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Inventor Software Schwimmendes Offshore Fundament (SOF) für WindkraftanlagenNicht grundlos im WasserDer stetig wachsende Energiebedarf, immer knapper werdende fossile Brennstoffe undein gestiegenes Umweltbewusstsein führen weltweit zu intensiven Forschungen auf derSuche nach regenerativen Konzepten zur Energiegewinnung. Die Firma GICON entwickeltin Zusammenarbeit mit der TU Bergakademie Freiberg, der Universität Rostock und derFirma Jähnig eine schwimmende Tragwerkskonstruktion für Offshore-Windkraftanlagen.Von Frank Adam, Frank Dahlhaus und Jochen GroßmannWind als Energiequelle ist eine Möglichkeitder alternativen Energiegewinnung.Nach der erfolgreichen Nutzungvon Windenergieanlagen an Land liegt derSchwerpunkt der deutschen Forschungnun auf der Umsetzung von Offshore-Windparks (siehe Alpha-Ventus, Baltic1usw.). Mit zunehmender Wassertiefe sindallerdings aktuelle Gründungskonzepte wieMonopiles und Jackets unwirtschaftlich.Großes Potenzial wird an dieser Stelleschwimmenden Gründungskonzeptenzugesprochen [Musial et al. 2004]. (Bild 1)Ein Beispiel für eine 2.3 MW installiertePrototypanlage in 220 Metern Wassertiefeist der balaststabilisierte und mit durchhängendenAbspannelementen fixierter Spar-Buoy. Ein zweites Gründungskonzept stelltdie so genannte TensionLegPlatform (TLP)dar. (Bild 2) Die unter ständiger Zuglast stehendenAbspannelemente lassen nur sehrkleine Bewegungen zu. Damit stellt diese Artder Abspannung ein im Vergleich zu anderenschwimmenden Fundamenten bewegungsarmesSystem dar [Ernst 2007]. DieFirma Gicon entwickelt in Zusammenarbeitmit der TU Bergakademie Freiberg, der UniversitätRostock und der Firma Jähnig eineschwimmende Tragwerkskonstruktion fürOffshore-Windkraftanlagen. Zur Anwendungkommen sowohl diagonale als auchvertikale Abspannelemente, um das Fundamentzu stabilisieren. Ziel ist es, kleinstmöglicheAuslenkungen der Gondel zu realisieren,um den Grenzwertforderungen derAnlagenhersteller gerecht zu werden.BerechnungsmethodenUm die auslegungsrelevanten hydrodynamischenLasten auf die Struktur einzutragen,wurde mit ANSYS/AQWA gearbeitet.Morison-GleichungWellenlasten auf Balkenelemente mit vernachlässigbarenBeugungseffekten sindzum Beispiel in ANSYS durch die generalisierteMorison-Gleichung definiert. Die WellenlastenF w pro Länge L ergeben sich ausdem Widerstandkoeffizienten normal C nund tangential C t zur Strömungsrichtung,den entsprechenden Geschwindigkeiten u nund u t , dem Massenträgheitsbeiwert C m ,dem Stabdurchmesser d, der Wasserdichteρ w und der Partikelbeschleunigung u n . Beider Anwendung dieser Gleichung ist aufdie Abhängigkeit der Widerstandsbeiwertezum Beispiel von der Reynolds-Zahl zu achten.Nach [Sawaragi 1995] kann ein Zylinderder Länge L bei einer Wellenbelastungdurch Wellen der Länge λ als so genanntesBild 1: Spar-Buoy [Siemens-Pressbild(2009)]54AUTOCAD & Inventor Magazin 6/13
SoftwareInventor2013Bild 2: Vorstudie zu einer TLP von Gicon, der TU BergakademieFreiberg und Partnern.Morison-Element diskretisierbar für D/λ
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