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Experte
27. April 2015
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Neue Technik für Sandbank-Fundamente

Das neue Offshore-Windparkprojekt Sandbank profitiert aus den Erfahrungen von vorherigen Projekten. Ein Beispiel ist die neue Verbindungstechnik bei den Fundamenten.  

Gigantisch, riesig, monströs – die Adjektive schießen dem Betrachter in der Fertigung bei EEW Special Pipe Constructions GmbH in Rostock automatisch durchs Hirn. Das Unternehmen fertigt starkwandige Großrohre aus Stahl. Und nichts anderes sind die Fundamente der Windenergieanlagen für den neuen Offshore-Windpark Sandbank. „Das sind beeindruckende Dimensionen. Ein Einziger so genannter Monopile hat einen Durchmesser von 6,80 Meter, ist bis zu 70,00 Meter lang und  wiegt maximal rund 890 Tonnen“, erläutert Markus Lapke, Packagemanager für die Sandbank-Fundamente. „Der erste von 72 ist Anfang März fertig gestellt worden. Das war so zu sagen die Prototypfertigung. Ziel ist es jetzt, 3-4 von den Stahlmonstern pro Woche fertig zu stellen.“

Verbindungsstück hat Ausgleichsfunktion

Riesiger Stahlbau in Rostock, EEW Special Pipe Constructions GmbH besitzt das Know-How, Foto: Vattenfall

Riesiger Stahlbau in Rostock, EEW Special Pipe Constructions GmbH besitzt das Know-How, Foto: Vattenfall

Ein solides und stabiles Fundament ist das A und O für eine langlebige Windenergieproduktion in der offenen See. Dabei bestehen die Fundamente in der Regel aus zwei Komponenten, dem Gründungspfahl, hier ein Monopile, und dem Verbindungsstück, im Fachjargon Transition Piece genannt. „Die Gründungspfähle müssen möglichst ohne Neigung in den Seegrund gerammt werden. Es gibt eine sehr, sehr enge Schiefstellungstoleranz vom Hersteller der Windenergieanlage“, so Lapke. Kommt es doch einmal zu Abweichungen, so können diese durch das Verbindungsstück ausgeglichen werden. „Das Transition Piece ist in etwa 24 Meter lang. Die Oberkante befindet sich  ca. 21,50 Meter über dem Meeresspiegel.“  Bis dato wurde es wie eine Haube über die Gründungspfähle gestülpt und nach exakter Auslotung mit Grout, einem Spezialmörtel, zu einer stabilen Einheit verbunden. „Ich persönlich bin ein Fan von der Groutverbindung. Wir haben sie erfolgreich im Projekt DanTysk eingesetzt und gute Erfahrungen gemacht.“

Grenzen des Einsatzes erkannt

Darstellung der beiden Verbindugnsarten, Grafik: Vattenfall

Darstellung der beiden Verbindungsarten, Grafik: Vattenfall

Doch der Einsatz hat auch die Grenzen des Verfahrens aufgezeigt. Lapke erzählt: „2013 gab es aber einen der kältesten Winter, die wir je hatten, mit Frost bis in den Mai. Und das Problem ist, dass man den hochfesten Mörtel nur über +5 Grad verarbeiten kann. Wir mussten also warten, bis diese Temperatur vor Ort erreicht wurde. Und bis dahin hieß es mit bereit gestelltem Installationsschiff abwarten. Das war teuer und der Auslöser, über andere Verfahren nachzudenken.“ Drei Jahre haben sich Ingenieure mit den Herausforderungen auseinandergesetzt.
Jetzt wird ein neues Verfahren im Projekt Sandbank  angewandt. „In diesem Projekt haben wir uns für das Flanschen als Verbindung entschieden.“  Auf der Oberseite des Monopfahls ist ein Flansch aufgeschweißt und innerhalb des Transition Pieces befindet sich der Gegenflansch. Für die Montage offshore heißt dies, dass zunächst der Monopfahl in den Seeboden gerammt wird. Dann wird das Transition Piece oben drauf gesetzt und beide Teile verbolzt.  „Das Problem ist jetzt natürlich, dass wir keine so schöne Ausgleichsschicht mehr haben, falls wir den Monopfahl ein bisschen zu schief reingerammt haben. Wir haben jetzt also höhere Anforderungen an das Rammen. Wir müssen hier sehr genau sein“, sagt der gebürtige Ostfriese.

Erfahrungen zeigen neue Möglichkeiten auf

Die Erfahrung aus dem Projekt DanTysk hat gezeigt, dass dies machbar ist. „Nur bei einem Drittel der Pfähle musste ausgeglichen werden.“ Und augenzwinkernd ergänzt er:  „Hinzu kommt, dass die ausführende Firma genau wusste, dass der Ausgleich einfach möglich ist und deswegen nicht genauer gerammt werden musste.“ Lapke ist überzeugt, dass hier Potential ist:  „Wir wissen, es geht auch mit höheren Anforderungen beim Rammen, die können es. So werden wir den Ausgleich nur in Ausnahmefällen haben.“

Lösung liegt im Design

Die Dimensionen sind gigantisch, der Pfahl ist bis zu 70 Meter lang, Foto: Vattenfall

Die Dimensionen sind gigantisch, der Pfahl ist bis zu 70 Meter lang, Foto: Vattenfall

Auch wenn der Ausgleich komplizierter ist, unmöglich ist er nicht. Vorher zugeschnittene Stahlringe können in die Verbindung eingelegt werden. Bedenken hat Lapke eher in Bezug auf das Rammen. „Über diese Flansche übertragen wir die kompletten Lasten, die über die Windenergieanlage durch die Wind- und Rotorbewegungen in mehr als 100 Metern Höhe entstehen, direkt in den Monopfahl und in den Baugrund, wo wir sie hinhaben wollen.  Beim Einbringen der Monopfähle rammen wir dann direkt auf diesem sensiblen Bauteil herum. Das mag der Flansch nicht so gerne.“ Die Lösung liegt im Design der Flansche.  Lapke zeigt eine Zeichnung. „Hier wird der Flansch nach unten geneigt. Wir sind hier sehr tief ins Design gegangen, um Schäden auszuschließen.“

Wartung vereinfacht

Hier finden 114 Bolzen ihr künftiges Zuhause, Foto: Vattenfall

Hier finden 114 Bolzen ihr künftiges Zuhause, Foto: Vattenfall

Auch wenn sich zunächst alles eher komplizierter anhört, der Flansch als Verbindung zwischen Monopfahl und Transition Piece hat neben der Temperaturunabhängigkeit weitere Vorteile. Vor allem in der Wartung: „ Sie können bei der Verbindung alle 114 Bolzen, jede einzelne der 44 Zentimeter langen Schrauben inspizieren. Sie sehen,  ob sie beschädigt sind und können Sie gegebenen Falles auswechseln. Oder wenn sie locker sind einfach nachziehen. Eine Groutverbindung ist mehr oder weniger sich selbst überlassen. Hier sehen sie Schäden nur, wenn das Transition Piece verrutscht ist.  Dann hat die Verbindung aber meistens bereits versagt.“ Wartung und Rückbau werden erheblich vereinfacht.

 

 

 

Übrigens: Am 30. April wird der Windpark DanTysk offiziell in Betrieb gehen. Wirtschaftsminister Sigmar Gabriel (SPD) und sein schwedischer Amtskollege Mikael Damberg haben ihr Kommen angekündigt. Der Themenschwerpunkt  im April liegt aufgrund des Anlasses auf dem Projekt. 

Markus Lapke
Experte
27. April 2015

An der Fachhochschule in Oldenburg habe ich 2002 Bauingenieurwesen studiert und meine Diplomarbeit geschrieben. Danach konnte ich umfassende Erfahrungen im Bau von Onshore-Windenergieanlagen im In- und Ausland sammeln. Im November 2010 kam ich zur Vattenfall Europe Windkraft GmbH und stieg als Projektmanager für Fundamentbau ein. Ich habe sowohl das Design als auch die Produktion und Errichtung der 80 Fundamente im Offshore-Windpark DanTysk betreut. Seit September 2014 bin ich beim Offshore-Windprojekt Sandbank dabei und als Projektmanager für die Produktion der 72 Fundamente in Rostock und Aalborg verantwortlich. Seit März 2015 bin ich verantwortlicher Package-Manager für die Abteilung Civil Works.

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