- Motivation 

 

 

Durch die hohen Anforderungen an die Konstruktion einer Offshore-Windenergieanlage sowie das steigende Interesse an Offshore-Windparks ist es notwendig, vorhandene Konstruktionen zu überdenken und zu verbessern. In den Gewässern Deutschlands sind momentan etwa 30 Windparks in Planung mit durchschnittlich 80 Anlagen je Windpark. In den Konstruktionen sind noch viele Reserven vorhanden, die aus Sicherheitsgründen für die erforderlichen Berechnungen angesetzt werden und anschließend auf der Baustelle ihre Umsetzung finden. Durch die große Anlagenanzahl wird deutlich, dass durch Verbesserungen an Konstruktion und Material Kosten gespart werden können. Um diese Verbesserungen zu realisieren, bedarf es einer möglichst genauen Nachbildung des Tragwerksverhaltens in jeglicher Hinsicht. Ansätze mit linearen Lösungsmethoden sind allerdings für eine ausreichende Bemessung und Beurteilung nicht vertretbar. Dies liegt darin begründet, dass bei einer linearen Analyse von idealen Systemen ausgegangen wird. Man spricht von idealen, linearen, elastischen Materialien und kleinen Verformungen, die so in der Realität nicht vorkommen. Dieses Problem löst man durch nichtlineare FE- Berechnungen über hochkomplexe Lösungsalgorithmen. Das Strukturverhalten kann mit dieser Methode sehr realitätsnahe nachgebildet werden, erfordert jedoch ausreichende Kenntnis über alle auftretenden Randbedingungen. Um Ergebnisse einer komplexen Auswertungsmethode zu verifizieren, bedarf es allerdings einer Validierung - im Idealfall durch Großversuche einer Prüfanstalt.

 

Der Bau und damit die Erfahrungen mit großen Offshore-Windparks sind zum größten Teil in Dänemark, Schweden und Großbritannien gemacht worden. Dort wurden eine Vielzahl von Anlagen errichtet. Dabei sind verschiedene Gründungskonzepte zum Einsatz gekommen, die man je nach Anforderungen ausgewählt hat. Die Auswahlkriterien sind einerseits standortbezogen, wie Wassertiefe und Baugrund, andererseits herstellungsbezogen, wie die Randbedingungen für Fertigung, Transport und Installation. Man unterscheidet grundsätzlich die 3 Varianten Schwergewichtsfundament, Tripod und Monopile. Dazu kommen die Sonderlösungen wie Saugpfahl- und Schwergewichtsgründung. Die Erfahrungen bei bisher ausgeführten Nearshore- und Offshoreprojekten konzentrierten sich auf Schwergewichtsgründungen für geringe Wassertiefen (bis 15m), sowie Monopilegründungen bei mittleren Wassertiefen (bis 25m). Da man in Nord- und Ostsee vorwiegend mit mittleren Wassertiefen konfrontiert wird, hat sich die Variante Monopile klar durchgesetzt. Bei diesem System wird vorwiegend das Verbindungsmodell „Grouted Connections“ gewählt, was zu einer genauen Untersuchung dieser Struktur geführt hat und im Rahmen der Diplomarbeit weiterführend in Parameterstudien, basierend auf numerische Simulationen, eingeschätzt wird.