Seismic_on_Piles: Monitoring soil properties on offshore structures

Auf einen Blick

• Der Baugrund von Offshore-Windenergieanlagen ist durch Installation und Betrieb der Turbinen zeitlichen Veränderungen unterworfen.
• Diese Veränderungen beeinflussen wiederum die Offshore-Windenergieanlage und ihren Betrieb bis hin zur Standsicherheit und müssen daher erfasst werden.
• Bislang kommen als Methoden dynamische Pfahlmessungen und direkte Aufschlüsse im Pfahlnahbereich zum Einsatz.
• Im Forschungsprojekt „Seismic_on_Piles“ entwickelt das Fraunhofer IWES eine neue, kostengünstigere Untersuchungsmethode auf der Basis von wiederkehrenden, seismischen Messungen.

Herausforderung

Der Baugrund rund um die Gründungsstruktur einer Offshore-Windenergieanlage kann sich während der Installation der Anlage und ihres Betriebes verändern. Diese sogenannten Installations- und Set-Up-Effekte beeinflussen den Aufbau und den Betrieb der Anlage nachhaltig und können sogar Einfluss auf die Standsicherheit haben. Sie müssen deshalb identifiziert und laufend quantifiziert werden.

Übliche Methoden sind dynamische Pfahlmessungen und direkte Aufschlüsse im Pfahlnahbereich, die Momentaufnahmen dieser Veränderungen erfassen und die Ableitung von Trends ermöglichen.

Lösung

Das Fraunhofer IWES wird im Forschungsprojekt „Seismic_on_Piles“ eine neue Untersuchungsmethode entwickeln, die eine kostengünstige Überwachung des Baugrundes mit Hilfe über einen längeren Zeitraum wiederholter seismischer Messungen ermöglicht. Diese sogenannte 4D-Seismik stellt bereits eine etablierte Methode für Überwachungsmessungen und Messungen zeitlicher Veränderungen in der Erdölindustrie dar, wird aber bislang in der Offshore-Windindustrie mit ihren wesentlich kleinskaligeren Problemen nicht angewandt.

Hierzu werden die Wissenschaftler*innen in den Testanlagen des Testzentrum Tragstrukturen Hannover (TTH) die Veränderungen des Baugrundes mit seismischen Methoden in großmaßstäblichen unter offshore-ähnlichen Bedingungen durchgeführten Versuchen erfassen und ein Monitoring über weitere Baugrundveränderungen durchführen. Alle Versuche werden von numerischen Modellen und Simulationen begleitet, sodass eine virtuelle Abbildung und Skalierung der Ergebnisse möglich ist. So entsteht eine Kalibrierungsgrundlage für die veränderten Baugrundeigenschaften und deren Auswirkungen auf die Tragstruktur einer Windenenergieanlage.

Mehrwert

Die Ergebnisse der geotechnischen, strukturmechanischen und geophysikalischen Messungen fließen wiederum in Teilmodelle eines umfassenden 3D-Baugrundmodells ein. Am Ende des Projektes soll ein sicheres und kostengünstiges Monitoringverfahren zur Erfassung zeitlich veränderlicher Baugrundparameter im Pfahlnahbereich für die Offshore-Anwendung, welches auch für die Beurteilung der Nachnutzung von Windparkflächen genutzt werden kann, zur Verfügung stehen.