01.12.2019
Offshore-Windpark

Windenergieanlagen mit Jacket-Tragstrukturen in einem Offshore-Windpark

Quelle: Volker Schlichting/EyeEm/Getty Images

Die Tragstrukturen von Windenergieanlagen in Offshore-Windparks müssen die ständigen dynamischen Beanspruchungen durch Wind, Wellen und Drehung des Rotors und die korrosiven Umweltbedingungen dauerhaft standhalten können. Bei der Tragwerksplanung setzen Ingenieure Modelle zur Vorhersage der Einwirkungen, des Zustandes und der Leistungsfähigkeit ein. Diese Vorhersagen sind mit großen Unsicherheiten verbunden. Deswegen können beispielsweise trotz einer sorgfältigen Planung, Fertigung und Installation unerwünschte Schäden wie z.B. Ermüdungsrisse entstehen. Inspektionen werden durchgeführt, um die bestehenden Unsicherheiten über den tatsächlichen Tragwerkszustand zu reduzieren. Auf der Grundlage der gesammelten Inspektionsergebnisse kann die zukünftige Entwicklung des Zustandes und der Leistungsfähigkeit der Tragwerke besser prognostiziert und Instandhaltungsmaßnahmen vorausschauend geplant werden.

Betreiber von Offshore-Windparks in deutschen Gewässern inspizieren in der Regel jedes Jahr 25% der Tragstrukturen in einem Windpark. Jede einzelne Tragstruktur wird somit im Abstand von vier Jahren inspiziert. Mit dieser Strategie stellen die Betreiber zwar sicher, dass die Tragstrukturen eine ausreichende Zuverlässigkeit haben, aber es ist nicht klar, ob sie optimal ist. Die Bestimmung der optimalen Inspektions- und Instandhaltungsstrategie für die Tragstrukturen von Windenergieanlagen in einem Offshore-Windpark ist ein äußerst komplexes Entscheidungsproblem. Um dieses Problem quantitativ lösen zu können, entwickeln und verwenden wir Verfahren für Zuverlässigkeits-, Risiko- und Entscheidungsanalysen.

Grafik zu Betriebskosten von Windenergieanlagen

Anteile der zu erwartenden Betriebskosten von Offshore-Windkraftanlagen

Quelle: BAM, Fachbereich Ingenieurbau

In dem aktuellen Paper des Monats Dezember stellen wir ein risikobasiertes Verfahren zur Optimierung von Inspektions- und Reparaturstrategien für ermüdungsbeanspruchte Tragstrukturen von Offshore-Windkraftanlagen vor. Das Verfahren wurde in dem kürzlich abgeschlossenen Forschungsvorhaben Syspark entwickelt, welches vom Windstromerzeuger innogy SE finanziert wurde. Mit diesem Verfahren kann diejenige Strategie berechnet werden, die eine optimale Balance zwischen den zu erwartenden Betriebskosten für Inspektionen und Reparaturen und der erreichten Reduktion des Risikos eines Versagens der Tragstruktur während des Betriebes gewährleistet. In einer Anwendung des Verfahrens zeigen wir, dass das optimale Inspektionsintervall – einer der wichtigsten Parameter einer Inspektionsstrategie – für einen Stahlrahmen mit ähnlichen Eigenschaften wie eine Jacket-Tragstruktur acht Jahre beträgt.

A sampling-based approach to identifying optimal inspection and repair strategies for offshore jacket structures
Ronald Schneider, Andreas Rogge, S. Thöns, E. Bismut, D. Straub
Proc. 6th International Symposium on Life-Cycle Civil Engineering (IALCCE 2018), Ghent, Belgium, pages 1081-1088, 2019
BAM, Abteilung Bauwerksicherheit, Fachbereich Ingenieurbau