Ho-Pile

Ho-Pile – Untersuchungen zum horizontalen Tragverhalten von XL-Monopiles unter zyklischer Beanspruchung

• Offshore-Wind ist eine tragende Säule der Energiewende. Der Kostendruck in der Branche macht es erforderlich, Einsparpotenziale zu heben.
• Tragstrukturen haben einen großen Anteil an den Herstellungskosten einer Offshore-Windenergieanlage. Für die Garantie eines sicheren und wirtschaftlichen Designs sind validierte Berechnungsansätze erforderlich.
• Für heutige Monopile-Gründungsstrukturen gibt es keinen allgemeingültigen Ansatz, der den Bemessungsanforderungen eines Offshore-Monopiles gerecht wird; dies kann in allen Bauphasen zusätzliche Kosten verursachen. Hier setzt das Projekt Ho-Pile an.
• Das Fraunhofer IWES ist im Teilprojekt ENIGMA verantwortlich für die Weiterentwicklung des Virtuellen Prüfstandes sowiefür die Entwicklung und Auswertung der großmaßstäblichen Modellversuche,auf deren Basis existierende empirische Berechnungsansätze beurteilt werden.

Die Offshore-Windenergie trägt einen maßgeblichen Teil zum Gelingen der Energiewende bei. Der weitere Ausbau der Windenergienutzung auf See steht indes vor zwei Herausforderungen: Einerseits steigt der Kostendruck, weil immer mehr Regierungen ihre Förderung zurückfahren. Gleichzeitig steigen die technischen Anforderungen durch immer größere Windenergieanlagen und Wassertiefen sowie schwierigen Baugrund.

Ein großer Teil der Kosten einer Offshore-Windenergieanlage entfällt auf die Gründungsstruktur. Die meisten der bereits errichten Anlagen im Meer stehen auf so genannten Monopiles. Bei der Bemessung dieser Monopiles bestehen jedoch grundlegende Unklarheiten. Die ursprünglich für die Öl-und Gasindustrie entwickelte p-y-Methode nach API kann aufgrund der Geometrie-Verhältnisse heutiger Monopiles nicht ohne weiteres für die Bemessung verwendet werden. Zudem bleiben Lasten mit variablen Zyklenzahlen und Amplituden unberücksichtigt. Unterschiedliche Erweiterungen haben zur Folge, dass in nahezu jedem Offshore-Projekt eine andere Berechnungsmethode verwendet wird.

Ziel des Verbundprojekts Ho-Pile ist daher die Validierung und Weiterentwicklung eines allgemeingültigen Ansatzes zur Beschreibung des zyklischen lateralen Last-Verformungsverhaltens von OWEA-Gründungspfählen in Sand. Als Datenbasis dienen großmaßstäbliche Versuche. Die Projektergebnisse sollen ein zuverlässigeres und wirtschaftlicheres Monopile-Design ermöglichen.

Zu den wesentlichen Zielen des Teilvorhaben des Fraunhofer IWES gehören die Erweiterung und Validierung des am IWES entwickelten „Virtuellen Prüfstandes“ sowie Entwurf, Durchführung und Auswertung der großmaßstäblichen Modellversuche, auf deren Basis existierende empirische Berechnungsansätze beurteilt werden. Das IWES knüpft hier an seine Erfahrungen und Erkenntnissen aus dem Vorgängerprojekt TANDEM (Towards an Advanced Design of Large Monopiles, FKZ 0325841A) an.

Beim „Virtuellen Prüfstand“ handelt es sich um ein Gesamtpaket, in das FE-Methoden sowie verschiedene analytische Methoden integriert sind. Er ermöglicht die Simulation von groß- bis realmaßstäblicher Belastungsversuche an Tragstrukturen inklusive der Berücksichtigung der Boden-Bauwerks-Interaktion.

Das in dieser digitalen Umgebung bereits vorliegende statische Berechnungsmodell soll anhand der experimentell gewonnenen Daten weiterentwickelt werden, dass Einflüsse aufgrund einer zyklischen Belastung berücksichtigt.