104. Hauptversammlung

Festigkeitsanalysen von Gründungsstrukturen für Offshore-Windenergieanlagen im Zeitbereich

Dipl.-Ing. Achim Schmidt

Das Gesamtsystem Offshore-Windenergieanlage ist durch statische Berechnungen und eine Untergliederung in Teilsysteme nur relativ ungenau zu beschreiben. Daher wird ein vereinfachtes Verfahren zur ganzheitlichen Simulation von Offshore-Windenergieanlagen behandelt, bei dem die Tragstruktur, nicht-lineares Bodenverhalten sowie Lasten aus Seegang und dem Betrieb der Windenergieanlage in einer ganzheitlichen Berechnung im Zeitbereich erfasst werden. Dabei wird die Windenergieanlage nicht direkt simuliert, sondern über ihre Lastwirkung in die Modellierung eingebunden. Die Festigkeitsanalysen werden für Extrem- und Ermüdungslasten am Beispiel zweier Tragstrukturen ausgewertet. Hierfür werden als Vergleichsobjekte ein Monopile sowie ein Tripile der IMS Ingenieurgesellschaft herangezogen. Abgeleitet aus der Ergebnisinterpretation werden Vorschläge zu materialsparenden, strukturellen Veränderungen unterbreitet. Aufgrund des hochdynamischen Verhaltens der Windenergieanlage wird dieses Vorgehen von Schwierigkeiten in der Umsetzung begleitet, weil geeignete Lasten der Windenergieanlage bestimmt werden müssen. Jedoch zeigt ein Vergleich zu statischen Referenzrechnungen das große Einsparpotential und die Notwendigkeit von ganzheitlichen, dynamischen Simulationen zur Dimensionierung von Offshore-Windenergieanlagen.

Strength Analyses of Support Structures for Off-shore Wind Energy Converters in Time-Domain

In order to describe the overall system of wind energy converters static calculations and the breakdown into subsystems is relatively improper. Therefore a simplified approach is chosen to simulate the overall system of offshore wind energy converters. Within this procedure the support structure, non-linear soil models, hydrodynamic loads and loads of the wind turbine are represented. But the wind energy converter is not simu-lated directly it is only considered by its loads. Strength analyses are performed and evaluated for both fatigue and ultimate limit states. Thereby Monopile and Tripile support structures are analysed. On the basis of these results proposals for material saving structural modifications are introduced. Due to the fact that the loads of the wind turbine are characterised by relatively high frequencies it is difficult to determine loads that are suitable to represent the wind energy converter. However the comparison to static calculations shows significant potential for material savings on the basis of such simulations in the design of support structures for offshore wind turbines.