Schallimmissionen und Schallschutz beim Rammen des ... - FINO3

Schallimmissionen und Schallschutzbeim Rammen des Monopiles FINO3W. -J. Gerasch

Aktivitäten der ForschergruppeInstitute:• ISD - Institut für Statik und Dynamik der Leibniz Universität Hannover• ITAP - Institut für Technische und angewandte Physik, Oldenburg• DEWI - Deutsches Windenergie-Institut, WilhelmshavenForschungsvorhaben:• Standardverfahren zur Ermittlung und Bewertung der Belastung derMeeresumwelt durch die Schallemissionen von Offshore-Windenergieanlagen- Schall 1: 2002 bis 2003- Schall 2: 2004 bis 2006- Schall 3: 2007 bis 2010Schallimmissionen und Schallschutz beimRammen des Monopiles FINO3

Aktivitäten der ForschergruppeMessungen:• Sky2000 Ostsee• FINO 1 Nordsee• FINO 2 Ostsee• FINO 3 Nordsee• Amrumbank West Nordsee• Jade-Weser-Port Nordsee• Umspannwerk (Testfeld alpha ventus) Nordsee• Horns Rev Nordsee• Nysted Ostsee• Paludans Flak OstseeSchallimmissionen und Schallschutz beimRammen des Monopiles FINO3

EinleitungSchallemission von Windenergieanlagen• Schalleintrag aus der Luft (vernachlässigbar)• Schalleintrag über die Struktur• Schalleintrag über den Meeresboden(Kenntnisstand gering)Schalleintrag während derBetriebsphaseSchalleintrag während derBauphase, Beispiel FINO 2Quelle: Abschlussbericht „Schall II“Schallimmissionen und Schallschutz beimRammen des Monopiles FINO32

Biologischer HintergrundDie Richtwerte für die Geräusche während der Bauphase in einer Entfernung vonl = 750 m (dabei wird auch von mehreren Einwirkungen von lauten Schallimpulsenausgegangen [1] ):L EL peak= 160 dB re 1μPa= 180 dB re 1μPaDie oben genannte Richtwerte wurden 2003 von UBA vorgeschlagen. Wegen desdamals noch geringeren Wissensstandes wurden relativ konservative Wertegewählt. Es ist erforderlich, die vorliegenden Richtwerte entsprechend desheutigen Standes des Wissens kritisch zu betrachten. Es sollte eineExpertengruppe gebildet werden um die Grenzwerte zu diskutieren.Schallimmissionen und Schallschutz beimRammen des Monopiles FINO37

Messung der HydroschallpegelEinzelner Rammschlag gegen Ende der Rammarbeiten des MessmastsAmrumbank WestHydroschalldruckverlauf in 36m Entfernungmit 213,1 dB re 1μPa1/3-Oktav-Analyse mit Summenpegelvon 196,3 dB re 1μPaSchallimmissionen und Schallschutz beimRammen des Monopiles FINO311

RechenmodellA) Voraussetzungen• Senkrecht im Wasser stehender Kreiszylinder aus Stahl (Pfahl), daran anschließenderFlachwasserkanal• Zweidimensionales Modell wegen Rotationssymmetrie• Dynamische Belastung in axialer Richtung am Kopf des Zylinders• Je nach Bauverfahren transiente, periodische oder harmonische Erregung(Impulsramme, Rüttler)RechenmodellSchallimmissionen und Schallschutz beimRammen des Monopiles FINO312

RechenmodellB) Vergleich Messung-Rechnung• Messung beim Bau einer Messplattform imPlanungsgebiet SKY2000 im Abstand r = 40 mvom Pfahl in 7 m Wassertiefe• Gute Übereinstimmung bei den ersten dreiSpitzen (51 Hz, 90 Hz und 129 Hz) imAntwortspektrum• Damit wurden die ersten dreiaxialsymmetrischen i Eigenschwingungsformeni des Rammpfahls getroffen.Vergleich der Antwortspektren: Messung (oben),numerische Simulation (unten)Schallimmissionen und Schallschutz beimRammen des Monopiles FINO313

Versuchsprogramm bei FINO3A) Anordnung der Messpunkte (Hydrophone)MP 1, 2, 3, 4, 5: Messpunkte im Wasser↑ N• MP2 (~245 m)• MP3 (~910 m)• MP4 (~5 km)• MP5 (~15 km)Weitere Messpunkte :Dehnungsmessstreifen – MONOPILEBeschleunigungssensoren – MONOPILESchallimmissionen und Schallschutz beimRammen des Monopiles FINO317

Versuchsprogramm bei FINO3Zeitverlauf, Schmalband- und Terzspektrum eines Impulses in 910 m EntfernungSchallimmissionen und Schallschutz beimRammen des Monopiles FINO319

Versuchsprogramm bei FINO3Terzspektrum eines Rammschlages (20% Energie) ohne Blasenschleier in 910 m und 15 km EntfernungSchallimmissionen und Schallschutz beimRammen des Monopiles FINO320

Versuchsprogramm bei FINO3Status des Entfernung zum Spitzenpegel Einzelereignispegel RammenergieBlasenschleiers Emissionsort L peak (dB re 1 µPa) L E (dB re 1 µPa) E(kNm)eingeschaltet 245 m 197 174 800910 m 184 162 80015 km 164 135 800eingeschaltet 245 m 190 167 160910 m 178 157 16015 km 158 132 16050% 245 m 191 168 160910 m 179 157 16015 km 159 133 160ausgeschaltet 245 m 199 173 160910 m 192 169 16015 km 164 140 160Darstellung der wesentlichen SchalldruckpegelSchallimmissionen und Schallschutz beimRammen des Monopiles FINO321

Versuchsprogramm bei FINO3Spitzenpegel (dB re 1 µPa)Einzelereignispegel i i l (dB re 1 µPa)200190180170160150140130120110100E = 800 kNm BlaseneinE = 160 kNm BlaseneinE = 160 kNm Blasen"50%"E = 160 kNm BlasenausPrognose (ohneBlasenschleier)Schalldruckpegel beim Rammen mit und ohne Blasenschleier in 910 m Entfernung und die Prognose ohne BlasenschleierSchallimmissionen und Schallschutz beimRammen des Monopiles FINO322

Versuchsprogramm bei FINO3180Einzelereignispegel (dB re 1 µPa) in 910 m Entfernung: E = 160 kNm, Blasen ein E = 160 kNm, Blasen aus17016015014013012011010010 100 1000 10000Spektrum des Einzelereignis-Schalldruckpegels beim Rammen mit und ohne Blasenschleier in 910 m EntfernungSchallimmissionen und Schallschutz beimRammen des Monopiles FINO323

Versuchsprogramm bei FINO3Zeitverlauf von fünf Schlägen mit 800 kNm in 15 km EntfernungSchallimmissionen und Schallschutz beimRammen des Monopiles FINO324

Versuchsprogramm bei FINO38105 rechter Kanal, gefilter mit 60Hz170.0000165.00160.00155.00150.00145.00140.00135.00130.00125.00120.0014:09:36 14:24:00 14:38:24 14:52:48 15:07:12 15:21:36 15:36:00 15:50:24Spitzenpegel (oben) und Einzelereignispegel (unten) in 15 km EntfernungSchallimmissionen und Schallschutz beimRammen des Monopiles FINO325

Versuchsprogramm bei FINO3210,0k = 18,5 k = 19,5E = 800 kNm, Blasenschleier einE = 160 kNm, Blasenschleier aus200,00190,0180,0170,0160,0150,0100 1000 10000Abnahme der Spitzenschalldruckpegel mit der Entfernung zum EmissionsortSchallimmissionen und Schallschutz beimRammen des Monopiles FINO326

Zusammenfassung und Ausblick• Die vorgegebenen Richtwerte zum Schutz der maritimen Lebewesenkönnen ohne Schallschutzmaßnahmen nicht eingehalten werden.• Schallschutzmaßnahmen sind beim Bau von Offshore-Windparkserforderlich. Eine Verifizierung und Optimierung der Maßnahmen musserfolgen.Literatur:[1] Elmer K.-H. ,Betke K. ,T. Neumann : Standardverfahren zur Ermittlung und Bewertung der Belastung derMeeresumwelt durch die Schallimmission von Offshore-Windenergieanlagen – „Schall II“Schallimmissionen und Schallschutz beimRammen des Monopiles FINO327