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ProBucket: Neues Forschungsprojekt zu Offshore-Windenergie

ProBucket: Neues Forschungsprojekt zu Offshore-Windenergie

Versuchsaufbau Suction Bucket Versuchsaufbau Suction Bucket Versuchsaufbau Suction Bucket
© Patrick Gütz
Simulationen und Experimente in größeren und kleineren Maßstäben sind Bestandteil des Verbundprojekts "ProBucket".

Einzigartige Versuche im Großmaßstab sind Teil des im September neu gestarteten Verbundprojekts "ProBucket", an dem das Institut für Stahlbau (IfS) und das Institut für Geotechnik (IGtH) beteiligt sind. Die Institute nutzen dabei die herausragende Infrastruktur des Testzentrum Tragstrukturen Hannover (TTH), um eine umweltfreundliche und wirtschaftliche Gründungsvariante für Offshore-Windenergieanlagen zu optimieren. Das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie fördert das Projekt für drei Jahre.

Suction-Bucket-Gründungen sind eine vielversprechende Alternative zur verbreiteten Pfahlgründung für Jacket-Strukturen im Offshore-Windbereich. Bucket-Gründungen sind ein nach unten geöffneter Stahlzylinder, der einem Eimer ähnelt (bucket= engl. für Eimer). Diese Gründungsvariante wird mit Hilfe von Unterdruck am Meeresboden installiert. Das sorgt dafür, dass die Suction-Buckets relativ schnell, nahezu ohne Schallemission und in einer geringen Einbindetiefe eingesetzt werden können. Zudem ist es möglich, sie nach der Nutzung nachhaltig rückzubauen.

Multi-Bucket-Konzept optimieren

In dem Verbundprojekt "ProBucket" (Bucket-Fundamente für Offshore-Windenergieanlagen: Weiterentwicklung der ingenieurwissenschaftlichen Prognosemethoden anhand großmaßstäblicher Versuche einschließlich einer wirtschaftlichen Bewertung) soll das Multi-Bucket-Konzept als umweltfreundliche und - für zahlreiche Design-Szenarien – wirtschaftliche Gründungsvariante optimiert und Unsicherheiten in der Bemessung verringert werden. Dazu untersuchen die Projektbeteiligten die sensitiven Aspekte des Bucket-Designs mit Hilfe großmaßstäblicher Modellversuche sowie begleitender, detaillierter numerischer und analytischer Simulationen.

Projektpartner sind neben den drei Instituten der Leibniz Universität Hannover (IfS, IGtH, TTH) das Fraunhofer-Institut für Windenergiesysteme, die GuD Geotechnik und Dynamik Consult GmbH, die Tractebel Overdick GmbH und die Tractebel Engineering GmbH.

Vom numerischen Simulationsmodell und Modellversuchen zu Bemessungsempfehlungen

Das Institut für Stahlbau (IfS) wird das Beulverhalten der Buckets während der Installation probabilistisch untersuchen. Dafür wird zunächst ein parametriertes numerisches Simulationsmodell erstellt, das mit den experimentellen Ergebnissen validiert wird. Anschließend wird eine Sensitivitätsanalyse der strukturellen und geotechnischen Parameter durchgeführt sowie relevante Imperfektionsmuster und kritische Bauzustände untersucht. Ziel der Arbeit ist es, eine probabilistische Modellierung zu erarbeiten, um Rechenzeiten effizient zu verkürzen und Unsicherheiten bei der Bemessung zu reduzieren. Abschließend sollen die neu gewonnenen Erkenntnisse auf praxisrelevante Bemessungsverfahren übertragen werden.

Am Institut für Geotechnik (IGtH) werden die großmaßstäblichen Versuche durch eine größere Anzahl von Modellversuchen in kleinerem Maßstab ergänzt, welche die Auswertung von Skalierungseffekten anhand der Betrachtung der gesamten Modellfamilie ermöglichen. Darüber hinaus werden die Messdaten der Modellversuche für die Validierung eines komplexen numerischen Modells verwendet, das unter Berücksichtigung der beobachten Maßstabseffekte eine weitreichende Parameterstudie in Prototyp-Dimensionen ermöglicht. Die gewonnen Erkenntnisse werden zur Weiterentwicklung einer Berechnungsmethode herangezogen.

Aus den gewonnenen Erkenntnissen wollen die Projektpartner am Ende Bemessungsempfehlungen formulieren, die in Fachgremien zu diskutieren sind und in zukünftigen Richtlinien berücksichtigt werden können.

 

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