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WindBucket Suction Bucket Gründungen als innovatives und montageschallreduziertes Konzept für Offshore-Windenergieanlagen

Leitung:Univ.-Prof. Dr.-Ing. Ludger Lohaus
Bearbeitung:Dipl.-Ing. Niklas Scholle
Laufzeit:24 Monate
Förderung durch:Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU)

Deutschland steht am Anfang seiner Bautätigkeiten für die Gewinnung von Offshore-Windenergie in der Nordsee. Wenn der positive Klimaschutzeffekt dieser Entwicklung auch unbestritten ist, so stellt der Bau dieser Anlagen doch auch ein Umweltrisiko dar. Derartige Bauvorhaben in der Nähe von größtenteils unter Naturschutz stehenden Gewässern der deutschen Bucht stellen per se einen Eingriff in die natürliche Flora und Fauna dar.

Eine besonders schwer abzusehende Einwirkung auf die Natur ergibt sich aus der Installation der zahlreichen Tragstrukturen der Windenergieanlagen und Transformatorenplattformen. Als Stand der Technik zur Gründung von Offshore-Windenergieanlagen (OWEA) werden zurzeit teilweise Schwergewichtsfundamente und überwiegend Rammpfähle verwendet. Schwergewichtsgründungen bedecken und versiegeln sehr große Flächen des Meeresbodens mit der Folge, dass diese Gründungen ab bestimmten Größen aus umwelttechnischen Aspekten nicht mehr genehmigt werden. Das Rammen von Pfählen führt zu erheblichen Lärmemissionen, die zu Schäden in der Meeresfauna führen können. Die Hydroschallpegel bei der Installation von heutigen Anlagen liegen teilweise weit oberhalb des vom Bundesamt für Seeschifffahrt und Hydrographie (BSH) vorgegebenen Grenzwertes. Zukünftige Windparks werden keine Baugenehmigung erhalten, sofern die Schallschutzanforderungen nicht erfüllt werden.

Eine Alternative zu den herkömmlichen Gründungsarten bildet die Suction Bucket Gründung, auch als „Saug-Senkkastengründung“, Suction Caisson oder Suction Can bezeichnet, welche in der Öl- und Gasindustrie für Offshore-Gründungen bereits erfolgreich eingesetzt wird. Ein oben verschlossener Behälter wird bei diesem Verfahren mittels Unterdruck in den Seeboden „gesaugt“. Bei der Ausführung von Suction Bucket Fundamenten ist lediglich mit vernachlässigbaren Schall- und Erschütterungsemissionen zu rechnen, so dass es als ein naturverträgliches und montageschallreduzierendes Alternativkonzept angesehen werden kann. Zudem kann von einer einfacheren, schnelleren und wirtschaftlicheren Installation ausgegangen werden, die zudem reversibel ist. Im Vergleich zu Suction Bucket Gründungen für Öl- oder Gasplattformen werden Suction Buckets für Offshore-Windenergieanlagen gänzlich anderen Lasten ausgesetzt. So spielen neben axialen Lasten zusätzlich Horizontallasten, die daraus resultierenden Momente und auch die zyklischen Beanspruchungen der Struktur eine Rolle.

Bislang wurden Bucket Gründungen mit relativ geringen Abmessungen in Stahlbauweise vorwiegend für Anlagen der Öl- und Gasindustrie eingesetzt. Größere Bucket Gründungen könnten für OWEA sehr vorteilhaft sein, da aufgrund einer größeren Bucket-Innenfläche mit geringeren Druckunterschieden beim Einbringen (Vermeidung von Wassereinbrüchen) gearbeitet werden könnte. Mit einer Vergrößerung des Bucket-Durchmessers steigen bei der Stahlbauweise jedoch die herstellungsbedingten Imperfektionen und die Beulgefahr. Da in Zukunft mit einer zunehmenden Größe der Anlagen zu rechnen ist, besteht ein hoher Bedarf an neuartigen großen, imperfektionsarmen Bucket Gründungen.

Ziel des vom Institut für Baustoffe bearbeiteten Teilprojekts ist es, mögliche Alternativen in Beton- und Verbundbauweise für Bucket Gründungen zu diskutieren und die Vor- und Nachteile der jeweiligen Bauweisen gegenüberzustellen. Es sollen einerseits bauweisenspezifische Gesamtkonzepte unter Berücksichtigung von Herstelltechniken, Transport- und Montagemöglichkeiten einschließlich Logistik und Herstellkosten diskutiert und bewertet werden. Andererseits sollen die Techniken für Sensorik, Monitoring und Absenksteuerung detailliert untersucht, weiterentwickelt und in die Betonbauweise integriert werden.

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