Grout-WATCH

Untersuchung des Tragverhaltens von Offshore-Grout-Verbindungen unter Wasser an Tragstrukturen mit dynamischen Wechselwirkungen

Zuwendungsgeber: BMWi
Partner: Fraunhofer IWES, Wölfel Engineering GmbH + Co. KG (Antragsteller), WindMW Service GmbH, Leibniz Universität Hannover, Institut für Baustoffe (IfB) Leibniz Universität Hannover, Institut für Stahlbau (IfS), Leibniz Universität Hannover, Institut für Statik und Dynamik (ISD), MIOPAS GmbH
Laufzeit: 03/2020 – 02/2023

 

  • Um Gründungs‐ und Turmstrukturen von Offshore‐Windenergieanlagen zu verbinden, kommen sogenannte Grout-Verbindungen zum Einsatz: Der Zwischenraum zwischen den beiden Rohren wird dabei mit hochfestem Mörtel (Grout) vergossen.
  • Derzeit fehlt es allerdings an optimierten Methoden, um den Zustand dieser Verbindungen zu bestimmen.
  • Das Projekt Grout-WATCH hat daher zum Ziel, ein Messsystem zu entwickeln, das in die Grout-Fuge integriert werden kann, und mittels Kennlinie die Restlebensdauer von Grout-Verbindungen abschätzen kann.
  • Das Fraunhofer IWES ist im Rahmen seines Teilprojekts für die Entwicklung einer Prüfumgebung und für die Durchführung von großmaßstäblichen Versuchen zur Überprüfung des Messsystems verantwortlich.

Tragstrukturen von Offshore-Windenergieanlagen müssen angesichts der starken Belastungen besonders stabil sein. Das gilt nicht nur für Turm oder Fundament, sondern auch für die sogenannten Grout-Verbindungen. Dabei handelt es sich um Rohr-in-Rohr-Verbindungen, bei denen Stahlzylinder ineinander gesteckt werden und der Zwischenraum mit hochfestem Feinkornmörteln (Grout) vergossen wird. In der Offshore-Windindustrie werden sie für die Verbindung zwischen den Gründungs‐ und Turmstrukturen von Offshore‐Windenergieanlagen eingesetzt.

Der Zustand von Grout-Verbindungen in Offshore-Windenergieanlagen kann derzeit mit den herkömmlichen Methoden aus der Öl- und Gasindustrie indes nicht optimal überwacht werden. Die ständigen Änderungen aus der dynamischen Belastung durch Wind, Wellen und Betrieb der Anlage sind nur schwer erfassbar. Deshalb sind bislang keine Prognosen bezüglich der Restlebensdauer bis zum Erreichen des Grenzzustands der Tragfähigkeit möglich. Die zwischenzeitlich durch Flanschverbindungen abgelösten Grout-Verbindungen rücken angesichts größerer Windenergieanlagen wieder in den Fokus. Da gleichzeitig zahlreiche ältere Windenergieanlagen über Grout-Verbindungen verfügen, gewinnt das Thema Grout-Fugenüberwachung neue Aktualität.

An diesem Punkt setzt das Projekt Grout-WATCH an. Die Projektpartner entwickeln den Demonstrator eines Messsystems, das in der Lage ist, den Schädigungsprozess einer Grout-Verbindung zu untersuchen und zu bewerten. Dazu ist ein auf Faser-Bragg-Gittern (FBG) basierendes, d.h. faseroptisches Messsystem notwendig, das in die Grout-Fuge integriert werden kann und so kontinuierliches Monitoring ermöglicht. In einem umfangreichen Versuchsprogramm wird zudem eine Kennlinie entwickelt, mit der der Grenzzustand eindeutig beschrieben werden kann. Für ältere Windparks sollen bestehende Methoden weiterentwickelt werden, bei denen die neue Grenzzustands-Kennlinie zum Einsatz kommt.

In seinem Teilprojekt befasst sich das Fraunhofer IWES mit der Entwicklung einer Prüfumgebung und der Durchführung von großmaßstäblichen Versuchen zur Bewertung der neuen FGB-basierten Sensorik und des darauf aufbauenden Structural-Health-Monitoring (SHM)-Systems. Es soll dabei ein großmaßstäbliches Modell einer Monopile-Tragstruktur von Offshore-Windenergieanlagen (OWEA) zum Einsatz kommen.