Bolt & Beautiful: Development of a cost-effective set of measures to optimize inspection and use of material in monopiles

Auf einen Blick

• Flanschverbindungen kommt bei der Windenergie eine große Bedeutung zu, da mit ihnen wesentliche Bauteile von Windenergieanlagen verschraubt werden. Angesichts der Größenentwicklung der Turbinen kommen größere und wenig erprobte Bauteile zum Einsatz, die Kosten für Konstruktion, Herstellung und Wartung steigen ebenfalls wesentlich.
• Das Projekt »Bolt & Beautiful« nimmt dieses Problem ganzheitlich in den Blick und entwickelt Toolboxen und Methoden, um Flansche und Schrauben oder Bolzen für neue Tragstrukturen optimiert auf Materialeinsatz und Sicherheit zu produzieren sowie verbesserte Lebensdauervorhersagen und Wartung zu ermöglichen.
• Das Fraunhofer IWES führt im Testzentrum Tragstrukturen Hannover (TTH) zusammen mit der Leibniz Universität Hannover Versuche an großmaßstäblichen Vollringflansch-Modellen mit externer Belastung durch.

 

Herausforderung

In einer Windenergieanlage werden zahlreiche Verbindungen mit Schrauben oder Bolzen gesichert. So werden beispielsweise die Verbindung von Turm und Fundament, Turmsegmente aus Stahl oder die Verbindung der Blattwurzel zur Nabe verschraubt. Da Windenergieanlagen immer neue Größen erreichen, müssen auch diese Verbindungen mitwachsen und immer größere Lasten übertragen.

Die derzeitigen Konstruktionswege, Fertigungstoleranzen sowie Montage-, Betriebs- und Wartungsverfahren reichen nicht mehr aus, um noch größere Bolzen oder Ringflansche optimal einzusetzen. So kann es unter anderem zu Schraubenschäden in bestehenden Anlagen kommen, die auf eine unzureichende Vorspannung oder Materialermüdung zurückzuführen sind und teure Reparaturen verursachen. Andere Befestigungsmethoden (z. B. Grout/Slip Joints) haben einen eigenen Einsatzbereich mit entsprechenden Besonderheiten und können daher in den meisten Fällen nicht als Alternative betrachtet werden.

 

Lösung

Im Projekt »Bolt & Beautiful« betrachten und lösen die Projektpartner das Größenproblem der geschraubten Verbindungen in einem ganzheitlichen Ansatz. Ziel ist, die Kosten für die Herstellung und Wartung von Bolzen, Schrauben und Flanschen zu senken und gleichzeitig die Sicherheit der Verschraubung sowohl für bestehende als auch für zukünftige große Windenergieanlagen zu erhöhen.

Im ersten Teil des Projekts wird eine probabilistische Toolbox entwickelt, die eine strukturelle Sicherheitsbewertung sowohl für neu zu bauende Strukturen als auch zur Vorhersage der Restlebensdauer bestehender Ringflansche ermöglicht. Der zweite Teil des Projekts befasst sich mit der Entwicklung von Messwerkzeugen, die zur Optimierung des Vorspannverfahrens bei der Herstellung von Ringflanschverbindungen beitragen, aber auch zur Bewertung der Schraubenvorspannung eines bestehenden Ringflansches während der Wartung einsetzbar sind.

Das Fraunhofer IWES wird Versuche an Vollringflanschen mit externer Belastung im Testzentrum Tragstrukturen Hannover (TTH) der Leibniz Universität Hannover vorbereiten, überwachen und auswerten. Darüber hinaus sind zyklische Prüfungen vorgesehen, um mögliche Vorspannungsverluste zu ermitteln.

 

Mehrwert  

Die Ergebnisse des Projektes ermöglichen es, Bolzen und Flansche für neue Monopiles optimiert auf Materialeinsatz und Sicherheit zu produzieren. Gleichzeitig können für bestehende Monopiles Inspektionsintervalle besser und kostengünstiger geplant werden. So bleibt die derzeit vielfach eingesetzte Technologie auch für größere Windenergieanlagen kosteneffizient.

Mehr Informationen zum Projekt: grow-offshorewind.nl/project/bolt-beautiful