Bau und - Offshore-Wind
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Klaus Betke<br />
Minderung von<br />
Unterwassergeräuschen<br />
beim <strong>Bau</strong> von <strong>Offshore</strong>-WEA<br />
<strong>Offshore</strong> WEA<br />
Schallschutzhüllen <strong>und</strong> andere Verfahren<br />
itap – Institut für technische <strong>und</strong> angewandte Physik GmbH, Oldenburg
Rammgeräusche<br />
� Beim <strong>Bau</strong> von <strong>Offshore</strong>-<strong>Wind</strong>energieanlagen werden<br />
Rammen eingesetzt<br />
� Der Rammvorgang verursacht unter Wasser Geräusche,<br />
die für Meereslebewesen potenziell schädlich sind<br />
� Schallminderung verkleinert die Einwirkradien
Pegel in<br />
750 m Abbstand,<br />
dB re r 1 µPa<br />
210<br />
200<br />
190<br />
180<br />
170<br />
160<br />
150<br />
Rammgeräusche: Schallpegel<br />
Peak<br />
SEL<br />
0 1 2 3 4 5 6<br />
Pfahldurchmesser, Meter
Pegel in i 750 m Abbstand,<br />
dB re r 1 µPa<br />
210<br />
200<br />
190<br />
180<br />
170<br />
160<br />
150<br />
Rammgeräusche: Schallpegel<br />
Peak<br />
FINO3<br />
SEL<br />
FINO3<br />
0 1 2 3 4 5 6<br />
Pfahldurchmesser, Meter
µPa<br />
Lpeeak,<br />
dB re 1<br />
200<br />
190<br />
180<br />
170<br />
160<br />
150<br />
Rammgeräusche: Schallpegel<br />
FINO3 – Spitzenpegel während der gesamten Rammarbeiten – 900 m Abstand<br />
140<br />
2:00 3:00 4:00 5:00 6:00 7:00 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00<br />
31-Jul-2008, MESZ
e 1 µPa<br />
SEL (1/33-Oktav),<br />
dB<br />
180<br />
170<br />
160<br />
150<br />
140<br />
130<br />
120<br />
110<br />
100<br />
Rammgeräusche: Spektrale Zusammensetzung<br />
FINO1, 400 m Amrumbank-West, 850 m Hafenbau, 340 m FINO2, 520 m<br />
10 100 1000 1 000 10 000 100 000<br />
Frequenz, Hz
Vibrationsramme<br />
("Rüttler")<br />
Schlagverlängerung<br />
("weicher" Schlag)<br />
Möglichkeiten zur Schallminderung beim Rammen<br />
Schallschutzhülle<br />
Blasenschleier
Leq, 1/3 Oktave, O dB re<br />
1 µPa<br />
150<br />
140<br />
130<br />
120<br />
110<br />
100<br />
90<br />
80<br />
Vibrationsramme: Schallspektrum<br />
Rammen einer Sp<strong>und</strong>bohle (Kastenprofil 1.2 m), Messentfernung 350 m<br />
Vib Vibrationsramme ti iin BBetrieb t i b Vib Vibrationsramme ti aus Shl Schlagramme<br />
16 31.5 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000 16000<br />
Frequenz in Hz
Vibrationsramme: Gerüttelte Pfähle müssen mit<br />
Schlagramme g auf Solltiefe gebracht g<br />
werden
Möglichkeiten zur Schallminderung beim Rammen<br />
<strong>Offshore</strong>-Gründungsarbeiten<br />
g<br />
mit Vibrationsramme
Prinzip:<br />
Feder oder weiches Material<br />
zwischen Hammer <strong>und</strong> Pfahl<br />
Schlagverlängerung<br />
EExperimentelle i t ll Realisierung:<br />
R li i ver<br />
Drahtseil als "Kissen"<br />
Univ. Hannov<br />
Foto: ISD, U
Schlagverlängerung: Theorie<br />
1. Pile driving so<strong>und</strong> is the force impulse filtered by the pile’s radiation function<br />
2. Prolonging the impact shifts the input spectrum to lower frequencies<br />
3. � Less so<strong>und</strong> is radiated. Noise reduction if impact time is doubled: 8…10 dB
Blasenschleier<br />
rbst, ISD<br />
Treiber, S. Zer<br />
Fotos: M. T
Blasenschleier: Verschiedene Realisierungen<br />
Autor Aufbau<br />
Würsig et al.<br />
2000<br />
Illingsworth<br />
et al. 2001<br />
Reyff 2003<br />
Petrie 2005<br />
Durchmesser,<br />
, m<br />
Luftmenge,<br />
m³/minute je m<br />
Bl Blasenvorhang h<br />
Wassertiefe,<br />
, m<br />
Breitbandige<br />
Schallreduktion,<br />
dB<br />
1 Ring 50 0.25 8 3…5<br />
1Ri 1 Ring<br />
00…2 2<br />
1 Ring +<br />
Textilmantel<br />
4 3.6 9<br />
5…10<br />
2 Ringe<br />
übereinander<br />
3 Ringe g<br />
übereinander<br />
Rodkin 5 Ringe<br />
et al. 2007 übereinander<br />
FINO 3<br />
2008<br />
6 14 9<br />
3…10 (L eq )<br />
9…17 (L peak )<br />
17 1.7 56 5.6 ≈ 15 5<br />
≈ 3 ? ? 25…30<br />
1 Ring 140 < 0.5 23 7…13
level, dB re unmitigated<br />
pile<br />
driving<br />
So<strong>und</strong><br />
5<br />
0<br />
-5<br />
-10<br />
-15<br />
-20<br />
-25<br />
-30<br />
-35 35<br />
-40<br />
Blasenschleier: Frequenzabhängige Wirkung<br />
63 125 250 500 1000 2000 4000 8000 16000 31500<br />
Frequency, Hz<br />
Würsig et al. al 2000
level, dB re unmitigated<br />
pilee<br />
driving<br />
So<strong>und</strong><br />
5<br />
0<br />
-5<br />
-10<br />
-15<br />
-20<br />
-25<br />
-30<br />
-35<br />
-40<br />
Blasenschleier: Frequenzabhängige Wirkung<br />
63 125 250 500 1000 2000 4000 8000 16000 31500<br />
Frequency, Hz<br />
Würsig et al. 2000<br />
Illingworth et al. 2001<br />
Reyff 2003<br />
Rodkin & Reyff 2007
level, dB re unmitigated<br />
pilee<br />
driving<br />
So<strong>und</strong><br />
5<br />
0<br />
-5<br />
-10<br />
-15<br />
-20<br />
-25<br />
-30<br />
-35<br />
-40<br />
Blasenschleier: Frequenzabhängige Wirkung<br />
63 125 250 500 1000 2000 4000 8000 16000 31500<br />
Frequency, Hz<br />
Würsig et al. 2000<br />
Illingworth et al. 2001<br />
Reyff y 2003<br />
Rodkin & Reyff 2007<br />
FINO3 2008
Schallschutzhülle
Sounnd<br />
transmisssion<br />
1 - |R² ²|, dB<br />
0<br />
-10<br />
-20 20<br />
-30<br />
-40<br />
-50<br />
-60<br />
Schallschutzhülle: Theorie<br />
-70<br />
10 100 1000 10000<br />
Frequency, Hz<br />
20 mm steel<br />
20 mm foam<br />
50 mm foam<br />
50 mm air
Schallschutzhülle: Versuch mit Schaum-beschichtetem Stahlrohr<br />
2.2 m<br />
Rammpfahl<br />
Wassertiefe<br />
8.5 m<br />
Ramme<br />
Adapterstück<br />
Stahlrohr (12 mm)<br />
Schaumschicht (20 ( mm) )<br />
30 m<br />
2.5 m<br />
500 m<br />
Hydrofone<br />
Pile
Level in dB d re unscreened<br />
pilee<br />
5<br />
0<br />
-5<br />
-10<br />
-15<br />
-20<br />
-25<br />
-30<br />
Schallschutzhülle: Experimente<br />
Uncoated steel tube Tube with 20 mm foam<br />
63 125 250 500 1000 2000 4000 8000 16000<br />
Frequency in Hz
Schallschutzhülle: Doppelwandiges Modell mit Schaumfüllung<br />
Modell mit 50 mm Schaumschicht Versuchsaufbau
dB re unsccreened<br />
pile<br />
Level in<br />
10<br />
0<br />
-10<br />
-20<br />
-30<br />
-40<br />
-50<br />
-60<br />
Schallschutzhülle: Experimente<br />
Uncoated steel tube Tube with 20 mm foam Double-wall model<br />
63 125 250 500 1000 2000 4000 8000 16000 31500<br />
Frequency in Hz
limiting frequency<br />
of propagation<br />
p n, Hz<br />
Lower<br />
Gr<strong>und</strong>sätzliches Problem bei Modellversuchen:<br />
Der Frequenzbereich ist durch die<br />
Messgeometrie nach unten begrenzt<br />
10000<br />
1000<br />
100<br />
10<br />
c bottom = 1600 m/s<br />
c bottom = 1700 m/s<br />
"Hard" sea bottom<br />
0 1 10 100<br />
Water depth, m
Schallschutzhülle: Modell mit luftgefüllten Schläuchen
µPa<br />
Peegel,<br />
dB re 1<br />
140<br />
130<br />
120<br />
110<br />
100<br />
90<br />
Schallschutzhülle: Modell mit luftgefüllten Schläuchen<br />
Die Abmessungen des<br />
Beckens begrenzen die<br />
Schallausbreitung auf<br />
Frequenzen oberhalb<br />
von 800 Hz<br />
Ohne Schlauchhülle Mit Schlauchhülle<br />
Schallminderung durch<br />
die Schlauchhülle<br />
80<br />
100 1 000 10 000 100 000<br />
Frequenz, Hz
ungeschirmmtem<br />
Rammmpfahl,<br />
dB<br />
Pegell<br />
gegeüber<br />
10<br />
0<br />
-10<br />
-20 20<br />
-30<br />
-40<br />
-50<br />
-60<br />
Schallschutzhülle: Modell mit luftgefüllten Schläuchen<br />
Nacktes Rohr Rohr mit Schaum Doppelwand mit Schaum Schläuche<br />
63 125 250 500 1000 2000 4000 8000 16000 31500<br />
Frequenz, Hz
Schallschutzhülle aus luftgefüllten Schläuchen<br />
os 2007<br />
ckelmann, Ro<br />
hls, Betke, Ec<br />
Quelle: Neh
Schallschutzhülle aus luftgefüllten Schläuchen<br />
ck GmbH<br />
hnung: Menc<br />
os 2007. Zeic<br />
ckelmann, Ro<br />
hls, Betke, Ec<br />
Quelle: Neh
Gegenüberstellung der Verfahren<br />
Verfahren Vorteile Nachteile<br />
Vibrationsramme Verfügbar<br />
Schlagverlängerung<br />
Blasenschleier<br />
Schallschutzhülle<br />
Keine Installation im<br />
Wasser notwendig<br />
Installation unabhängig<br />
von Ramme,<br />
Rammführung Rammführung, usw. usw<br />
Keine prinzipiellen<br />
Probleme<br />
… … …<br />
Nur für Beginn der Gründung; dann muss mit<br />
Schlagramme weitergearbeitet werden<br />
� Geringer Schallschutzeffekt<br />
Realisierungsmöglichkeit unklar<br />
Begrenzter Effekt<br />
Sehr aufwändige Installation, insbesondere in<br />
Gewässern mit Strömung (Nordsee)<br />
Wirkung schwer vorhersagbar<br />
Handhabung (Umhüllen des Rammpfahls)<br />
diffizil<br />
Öffnungen (notwendig bei Tripods etc.)<br />
schwächen die Wirkung
Vielen Dank.
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