Effectiveness of Offshore Maintenance Bases in Norwegian Offshore Wind

Abstract

Den norske regjeringen har ambisjoner for en storstilt utvikling av havvind. For å nå målet er det nødvendig å redusere kostnader, spesielt for flytende havvind. Det er forventet at kostnader tilknyttet havvind vil reduseres betraktelig de neste tiårene, men det krever blant annet innovasjon. Offshore vedlikeholdsbaser (OMB) kan være en mulighet for å senke driftskostnadene tilknyttet havvind, som står for i underkant av en tredjedel av de totale livsløpskostnadene (LCOE) av havvind. Formålet med denne masteroppgaven er å undersøke om offshore vedlikeholdsbaser kan redusere kostnadene tilknyttet vedlikehold og drift i norsk havvind.

Valg av effektive strategier for vedlikehold er viktig for å redusere varigheten av nedetiden av vindparken, og det blir stadig viktigere siden vindparker plasseres lenger fra kysten og dermed lenger fra vedlikeholdsbasen på land. Vedlikehold og drift av havvindparker består av mange forskjellige prosesser som individuelt kan forbedres for å redusere LCOEen. Fartøyoptimalisering er viktig på grunn av de mange forskjellige fartøyene som kreves for vedlikeholdsoppgavene. Fartøyene for vedlikehold inkluderer fartøyer som er i stand til å transportere og overføre personell, utføre tunge løft, sleping til land og fortøyning- og kabeloperasjoner.

For offshore vedlikeholdsbaser utføres overføringen av arbeidere med mindre transportfartøy (CTV), som idag ofte brukes for vindparker lokalisert nærmere kysten. Overføringen av arbeiderne utføres gjennom å kjøre inntil vindturbinen og gi tilgang til en stige opp til turbinen. Vanligvis utføres dette av større servicefartøy (SOV) som har landganger som kan kompensere for bølgebevegelsene. Den operasjonelle bølgegrensen for en CTV er derfor mindre enn for en SOV.

Norge er i en unik situasjon på grunn av den geografiske nærheten til offshore oljeog gassinstallasjoner som kan brukes som OMBer. Dette ble derfor inkludert i undersøkelsen, i tillegg til undersøkelsen av OMBer med delt fundament med offshore trafostasjoner. Undersøkelsen tar for seg en kvantitativ tilnærming til problemstillingen, og undersøker både flytende og bunnfaste vindparker på norsk sokkel. Siden det i dag ikke eksisterer storskala vindparker på norsk sokkel, ble det i denne studien konstruert fire hypotetiske vindparker i områdene foreslått for utbygging av Norges vassdrags- og energidirektorat. Områdene som ble undersøkt bestod av Sørlige Nordsjø II, Sørvest B, Utsira Nord og Nordvest B, som alle har forskjellige karakteristikker. Undersøkelsen bestod av å simulere de fire havvindparkene for hele livsløpet med forskjellige valg av fartøy. Simuleringsprogrammet brukt i undersøkelsen var SINTEF sitt svært kraftfulle NOWIcob-verktøy.

Resultatene av undersøkelsen konkluderte med at OMBer har et stort potensial for norsk havvind. Selv om resultatene varierer med de lokale forholdene, genererte simulasjonene for OMBene svært gode resultater i forhold til resultatene med bruk av konvensjonelle metoder for vedlikehold. Selv om resultatene av denne kvantitative undersøkelsen må tolkes forsiktig, burde implementering av OMBer undersøkes videre i utviklingen og etableringen av nye norske havvindparker.

The Norwegian government has ambitions for large-scale development of offshore wind. To achieve this goal, it is necessary to reduce costs. It is expected that costs associated with offshore wind will be reduced considerably in the coming decades, but this requires innovation. Offshore maintenance bases (OMB) can be an opportunity to lower the operating costs associated with offshore wind, which account for around a third of the total levelised cost of energy (LCOE) of offshore wind. The purpose of this master’s thesis is to investigate whether offshore maintenance bases can reduce the costs associated with maintenance and operation (O&M) in Norwegian offshore wind.

Selecting effective strategies for maintenance is important to reduce the duration of the downtime of the wind farm, and it becomes increasingly important with wind farms that come further from the coast and consequently further from the O&M port. The O&M of offshore wind farms consists of many different processes that can be individually improved to reduce the LCOE. Vessel optimisation is important because of the many different vessels required for maintenance tasks. The vessels for maintenance include vessels capable of transporting and transferring personnel, performing heavy lifting, towing to shore and mooring and cable operations.

For offshore maintenance bases, the transfer of workers is carried out with smaller crew transfer vessels (CTV) typically used for shallow-water offshore wind farms. The transfer of the workers is carried out by forward propulsion into the wind turbine and providing access to a ladder to the turbine. Usually, this is carried out by larger service vessels (SOVs) with motion-compensated gangways. Consequently, the operational wave limit for a CTV is less than for a SOV.

Norway is in a unique situation, due to the geographical proximity to offshore oil and gas installations that can be used as OMBs. This was therefore included in the investigation, in addition to the investigation of OMBs with shared foundations with offshore substations. The investigation consisted of a case study with a quantitative approach to the problem, examining both floating and bottom-fixed wind farms on the Norwegian continental shelf. Since there are currently no large-scale wind farms on the Norwegian continental shelf, four hypothetical wind farms were constructed for this thesis in the areas proposed for development of offshore wind by the Norwegian Directorate of Water Resources and Energy. The areas consisted of Sørlige Nordsjø II, Sørvest B, Utsira Nord and Nordvest B. The investigation consisted of simulating the four offshore wind farms for their entire life cycle with different vessel selections. The simulation program utilised in the research was the powerful NOWICob tool developed by SINTEF.

The results of the case study concluded that OMBs have great potential for Norwegian offshore wind. Although the results vary with the local conditions, the OMB simulations generated promising results compared to the results using conventional methods of maintenance. Although the results of this quantitative survey should be interpreted with caution, the implementation of OMBs should be further investigated in the development and establishment of new Norwegian offshore wind farms.