Einsparpotentiale bei Tragkonstruktionen von Offshore-Windenergieanlagen: Fid-Bau Portal

Einsparpotentiale bei Tragkonstruktionen von Offshore-Windenergieanlagen

Scharff, Rüdiger / Siems, Michael / Ummenhofer, Thomas

Aufgrund der hohen dynamischen Lastanteile aus Wind- und Wellenbeanspruchungen bei Offshore-Windenergieanlagen erweist sich der Nachweis der Betriebsfestigkeit in vielen Fällen als bestimmender Faktor für die Auslegung der Tragstrukturen. Hierdurch wird in der aktuellen Bemessungspraxis insbesondere die Nutzung wirtschaftlicher Vorteile aus der Anwendung höherfester Stähle behindert. Gerade unter dem Aspekt der Serienfertigung ist jedoch die wirtschaftliche Optimierung der Bauteile für die Firmen ein wesentlicher Wettbewerbsvorteil. In dem Beitrag werden verschiedene Möglichkeiten für Einsparungen bei Entwurf und Bemessung von Offshore-Gründungsstrukturen aufgezeigt und am Beispiel der Übergangskonstruktion für eine Jacket-Struktur dargestellt. Die Einsparpotentiale werden durch optimale Formgebung der Konstruktion, richtungsabhängige Lastermittlung, eine verfeinerte Nachweismethodik sowie durch moderne Verfahren der Schweißnahtnachbehandlung ermöglicht. In einem ersten Schritt wurde ein vorliegender Entwurf geometrisch so optimiert, dass sich ein möglichst gleichmäßiges Sicherheitsniveau einstellte. Ausgehend davon wurden die Nachweise der Betriebsfestigkeit nach dem Konzept der Strukturspannungen zunächst unter Berücksichtigung der Häufigkeitsverteilung der Lastrichtungen und anschließend unter zusätzlicher Verwendung der Mehrstufenkollektive für jede Lastrichtung geführt. Im Vergleich zum geometrisch optimierten Ausgangsentwurf mit 71 mm Wanddicke in der äußeren Kegelschale konnte eine Einsparung von insgesamt 28 % erzielt werden. Als wirkungsvoll stellte sich vor allem die Einbeziehung der Windrichtungsverteilung in die Schädigungsrechnung heraus.