ProBucket: Bucket-Fundamente für Offshore-Windenergieanlagen: Weiterentwicklung der ingenieurwissenschaftlichen Prognosemethoden anhand großmaßstäblicher Versuche einschließlich einer wirtschaftlichen Bewertung

Auf einen Blick

• Derzeit gängige Gründungsstrukturen für Offshore-Windenergieanlagen machen bis zu 35 Prozent der Kosten einer Windenergieanlage aus. Zudem verursachen die Rammarbeiten bei der typischen Pfahlinstallation große Schallemissionen.
• Alternativen können sogenannte Bucket-Fundamente sein, bei denen ein nach oben verschlossenes Stahlrohr mittels Unterdruck in den Boden eingebracht wird.
• In der Offshore-Windenergie ist diese Gründungsstruktur noch im Pilot-Stadium. Normen zur Auslegung und Installation greifen nur bedingt die besonderen Anforderungen an eine Gründungsstruktur für eine Windenergieanlage auf.
• Ziel des Projektes ProBucket ist daher das Multibucket-Konzept für die Anwendung in der Offshore-Windindustrie zu optimieren und die entsprechenden Normen weiterzuentwickeln.

Herausforderung

In der Offshore-Windenergie entfallen 15 bis 35 Prozent der Kosten für eine Windenergieanlage auf ihre Gründungsstruktur. Gleichzeitig verursachen die Rammarbeiten für die derzeit hauptsächlich eingesetzten Pfahlgründungen Schallemissionen, die für Meeressäuger schädlich sein können.

Eine Alternative sind so genannte Suction-Bucket-Gründungen. Ein Suction Bucket ist eine einfache Stahlkonstruktion, bestehend aus einem kurzen, oben verschlossenen Stahlrohr, das in den Boden mittels Unterdrucks eingebracht wird. Obwohl in der Öl- und Gasindustrie weitverbreitet, wurden in Offshore-Windparks erst wenige Suction-Bucket-Gründungen eingesetzt.

Die Vorteile der Suction-Buckets liegen in kürzeren Installationszeiten und dadurch niedrigeren Kosten; weniger Schallemissionen; kleinerer Gründungstiefe, die dementsprechend den Baugrunderkundungsaufwand reduziert; sowie der Möglichkeit eines vollständigen Rückbaus der Struktur am Ende ihrer Lebensdauer.

Noch allerdings sind zahlreiche Fragen bei der Dimensionierung und Installation von Bucket-Gründungen offen. Erste Normen geben lediglich Empfehlungen ab. Standardisierte analytische Nachweismethoden sind zudem für die Bemessung von Suction Buckets ohne Anpassungen nicht anwendbar. Ziel von ProBucket ist daher das Multi-Bucket-Konzept als umweltfreundliche und für zahlreiche Design-Szenarien wirtschaftliche Gründungsvariante zu optimieren und Unsicherheiten in der Bemessung zu verringern.

Lösung

Um dieses Ziel zu erreichen werden die Projektpartner Design-Aspekte einer Bucket-Gründung mit mehrskaligen physikalischen Experimenten und numerischen Methoden untersuchen und qualifizieren. Anhand dieser Versuchsergebnisse werden Nachweismethoden bewertet und weiterentwickelt. Dazu wird eine Kosten- und Risikoanalyse bei unterschiedlichen Offshore-Szenarien zum realistischen Vergleich mit anderen Gründungskonzepten durchgeführt. Die Ergebnisse fließen in Vorschläge zur Ergänzung und Erweiterung der existierenden Normvorgaben ein.

Mehrwert  

Fraunhofer IWES koordiniert das Projekt  und ist unter anderem für die Auslegung und Durchführung der entsprechenden Versuche, die Bewertung und Skalierung der Ergebnisse sowie für die Formulierung konkreter Optimierungsvorschläge für die Normenvorgaben verantwortlich.