sig, at man ikke kan korrosionsbeskytte en boltet flangesamling, hvis der kommer vand ind mellem flangerne ved et uheld. Hvis den boltede flange er samlet skævt, opstår der en smal spalte på fx 200 µm i flangen, hvor der trænger saltvand ind. 

Det samme kan være tilfældet, hvis den beskyttende zink aluminium legering på flangerne bliver skadet eller forsvinder. 

Der blev udviklet en test for at simulere et worst case scenarie uden zink aluminium legering på flangerne for at teste, om det var muligt både at katodisk beskytte samlingen. Resultatet af testen viste, at det er muligt både at korrosionsbeskytte flangen og selve bolten. 

Test i splash zonen giver overraskende resultat

Eftersom der ikke findes en standardiseret test af boltsamlinger i splash zonen, har FORCE Technology udviklet en. Da det ikke er muligt at anvende katodisk beskyttelse i splash zonen, ønskede vi at undersøge, om det er muligt at anvende relativt lavt legerede rustfrie stålbolte af typen EN 1.4435. 

Normalt anvender man højtlegeret rustfrit stål til offshore løsninger for at undgå korrosionsskader. Da det i dette projekt handler om at reducere omkostningerne til havvindmøllefundamenter, faldt valget på BUMAX 88 bolte fra Bufab Group udført i denne rustfrie legering, da disse bolte er billigere end i de højtlegerede materialer.

Testen viste overhovedet ingen tegn på korrosionsangreb, så med en lineær fremskrivning af resultaterne forventer vi, at havvindmøllefundamenter af boltede flangesamlinger kan opnå den forventede levetid på 25 år. 

Første skridt er taget mod standard for test af jacket havvindmøllefundamenter

Resultaterne er fremlagt på den Europæiske korrosionskonference EUROCORR 2021. De udførte test lægger op til et videre arbejde med at udvikle en decideret standard for test af boltede flangesamlinger i splash zonen. Arbejdet skal inkludere test i varmere vand, da havvindmølleparker også vil komme til at stå i tropiske og subtropiske områder. Det stiller yderligere krav til de anvendte materialer, for når temperaturen stiger, bliver forholdene for korrosion gunstigere.