Energie aus Wind – TU Hamburg forscht zur Stabilität von Offshore-Anlagen

28.09.2011

Offshore-Windkrafträder
Offshore-Windkrafträder
Foto: © DOTI

Auf hoher See bläst ein kräftiger Wind. Das ist gut für die Energieausbeute von Offshore-Windkrafträdern, aber problematisch für das Material der Anlagen, das diesen Kräften permanent ausgesetzt ist. Auf lange Sicht verformen sich die Pfähle durch die Einwirkung von Wind und Wasser, auf denen die Offshore-Anlagen stehen, ebenso wie der Boden, in dem diese verankert sind. An der TU Hamburg suchen Forscher nach Wegen, die Lebensdauer der Hochsee-Anlagen zu verlängern – und Kosten zu sparen.

Ziel des Wissenschaftlerteams um Prof. Dr.-Ing. Jürgen Grabe vom Institut für Geotechnik und Baubetrieb ist die Erstellung einer Vorhersage über das Verformungsverhalten sowie eines Konzepts zu dessen Reduktion. Ein erstes Ergebnis zeigt, dass Verformungen sowohl zahlreicher als auch ausgeprägter sind, je beliebiger und häufiger der Wind seine Richtung ändert“, sagt Christina Rudolph. Die Doktorandin erforscht zyklische horizontale Belastungen von Pfählen und zwar speziell in Hafenanlagen, bei Schallschutzwänden und Offshore-Anlagen. „Zunächst müssen wir die kritischen Faktoren herausfinden, um diese in den Berechnungen berücksichtigen zu können“, sagt Rudolph. Bisher sei eine Prognose lediglich für horizontale Kräfte aus einer einzigen Richtung möglich. „Wir inszenieren im Labor beliebige Szenarien von Wind- und Wellenbeanspruchungen, um herauszufinden, welche Parameter für die Verformungen verantwortlich sind“, erklärt die 25-Jährige. Für diese Versuche verwendet sie ein Modell im Maßstab 1 : 50. Darüber hinaus simuliert sie die Pfahlverformung an Hand von numerischen Simulationen am Rechner. Das Ergebnis kann sie sich in 3D ansehen.

Offshore-Anlagen sind besonderen Belastungen ausgesetzt: Sie müssen permanente Wasserströmungen, Wellen und Wind aushalten und dürfen auch vor Stürmen und Riesenwellen nicht einknicken. Am weitesten verbreitet sind Bau-Konstruktionen, die aus einem zylindrischen hohlen Pfahl bestehen. Auch „alpha ventus“, der erste deutsche Offshore-Windpark im Testbetrieb, ist pfahlgegründet. Die Pfähle verankern die so genannten Jacket- und Tripod-Strukturen, auf denen die Anlagen stehen, im Meeresboden. Bei „alpha ventus“, einem Testpark mit zwölf 5-Megawatt-Anlagen, wurden 45 Kilometer nördlich vor der Insel Borkum in der Deutschen Bucht bei 30 Meter Wassertiefe die Pfähle noch einmal so tief in den Meeresboden gerammt. Die Nabenhöhe liegt 80 Meter über dem Meeresspiegel.

Christina Rudolph, die ihre Untersuchungen im vergangenen Sommer begann, hat bereits erste konkrete Vorstellungen, wie die Stabilität der gigantischen Anlagen verbessert werden könnte: „Denkbar wäre es, zusätzliche Flächen, zum Beispiel Bleche, unterhalb des Bodenniveaus an die Gründungen anzuschweißen.“

Die Stabilität von Offshore-Anlagen ist auch Thema der Vortragsveranstaltung „Offshore Wind-, Wellen- und Strömungskraftwerke“ am 4. und 5. Oktober an der TUHH. Im Mittelpunkt des zweitägigen Kongresses zu dem etwa 200 Teilnehmer erwartet werden, steht die regenerative Energiegewinnung aus Wind, Wellen und Strömungen, beispielsweise Gezeiten- und Flussströmungen. Mehr als 50 Referenten aus Deutschland werden zu den Themen Technik, Design, Umweltverträglichkeit, Genehmigung und Wirtschaftlichkeit referieren. Teilnehmer aus Wirtschaftsunternehmen, Behörden und Universitäten, darunter auch Ingenieurwissenschaftler der TUHH – Verfahrenstechniker, Maschinenbauer, Bauingenieure –, haben sich zu diesem interdisziplinären Austausch angemeldet. Die Organisation der Vortragsveranstaltung übernimmt das Institut für Geotechnik und Baubetrieb.

Weitere Informationen zur Veranstaltung:
http://www.tu-harburg.de/ … er_Offshore_TUHH_2011.pdf

Für Rückfragen:
Institut für Geotechnik und Baubetrieb
Prof. Dr. Jürgen Grabe
Tel.: 040 / 42878-3762
E-Mail: grabe@tuhh.de


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