Becherfundamente ( sog. Suction Buckets ) alsGründungsoption für OWEAs und assoziierte

Plattformen

Tagungsbeitrag

Schallschutztagung der Deutschen Umwelthilfe

“Zwischen Naturschutz und Energiewende:

Herausforderung Schallschutz beim Bau von Offshore-Windparks”

Berlin, 25.9.2012

KO/rev02

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Gliederung

1. Einführung : Was sind Becherfundamente ( sog. Suction Cans ) und wie stellt

sich ihre Wirkungsweise dar ?

2. Welche Referenzen und Erfahrungen gibt es bisher ?

3. Welche Vorteile gegenüber konventionellen Gründungen können in Bezug aus

den Unterwasserschallaustrag identifiziert werden ?

4. Wo liegen die Grenzen der Anwendbarkeit dieses Gründungstyps ?

5. Wohin geht die Entwicklung und welche F+E –Programme sind aufgelegt?

Suction Buckets

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Allgmeines zu Becherfundamenten ( sog. Suction Cans )

Suction Buckets

Während der Bauphase

Suction Buckets „As built“ im Öl-und Gasbereich

Suction Buckets für OWEA „as designed“

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Was sind Becherfundamente ( sog. Suction Cans ) und wie stellt

sich ihre Wirkungsweise dar ?

Suction Buckets

- Wirkungsweise – Bodenmechanisches Modell:

Sie sind vergleichbar mit einer Unterwasserschwerkraftgründung, wobei die demBodenmechaniker bekannten äußeren Einwirkungen auf die Gründung und dieReaktionen des Bodens, wie nachstehend dargestellt, angeschrieben oder ermitteltwerden können:

Äußere Einwirkungen M,V und H

Reaktionen im BodenEp, Ea, R, Ausbilden einer Gleitfuge

Suction Bucket

Abb.1- Belastung und bodenmechanisches Modell

Zustand A Zustand B

SuctionPumps

Zustand Fertigung

Wie aber kommt man von Zustand A nach Zustand B ?

Verfahrenstechnisch müssen 3 Effekte erzielt werden:

Effekt 1: Überwinden der bodenmechanischen Mantelreibung am Suction Bucket, innen sowie außen

Effekt 2: Überwinden des bodenmechanischen Spitzenwiderstandes am Bucket-Fuß ( sog. „tip resistance“)

Effekt 3: Um die Effekte 1 +2 zu erzielen :Erzeugen eines hydrostatischen Unterdrucks innerhalb des Buckets, << als der hydrostatische Druck infolge anstehender Wassersäule in bezug auf die an der Lokation angetroffene Wassertiefe

Wie macht man das , theoretisch und praktisch ?

Theoretisch:

• Indem Archimedes´ Prinzipien, Bernoulli´s Ansätze zur Strömungsmechanik und Darcy´sFormulierungen zur Filtergeschwindigkeit in Böden konsequent angewendet werden

On Air: Deck

Subsea – on top of Suction Can

Praktisch:

• Durch den Einsatz von sog. „Suctions Pumps“ und

entsprechender Aggregate

Praktisch:

• „Suctions Pumps“, auf dem Deckel individueller

Suction Buckets zu montieren

Das wäre die UW-Lärmquelle

Saugleitung am Deckel des Suction Buckets, im Test

• Welche Referenzen und Erfahrungen gibt es

bisher ?

… die Liste ist lang …

Erfahrungen, z.B. durch NGI-Norwegian Geotechnical Institute

Erfahrungen, z.B. durch NGI-Norwegian Geotechnical Institute

Erfahrungen, z.B. durch NGI-Norwegian Geotechnical Institute

Erfahrungen, z.B. OVERDICK-Ingenieure

Global Tech 1

Erfahrungen, z.B. OVERDICK-Ingenieure

Suction Can Gründung für „ EMERAUDE-Plattform“

Suction Can Gründung für „ BR-D-Plattform“, Malaysia

Erfahrungen, z.B. OVERDICK-Ingenieure

… durch andere

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Welche Vorteile gegenüber konventionellen Gründungen können in Bezug auf die

Lärmentwicklung ( Unterwasserschall-Lärmausbreitung ) identifiziert werden ?

Suction Buckets

ObjectPile

diam.Energy Lpeak LE

[m] [kNm] [db] [dB]Port construction, coast 1.5 280 184 158Monopile Sky2000, Baltic Sea 3.0 280 185 164

FINO1 (Jacket), North Sea 1.5 280 189 164Monopile Amrumbank, North Sea 3.5 800 200 175

5 MW – OWEC (expected) 6.0 1600 >205 >178

Gemessener Schallaustrag bei UW-Rammarbeiten

100 dB

Möglicher Schallaustrag bei Installation von Suction Cans

… nur mal zum Vergleich: was die Natur so an Lärm vorhält … [ US-Publication ]:

Tideströmung an Sandriffeln und deren Schallaustrag, gemessen in 1m über Grund

Wie sähe ein Vergleich aus ?

Beschichtung/Befüllung SEL(30)[dB re 1µµµµPa] SEL(750)[dB re 1µµµµPa]

Innen (1,25 cm) 197 176

Innen (2,5 cm) 197 176

Außen (7,5 cm) 191 170

Außen (15 cm) 190 169

Beidseitig 185 164

Luft (Spalt ) 155 134Granulat 196 175

Schallaustrag bei UW-Rammarbeiten nach Berechnungen

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Welche Vorteile gegenüber konventionellen Gründungen können identifiziert werden ?

Suction Buckets

Vorteile gegenüber Rammgründungen:

� Schallaustrag bei Offshore-Installation < 100 dB� Komprimierte Installation auf See mit wenigen Geräten� Kostenvorteil in der Fertigung� Kostenvorteil im Decommissioning durch Möglichkeit

des Reverse-Installationsverfahren� Durch geschickte konstruktive Ausbildung des Suction

Can Kopfes: Beherrschbarkeit eines möglichen Kolkproblems

Vorteile gegenüber Schwerkraftgründungen:

� Komprimierte Installation auf See mit wenigen Geräten� Kostenvorteil in der Fertigung� Kostenvorteil im Decommissioning durch Möglichkeit

des Reverse-Installationsverfahren� Kostenvorteil durch geringen Aufwand für

Kolksicherungsmassnahmen

Kolkmindernder Verbau am Suction Can Head

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Wo liegen die Grenzen der Anwendbarkeit dieses Gründungstyps ?

Suction Buckets

� Einsetzbarkeit dieses Verfahrens ist primär abhängig von den Bodenverhältnissen an der Lokation

� Das Verfahren ist wassertiefenabhängig, erfahrungsgemäß erst einsetzbar ab Wassertiefen von ca. 30m , um den erforderlichen Unterdruck aktivieren zu können

� Bei geringeren Wassertiefen wären Hilfsmassnahmen erforderlich, wie z.Bzusätzliches Ballastieren, allerdings sich negativ auswirkend auf der Kostenseite

Vergleich von T+I-Geräteeinsätzen offshore bei:

Rammarbeiten / Blasenschleier

Suction Can Gründung

Wohin geht die Entwicklung und welche F+E –Programme sind aufgelegt?

BMU- Vorhaben:

� Suction Cans: � „Suction Bucket Gründungen als

innovatives und montageschall-reduzierendes Konzept für Offshore-Windenergieanlagen“

BMU- Vorhaben:

� Pfahl-in-Pfahl-Rammung: „Konzeptstudie zur Entwicklung einer neuartigen Gründungstechnologie unter Einbeziehung von Errichtungslogistik (TP1) und Schallschutz (TP 2 )“

Sonstige Entwicklungen:

Suction Monopilemit schallgeschützterRammunterstützung

InfraNetz AG , Müden/Aller

z.B. Hydrohammer „I-HC“ S 800 / D= 1,22m