Forschung und Entwicklung

Das Projekt befasst sich mit der Untersuchung und Optimierung einer selbstausrichtenden Halbtaucherplattform für schwimmende Offshore-Windenergieanlagen (OWEA). Grundgedanke des Konzeptes ist, die aerodynamischen Kräfte der Turbine und Turmstruktur zur selbständigen Ausrichtung der Turbine im Wind zu nutzen, um eine große Energieausbeute bei einfachem Anlagendesign zu erreichen. Durch die schwimmfähige Plattform ist eine Montage im Küstenbereich möglich, und für die Installation sind lediglich Schlepper notwendig. Die Gesamtanlagenstruktur wird – beginnend mit verschiedenen konzeptionellen Entwürfen – in dem interdisziplinären Projekt iterativ mit verschiedenen Methoden optimiert. Dabei greifen Anlagentechnik, Aerodynamik, Strukturdesign, Fertigung und Logistik eng verzahnt ineinander. JBO ist im Konsortium für das Strukturdesign zuständig und befasst sich, angefangen beim Vorentwurf bis hin zum Basic Design, auch mit den Themenfeldern Design Basis, Lastermittlung, Ankersystem, Korrosionsschutz, Schwimmstabilität, Kollisionsfreundlichkeit und Fertigungs- und Montagekonzept. Eine Besonderheit im Entwurf der Tragstruktur war die Vorgabe, dass diese in möglichst weiten Teilen in Panelbauweise, angelehnt an schiffbauliche Prinzipien erstellt werden sollte. Dabei erweist sich die Ermüdungsberechnung als besondere Herausforderung, da die Einwirkungssituation für diese Bauweise weitestgehend unbekannt war. Die im Rahmen des Vorhabens eingesetzten Planungsmethoden werden hinsichtlich ihrer Zuverlässigkeit bewertet und zur Planungs- und Zertifizierungssicherheit von zukünftigen Projekten erheblich beitragen.

Aufgrund von immer größer werdenden Abmessungen stößt der Monopile als Gründungsart an die Grenzen seiner Einsetzbarkeit in tieferen Gewässern. Hierfür bieten Jacket-Strukturen eine vielversprechende Alternative, die jedoch noch Schwächen im Bereich geschweißter Knoten aufweist. Mit dem Forschungsprojekt wird der design- und fertigungsseitige Entwicklungsbedarf bezüglich des Schweißprozesses, Schweißnahtgeometrie und der Ermüdungsnachweisführung reduziert, um sich als eine wettbewerbsfähige und dadurch zukunftsweisende Gründungsvariante zu erweisen. Optimierungspotential besteht in der Strukturdimensionierung (Masse) durch eine Wechselwirkung mit den Herstellungsbedingungen (Schweißen). Dabei ist das Detail "geschweißte Knotenverbindung" im Ermüdungszustand maßgebend und dadurch bestimmend für die Dimension der Gesamtstruktur. So kann eine genauere Ermittlung des Ermüdungswiderstandes eine bis zu 30%-ige Reduktion der Ausnutzungsgrade für die geschweißten Knotenverbindungen mit sich bringen. Durch die optimierte Konstruktion und daraus resultierend dünneren Rohren werden bei der Herstellung Kosten und Zeit gespart. Jedoch bieten die vorhandenen ingenieurmäßigen Methoden in bestehenden Normen und Richtlinien keine Möglichkeit für weitere Optimierung unter Berücksichtigung von positiven Effekten aus verbesserter Geometrie, weiterentwickelten Herstellungsmethoden und Materialgüten. Im Projekt kommen daher innovative bruchmechanische Methoden in der Bemessung und zur Optimierung der Schweißnahtgeometrie sowie automatisierte Schweißverfahren zur Verbesserung der Fertigungsqualität zum Einsatz. Das Projektziel ist es daher, neue Bemessungsmethoden zu entwickeln, um eine wirtschaftliche Konstruktion als wettbewerbsfähige Lösung zur Verfügung stellen zu können.

ReaLCoE befasst sich mit der Entwicklung bis hin zur prototypischen Erprobung einer neuen Offshore-Windenergieanlage der 14-16MW-Generation unter dem Gesichtspunkt der Zuverlässigkeit, des modularen Aufbaus und der Reduktion der Stromgestehungskosten. JBO ist in dem Konsortium als Spezialist für innovative Tragstrukturkonzepte im Sinne eines ganzheitlichen Entwurfs vertreten. Dabei stehen die Erstellung einer repräsentativen Design Basis, die Entwicklung und der Vergleich mehrerer fest-verankerter Gründungsvarianten auf dem Arbeitsplan sowie die Optimierung und BSH-basierter Bemessung der Tragstruktur für die finale Anlagenkonfiguration. Es wird im Sinne einer ganzheitlichen Betrachtung auch Innovationspotential bezüglich Dämpfungsverhalten, Fertigung der Komponenten sowie der Schnittstellendefinition der Bauteile ausgeschöpft. Mit dem daraus resultierenden optimierten Design der Tragstruktur wird das Gesamtvorhaben um ein wesentliches Modul ergänzt und Kosten zukünftiger Offshore-Windprojekte gesenkt.

Ziel des Verbundprojektes ist die besser Vorhersagbarkeit zweier Phänomene bei Monopiles. Einerseits wird das Pfahlspitzenbeulen betrachtet, das auftritt, wenn es beim Rammen von Monopiles zu Imperfektionen kommt, z.B. ausgelöst durch ungleichmäßige Belastung oder Findlinge. Herkömmliche und stark konservative Bemessungsmethoden stellen bei großen Durchmessern häufig den dimensionierenden Lastfall dar. Andererseits wird die Beulproblematik im Bereich des Meeresbodens betrachtet, die aufgrund des im Betrieb gegebenen Belastungssprung auftreten kann. JBO befasst sich in diesem Kontext mit der nummerischen Simulation und innovativer Methoden der Nachweisführung und deren Validierung anhand von Versuchsdaten. Unterstützt und begleitet wird das Vorhaben durch zahlreiche Industriepartner, die im Offshore Wind Accelerator zusammengeschlossen sind und eine hohe Praxisnähe garantieren.