Untersuchung der Meeresboden-Anker-Interaktion schwimmender Offshore Windenergieanlagen (MESO)

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Jürgen Grabe
• Fachliche Zuordnung: Geotechnik, Wasserbau
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 526159939

Schwimmende Offshore Windenergieanlagen (SOWEA) bieten zukünftig verstärkt die Möglichkeit, regenerative Energie auch an Standorten mit großen Meerestiefen zu gewinnen. Ein wesentliches Element ist die sichere und zuverlässige Verankerung dieser Plattformen am Meeresboden. Hier wird in der Praxis bisher ein unverschiebliches Lager angenommen. Dabei ist bekannt, dass diese Annahme auf der unsicheren Seite liegt. Es fehlen physikalische Grundlagen, um die Interaktion von Ankerkette-Meeresboden und Anker-Meeresboden zu verstehen und modellieren zu können. Die Interaktion der Gründung mit dem Meeresboden hängt vom gewählten Ankertyp und dessen Installationsprozess, von der Art und Schichtung sowie den Dränagebedingungen des Meeresbodens ab. Weitere Einflüsse resultieren aus der Lastrichtung und -geschwindigkeit. Ein Nachgeben und Versagen entsteht durch die komplexen Kombinationen aus Wellen-, Strömungs-, Wind- und Betriebslasten. Der Einsatz von SOWEA befindet sich noch im Anfangsstadium. Während in bestimmten Bereichen ein Wissenstransfer aus der Öl- und Gasindustrie stattfindet, sind die genannten Einflüsse auf die Meeresboden-Anker-Interaktion (MAI) und die Interaktion selbst weitestgehend unerforscht. Das Forschungsvorhaben soll dazu beitragen, die MAI mechanisch grundlegend zu verstehen, sodass sie als Bestandteil der Bemessung verankerter SOWEA modelliert werden kann. Basierend auf den Grundsatzuntersuchungen soll ein vereinfachtes Drag Embedment Anker-Modell (Ankerkraft in Abhängigkeit der Bewegung der Ankerkette) zur Beschreibung der Interaktion unter Beachtung der Ankergeometrie, des Meeresbodens und der Lastgeschichte entwickelt werden. Das Ankermodell beschreibt die Reaktionskraft des Ankers bei vorgegebener Geschwindigkeit und Richtung der Ankerlast. Zur Erreichung der definierten Ziele sollen Ankermodelle auf der Grundlage folgender Arbeitsschritte entwickelt werden. Zu Beginn werden die Bewegung der Floating Offshore Plattform einer Referenzanlage und die daraus resultierende Kraft am Verankerungspunkt infolge Wind, Wellen und Strömung für verschiedene Lastszenarien berechnet. Es folgen numerische Voruntersuchungen zur Berechnung des Ankerwiderstands und der Ankerverschiebung unter Beachtung der MAI basierend auf einem Kontinuumsmodell für den gesättigten Meeresboden, einer Starrkörperbewegung für den Anker und ggf. des Teils der Ankerkette am Meeresboden und einem Kontaktmodell für die Grenzfläche Anker/Meeresboden und Kette/Meeresboden. Mit Hilfe von Modellversuchen in der Zentrifuge soll das numerische Modell im Prototypmaßstab validiert werden. Zusätzlich dienen die Versuche der Ermittlung des Ankerherausziehwiderstands. Anhand einer Parameterstudie wird die Meeresboden-Anker-Interaktion für die Referenzanlage basierend auf dem validierten FE-Modell untersucht. In der finalen Phase des Forschungsvorhabens wird ein Ankermodell als Bestandteil zukünftiger Mooring-Analysen entwickelt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen