Projekt Nanopflaster - Steigerung der Lebensdauer und Reduktion der Lebensdauerkosten von Offshore-Windenergieanlagen durch Nanopflaster

25.03.2025

• Gegenstand
• Ziel
• Methodik
• Partner + Förderer

Offshore-Windparks sind essenziell für Deutschlands Energieversorgung. Die Lebensdauer der Windenergieanlagen ist entscheidend für ihre langfristige Wirtschaftlichkeit. Ihre Gründungsstrukturen sind erheblichen Belastungen und korrosiver Meeresumgebung ausgesetzt, was zu Materialermüdung führt und die Lebensdauer verkürzt. Das Projekt "Nanopflaster" adressiert diese Herausforderungen durch eine moderne Nanolaminatbeschichtung, welche die Ermüdungsfestigkeit und den Korrosionsschutz der Schweißverbindungen verbessert.

Eine bestehende Nanolaminatbeschichtung für Schweißnähte wird auf den industriellen Einsatz vorbereitet, um die Lebensdauer von Offshore-Windenergieanlagen zu verlängern und Betriebskosten zu senken. Für die optimierte Beschichtung wird die Ermüdungsfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit sowie deren Wechselwirkungen untersucht. Eine Lösung zur in-situ-Applikation wird entwickelt und der Wissenstransfer in die Industrie gefördert. Das Projekt untersucht Monopile- und Jacketgründungen, um die Technologie in verschiedenen Offshore-Strukturen anzuwenden.

Untersuchungen zur Ermüdungsfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit von Proben mit optimierten Nanolaminat (ONL) sind Schwerpunkte des Projekts. Neben Versuchen zur Bestimmung der Wöhlerlinien werden großskalige Ermüdungsversuche an 1:1,5 Jacketknoten zum Einfluss des ONL auf Material- und Bauteilebene durchgeführt. Zentraler Bestandteil der Korrosionsuntersuchungen sind u.a. 3D-profilometrische Analysen nach unterschiedlichen elektrochemischen korrosiven Vorbelastungen. Diese zielen darauf ab, nicht nur die Korrosionsbeständigkeit zu bewerten, sondern auch Auswirkungen korrosiver Schädigungsprozesse auf die Ermüdungsfestigkeit zu erfassen und durch Zustandsmodelle zu beschreiben.

Projektkoordination:
TUHH Technical University of Hamburg

Projektpartner:
Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung
JBO Jörss-Blunck-Ordemann GmbH
Steelwind Nordenham

Assoziierte Partner und projektbegleitender Ausschuss:
AG der Dillinger Hüttenwerke
EnBW Energie Baden-Württemberg AG
RWE Offshore Wind GmbH
Salzgitter Mannesmann Forschung GmbH
Siemens Gamesa Renewable Energy GmbH
TÜV SÜD Industrie Service GmbH
Vestas Wind Systems A/S

Förderung:
Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz

Im Projekt "Nanopflaster" übernimmt die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) eine zentrale Rolle bei der Entwicklung und Validierung einer innovativen Nanolaminatbeschichtung, die für den Einsatz an Offshore-Windenergieanlagen (OWEA) optimiert werden soll. Der Fokus der BAM liegt hierbei auf der detaillierten Analyse des Einflusses dieser Beschichtungen auf die Ermüdungsfestigkeit und die Korrosionsbeständigkeit von geschweißten Stahlbauteilen. Diese Bauteile sind bei OWEA besonders anfällig für Schädigungen und stellen daher eine kritische Schwachstelle in den Tragstrukturen der OWEA dar. Die an der BAM durchzuführenden experimentelle Untersuchungen dienen der Bestimmung von Wöhlerlinien für verschiedene Schweißnahtdetails mit und ohne Nanolaminat. Zur Einbindung des Schädigungsmechanismus Korrosion wird es die gleiche Versuchsreihe mit Proben geben, die vorher z.B. in der Salzsprühnebelkammer vorkorrodiert wurden. Auch Effekte wirkender Lochfraßkorrosion sollen ohne und mit der optimierten Beschichtung genauer überprüft werden.

Die Methoden der BAM beinhalten den Einsatz elektrochemischer Verfahren und 3D-Profilometrie zur präzisen Analyse von Korrosionsprozessen und der Oberflächenbeschaffenheit behandelter Bauteile. Ein besonderes Augenmerk liegt dementsprechend auf der Untersuchung der kombinierten Effekte von Ermüdung und Korrosion. Ein weiterer wesentlicher Bestandteil der Arbeit der BAM ist die Durchführung von großskaligen Ermüdungsversuchen an Rohrknoten, welche die Übertragbarkeit der Ergebnisse in den industriellen Maßstab ermöglichen soll. Zusätzlich entwickelt die BAM Zustandsmodelle, die die Lebensdauer von Offshore-Strukturen prognostizieren können, und dabei die kombinierten Auswirkungen von Ermüdung und Korrosion berücksichtigen. Die BAM leistet zudem einen wichtigen Beitrag zur Standardisierung der neuen entwickelten Konzepte und zur Integration der Projektergebnisse in industrielle Fertigungsprozesse. Durch diese umfassenden Arbeiten trägt die BAM zur Entwicklung nachhaltiger und effizienter Offshore-Windenergieanlagen bei.

Partner

BAM, Fachbereich 7.2 Ingenieurbau und Fachbereich 7.6 Korrosion und Korrosionsschutz

TUHH, Institut für Metall- und Verbundbau
www.tuhh.de

JBO Jörss-Blunck-Ordemann GmbH
www.j-b-o.de

Steelwind Nordenham (Steelwind Nordenham – Founding the Future)
www.steelwind-nordenham.de

Förderung

Fördermaßnahme: Anwendungsorientierte nichtnukleare FuE im 7.
Energieforschungsprogramm der Bundesregierung

Förderbereich: Windenergie