BAM startet Forschung zu Offshore-Fundamenten

Die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) hat gemeinsam mit namhaften Partner*innen aus Industrie- und Forschung das Verbundprojekt OptiMP gestartet. Ziel des auf drei Jahre angelegten Vorhabens ist es, die Lebensdauer sogenannter Monopiles – der tragenden Fundamente von Offshore-Windenergieanlagen – zu verlängern und gleichzeitig den Material- und Energieeinsatz bei ihrer Herstellung zu reduzieren.

Monopiles sind große, zylindrische Stahlrohre mit bis zu fünfzehn Metern Durchmesser und einer Länge von über 100 Metern. Sie werden senkrecht in den Meeresboden gerammt und dienen als Fundament für Offshore-Windenergieanlagen. Für ihre Herstellung werden erhebliche Mengen an Ressourcen benötigt: Ein einzelner Monopile kann aus über 2.000 Tonnen Stahl bestehen. Die zugehörigen Schweißprozesse erfordern zudem einen hohen Energieeinsatz. Die geplante Lebensdauer dieser Strukturen beträgt in der Regel nicht mehr als 30 Jahre – begrenzt durch Korrosion und mechanische Belastungen in der maritimen Umgebung.

Herausforderungen für den Offshore-Ausbau

Der damit verbundene Ressourcenverbrauch stellt eine Herausforderung für die ambitionierten Ausbauziele der Bundesregierung im Bereich Offshore-Wind dar, denn er bindet erhebliche Kapazitäten in Produktion und Logistik und wirkt sich negativ auf die Wirtschaftlichkeit von Windparkprojekten aus.

Hier setzt das Projekt an: Durch eine ganzheitliche Betrachtung der gesamten Prozesskette – vom Design über die Fertigung, den Transport, die Installation bis hin zum Betrieb – sollen neue Potenziale zu Leichtbau und Lebensdauerverlängerung identifiziert und nutzbar gemacht werden.

Weniger Stahl, längere Lebensdauer

„Durch gezielte Verbesserungen in allen Prozessstufen erwarten wir Einsparungen beim Stahl von bis zu zehn Prozent sowie eine Verlängerung der Lebensdauer um bis zu 30 Prozent“, erklärt Marc Thiele, Projektleiter und Koordinator des Verbundvorhabens bei der BAM.

Ein Schwerpunkt liegt auf der Optimierung des Designs sowie der Fertigung kritischer Bereiche wie z.B. von Schweißnähten und freien Kanten, um die Ermüdungsfestigkeit der Monopiles zu erhöhen und ihren Korrosionsschutz zu verbessern. Hierbei werden insbesondere auch Nachbehandlungsverfahren sowie zerstörungsfreie Prüfmethoden zur Rissdetektion an Schweißnähten entwickelt und untersucht. Darüber hinaus sollen realitätsnahe Belastungssimulationen zur Weiterentwicklung des Designs beitragen – aktuell sind die angewendeten Bemessungsregeln nicht speziell auf diese Großstrukturen ausgelegt.

Transfer in die Praxis

Beteiligt an dem Verbundprojekt sind das Fraunhofer-Institut für Großstrukturen in der Produktionstechnik (IGP), die Leibniz Universität Hannover (Institut für Werkstoffkunde), JBO Engineering Group GmbH, Grillo Zinc Metals GmbH und Vattenfall Europe Windkraft GmbH. Assoziierte und projektbegleitende Partner*innen sind dabei: EEW Special Pipe Constructions GmbH, Siemens Gamesa Renewable Energy, EnBW AG, Jungheinrich Norderstedt AG & Co KG, ZEISS/GOM Industrial Quality Solutions, Skyborn Renewables GmbH, DNV Renewables Certification GmbH.

Gefördert wird das Projekt über den Projektträger Jülich vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie im Rahmen des 8. Energieforschungsprogramms.

(Quelle: Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM))