Rohre Rohrgiganten stützen die Offshore-Windkraftanlagen

Nicht nur bei Öl und Gas, auch bei den erneuerbaren Energien sind Rohre unverzichtbar. Insbesondere bei Offshore-Windkraftanlagen sind die Stahlröhren oder Stahlrohrkonstruktionen als Fundament zwar nicht auf den ersten Blick sichtbar, aber umso höher sind die Anforderungen.

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Nach dem Rekordjahr 2014 konnte die deutsche Windenergie-Branche auch im vergangenen Jahr Bestmarken vermelden. Hatte sich 2014 mit 141 neuen Anlagen die Offshoreleistung im Vergleich 2013 bereits verdoppelt, konnte 2015 noch einmal nachgelegt werden, wie die Messe Düsseldorf als Organisator der Tube berichtet. Insgesamt gingen auf See 546 Windkraftanlagen mit einer Leistung von 2282,4 MW in Deutschland erstmals ans Netz. Wie die Deutsche Windguard in ihrem „Status des Offshore-Windenergieausbaus in Deutschland“ mitteilt, lieferten damit Ende Dezember 2015 insgesamt 792 Offshore-Windkraftanlagen mit einer Gesamtleistung von 3294,9 MW Strom (2014: 1012,5 MW).

Starke Winde auf dem Meer fordern Offshore-Windkraftanlagenbauer heraus

Der Aufwand für den Bau eines Offshore-Windparks (OWP) ist allerdings ungleich höher als dies an Land der Fall ist. Dass es die Energiebranche dennoch verstärkt aufs Meer zieht, hat auch abseits der oft mangelnden Akzeptanz für Onshore-Windkraftanlagen durchaus nachvollziehbare Gründe. Denn auf See weht der Wind nicht nur kräftiger, sondern vor allem auch gleichmäßiger als an Land, wie der Windenergie Report Deutschland 2014 des Fraunhofer-Instituts für Windenergie und Energiesystemtechnik (IWES) bestätigt.

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Wegen der unterschiedlichen Rahmenbedingungen für Offshore-Windkraftanlagen wurden für die Fundamente, die so genannten Gründungsstrukturen, unterschiedliche Konzepte entwickelt. Den mengenmäßig größten Anteil haben die von Beginn an eingesetzten Einzelpfähle (Monopiles) und Schwerkraftfundamente. Weitere Bauweisen sind heute neben den in Asien verwendeten High-Rise-Pile Caps vor allem Fachwerk-Tragstrukturen (Jackets), dreigliedrige Gründungsfundamente (Tripiles und Tripods) sowie schwimmende Fundamente.

Vereinfacht gesagt, bestimmt der Standort der Offshore-Windkraftanlagen die Konstruktion. Schwerkraftfundamente, High-Rise-Pile Caps und Monopiles stehen vorwiegend in küstennahen und flachen Gewässern. Die Gründungsfundamente Tripod und Tripile eignen sich vor allem für größere Küstenentfernungen und Wassertiefen. Freilich sind die Grenzen fließend und sie verschieben sich ständig, was vor allem bei den Monopiles zu beobachten ist.

Lange, zylindrische Rohre als einfachste Form der Verankerung von Offshore-Windkraftanlagen

Als einfachste Form der Verankerung für Offshore-Windräder im Meeresgrund gelten Monopiles: lange zylindrische Rohre, die in der Regel von einem Errichterschiff in den Meeresboden gerammt werden. Monopiles können in kurzer Zeit, das heißt in wenigen Stunden, und damit sehr kostengünstig errichtet werden. Dabei gilt als grobe Richtlinie, dass etwa die Hälfte des Pfahls im Meeresboden versenkt werden muss, um eine ausreichende Standfestigkeit zu gewährleisten.

Weil das Einrammen enorme Geräusche verursacht (Schallpegel über 160 dB können erreicht werden), müssen zum Schutz der Meerestiere entsprechende Schutzmaßnahmen vorgenommen werden. Als Alternativen zum Schlagrammen hat man neue Verfahren wie das Einspülen oder das Vibrationsrammen entwickelt, das nicht nur den Lärm verringert, sondern das Gründungsrohr auch mechanisch weniger belastet.

Um das enorme Gewicht der Aufbauten zu tragen, sind dickwandige Rohre mit einem großen Durchmesser von mehreren m nötig. Bei einer 5-MW-Anlage beispielsweise wiegt allein die Gondel mit Rotor und Nabe 300 bis über 400 t. Dazu kommen weitere Hunderte von t für das Transition Piece (Verbindungsstück zwischen Fundament und Turm) und den Windturm.

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