Windturbines op de waterkering

STW onderzoek multifunctionele waterkeringen

dr. ir. Paul Hölscher

Prof. dr. ir. Matthijs Kok

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?

Waarom op een waterkering? Welke technische problemen?

• Video

• Probleemstelling

• Faalmechanismes

• Krachten

• Metingen

• Interpretatie

• Vervolg

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

Video

start de video

https://www.youtube.com/watch?v=IVbuAkZKPVI

Waar niet mogelijk

27 juni 2016

geen windturbines

bron: Waterschap Zuiderzeeland http://decentrale.regelgeving.overheid.nl

? ?

Kennisleemte: onderzoek

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

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

?

?

Hoe groot?

27 juni 2016

120 m

20 m

20 m

10 m

Hoe groot?

27 juni 2016

120 m

20 m

Turbine-ongeluk bij storm situatie

turbine buitenkern zone gondel treft kernzone (?) welke kansen?

grond-constructie interactie

bekende kansen, bekende probabilistiek

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 ?

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 - - -?

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

Moment en horizontale kracht

Type trillingen in frequentiedomein

Trillingen in de bodem meten

Trillingen in de bodem

Verticale trillingen in de grond

fundering

vlak naast fundering

x = 1.6*Rf

x = 2.3*Rf

x = 3.3*Rf

Horizontale trillingen

fundering

x = 1.6*Rf

x = 2.3*Rf

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

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 )

vraag Deltares: Toekomst software

• Waar is behoefte aan?

• In welke vorm?

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?