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Bei der Errichtung der Fundamente für Offshore-Windenergieanlagen werden die Pfahlkonstruktionen zumeist noch in den Meeresgrund gerammt. Der Lärm stört die Meeressäuger. Doch es gibt lärmarme Alternativen.
© Herrenknecht AG
Offshore-Windenergie
Projektinfo 11/2013

Fundamenttypen: Monopile, Tripod und Jacket (von links nach rechts)
© Hochtief Solutions AG
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Windenergieanlagen im Meer lärmarm verankern

Der Ausbau der Offshore-Windenergie in der deutschen Nord- und Ostsee soll umwelt- und naturverträglich erfolgen. Dabei ist eine wichtige Vorgabe, bei der Errichtung der Fundamente den Baulärm zum Schutz der Meeressäuger zu begrenzen. Im Vergleich zu dem bisher üblichen Rammverfahren ermöglicht ein neu entwickeltes Bohrverfahren für Gründungspfähle eine lärmreduzierte Installation. Ingenieure entwickeln eine seetaugliche Bohranlage und konzipieren den späteren Bauablauf.

Die Rotorblattspitzen im Meer errichteter Windenergieanlagen erreichen fast die Höhe des Kölner Doms. Diese mächtigen Anlagen müssen auf soliden Fundamenten aufgestellt werden, damit sie der Kraft von Wind und Wellen standhalten. Der Markt bietet dafür verschiedene Formen der Fundamente an, sogenannte Tragstrukturen, die abhängig vom geologischen Untergrund und der Wassertiefe jeweils mit einem großen oder mehreren kleineren Pfählen ca. 20 – 40m tief im Meeresboden verankert werden. Bisher wurden bei den meisten Anlagen die Pfähle sehr lärmintensiv in den Boden gerammt. Daneben gibt es noch Fundamenttypen ohne Gründungspfähle. Schwergewichtsfundamente sind besonders für schwierig zu rammende geologische Verhältnisse (z. B. bei Vorkommen von Findlingen im Untergrund) geeignet, bisher aber in Deutschland wegen der größeren Wassertiefen weniger verbreitet. Bei diesen Fundamenten geben schwere Betonkörper, die auf dem Meeresboden aufliegen, den notwendigen Halt. Um sie einsetzen zu können, muss der Boden vorher eingeebnet werden, was einen Eingriff in die natürliche Bodenfauna bedeutet. Schwimmende Fundamente und Saugeimer-Gründungen sind weitere Formen, die sich noch in der Entwicklung befinden.

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In einem Forschungsprojekt wird eine Schachtabsenkmaschine für den Offshore-Einsatz weiterentwickelt. Das Konzept heißt Offshore-Foundation-Drilling (OFD®). In diesem Projekt arbeiten die Firmen Herrenknecht AG und Hochtief Solutions AG eng zusammen. An Land werden Schachtabsenkmaschinen bereits seit langem eingesetzt, um beispielsweise Zugangsschächte zu U-Bahn-Systemen, Belüftungsschächte und Start- und Zielschächte für Tunnelbohrmaschinen zu erstellen.

Mit einem jetzt in der Entwicklung befindlichen, neuen Bohrverfahren soll eine lärmreduzierte Alternative zum Rammverfahren auf den Markt kommen. Das neue Verfahren schont das Gehör von Schweinswalen und Robben: Nach dem derzeitigen Stand der Planung prognostizieren die Entwickler für den Bau einen Schallwert (Dauerschall) von etwa 120 dB (re 1 μPa) in 750 m Entfernung. Der einzuhaltende Grenzwert für Rammschall liegt bei 160 dB in 750 m Entfernung. Das Verfahren funktioniert bei unterschiedlichen geologischen Verhältnissen und ermöglicht größere Pfahldurchmesser bei minimalen Eingriffen in die Bodenfauna.

Im tiefen Wasser fest verankern

In Deutschland dürfen Offshore-Windparks aus Gründen des Naturschutzes nicht im ökologisch sensiblen Wattenmeer errichtet werden. Sie stehen fast ausschließlich im Abstand von mehr als 30 km vor der Küste in 20 bis 40 m tiefem Wasser. In den meisten anderen Ländern befinden sich die Parks im flacheren Wasser und näher zum Land. Wegen dieser Bedingungen in Deutschland müssen die Anlagen aus wirtschaftlichen Gründen möglichst leistungsstark und damit groß sein. So stehen im deutschen Offshore-Testfeld alpha ventus, das 2009 errichtet wurde, ausschließlich 5-MW-Anlagen. In der Anlagentechnik geht heute ein Trend zu noch größeren Leistungsklassen.

Die Abbildung oben links zeigt drei mögliche Fundamenttypen für Offshore-Windenergieanlagen. Die Kosten für Fundamente machen bei Offshore-Anlagen etwa 25% der Investitionskosten aus. Die meist kostengünstigste Form ist der Monopile, ein langes Stahlrohr mit einem Durchmesser von mehreren Metern. Mit den heute üblichen Rammverfahren wurden bislang Pfähle mit einem Durchmesser von bis zu 6,5 m in den Meeresboden eingebracht. Bei 30 m Wassertiefe ist ein typischer Monopile 65 m lang und wiegt etwa 700 Tonnen. Bei diesem Pfahltyp können rund zwei Drittel der Fundamentkosten auf die Herstellung an Land entfallen. Dieser Pfahl kann derzeit, je nach Standort, für Anlagen bis zu einer Größe von 5-MW ausreichen. Überwiegend bei größeren Anlagen kommen Jacket- oder Tripodkonstruktionen zum Einsatz. Diese Fundamentkonstruktionen werden mit mehreren, dünneren Pfählen (Durchmesser ca. 1,5 bis 3 m) im Meeresboden verankert.

Beim Bau einer Offshore-Anlage wird der Boden vor dem Rammen mit seismischen Verfahren und Kernbohrungen untersucht. Felsige Geologien, Findlinge und sehr dicht gelagerte Sande können das Rammen erschweren oder unmöglich machen. An vielen Stellen in Nord- und Ostsee, an denen Offshore-Windparks geplant sind, sind dies allerdings typische geologische Bedingungen.

Projektinfo 11/2013:
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Adressen

Gesamtkoordination und Bohrtechnik
Herrenknecht AG

Service

BINE-Projektinfo 11/2013
(4 Seiten, 1,6 MB)

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