Bei der Installation von Gründungspfählen für Offshore-Windenergieanlagen (OWEA) stellt die Einhaltung der in Deutschland geltenden Grenzwerte des Hydroschalls eine große technische Herausforderung dar, die nur mit großem Aufwand zu bewältigen ist.
Nur etwa 1% der Rammenergie wird direkt vom Pfahl in das umgebene Wasser abgestrahlt, der größte Energieanteil wird in den Meeresboden geleitet und kann die Wirksamkeit von Schallminderungssystemen erheblich beeinflussen.
Die Problematik der Bodenkopplung wurde erstmals beim ESRa-Test im Jahr 2011 in der Ostsee deutlich. Dort konnte aufgrund der Einbindelänge des Pfahls (8,5 m im Wasser; 65 m im Boden) sowie der jahrzehntelangen Standzeit des Brodtener Pfahles und dem damit verbundenen Festwachseffekt bei den getesteten Schallminderungsmaßnahmen eine Reduktion des Einzelschallereignispegels (SEL) von maximal 6 dB in 750 m Entfernung zum Pfahl nachgewiesen werden. Im direkten Nahbereich dagegen wurden deutlich bessere Reduktion von bis zu 16 dB (SEL) ermittelt. Ein ähnlicher Effekt wurde von der itap GmbH beim ersten Offshoretest eines Prototypen des HSD-Systems unseres Institutes beim OWP London Array 2012 nachgewiesen. Dort wurde im Nahbereich eine Reduktion von bis zu 17 dB (SEL) bestimmt, in 750 m und 1.500 m Entfernung lag sie bei 9 - 10 dB (SEL). Bei der gleichen Messkampagne wurde von uns auch die Erschütterungsausbreitung auf dem Meeresboden infolge der Rammung gemessen. [BRUNS, 2013].
Zur Untersuchung der Schallausbreitung bei der Installation von Offshore-Gründungspfählen müssen der Energieeintrag in den Pfahl, die Wellenausbreitung im Stahl (axial und radial), die Erschütterungen des Meeresbodens sowie die Schallausbreitung im Wasser näher betrachtet werden.
Zur Erreichung dieses Zieles ist im Rahmen dieses Forschungsvorhabens ein umfangreiches Messkonzept geplant, welches eine zeitsynchrone Erfassung aller Signale beinhaltet. Dabei werden auch die von den jeweiligen Firmen (Menck, OffNoise, etc.) ermittelten Parameter der verwendeten Hydrohammer sowie der eingesetzten Schallminderungsmaßnahmen zur Verfügung gestellt und ausgewertet.
Die Messkampagnen werden in Zusammenarbeit mit der E.ON Kraftwerke GmbH beim OWP Amrumbank West durchgeführt, wo unabhängig voneinander zwei Schallminderungsmaßnahmen eingesetzt werden. Dabei werden BBC der Firmen Weyres und HydroTechnikLübeck durchgängig und zusätzlich das HSD-System der Firmen OffNoise und Menck eingesetzt werden.
Alle bisher messtechnisch ausgestatteten Monopiles (oder Stahlrohre von aufgelösten Strukturen) brauchten zwingend für die Durchführung von Messkabeln Löcher in der Wandung des Pfahls. Falls vorhanden kann die Seekabelöffnung evtl. genutzt werden. Dieses birgt aber ein hohes wirtschaftliches Risiko, falls die Messkabel nicht rückstandslos entfernt werden können. Falls kein Loch vorhanden ist, musste bisher eins hergestellt werden. Dieses ist statisch von Nachteil und kann bei laufenden Projekten auch nicht ohne immensen Aufwand realisiert werden.
In diesem Forschungsvorhaben wird zum ersten Mal eine autarke, leistungsstarke Messtechnik an der Innenwandung des Pfahls appliziert, die erst nach Beendigung der Rammung und Aufsetzen des Transition-Pieces zur Auswertung geborgen wird. Sensoren sind hiervon ausgeschlossen und sind verloren.