02 - DSD-NL 2016 - Geo Klantendag - Workshop funderingen voor on- en offshore windmolens II - Paul Holscher, Deltares & Matthijs Kok, TU Delft

1. Windturbines op de waterkering
STW onderzoek
multifunctionele waterkeringen
dr. ir. Paul Hölscher
Prof. dr. ir. Matthijs Kok

2. Multifuntionele Waterkeringen
• STW onderzoek (‘Perspectief’)
• Start: 1 januari 2012, duur: 6 jaar
• Integraal: techniek, risico-analyse, stedebouwkundig,
landschappelijk, governance
• TU Delft (drie faculteiten), Wageningen, UTwente
• 12 promovendi, 4 postdocs
• http://www.flooddefences.nl/
Verder alleen: mag een windturbine op
een waterkering worden gebouwd?

3. Waarom op een waterkering?
Welke technische problemen?
• Video
• Probleemstelling
• Faalmechanismes
• Krachten
• Metingen
• Interpretatie
• Vervolg

4. Waarom windmolens op en nabij
waterkeringen?
• Kosten
windturbine in zee duur (factor 2)
• Landschap
windturbines op lijnvormige elementen
voorkomt verrommeling van het landschap
(`Een choreografie van 1000 windmolens` van de Rijksadviseur voor het Landschap in 2010).
• Ook waterschappen duurzamer

5. Video
start de video
https://www.youtube.com/watch?v=IVbuAkZKPVI

6. Waar niet mogelijk
27 juni 2016
geen windturbines
bron: Waterschap Zuiderzeeland
http://decentrale.regelgeving.overheid.nl
? ?
Kennisleemte: onderzoek

7. Relevante fases levenscyclus
0 vergunning / ontwerp
1 realisatie
2 exploitatie
3 ontmanteling
Onderzoek:
• exploitatie fase
• nieuw type constructie in de waterkering:
geen ervaring!
27 juni 2016

8. 27 juni 2016
Extra risico’s
Windmolen is NWO+,
extra ten opzichte van andere NWO’s:
• de grootte van de constructie
• bezwijken van de constructie
• de aanwezigheid van trillingen
?
?

9. Hoe groot?
27 juni 2016
120 m
20 m
20 m
10 m

10. Hoe groot?
27 juni 2016
120 m
20 m

11. Turbine-ongeluk bij storm situatie
turbine buitenkern zone
gondel treft kernzone (?)
welke kansen?
grond-constructie
interactie
bekende kansen, bekende probabilistiek

12. Trillingen tijdens de levensduur
In bedrijf
trillen van rotorbeweging
windbelasting op mast
permanent ->
verweking
vermoeiing
kiervorming
27 juni 2016
Storm situatie
rotor staat stil
stormbelasting op mast
hoogwater
golfbelasting
permanent ?

13. Faalmechanismes
statische dynamische
mechanisme blok palen wind wind golf
kruinhoogte + + 0 0 -
piping - 0 - - -
heave - 0 - - -
stabiliteit buitentalud - -? - - ?
stabiliteit binnentalud 0 -? - - 0
opdrijven afdeklaag - -? - - -
erosie afdeklaag - 0 - - -
verweking 0 0 - - -
breaching 0 0 - - -?

14. Welke krachten op een fundering?
windsnelheid [m/s]
windsnelheid m/s:
- laag (0 < v < 3)
stilstand
- gemiddeld (3 < v < 12)
maximalisatie opbrengst
- hoog (12 < v < 25)
beperking risico
- extreem (v > 25)
uitgeschakeld

15. Moment en horizontale kracht

16. Type trillingen in frequentiedomein

17. Trillingen
in de bodem
meten

18. Trillingen in de bodem

19. Verticale trillingen in de grond
fundering
vlak naast
fundering
x = 1.6*Rf
x = 2.3*Rf
x = 3.3*Rf

20. Horizontale trillingen
fundering
x = 1.6*Rf
x = 2.3*Rf

21. Conclusie metingen
Meting
• in tijdsdomein
versnelling 0.08 m/s2
snelheid 4 mm/s
• frequenties
nabij fundering 0.2-8 Hz
verder weg 2-8 Hz
Extrapolatie storm
• in tijdsdomein
versnelling 0.16-0.2 m/s2
snelheid 8-10 mm/s
• frequenties
nabij fundering 0.2-8 Hz
verder weg 2-8 Hz

22. Consequenties voor ontwerp
vervolg onderwerpen
• statische krachten
meenemen in het ontwerp
• versnellingsafhankelijke fenomenen:
trillingen weinig invloed
(bv stabiliteit taluds)
• snelheidsafhankelijke fenomenen
trillingen wel invloed
letten op lange termijn (verdichting, zakking)
(bv. kruinhoogte, piping )

23. vraag Deltares: Toekomst software
• Waar is behoefte aan?
• In welke vorm?

24. Toekomst schets
• Invloed krachten en trillingen op stabiliteit
(taluds en bekleding):
bij uitstek eindige elementen
• Verdichting, piping
kan in eindige elementen,
staat nog in de kinderschoenen
• Alternatief?
ontwerpmodellen
• Koppelen met waterstroming?
• Koppelen windturbine met fundering en dijk?