Monopile

Een variant op een heipaal is een monopile: één enkele, heel grote heipaal die recht omlaag wordt geslagen en die als een overmaatse spijker uit de grond steekt. Monopiles worden vooral gebruikt als er water in het spel is.

Monopiles zien we weinig, en als ze al worden toegepast op droog land is dat voornamelijk om buismasten op te zetten. Omdat kleine maten buismasten een smalle voet zonder broekstuk hebben is het onnodig om meerdere heipalen in de grond te slaan. Ook koppensnellen en dan een betonfundament opgieten doet men eigenlijk alleen bij grote buismasten, zoals wintracks. Voor kleinere buismasten biedt een monopile duidelijk voordelen. Bij vakwerkmasten zien we het zelden. Als het om grote monopiles gaat is er bijna altijd sprake van een situatie met water. Stromend water, overstromend water, dichtvriezend water of een ondiepe watervlakte met slappe bodems.

Bij een monopile geldt een vreemde wetmatigheid: hoe groter hoe fijner. Monopiles zijn vooral bekend van hun toepassingen op zee in de offshore windindustrie. Windmolens die in zee staan fundeert men bijna uitsluitend op monopiles die met gigantische, gespecialiseerde schepen de bodem in worden geslagen. Op zee heb je geen rotondes of zwakke viaducten en vaar je er gewoon heen met een vrachtschip en een bok. De gehele windturbine staat dan op een monopile die bij de grootste exemplaren met gemak meer dan duizend ton weegt. En het kan altijd nog groter. Fabrikant SIF maakt tegenwoordig met enige trots de Monopile XL, een loeder van elf meter doorsnee en een gewicht van 1800 ton per stuk. Poah.

Zware kruisingsmasten op betonnen monopiles. De vangrail eromheen is bedoeld om schepen af te weren. Als de kapitein ’s nachts een broodje is gaan pakken waarna zijn Roemeense stuurman per ongeluk de hele mastpositie over het hoofd ziet, zoals in 2013 is gebeurd, dan wordt een ramp ermee voorkomen. Foto bij het Ketelmeer op een ijskoude winterdag door Tom Börger.

IJskrui, moeras, overstromingen en storm op zee

Nu zijn zulke gevaartes een maatje te groot voor hoogspanningsmasten. Maar de naam zegt het al: een monopile bestaat uit één stuk. Het aanvoeren van een monopile over land vereist een convoi exceptionnel en een hei-installatie die flink in de papieren loopt, zodat monopiles alleen bij evidente voordelen worden toegepast.

Watervlaktes kruisen, daar zien we zo’n voordeel. Watervlaktes zijn altijd lastig om te kruisen met een hoogspanningslijn, zeker als dat water stroomt of als er ijsgang voor kan komen: drijvende schotsen en ijsbergen die onderweg alles rammen dat op hun pad ligt. IJskrui is nog gevaarlijker. Een opstapeling van windgedreven schotsen tegen een oever of een ander object. Het is een indrukwekkend verschijnsel en als je denkt dat je dat kan tegenhouden: mispoes. De kracht ervan is groot genoeg om hele vuurtorens van hun fundamenten te drukken. Een stenig eilandje als obstakel waartegen zich ijs kan ophopen is dus niet zo handig in wateren met kans op ijskrui. Door objecten in het water zo klein mogelijk te houden en ze een ronde vorm te geven kan ijs zich moeilijker opbouwen zodat ijskrui er omheen beweegt. In het Ketelmeer zien we dit in de praktijk. Daarvoor was het nodig om de grote kruisingsmasten op betonnen monopiles te zetten die een eindje boven het water uit steken. Dat levert een bizar gezicht op, maar het is bewezen effectief.

Een andere situatie zien we bij Bergen op Zoom. Daar is geen ijsgang, maar wel een slappe bodem en in de tijd van aanleg was het nog een brakwaterarm met enige getijdenwerking. Eilandjes aanleggen zou er erg duur worden omdat er moest worden gebaggerd. En dan nog is het de vraag of de masten netjes blijven staan na enkele tientallen jaren. Men heeft er hier voor gekozen om broekstukloze masten te bouwen en ze op een monopile vast te schroeven, net alsof het een windmolen is.

   

Hoogspanningsmasten op monopiles in het Markiezaatsmeer. In de praktijk is dit uitzicht vrij uitzonderlijk, want meestal worden de monopiles gebruikt voor windturbines. Logistiek is het een mammoetklus om deze overmaatse spijkers uit één stuk in de grond te slaan, zodat een monopile duurder is dan vier losse heipalen. Maar bij ijsgang of zompige meerbodems tot grote diepte is het een aardige oplossing. Foto’s door Michel van Giersbergen.

Monopile op land: voor het geval dat

Een van de bijzonderste toepassingen ter wereld van masten op monopiles staat (jawel!) in Nederland. In het kader van operatie Ruimte voor de Rivier moesten twee bestaande hoogspanningslijnen in het IJsseldal worden aangepast om te kunnen omgaan met metershoge overstromingen waarbij het water woest kan stromen en waarbij ijsgang mogelijk is. Men heeft dat opgelost door de masten in hun geheel van hun fundament te lichten en een nieuw fundament te slaan in de vorm van een stalen monopile die over zijn laatste vier meter niet werd ingeslagen zodat het eruitziet als een overmaatse spijker die de laatste klap niet heeft gehad.  Op die manier ontstaat een zeer smal fundament, analoog aan de aanpak die men in het Ketelmeer heeft gebruikt.

De plek waar de masten staan is een noodgeul: 99% van de tijd staat hij droog alsof het een wadi is. Dan kan er gewoon landbouw worden bedreven. Dat betekent ook dat de masten bijna altijd voor niets op die monopiles staan te pronken. Of dat visueel geslaagd is, daar hebben we bij HoogspanningsNet zo onze eigen gedachten over. Feit is wel dat het de enige plek is waar je een monopile als mastfundament gewoon op land kan bewonderen zonder natte voeten te krijgen – hoewel je hier wel weer moet opletten voor een boze stier, want met deze monopiles is het buitengewoon lastig om de hoogspanningsmast in te vluchten…

   

In het IJsseldal bij Veessen treffen we twee PGEM-tonlijnen die op monopiles zijn gezet. Zo kunnen ze probleemloos een overstroming met ruig stromend water (en drijvend ijs, boomstammen en ander ongerief) de baas, maar wanneer het land droog staat zijn de open vakwerkmasten met brede voeten op een smalle, gesloten zwartgeverfde ‘spijker’ een beetje een kolderiek gezicht. Foto door Ruben Schots.