EP3190233A1 - Einrichtung und dazugehoeriges verfahren zur anbringung eines cofferdam-systems an monopile von offshorebauwerken zwecks wartung der monopile-gruendung - Google Patents

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EP3190233A1
EP3190233A1 EP17150733.8A EP17150733A EP3190233A1 EP 3190233 A1 EP3190233 A1 EP 3190233A1 EP 17150733 A EP17150733 A EP 17150733A EP 3190233 A1 EP3190233 A1 EP 3190233A1
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mmu
monopile
barge
guide rails
jack
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02B—HYDRAULIC ENGINEERING
    • E02B17/00—Artificial islands mounted on piles or like supports, e.g. platforms on raisable legs or offshore constructions; Construction methods therefor
    • E02B17/0034—Maintenance, repair or inspection of offshore constructions
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B75/00—Building or assembling floating offshore structures, e.g. semi-submersible platforms, SPAR platforms or wind turbine platforms
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02B—HYDRAULIC ENGINEERING
    • E02B17/00—Artificial islands mounted on piles or like supports, e.g. platforms on raisable legs or offshore constructions; Construction methods therefor
    • E02B17/02—Artificial islands mounted on piles or like supports, e.g. platforms on raisable legs or offshore constructions; Construction methods therefor placed by lowering the supporting construction to the bottom, e.g. with subsequent fixing thereto
    • E02B17/021—Artificial islands mounted on piles or like supports, e.g. platforms on raisable legs or offshore constructions; Construction methods therefor placed by lowering the supporting construction to the bottom, e.g. with subsequent fixing thereto with relative movement between supporting construction and platform

Definitions

  • the device according to the invention is a modular work platform for performing work in the waterline in the manner of a Cofferdam system.
  • This device is self-sufficient and adaptable by its design to different dimensions.
  • the device is composed of at least two parts.
  • the individual modules are independently buoyant and each have their own supply for machines, systems and control devices.
  • the connection of the individual modules is made by releasable couplings.
  • In the modules are interchangeable and to the diameter and cross section of the Offshore construction provided customizable ground segments.
  • the modules have flexible intermediate decks.
  • a similar solution provides the font NL 2011779 in the form of a Cofferdam system.
  • the device consists of two half-shells, which are clamped by hydraulic systems around the monopile sealing and thus forms a multi-day work platform.
  • the object of the present invention is to provide a device and an associated method for attaching a Cofferdam system as Monopile Maintenance Unit (MMU) to monopiles of offshore structures for the purpose of servicing the monopile foundation.
  • MMU Monopile Maintenance Unit
  • the achievable with the present invention consist in particular that a fast and secure attachment of the MMU monopile is possible.
  • the MMU can consist of two half-shells or with large monopole diameters of a half shell and two quarter shells.
  • the movable arrangement on the jack-up barge enables secure mounting on the monopile.
  • the jack-up barge is once described in its reasonable magnitude to allow sufficient stability and sufficient ballast capacity to compensate for the counterweight. Furthermore, by using a jack-up barge, the working conditions for the staff are substantially improved, e.g. B. by the presence of lounges. Furthermore, a possibility of the necessary elements for erecting and docking the MMU is described in this development, which greatly simplifies the handling of the MMU.
  • MMUs can be transported on the jack-up barge. This would be possible once with different magnitudes adapted to different sized monopiles or that at the same time an MMU is attached to an adjacent offshore plant to perform appropriate maintenance can.
  • inflatable, tube-like sealing elements according to claim 6 at the contact surfaces of the MMU monopile is a variant of the sealing of the MMU.
  • appropriate receptacles for the sealing elements are provided on the MMU.
  • These inflatable sealing elements provide additional seals, since seals already exist on all contact surfaces of the MMU parts with each other and with the monopile.
  • the self-propelled jack-up barge 1 is advantageously designed in the order of about 100 m in length and about 65 m in width and has legs in a length of about 50 m.
  • On the jack-up barge 1 is a crane 8, one or two MMU 3, a hydraulic straightening system 2 for the MMU 3. Furthermore, a sufficient ballast capacity to compensate for the counterweight, provided.
  • the hydraulic straightening device 2 is provided at the rear of the jack-up barge 1. It consists of two guide rails 5, on which a MMU 3 is arranged movable. Both guide rails 5 are arranged to be movable on a joint system 6.
  • the joint system 6 is arranged between the guide rails 5 and the tail and is designed to be horizontally displaceable by means of a displaceable platform 14. Between the rear and the upper ends of the guide rails 5 are intermediate hydraulic systems 7 for erecting the Guide rails 5 with the MMU 3 hanging thereon, arranged. Thus, with the hydraulic straightening system 2, a different position of the MMU 3 at the guide rails 5 and thus for a desired height or depth at the monopile 9 can be adjusted simultaneously.
  • the MMU 3 consists of two half shells 3.1 or in a variant for larger monopile diameter of a half shell 3.1 and two quarter shells 3.2.
  • the two half shells 3.1 and the half shell 3.1 with the quarter shells 3.2 are each connected to one another by a hinge 13.
  • the two half shells 3.1 are in turn arranged on the hinge 13 or the half shell 3.1 with the two quarter shells 3.2 is arranged on its rear side on the articulated system 6 or on the guide rails 5.
  • hydraulic elements 7 are arranged between the joint system 6 and the guide rails 5 and the half-shells 3.1 and quarter shells 3.2. These serve to open or close the MMU 3.
  • the hydraulic erection system 2 can set the lying on the rear of the guide rails 5 MMU 3 vertically.
  • the MMU 3 is then opened by means of hydraulic elements 7 and simultaneously driven to the desired height.
  • the MMU 3 is moved up to the monopile 9 and closed with simultaneous extension of hydraulic supports 10 at the top of the MMU 3 between MMU 3 and monopile 9.
  • the MMU 3 comprises the monopile 9 and forms a sealed working space 12, bounded by the monopile 9 and the outer wall of the MMU 3.
  • This working space 12 is then pumped empty and thus a working space 12 is created for maintenance work on the monopile 9.

Abstract

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Einrichtung und ein dazugehöriges Verfahren zur Anbringung eines Cofferdam-Systems als Monopile Maintenance Unit (MMU) an Monopile von Offshorebauwerken zwecks Wartung der Monopile-Gründung zu schaffen. Die komplette Einrichtung besteht aus einer selbstfahrenden Jack-Up-Barge (1), einem hydraulischen Aufrichtsystem (2) mit zwei Führungsschienen (5) und einem Gelenksystem (6) für das Aufrichten des Cofferdam-System (3), wobei die Führungsschienen (5) und das Gelenksystem (6) an einer verschiebbaren Plattform (14) angeordnet sind und das eigentliche Cofferdam-System (3) als Monopile Maintenance Unit (MMU) (3) und verschiedenste Verbindungselemente (4), wie z. B. eine Gangway (4), Versorgungsleitungen (4) und Entsorgungsleitungen (4) zwischen Jack-Up-Barge (1) und MMU (3) ausgebildet ist.

Description

  • Einrichtung und dazugehöriges Verfahren zur Anbringung eines Cofferdam-Systems an Monopile von Offshorebauwerken zwecks Wartung der Monopile-Gründung unter Nutzung eines Jack-Up-Barge.
  • Zur Wartung, Pflege und Überprüfung von Monopiles gibt es bereits unterschiedlichste Lösungen, wobei der traditionelle Einsatz von Tauchern nur noch in Ausnahmefällen vorgenommen wird. Es sind bereits spezielle Einrichtungen vorgeschlagen worden. So wird z.B. in der DE 10 2008 029 982 A1 eine Stabilisierungs- und Wartungseinrichtung für selbstgespannte am Meeresboden aufsitzende, sowie für verankerte schwimmende Trägereinrichtungen an Offshore-Energieanlagen insbesondere für tiefe Standorte beschrieben. Hier wird unter anderem mittels entsprechend ausgebildeter Ankerseilanordnungen und -Führungen ein Durchziehen inspektionsbedürftiger Ankerseilpartien durch eine Inspektions-, Reinigungs- und Präparationseinrichtung ermöglicht und eine erforderliche Erneuerung gealterter Seilpartien durch Umspulen bevorrateten Seilgutes durch die Seilstreckenführung durchgeführt.
  • In der DE 10 2010 030 694 A1 wird eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Durchführung von Arbeiten an Offshore-Bauwerken beschrieben. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist eine modular aufgebaute Arbeitsplattform zur Durchführung von Arbeiten im Bereich der Wasserlinie in der Art eines Cofferdam-Systems. Diese Vorrichtung ist autark und durch ihre Bauweise an verschiedene Abmessungen anpassbar. Die Vorrichtung ist mindestens aus zwei Teilen zusammengesetzt. Die einzelnen Module sind unabhängig voneinander schwimmfähig und besitzen jeweils eine eigene Versorgung für Maschinen, Anlagen und Steuereinrichtungen. Die Verbindung der einzelnen Module erfolgt durch lösbare Kupplungen. In den Modulen sind auswechselbare und an den Durchmesser und Querschnitt des Offshore-Bauwerks anpassbare Bodensegmente vorgesehen. In den Modulen sind flexible Zwischendecks vorgesehen. Mit Hilfe einer Steuerung werden das Umpumpen des Ballastwassers zum Aufrichten der Module und das gleichmäßige Fluten der einzelnen Tanks in den Modulen beim Absenken der verbundenen Module gewährleistet. Die Module werden als Schleppverband zum Einsatzort gezogen, dort aufgerichtet und miteinander verbunden. Dies ist jedoch nur bei ruhigen Wetterverhältnissen verwendbar.
  • Eine ähnliche Lösung bietet die Schrift NL 2011779 in Form eines Cofferdam-Systems. Auch hier besteht die Vorrichtung aus zwei Halbschalen, die mittels Hydrauliksysteme um die Monopile abdichtend geklemmt werden und somit eine mehretagische Arbeitsplattform bildet.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Einrichtung und ein dazugehöriges Verfahren zur Anbringung eines Cofferdam-Systems als Monopile Maintenance Unit (MMU) an Monopile von Offshorebauwerken zwecks Wartung der Monopile-Gründung zu schaffen.
  • Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, dass eine schnelle und sichere Anbringung der MMU am Monopile möglich ist.
  • Die erfindungsgemäße Einrichtung und das dazugehörige Verfahren sind in den Ansprüche 1 und 7 beschrieben. Weiterbildungen der Einrichtung sind in den Ansprüchen 2 bis 6 aufgeführt.
  • Nach Anspruch 2 kann die MMU aus zwei Halbschalen bzw. bei großen Monopiledurchmessern aus einer Halbschale und zwei Viertelschalen bestehen. Durch die bewegliche Anordnung an der Jack-Up-Barge ist eine sichere Montage an der Monopile möglich.
  • Bei der Weiterbildung nach Anspruch 3 ist einmal die Jack-Up-Barge in seiner sinnvollen Größenordnung beschrieben, um eine ausreichende Stabilität und eine ausreichende Ballastkapazität zum Ausgleichen des Kontergewichts zu ermöglichen. Weiterhin werden durch die Benutzung einer Jack-Up-Barge die Arbeitsbedingungen für das Personal wesentlich verbessert, z. B. durch das Vorhandensein von Aufenthaltsräumen. Weiterhin ist in dieser Weiterbildung eine Möglichkeit der notwendigen Elemente zum Aufrichten und Andocken der MMU beschrieben, die die Handhabung der MMU wesentlich vereinfacht.
  • Nach Anspruch 4 können auf der Jack-Up-Barge mehrere MMUs transportiert werden. Dies wäre einmal mit unterschiedlichen Größenordnungen angepasst an unterschiedlich große Monopiles denkbar oder dass gleichzeitig an einer benachbarten Offshoreanlage ein MMU angebracht wird, um entsprechende Wartungsarbeiten durchführen zu können.
  • Bei der Weiterbildung nach Anspruch 5 wird durch den Einsatz von Wellenbrechern am MMU auch der Einsatz und die Arbeit bei größerem Wellengang ermöglicht.
  • Der Einsatz von aufblasbaren, schlauchartigen Dichtungselementen nach Anspruch 6 an den Berührungsflächen der MMU zur Monopile ist eine Variante der Abdichtung der MMU. Hierzu sind an der MMU entsprechende Aufnahmen für die Dichtungselemente vorgesehen. Diese aufblasbaren Dichtungselemente stellen zusätzliche Dichtungen dar, da schon Dichtungen an allen Berührungsflächen der MMU-Teile untereinander und zur Monopile bestehen.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
    • Fig. 1 Gesamtansicht Jack-Up-Barge mit an Monopilegründung angedockter MMU,
    • Fig. 2 MMU liegend auf Deck der Jack-Up-Barge mit Aufrichtvorrichtung,
    • Fig. 3 MMU-Ansicht von oben an Monopile und die Verbindung zur Jack-Up-Barge mit einem Gelenk und verschiebbarer Plattform,
    • Fig. 4 Gesamtansicht der MMU in Schnittdarstellung an Monopile,
    • Fig. 5 die Darstellung des Andockkens der MMU im geöffneten Zustand der MMU bestehend aus zwei Halbschalen,
    • Fig. 6 Darstellung der angedockten MMU um Monopile,
    • Fig. 7 aufgerichtete und geöffnete MMU auf Jack-Up-Barge,
    • Fig. 8 eine geschlossene MMU in einer Ausführung mit einer Halbschale und zwei Viertelschalen an einer Jack-Up-Barge und Monopile und
    • Fig. 9 eine geöffnete MMU in einer Ausführung mit einer Halbschale und zwei Viertelschalen an einer Jack-Up-Barge und Monopile.
    Zur kompletten Einrichtung gehört eine selbstfahrende Jack-Up-Barge 1, ein hydraulisches Aufrichtsystem 2 für das Cofferdam-System 3 und das eigentliche Cofferdam-System 3 als Monopile Maintenance Unit (MMU) 3 und verschiedenste Verbindungselemente 4 zwischen Jack-Up-Barge 1 und MMU 3, wie z. B. eine Gangway 4 , Versorgungsleitungen 4 und Entsorgungsleitungen 4.
  • Die selbstfahrende Jack-Up-Barge 1 ist vorteilhaft in einer Größenordnung von etwa 100 m Länge und ca. 65 m Breite ausgeführt und besitzt Beine in einer Länge von ca. 50 m. Auf der Jack-Up-Barge 1 befindet sich ein Kran 8, eine oder zwei MMU 3, ein hydraulisches Aufrichtsystem 2 für die MMU 3. Weiterhin eine ausreichende Ballastkapazität, um das Kontergewicht ausgleichen zu können, vorgesehen. Die hydraulische Aufrichtvorrichtung 2 ist am Heck der Jack-Up-Barge 1 vorgesehen. Sie besteht aus zwei Führungsschienen 5, auf der eine MMU 3 verfahrbar angeordnet ist. Beide Führungsschienen 5 sind an einem Gelenksystem 6 verfahrbar angeordnet. Das Gelenksystem 6 zwischen den Führungsschienen 5 und dem Heck angeordnet und horizontal verschiebbar mittels einer verschiebbaren Plattform 14 ausgeführt. Zwischen dem Heck und den oberen Enden der Führungsschienen 5 sind dazwischenliegende Hydrauliksysteme 7 zum Aufrichten der Führungsschienen 5 mit dem daran hängenden MMU 3, angeordnet. Somit lässt sich mit dem hydraulischen Aufrichtsystem 2 auch gleichzeitig eine unterschiedliche Lage der MMU 3 an den Führungsschienen 5 und damit für später eine gewünschte Höhe bzw. Tiefe am Monopile 9 einstellen.
  • Die MMU 3 besteht aus zwei Halbschalen 3.1 oder bei einer Variante für größere Monopiledurchmesser aus einer Halbschale 3.1 und zwei Viertelschalen 3.2. Die zwei Halbschalen 3.1 bzw. die Halbschale 3.1 mit den Viertelschalen 3.2 sind jeweils mit einem Scharnier 13 miteinander verbunden. Die beiden Halbschalen 3.1 sind wiederum am Scharnier 13 bzw. die Halbschale 3.1 mit den beiden Viertelschalen 3.2 ist an ihrer Rückseite an dem Gelenksystem 6 bzw. an den Führungsschienen 5 angeordnet. Zwischen dem Gelenksystem 6 bzw. den Führungsschienen 5 und den Halbschalen 3.1 bzw. Viertelschalen 3.2 sind Hydraulikelemente 7 angeordnet. Diese dienen zum Öffnen bzw. Schließen der MMU 3. Bei der Ausführungsvariante mit einer Halbschale 3.1 und zwei Viertelschalen 3.2 ist es vorteilhaft, wenn die Hydraulikelemente an den Viertelschalen 3.2 an radial abstehende Winkelelemente angebracht sind. Damit verbessert sich das Hebelverhältnis der angreifenden Hydraulikelemente 7 und das Öffnen und Schließen kann mit einem geringeren Kraftaufwand realisiert werden.
  • Nach dem Aufstellen und Verankerung der Jack-Up-Barge 1 am gewünschten Zielort kann das hydraulische Aufrichtsystem 2 die auf dem Heck auf den Führungsschienen 5 liegende MMU 3 senkrecht aufstellen. Die MMU 3 wird anschließend mittels Hydraulikelementen 7 geöffnet und gleichzeitig auf die gewünschte Höhe gefahren. Danach wird die MMU 3 an das Monopile 9 herangefahren und bei gleichzeitigem Ausfahren von hydraulischen Stützen 10 am oberen Rand der MMU 3 zwischen MMU 3 und Monopile 9 geschlossen. Hierbei umfasst die MMU 3 das Monopile 9 und bildet einen abgedichteten Arbeitsraum 12, begrenzt durch das Monopile 9 und die Außenwand der MMU 3. Dieser Arbeitsraum 12 wird anschließend leergepumt und somit entsteht ein Arbeitsraum 12 für Wartungsarbeiten am Monopile 9.
  • An allen Berührungsflächen der MMU-Teile 3 untereinander und zur Monopile 9 sind Dichtungen vorgesehen. Zusätzlich können noch aufblasbare, schlauchartige Dichtungselemente an den Berührungsflächen der MMU 3 zur Monopile 0 angeordnet sein. Hierzu sind an der MMU entsprechende Aufnahmen für die Dichtungselemente vorgesehen. Diese aufblasbaren Dichtungselemente stellen also zusätzliche Dichtungen dar.
    • 1
    - Jack-Up-Barge
    2
    - hydraulisches Aufrichtsystem
    3
    - Cofferdam-System, MMU, MMU-Teile
    4
    - Verbindungselemente, Gangway, Versorgungsleitung, Entsorgungsleitung
    5
    - Führungsschiene
    6
    - Gelenksystem
    7
    - Hydraulikelemente
    8
    - Kran
    9
    - Monopile
    10
    - Wellenbrecher
    11
    - hydraulische Stützen
    12
    - Arbeitsraum
    13
    - Scharnier
    14
    - verfahrbare Plattform
    15
    - Dichtungselement

Claims (7)

  1. Einrichtung zur Anbringung eines Cofferdam-Systems (3) an Monopile (9) von Offshorebauwerken zwecks Wartung der Monopile-Gründung (9),
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die komplette Einrichtung aus einer selbstfahrenden Jack-Up-Barge (1), einem hydraulischen Aufrichtsystem (2) mit zwei Führungsschienen (5) und einem Gelenksystem (6) für das Aufrichten des Cofferdam-System (3), wobei die Führungsschienen (5) und das Gelenksystem (6) an einer verschiebbaren Plattform (14) angeordnet sind und das eigentliche Cofferdam-System (3) als Monopile Maintenance Unit (MMU) (3) und verschiedenste Verbindungselemente (4), wie z. B. eine Gangway (4), Versorgungsleitungen (4) und Entsorgungsleitungen (4) zwischen Jack-Up-Barge (1) und MMU (3) besteht.
  2. Einrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die MMU (3) aus zwei Halbschalen (3.1) oder einer Halbschale (3.1) und zwei Viertelschalen (3.2) besteht und die zwei Halbschalen (3.1) bzw. die Halbschale (3.1) mit den Viertelschalen (3.2) jeweils mit einem Scharnier (13) verbunden sind und die beiden Halbschalen (3.1) am Scharnier (13) bzw. die Halbschale (3.1) mit den beiden Viertelschalen (3.2) an ihrer Rückseite an dem Gelenksystem (6) bzw. den Führungsschienen (5) lösbar angeordnet ist und dass zwischen dem Gelenksystem (6) bzw. den Führungsschienen (5) und den Halbschalen (3.1) bzw. Viertelschalen (3.2) Hydraulikelemente (7) angeordnet sind.
  3. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Jack-Up-Barge (1) als aufbockender Lastkahn mindestens eine Beinlänge von 50 m, eine Länge von 100 m und eine Breite von etwa 65 m bei einer ausreichenden Ballastkapazität entsprechend des MMU-Gewichts besitzt und auf dem Heck der Jack-Up-Barge (1) das hydraulische Aufrichtsystem (2), bestehend aus zwei Führungsschienen (5) für die darauf verfahrbare MMU (3) und beide Führungsschienen (5) selber an dem Gelenksystem (6) verfahrbar sind, das Gelenksystem (6) zwischen den Führungsschienen (5) und dem Heck angeordnet und horizontal verschiebbar ist und zwischen dem Heck und den oberen Enden der Führungsschienen (5) dazwischenliegende Hydraulikelemente (7) zum Aufrichten der Führungsschienen (5) mit dem daran hängenden MMU (3), angeordnet sind.
  4. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass auf der Jack-Up-Barge (1) ein Kran (8) und mindestens zwei MMU (1) für unterschiedliche Durchmesser der Monopiles (9) vorgesehen sind.
  5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das MMU (3) im oberen Bereich einen Wellenbrecher (10) besitzt und dieser vorteilhaft aus einem gelochten Blech besteht.
  6. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das MMU (3) an den Berührungsflächen zur Monopiles (9) aufblasbare, schlauchartige Dichtungselemente in dafür vorgesehene Aufnahmen besitzt.
  7. Verfahren zur Anbringung eines Cofferdam-Systems (3) an Monopile (9) von Offshorebauwerken zwecks Wartung der Monopile-Gründung (9) unter Nutzung der Einrichtung nach Anspruch 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass nach dem Aufstellen und Verankerung der Jack-Up-Barge (1) am gewünschten Zielort das hydraulische Aufrichtsystem (2) die auf dem Heck liegende MMU (3) senkrecht aufstellt, die MMU (3) mittels Hydraulikelementen (7) anschließend geöffnet wird und gleichzeitig auf die gewünschte Höhe gefahren wird, danach die MMU (3) an das Monopile (9) herangefahren und bei gleichzeitigem Ausfahren von hydraulischen Stützen (11) zwischen MMU (3) und Monopile (9) mittels der Hydraulikelemente (7) geschlossen wird, wobei die MMU (3) das Monopile (9) umfasst und ein abgedichteter Arbeitsraum (12), begrenzt durch das Monopile (9) und die MMU (3), entsteht und dieser Arbeitsraum (12) anschließend leergepumt wird und somit ein Arbeitsraum (12) für Wartungsarbeiten an das Monopile (9) entsteht.
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