Sustainable Installation of XXL Monopiles

Aanleiding

Monopiles are by far the most commonly used foundations for offshore wind turbines in the North Sea and it is expected to remain so in the future. Monopiles are straightforward to fabricate, relatively inexpensive to manufacture, use less space on transport vessels, and are reliable.

De dominante methode die momenteel wordt gebruikt om monopiles in de zeebodem te drijven, is de hydraulische impactpiling (hameren). Het grote nadeel van de impactdrijfmethode is de generatie van onderwatergeluid dat schadelijk kan zijn voor fauna en dat de methode niet geschikt is voor het opnieuw extraheren van palen aan het einde van de levensduur.

Alternatieve installatietechnologieën worden onderzocht, ontwikkeld en getest op verschillende Technology Readiness Levels (TRL's). Echter, geen van deze technologieën heeft een TRL bereikt dat het een voorkeurs- of gereed oplossing maakt voor de installatie van toekomstige XXL monopiles onder een breed scala van bodemomstandigheden. Met een beter begrip van hun prestaties en een validatie van de onderliggende modellen, kan de ontwikkeling van deze technologieën worden mogelijk gemaakt, wat ervoor moet zorgen dat offshore wind een van de laagste kosten heeft voor elektriciteitsoplossingen in de Noordzee.

Doelstelling

The SIMOX consortium will develop new and necessary technical and environmental knowledge with the target to ensure that within 5 years one or more qualified and validated next-generation installation technologies will be available.

Such technologies should enable the installation (and decommissioning) of XXL monopiles for offshore wind turbines with large (>10 MW) energy yield in a sustainable, cost-effective, societally and environmentally acceptable manner.

SIMOX will research and test the following installation technologies with different TRLs and different gaps in knowledge:

• Vibro: Vibratory driving with a purely vertical excitation;
• GDP: The Gentle Driving of Piles concept, which is an emerging technology that combines a vertical vibratory excitation with a high-frequency torsional shaking;
• JET: Aiding vibratory techniques by fluidising the internal soil column in the pile;
• BP: Modifications to the conventional impact driving which reduces noise (blue piling principle);
• DECOM: Pile extraction technologies that make use of vibration or pressure.

Korte omschrijving

The project starts with identifying a set of criteria to – as much as possible – objectively characterise the various innovative installation techniques subject to research in SIMOX.

All partners, with support from NGOs, RWS and a certification body, will provide input to the criteria. Based on this information and a desktop study, we will make an inventory of the state of the art with respect to science and engineering, to identify the gaps in data and models for the new technologies.

Daarna zullen we een serie laboratorium- en veldtesten op intermediaire schaal uitvoeren en de datasets genereren die nodig zijn om nieuwe inzichten en kennis te verkrijgen, om modelontwikkeling en validatie te ondersteunen, en conclusies te trekken voor de ontwerppraktijk. Dit zal ook dienen als input voor verdere verbetering van de technologieën.

Tot slot zullen we de resultaten analyseren, integreren en implementeren in voorspellingsmodellen in nauwe samenwerking met belanghebbenden, i.e. cliënten, ontwerpers, certificeringsinstanties, NGO's en regelgevende instanties. De activiteiten zullen worden uitgevoerd in drie substantiële WPs.

Resultaat

The SIMOX project should lead to the following results:

1. High-quality experimental data set and validated pile driving model(s) with as new element the refusal depth prediction in dense sands, stiff clays and layered soils.
2. Noise prediction model(s) that are able to provide noise levels and frequencies at 750 m from the source. An assessment of the noise mitigation potential / effort for the different technologies and recommendations for implementation of the results in future guidance to be developed by regulators.
3. High-quality experimental data set from laboratory and scaled field tests and model(s) for predicting the lateral bearing capacity for piles installed by Vibro and GDP concepts, compared to Impact driven piles.
4. Proof of concept and experimental data for extraction of monopiles with the aid of static forces combined with vibrating force/jetting.
5. For each installation technology: a concept specification of the future installation tool for the XXL monopile combined with an indication of the area of application and limitations.
6. Alignment for technology qualification of the technology/ies.