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TANDEM- Towards an Advanced Design of Large Monopiles

Versuchsaufbau Tandem mit 1200 mm Pfahl und Belastungsstruktur in der Baugrundversuchsgrube

Auftraggeber:
BMWi

Beteiligte Partner:

  • IMS Ingenieurgesellschaft mbH
  • Fraunhofer IWES
  • Testzentrum Tragstrukturen Hannover

Laufzeit:
01.08.2015-31.12.2018

Kurzbeschreibung:
Monopile-Gründungsstrukturen stellen auch für kommende Generation von Offshore-Multimegawatt-Windenergieanlagen für Wassertiefen von über 30 Meter eine wirtschaftliche Lösung dar. Der Monopile einer 7,5 MW-OWEA hätte einen Durchmesser von bis zu 10 Metern und bis zu 1000 Tonnen Gewicht. Die Eigenschaften von Monopiles sind stark von deren Abmessungen abhängig. Ein großer Monopile ist dementsprechend nicht nur die hochskalierte Version eines weitgehend verstandenen, normal dimensionierten Monopiles, sondern ein bisher wenig untersuchtes und damit risikobehaftetes System.

Besonders bei der Berechnung von hydrodynamischen Lasten, im Bereich der Einbringverfahren und der geotechnischen Dimensionierung bestehen Unsicherheiten, die beim Entwurf von Monopiles zutage treten. Kompensiert wird das Fehlen fundierter Erkenntnisse derzeit durch ein konservativ ausgelegtes Design mit kalkulatorischen Sicherheitsreserven. Eine Reduktion der Sicherheitsfaktoren ist - ohne die Standsicherheit zu beeinträchtigen – möglich, und würde erhebliche Kostensenkungspotentiale bieten.

Im Forschungsvorhaben TANDEM sollen Erkenntnisse gewonnen und Methoden entwickelt werden, um die Unsicherheiten beim Entwurf großer Monopiles zu verringern. Nicht nur die Materialeinsparung bringt kostentechnische Vorteile, sondern auch bei Transport und Installation werden Einsparungen realisiert und tragen damit zur Senkung der Energiegestehungskosten bei.

Korrosionsschutz für Offshore-Windenergieanlagen (KOWIND)

Auftraggeber:
BMBF

Beteiligte Partner:

  • Evonik Industries AG
  • Salzgitter Mannesmann
  • Line Pipe GmbH
  • WeserWind GmbH
  • Offshore Construction Georgsmarienhütte
  • TIB Chemicals AG
  • Prof. Bellmer Ingenieurgruppe GmbH
  • IFINKOR – Institut für Instandhaltung und Korrosionsschutztechnik gGmbH
  • Universität Duisburg-Essen/Institut für Produkt Engineering
  • Fraunhofer IWES

Laufzeit:
01.05.2012-31.12.2015

Kurzbeschreibung:
Offshore-Windenergieanlagen sind einer rauen Witterung ausgesetzt. Wind, Wellen und UV-Strahlung beanspruchen die Anlagen stark, und die durch Salzwasser verursachte Korrosion greift stahlbauliche Konstruktionselemente wie Rohre und Verbindungsknoten an, was die Standzeit von Tragstrukturen gefährden kann. Bisher ist die für Offshore-Turbinen verwendete Korrosionsbeschichtung nicht für die gesamte Lebensdauer der Anlage von 20 bis 25 Jahren ausgelegt.

Künftig sollen Rohre und Anbauteile von Gründungen mit einer thermoplastischen Schutzschicht umhüllt werden, die einen möglichst wartungsfreien Korrosionsschutz über 25 Jahre gewährleistet. Im Projekt KOWIND überprüfen die Forschungspartner die Leistungsfähigkeit des neuen Anti-Korrosions-Systems und führen Belastungstests an Feldversuchsständen durch. Zu diesem Zweck wird ein Demonstrator mit dem neuartigen Korrosionsschutz beschichtet und anschließend Robustheits- und Ermüdungstests unterzogen, um Schädigungs- und Versagensmechanismen zu identifizieren. Hieraus lassen sich Erkenntnisse über die optimale Materialzusammensetzung und Bauteilauslegung der Tragstrukturen sowie über die Anforderungen an Wartung und Inspektion gewinnen. Ziele von KOWIND sind deutlich verlängerte Prüfintervalle, eine kostengünstigere Fertigung der Gründungsstrukturen sowie reduzierte Betriebskosten durch geringeren Wartungsaufwand.

Lebensdauer - Forschung an den OWEA-Tragstrukturen im Offshore-Testfeld alpha ventus (GIGAWIND life)

Teilprojekte von Gigawind life

Das Konsortium:

Leibniz Universität Hannover:
Institut für Statik und Dynamik (ISD)
Institut für Stahlbau (IfS)
Ludwig-Franzius-Institut für Wasserbau-, Ästuar und Küsteningenieurwesen (LuFI)
Institut für Baustoffe (IfB)
Institut für Geotechnik Hannover (IGtH)
Institut für Massivbau (IfMa)

Fraunhofer-Gesellschaft (Verbundpartner):
Fraunhofer-Institut für Windenergie und Windenergiesysteme (IWES)
Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung (IFAM)
Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit (LBF)

Adwen GmbH (Verbundpartner)

Senvion SE (Kooperationspartner)

Laufzeit:
2013-2018

Förderung durch:
PtJ Jülich, gefördert durch das BMWi

Link:
https://www.gigawind.de/gigawind_life.html

Kurzbeschreibung:
Ziel des Verbundprojekts GIGAWIND life ist die Erweiterung des in GIGAWIND alpha ventus entwickelten, wirtschaftlichen Bemessungskonzepts für Tragstrukturen von OWEA um wesentliche Aspekte, die sich erst aus dem mehrjährigen Betrieb ergeben. Zu nennen sind hier sowohl die Degradationsmechanismen auf der Widerstandsseite der mit den umgebenden Medien interagierenden Tragstruktur (materielle Schädigungen der Tragstruktur und der Fügestellen, Materialermüdung, Schäden der Korrosionsschutzsysteme, Kolk, Degradation des Pfahltragverhaltens) als auch die Ermittlung einwirkender Lasten aus Wellen und marinem Bewuchs, die ebenfalls mit der Tragstruktur in Wechselwirkung stehen. Die gesuchten Schädigungs- und Beanspruchungszeitverläufe an den Schnittstellen sind über die umfangreiche im Testfeld alpha ventus an den Tragstrukturen installierte Sensorik unter Einsatz der bis dato entwickelten Monitoringmethoden über einen längeren Zeitraum weiter zu erfassen. Nur so können weitreichende wissenschaftliche Erkenntnisse aus den bisherigen Investitionen gewonnen und validierte Methoden und Strukturmodelle auf Basis von weltweit einmaligen Langzeitmessungen sowohl für Einzeluntersuchungen als auch für die ganzheitliche Dimensionierung der Tragstruktur zukünftiger OWEA verfügbar gemacht werden.

Bestandteil von GIGAWIND life sind die folgenden Forschungsprojekte:

    • Validierte Methoden und Strukturmodelle für ein integrales und wirtschaftliches Design von OWEA-Tragstrukturen
      (Leibniz Universität Hannover, Förderkennzeichen 0325575A)
    • Messdatenbasierte Zustandsbewertung und -prognose für OWEA-Tragstrukturen (Fraunhofer Gesellschaft, Förderkennzeichen 0325575C)
    • Automatisierte Lebensdauerbestimmung von Tripod-Tragstrukturen unter Berücksichtigung der realen Beanspruchung
      (Adwen GmbH, Förderkennzeichen 0325575B)

Die Teilprojekte (s. Abbildung)

  • Datenmanagement und -analyse,
  • Monitoring und Inspektion,
  • Degradationsmodelle,
  • Adaptierte Modellversuche,
  • Methoden- und Modellintegration,
  • Automatisierte Lebensdauerbestimmung von Tripod-Tragstrukturen unter Berücksichtigung der realen Beanspruchung

QS-M Grout-Qualitätssicherung und SHM von Grout-Verbindungen an Unterwasser-Tragstrukturen von Offshore-Windenergieanlagen

Einvibrieren des Pfahls

Auftraggeber:
BMWi

Beteiligte Partner:

  • Wölfel Engineering GmbH + Co. KG
  • BALTIC Taucherei- und Bergungsbetrieb Rostock GmbH
  • WindMW GmbH
  • Fraunhofer IWES

 

Laufzeit:
01.11.2014-31.10.2017

Kurzbeschreibung:
Für die Überwachung von Grout-Verbindungen soll zusammen mit den Betreibern von Offshore-Windparks - EnBW und RWE Innogy - eine praxisgerechte Lösung erarbeitet werden. Es sollen Methoden und Messmöglichkeiten entwickelt und getestet werden für

  • Qualitätssicherung einer Grout-Verbindung unmittelbar nach Herstellung in Form einer Nullmessung und deren Bewertung in Bezug zu einem Standard-Gut-Modell; "QS-Grout"
  • dauerhafte Überwachung von Grout-Verbindungen über die Betriebsdauer von 20 bis 25 Jahren in Form eines selbstlernenden autonomen SHM-Systems mit automatischer Alarmfunktion; SHM.Grout bzw. SHM.Grout global und SHM; "Grout lokal"
  • die gezielte Überprüfung von Grout-Verbindungen anlässlich vorgeschriebener wiederkehrender Prüfungen oder nach Auslösung eines Alarms durch Dauerüberwachung; "Prüfung-Grout"
  • das Monitoring von Grout-Fugen auf der Ebene eines Offshore-Windparks;  „Parkmonitoring.Grout“

Im Projekt werden zwei Großversuche und Messungen an realen Strukturen in den Windparks Baltic II und Meerwind Süd | Ost durchgeführt.

  • Versuch Monopile: Messkampagne im Grundbauversuchsbecken von IWES mit einem Monopile mit ungeschädigter (Zustand 1) und geschädigter (Zustand 2) Grout-Verbindung im Maßstab 1:10 zur Entwicklung des SHM.
  • Versuch frische Vergroutung: Herstellung einer fehlerhaften Grout-Verbindung im Maßstab 1:3 bis 1:1 im Hafenbecken mit anschließender Qualitätssicherung mit Hilfe der Stabwellen-Tomografie;
  • Offshore-Versuche: Ergänzt werden die Großversuche durch Messungen an 2 OWEA von EnBW und in einem OWP von WindMW

Innovative Wind Conversion Systems (10-20 MW) for Offshore Applications (INNWIND.EU)

Gesamtkoordination:
Anand Natarajan
Peter Hjuler Jensen
Beide DTU, Dänemark

Beteiligte Institute der LUH:

  • Institut für Stahlbau
  • Institut für Baustoffe
  • Institut für Statik und Dynamik

Laufzeit:
1.11.2012-31.10.2017

Förderung durch:
Europäische Kommission - FP7-ENERGY.2012.2.3.1

Link:
http://www.innwind.eu/
 

Kurzbeschreibung:
Das Forschungsprojekt mit insgesamt 27 europäischen Partnern ist Nachfolgeprojekt des UpWind Projekts, in dem die Vision einer 20MW Windenergieanlage formuliert wurde, die nur mit spezifischen, technologischen Innovationen möglich sein wird. Das globale Ziel des INNWIND.EU Projekts ist das Design einer innovativen 10-20MW Offshore-Windenergieanlage sowie die Erstellung von Demonstratoren für einige besonders kritische Komponenten.