Im vorherigen Artikel haben wir über die Bedeutung genauer Windmessungen für ein optimales Windparkdesign gesprochen. Aber auch unter Wasser gibt es Elemente, die bei der Planung der Fundament- und Kabelstrukturen für jede Windkraftanlage berücksichtigt werden müssen. Wellen und Strömungen können Erosion des Meeresbodens um eine feste Struktur verursachen, ein Phänomen namens Scour.
Der größte Teil des Nordseebodens besteht aus Sedimenten unterschiedlicher Größe, was eine kontinuierliche Bewegung von Meeresbodenpartikeln ermöglicht, die durch Wellen und Strömungen verursacht werden. Diese Bewegung ändert sich um feste Strukturen, die den Sand von einer Seite wegwaschen, bis sich auf dieser Seite der Struktur eine hohle Grube bildet. Dies muss je nach Ausführung nicht unbedingt zu nachteilig für die Festigkeit der Struktur sein; Ein mehrschichtiges Mantelfundament leidet weniger als ein einzelnes Monopilfundament.
Als Konsequenz sollte ein Monopile Foundation Scour so weit wie möglich verhindert werden. Im Gegensatz zu Mantelstrukturen wird bei Monopile-Fundamenten die Last seitlich vom Fundament in den oberen Teil des Meeresbodens übertragen, der daher vom Scour-Effekt betroffen ist. Die Gesamtstruktur der Turbine mit einer großen Lastkonzentration an der Spitze macht diese Art von Fundament anfälliger für Ermüdung, die durch das Biegen des Turms mit einer ähnlichen Frequenz wie die Wellenschwankungen verursacht wird. Die Wirkung davon ist ein weiterer Faktor, der durch Scheuern verstärkt wird. Daher ist Scour ein wichtiges Anliegen bei der Planung von Offshore-Windturbinenfundamenten und sollte ordnungsgemäß behandelt werden, um den Effekt zu minimieren. Es gibt jedoch auch verschiedene Methoden, um das Scheuern um das Fundament herum zu minimieren. Im Folgenden haben wir einige der verschiedenen Methoden aufgelistet, die von der Industrie angeboten werden, um das Scheuern von Monopile-Fundamenten zu verhindern.
Rock Dumping
Die bisher gebräuchlichste Strategie, um Schäden durch Scheuern zu vermeiden, besteht darin, Steine auf dem Meeresboden um Fundamente herum zu platzieren. Darüber hinaus werden Schutzgesteinsschichten häufig auch auf Array- und / oder Exportkabeln mit dem gleichen Zweck platziert. Boskalis Offshore bietet neben Transport-, Installations- und Verkabelungsarbeiten für Offshore-Windparks auch diese spezialisierten Dienstleistungen im Bereich der Steinablagerung an.
Vor dem Einbau der Fundamente der Windenergieanlage kann an jeder Fundstelle eine erste Scheuerschutzfilterschicht auf den Meeresboden gelegt werden. Im Anschluss an die Verlegung der Fundamente kann ein weiterer Erosionsschutz bereitgestellt werden, indem größere Steine, eine sogenannte Panzerungsschicht, um die Fundamente gelegt werden. Dies bietet optimalen Schutz vor Erosion durch Wellen und / oder Strömung. Die Steine sind so ausgewählt, dass der erhöhte Strom um die Struktur sie nicht wegwaschen kann. Die Reinigungsarbeiten werden hauptsächlich von DP Fallpipe-Schiffen durchgeführt, von denen Boskalis zwei besitzt und betreibt. Diese Schiffe sind in der Lage, große Mengen Gestein auf oder um Unterwasserstrukturen in großen Wassertiefen zu transportieren und genau zu platzieren. Die Vorinstallationsfilterschicht kann durch das Behälterfallrohr gelegt werden.
Das gleiche Gefäß wird verwendet, um die Panzerungsschicht nach der Installation mit der Side Dump Unit zu platzieren, die die Verwendung größerer Gesteinsgrößen ermöglicht, und um die Schicht auch in der Nähe des Monopile-Fundaments zu installieren.
Gestein als Schutz gegen Scheuern ist eine bewährte Methode, die in mehreren Offshore-Projekten angewendet wurde. Einmal platziert, kann sich das Gestein an wechselnde Meeresbodenniveaus anpassen und auftretende Vertiefungen werden aufgefüllt.
Infolgedessen tritt kein progressiver Fehler auf. Dies wird als großer Vorteil für die Verwendung von Gestein angesehen. Darüber hinaus wird das Gestein nicht abgebaut; es ist umweltfreundlich und hat eine lange Lebensdauer.
Einige Beispiele für Offshore-Windprojekte, bei denen Boskalis die Scour Protection-Installation durchgeführt hat:
• Westlich des Offshore-Windparks Duddon Sands
* Platzierung von Scour Protection-Filterschichten an 108 Standorten vor der Monopile-Installation. Gesteinsmaterial wurde von Norwegen per Massengutfrachter nach Holyhead verschifft und direkt vom ersten Schiff in einem Schiff-zu-Schiff-Transfer in das DP Fallpipe-Schiff entladen.
• Die zweite Phase der Felsinstallation wurde ausgeführt, als die Fundamente und Turbinen installiert waren. Das DP Fallpipe-Schiff installierte 8-18 „(20-45cm) Panzerungsfelsen um die 108 Turbinen über die speziell gebaute felsseitige Dump-Einheit.
* Export Kabelschutz an Kreuzungsstellen durch Einbau von Filter- und Armierungsschichten.
* Offshore-Windpark Meerwind
* Vorinstallationsphase: Platzierung von 1-5″ Filtermaterial für 80 Monopile-Standorte.
* Phase nach der Installation: armour Rock (Grading 100-700kg) wurde an 80 Windturbinenstandorten mit der Side Dump Unit des DP Fallpipe-Schiffes installiert.
* DanTysk Offshore Wind
Post-Lay-Rock-Installation an drei Stellen, an denen die Array-Kabel ein Telekommunikationskabel kreuzen. Zusätzlich wurde Gestein installiert, um unvergrabene Kabel am Scheuerschutz in der Nähe der Windkraftanlagen zu schützen.
* Windpark Anholt
Einbau eines Scheuerschutzes an 42 WTG-Fundamenten. Jedes Fundament bestand aus einer 1-4 „Filterschicht mit einer Panzerungsschicht aus 2-8 “ Gestein. Ändern Sie den Stromfluss oder ändern Sie die Form des Fundaments am Meeresboden oder ändern Sie das Material des Meeresbodens.
Gepacktes Gestein
Das Abladen von Gestein ist nicht die einzige Möglichkeit, das Scheuern zu verhindern. Andere Lösungen umfassen Steine in flexiblen Behältern, Netzbeuteln oder Säcken, die sich um die Basis des Turbinenturms formen. Die Säcke können kostengünstig an Land mit jedem, vorzugsweise umweltfreundlichen, schweren Material gefüllt werden, das Korrosion und Erosion im Laufe der Jahre standhält. Nach der Vorbereitung an Land können sie in jedem Schiff oder Ponton mit Deckausrüstung vor die Küste gebracht werden, um sie auf den Meeresboden abzusenken oder fallen zu lassen. Wartung der Behälter oder Säcke kann erforderlich sein.
Deutsche NAUE GmbH & Co. KG ist ein Beispiel für ein Unternehmen, das mittels Geotextil-Sandbehältern eine Lösung zur Verhinderung von Geißeln entwickelt hat. Ihr Secutex® Soft Rock Sand Container besteht aus hochrobustem, stapelfaserverstärktem, speziell genadeltem Secutex® Geotextilvlies und ist mit Sand gefüllt. Der Container ist flexibel und kann sich an variable Meeresböden anpassen. Sie können vor dem Stapeln platziert werden. Ihre Lösung wurde auf dem deutschen Offshore-Windpark Amrumbank West eingesetzt.
Ridgeway Marine aus Belfast bietet das Konzept einer Filtereinheit an, die aus einem Polyesterfilterbeutel besteht, der zu 61% aus recycelten Flaschen besteht und mit Steinen gefüllt ist, um den Schmutz zu schützen. Ihre Filterbeutel werden von der japanischen Sumisho Kyowa Limited hergestellt und wurden von MSS Engineering im Offshore-Windpark EDF Teesside eingesetzt. Die Filtereinheit ist ein robustes, maßgeschneidertes Netz mit einer Lebensdauer von 50 Jahren in Salzwasser und einem Einpunkt-Hebering für einen schnellen und genauen Einsatz.
Wenn sie jedoch brechen und ihren Inhalt rechtzeitig verschütten, bietet das Material fast den gleichen Schutz wie beim Abladen von Gestein, mit der Ausnahme, dass die Gesteine kleiner und durch starke Strömungen leichter bewegt werden können.
Kautschukderivate
Eine andere Methode wird derzeit getestet, schlägt aber zwei Fliegen mit einer Klappe. Riesige Mengen an gebrauchten LKW- und Autoreifen sind auf Deponien an fast allen Stadtgrenzen zu finden. Übliche Entsorgungsmethoden erzeugen irgendeine Form von Verschmutzung oder erfordern teure Maschinen. Indem sie sie jedoch zu Mattenketten verbinden und auf den Meeresboden legen, erweisen sie sich als langfristige und stabile Form des Schutzes zu geringen Kosten. Die Reifenmaterialien haben den zusätzlichen Vorteil, dass sie sich nicht leicht abbauen und somit das Meer nicht verschmutzen.
Ironischerweise hat der Continental-Konzern, ein Unternehmen, das neue LKW- und Pkw-Reifen herstellt, eine alternative Methode aus einem Produkt entwickelt, das kaum modifiziert werden muss. Ein Konzernunternehmen, die ContiTech Conveyor Belt Group, hat am Deltares-Institut in den Niederlanden Matten aus einem 12 bis 15 mm dicken Förderbandmaterial mit simulierten extremen Stürmen und Bächen getestet. Die verankerten Matten mit einem Durchmesser von bis zu 52 m haben bewiesen, dass sie den Meeresboden unter den Matten intakt halten, um eine stabile langfristige Lösung zu bieten, die mit gestylten Oberflächen zur Förderung der Sandablagerung die Ansiedlung neuer Lebensformen fördert.
Dick Hügel