Offshore-Wind: Groß angelegte Studie gibt wertvolle Auslegungshinweise für Zementleimverbindungen in Pfahlrohr- und Leichtbau-Jacket-Gründungsstrukturen

Werkstoffe und Materialien spielen im dynamischen Umfeld der Offshore-Windenergiebranche bei der Kostensenkung und Verkürzung von Bau- und Instandhaltungszeiten eine zentrale Rolle. Vor diesem Hintergrund hat sich im Jahr 2014 eine Gruppe von Entwicklern und Betreibern von Offshore-Windparks – innogy SE, SPR/Iberdrola, SSE, EnBW, Ørsted, Statkraft und ORE Catapult – zusammen geschlossen und eine gemeinsame Industrie-Partnerschaft als Teil der Offshore Wind Accelerator (OWA) – Initiative des Carbon Trust gegründet, um reine Zementleimverbindungen für Offshore-Windenergie-Fundamente zu untersuchen. Das primäre Ziel bestand darin, eine umfassende Datenbank aufzubauen, um Konstruktionsrichtlinien für Zementleimverbindungen mit für Jacket-Pfahl-Gründungstrukturen relevanten Geometrien zu ergänzen und zu validieren.

“Mit Meerwasser gemischte Zementleimverbindungen mit herkömmlichem Portland-Zement (OPC) haben sich seit langem in der Offshore-Öl- und Gasindustrie als kostengünstige und zuverlässige Unterwasser-Verbindung bewährt. In den letzten zehn Jahren hat diese Technik nun im Offshore-Windenergiesektor Einzug gehalten, wo bislang knapp 100 Offshore-Jackets dieses Typs installiert wurden. Wir haben insbesondere den Einsatz von mit Meerwasser gemischtem Portland-Zement untersucht, da dies die von den Gründungsstrukturen ausgehende Umweltbelastung deutlich reduziert. Hochfeste Mörtelverbindungen erfordern bislang Süßwasser, was im Offshore-Bereich die Kosten signifikant erhöht,“ erläutert Daniel Bartminn, Projekt-Direktor GOAL (Abkürzung für ‘Grouted OPC Connections with Annuli of Large Dimension’).

Der Einsatz von mit Meerwasser gemischtem Portland-Zement wurde beispielsweise beim Bau der Offshore-Windparks Thornton Bank (Belgien), Ormonde (Großbritannien) und Alpha Ventus (Deutschland) eingesetzt.

“Bestimmte Jacket-Gründungsstrukturen im Offshore-Windbereich erfordern projektspezifische Zertifizierungen, wenn Anwendungen über die Grenzen bestehender Standards hinausgehen. Die Lücke in den zugrunde liegenden Prüfdaten und Konstruktionen muss also dringend geschlossen werden, um die Verwendung von Portland-Zement für große zylindrische Pfahlrohre in Offshore-Windanwendungen zu etablieren und zu verifizieren, da dies gegenüber hochfesten Mörteln bzw. Mörtelzementmischungen eindeutige Kostenvorteile mit sich bringt. Dies umso mehr, als herkömmlicher Portland-Zement leichter zu verbauen ist und die ausführenden Firmen über jahrzehntelange Erfahrung mit diesem Werkstoff verfügen. Weitere Einsparungen könnten sich durch die Reduzierung von Risiken und Vermeidung von Instandsetzungsarbeiten sowie leichtere Zertifizierung ergeben,” so Daniel Bartminn weiter.

Die Tests wurden am KIT Karlsruhe durchgeführt und stellen die umfangreichste zusammenhängende Testreihe für große Ringräume im Voll- und Halbmaßstab dar. Dadurch wird der bisherige Kenntnisstand zur Verbesserung der bestehenden ISO-Richtlinien enorm erweitert. Der umfangreiche Datenbestand wird in den kommenden Monaten ausgewertet und in einem umfassenden Studienbericht zusammengefasst. Der Bericht wird vom Ingenieurbüro Arup erstellt und soll im zweiten Quartal 2018 veröffentlicht werden.

Das Forschungsprojekt wird durch innogy SE geleitet und wurde durch die Carbon Trust Offshore Wind Accelerator-Initiative finanziert, einem weltweit führenden Forschungs- und Entwicklungskooperationsprogramm mit dem Schwerpunkt auf Kostensenkungen im Offshore-Windenergiesektor.

Das Ingenieurbüro Arup war für das Design des Testprogramms und die wissenschaftliche Evaluation zuständig und koordinierte auch den Input von technischen Experten der Partnern und Zertifizierungsstellen (DNVGL, Lloyds Register, Prof. Dr.-Ing. Habil. Schmidt Prof. Dr.-Ing. Fehling und Dr. Colin Billington).