WO2014032658A2 - Offshore-fundament sowie herstellungsverfahren - Google Patents

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WO2014032658A2
WO2014032658A2 PCT/DE2013/100311 DE2013100311W WO2014032658A2 WO 2014032658 A2 WO2014032658 A2 WO 2014032658A2 DE 2013100311 W DE2013100311 W DE 2013100311W WO 2014032658 A2 WO2014032658 A2 WO 2014032658A2
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offshore
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Jacobus Van Der Meer
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    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
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    • E02D29/12—Manhole shafts; Other inspection or access chambers; Accessories therefor
    • E02D29/14—Covers for manholes or the like; Frames for covers
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D27/00—Foundations as substructures
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    • E02D27/42—Foundations for poles, masts or chimneys
    • E02D27/425—Foundations for poles, masts or chimneys specially adapted for wind motors masts
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D15/00—Handling building or like materials for hydraulic engineering or foundations
    • E02D15/10—Placing gravel or light material under water inasmuch as not provided for elsewhere

Definitions

  • the invention relates to an offshore foundation for a monopile of an offshore power plant, in particular wind or hydropower plant, for securing the monopile in and on the seabed and a manufacturing method for producing an offshore foundation.
  • a monopile construction consists of a cylindrical hollow pile, mostly of a metal, but recently also of fiber-reinforced plastics.
  • the monopile is used in many European offshore wind farms near the coast and is previously only suitable for foundations in Water depths up to about 30 meters. For the use of more efficient offshore energy systems in deeper water depths monopile constructions are not economically suitable so far. Their use is still economical up to water depths of about 30 meters. Monopiles can be installed easily and quickly, often using heavy piling equipment for their erection.
  • Monopile constructions can be costly against the Auskolkung secure and also offer a good collision protection. They are not used in stony seabeds so far.
  • the present invention has for its object to provide an offshore foundation for a monopile for an offshore power plant, which allows the use of monopile structures in larger water depths cost, at the same time provides sufficient Kolkschutz, regardless of a construction schedule for the energy systems or the provision of monopile structures and also can be produced without complicated Nachprofilleiters12. Furthermore, it is a further object of the present invention to provide a manufacturing method for an offshore foundation, this manufacturing method satisfies the aforementioned device-related tasks cost.
  • the offshore foundations exclusively consist of unbound broken stones piled up on the seabed a broadly graded mixture in the range of 1 mm to 200 mm rock size and the stones in the composite cone-shaped, at least frustoconical, sedimented piled up, the stones are applied to the seabed punctually at the later location of the monopile and compacted only by its own weight, at least sedimented, a monopile can be driven from above into this foundation and subsequently introduced penetrating further into the seabed, but the introduction of the seabed is considerably lower than with previous foundations for monopiles necessary. Previous Monopiles must be introduced significantly further into the seabed in order to ensure sufficient stability for later installed energy plant can.
  • the stability is now essentially provided by the foundation heaped up on the seabed.
  • the rock form is of crucial importance, since the unbound broken stones mesh particularly well with each other by introducing and self-compression after application to the seabed or connect to each other, so that even strong movements and forces very well in the foundation and the Seabed can be initiated.
  • An according to the invention offshore foundation is erosion-proof against flow as well as filter-stable against the existing soil.
  • the rock cone sedimented into a truncated cone can be pierced or pierced.
  • the material can be included in the static calculation, since the at least formed as a truncated cone offshore foundation absorbs a large part of the horizontal forces. Therefore, the calculation sole can be increased significantly, so that even deeper seabed can be considered as locations.
  • monopiles can be equally dimensioned be produced because the height compensation by the cone or the truncated cone takes place, resulting in a series production with only a few basic variants of the monopile and thus saves considerable costs in planning, production and storage.
  • Broken stones are made exclusively by breaking and are 100% broken core bank rock. In this case, in particular, the non-uniform grain shape is important. It is not cubic or even spherical beaten stones, but only broken stones.
  • a broken grain creates a maximum bond with each other, which leads to a permanent very good gearing together, so that the longevity of the offshore foundation is permanently guaranteed.
  • the exclusively unbound broken stones are, in particular, natural stones which can be inexpensively transported by ship to the place of introduction or production and, for example, can be constructed correspondingly on the seabed by means of fall-pipe vessels.
  • a Kolkschutz is not necessary because the material in conical form is erosion stable at the same time.
  • the conical shape itself offers a surprisingly simple antiskid function, so that erosion in the edge area is reduced to a minimum.
  • a further particular advantage is the favorable ability to be dismantled by crane or suction vessel and the complete reusability of the environmentally harmless offshore foundation material.
  • the invention leads to the fact that significantly less material must be used for the monopile, so that here an enormous savings in the production of monopile can be realized because the Monopile does not have to be driven as deep as necessary into the seabed.
  • an offshore foundation for monopile structures for energy systems is specified, which is essentially inexpensive to produce and in particular opens the possibility to use in simple waters over 30 meters deep simple monopile constructions for energy use.
  • the offshore foundation has a slope angle in the sedimented state in the range of 1: 1, 5 to 1: 3, which represents a nearly ideally flowed underwater body in consideration of the height, stability and load characteristics. If the unbound broken stones have a grain size of 1 to 200 mm, an optimal interlocking takes place during the introduction or the sedimentation.
  • a rock mixture with optimum grain composition, according to the ideal sowing line according to or similar to the fuller parabola is applied to the seabed as an offshore foundation.
  • Another particular advantage is the material density of the unbound broken stones in the range of 2.3 t / m 3 to 3.8 t / m 3 , in particular 2.8 t / m 3 , as found here particularly good strength values of the foundation in test series were.
  • the bulk density of the unbound crushed stones is in the range of 1, 5 t / m 3 to 2.5 t / m 3 , in particular at 1, 9 t / m 3 .
  • the unbound broken stones are erosion and / or filter stable.
  • the ratio between the diameter of the monopile to be used or used and the width of the tip of the offshore foundation after introduction or sedimentation is in the range of 1: 1 to 1: 3, preferably 1: 1, 5, the introduced Forces of a monopile arranged in the offshore foundation sufficiently and particularly effectively discharged into the seabed.
  • a supplementary scour shield may be provided in partial areas on the surface of the broken-stone offshore foundation.
  • the heights h1 or h2 as well as h3 and h4 of the monopile or of the offshore foundation are to be determined according to the required static calculations.
  • Fig. 1 is a schematic representation of the embodiment of the invention offshore foundation.
  • Fig. 1 is a schematic representation of the embodiment of the invention offshore foundation 4 is shown.
  • the offshore foundation 4 consists of individual unbound broken natural stones of fraction 1 to 200 mm.
  • the stones 41 which originate from surrounding as well as from distant quarries, were broken in the quarry or at a processing site and subsequently brought to the site, for example, by means of a fall-pipe ship and applied to the seabed 2.
  • the height h1 which has subsequently a time, for example, several months or even years, preferably about a year, self-compacting. A waiting period is not mandatory.
  • the individual fractions of the applied rock 41 interlock with one another in such a way that an almost monolithic block is created.
  • the originally poured base is wider and the height h1 when introduced reduced to the height h2. This still forms a flattened upper truncated cone area.
  • the slope ratio at the slope is about 1: 1, 5 to 1: 3.
  • the monopile 1 is driven from the top into the frusto-conical offshore foundation 4 by ramming or drilling.
  • the ramming / drilling takes place into the seabed 2 into, but only a smaller penetration depth h3 in the seabed 2 is needed, as a total of the total length h4, namely h3 plus h2, the monopile 1 is anchored positively and securely, said All introduced into the monopile 1 forces are transmitted to the seabed 2.
  • the offshore foundation becomes wider at its tip by the shaking / piling process.
  • the invention results in significantly less material having to be used for the monopile 1, so that an enormous savings potential can be realized in the production of the monopile 1 here.
  • the diameter of the monopile 1 is about 6 meters.
  • the head region of the offshore foundation is in this case designed such that laterally about 4 meters of material around the monopile 1 are present circumferentially.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Offshore-Fundament (4) für einen Monopile (1) einer Offshore-Energieanlage, insbesondere Wind- oder Wasserkraftenergieanlage, zur Sicherung des Monopiles im und am Meeresboden (2) mit Gestein, wobei das Offshore-Fundament (4) ausschließlich aus auf dem Meeresboden (2) aufgeschütteten ungebundenen gebrochenen Steinen (41) in Form eines weit gestuften Gemisches im Bereich von 1 mm bis 200 mm Gesteinsgröße besteht und die Steine (41) im Verbund kegelförmig, wenigstens kegelstumpfförmig, aufgeschüttet sedimentiert angeordnet sind, wobei die Steine (41) auf dem Meeresboden (2) punktuell am späteren Ort des Monopiles (1) aufgebracht sind und ausschließlich durch deren Eigengewicht verdichtet, wenigstens sedimentiert sind. Ferner betrifft die Erfindung ein Herstellungsverfahren für ein Offshore-Fundament (4) für und mit einem Monopile (1) einer Offshore-Energieanlage, wenigstens einer Wind-, Solar- oder Wasserkraftenergieanlage, zur Sicherung des Monopiles (1) im und am Meeresboden (2), mit den Schritten: - Aufschütten eines Gesteinsgemisches aus ungebundenen und gebrochenen Steinen (41) in Form eines weit gestuften Gemisches im Bereich von 1 mm bis 200 mm Gesteinsgröße auf einem Punkt des Meeresbodens (2) bis zur Höhe M; - Selbstsedimentieren des aufgeschütteten Gesteins (41) zu einem Kegelstumpf, wenigstens einem Kegel; - Einbringen des Monopiles (1) direkt in und durch das Offshore-Fundament (4) durch Einrammen, Einbohren und/oder Einrütteln, wobei der Monopile bis in den Meeresboden (2) eingebracht (h3) wird.

Description

B E S C H R E I B U N G
Offshore-Fundament sowie Herstellungsverfahren
Die Erfindung betrifft ein Offshore-Fundament für einen Monopile einer Offshore- Energieanlage, insbesondere Wind- oder Wasserkraftenergieanlage, zur Sicherung des Monopiles im und am Meeresboden sowie ein Herstellungsverfahren zur Herstellung eines Offshore-Fundamentes.
Aus dem Stand der Technik sind unterschiedliche Anordnungen bekannt, um Offshore-Energieanlagen auf und im Meeresboden zu sichern. Hierzu werden im Wesentlichen Monopiles, Tripods, Jackets und Schwerkraftfundamente verwendet, um die Energieanlagen-Türme mit dem Boden zu verbinden.
Aus der Druckschrift WO 2013/022338 A1 ist ein Offshore-Fundament für Windenergieanlagen bekannt, wobei zunächst ein Platzhalterelement mit einer Aufnahme für einen später einzusetzenden Monopile auf dem Boden positioniert, anschließend mit einem Hilfselement verschlossen und darauf hin zunächst mit einer feinkörnigen Filteranlage und abschließend mit einer Decklage aus großen Steinen oder Felsen bedeckt wird. Nach dem Aufbau der unterschiedlichen Gesteinslagen erfolgt das Abheben des verschließenden Hilfselementes, so dass die Aufnahme innerhalb des Platzhalterelementes freigegeben wird und der Monopile durch diese Aufnahme in den Boden geführt werden kann. Der hier beschriebene Gegenstand bezieht sich auf Monopile-Anordnungen, kann aber auch für weitere Energieanlagen-Standwerke genutzt werden.
Eine Monopile-Konstruktion besteht aus einem zylindrischen hohlen Pfahl, meistens aus einem Metall, neuerdings aber auch aus faserverstärkten Kunststoffen. Das Monopile wird in vielen europäischen Offshore-Windparks in Küstennähe verwendet und eignet sich bisher nur für Fundamente in Wassertiefen bis zu etwa 30 Metern. Für den Einsatz leistungsfähigerer Offshore- Energieanlagen in größeren Wassertiefen sind bislang Monopile-Konstruktionen wirtschaftlich nicht geeignet. Ihr Einsatz ist bis zu Wassertiefen von etwa 30 Metern noch wirtschaftlich. Monopiles können einfach und schnell installiert werden, wobei für deren Errichtung häufig schwere Rammgeräte verwendet werden. Monopile-Konstruktionen lassen sich aufwendig gegen die Auskolkung sichern und bieten zudem einen guten Kollisionsschutz. Sie sind in steinigen Meeresböden bislang nicht einsetzbar.
In Deutschland weisen 80% der möglichen Standorte für Offshore- Energieanlagen eine Wassertiefe von 35 bis 45 Meter auf, so dass hier die einfache Anwendung eines Monopiles in einer üblichen Ausgestaltung mit einem Durchmesser von 6 bis 7 Meter nicht mehr wirtschaftlich anwendbar ist und zudem die Stabilität nicht gewährleistet werden kann.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Offshore-Fundament für einen Monopile für eine Offshore-Energieanlage aufzuzeigen, das die Verwendung von Monopile-Strukturen in größeren Wassertiefen kostengünstig ermöglicht, gleichzeitig einen ausreichenden Kolkschutz bietet, unabhängig von einem Bauzeitplan für die Energieanlagen bzw. die Gestellung der Monopile- Strukturen und zudem ohne aufwendige Nachprofilierungsarbeiten herstellbar ist. Ferner ist es weiter Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Herstellungsverfahren für ein Offshore-Fundament aufzuzeigen, wobei dieses Herstellungsverfahren die zuvor genannten vorrichtungsgemäßen Aufgaben kostengünstig erfüllt.
Gelöst werden diese Aufgaben mit einem Offshore-Fundament nach Anspruch 1 sowie einem Herstellungsverfahren für ein Offshore-Fundament nach Anspruch 7.
Dadurch, dass das Offshore-Fundament ausschließlich aus auf dem Meeresboden aufgeschütteten ungebundenen gebrochenen Steinen in Form eines weit gestuften Gemisches im Bereich von 1 mm bis 200 mm Gesteinsgröße besteht und die Steine im Verbund kegelförmig, wenigstens kegelstumpfförmig, aufgeschüttet sedimentiert angeordnet sind, wobei die Steine auf dem Meeresboden punktuell am späteren Ort des Monopiles aufgebracht sind und ausschließlich durch deren Eigengewicht verdichtet, wenigstens sedimentiert sind, kann ein Monopile von oben in dieses Fundament eingetrieben und im Anschluss weiter in den Meeresboden eindringend eingebracht werden, wobei jedoch das Einbringen auf den Meeresboden erheblich geringer ausfällt als mit bisherigen Fundamenten für Monopiles notwendig. Bisherige Monopiles müssen deutlich weiter in den Meeresboden eingebracht werden, um ausreichend Standsicherheit für die später aufgesetzte Energieanlage gewährleisten zu können. Durch das künstliche Aufschütten des Meeresbodens in Form eines Kegelstumpfes bzw. eines Kegels wird die Standsicherheit nunmehr im Wesentlichen durch das auf dem Meeresboden aufgeschüttete Fundament erbracht. Hierbei ist insbesondere die Gesteinsform von entscheidender Bedeutung, da die ungebundenen gebrochenen Steine durch das Einbringen und die Eigenverdichtung nach dem Aufbringen auf dem Meeresboden besonders gut miteinander verzahnen bzw. sich miteinander verbinden, so dass selbst starke Bewegungen und Kräfte sehr gut in das Fundament und den Meeresboden eingeleitet werden können.
Ein entsprechend erfindungsgemäßes Offshore-Fundament ist erosionssicher gegen Strömung als auch filterstabil gegenüber dem vorhandenen Boden.
Aufgrund der verwendeten Korngrößen ist der zu einem Kegelstumpf sedimentierte Gesteinskegel gleichwohl durchramm- bzw. durchbohrbar. Insbesondere kann das Material in die statische Berechnung einbezogen werden, da das wenigstens als Kegelstumpf ausgebildete Offshore-Fundament einen Großteil der Horizontalkräfte aufnimmt. Daher kann die Berechnungssohle deutlich erhöht werden, so dass auch tiefere Meeresböden als Standorte in Frage kommen können. Diesbezüglich können Monopiles gleichdimensioniert produziert werden, da der Höhenausgleich durch den Kegel bzw. den Kegelstumpf erfolgt, was zu einer Serienproduktion mit nur wenigen Grundvarianten des Monopiles führt und somit erhebliche Kosten in der Planung, der Produktion und der Lagerung einspart. Durch die Vorbelastung des Meeresbodens und die erhöhte kegelförmige Aufschüttung wird der darunterliegende Meeresgrund bereits weiter verdichtet, was zu einer Konsolidierung führt. Hierdurch kann zudem die statische Berechnungsgrundlage erheblich verbessert werden, da das Eigengewicht des kegelstumpfförmig aufgeschütteten Offshore-Fundamentes den Meeresgrund und die darunter liegenden Schichten statisch erheblich verbessert.
Der Kegel aus dem weit gestuften Gemisch ersetzt einen zusätzlichen Kolkschutz äußerst effektiv.
Gebrochene Steine werden ausschließlich durch Brechen hergestellt und sind 100% gebrochenes Kernbankgestein. Hierbei kommt es insbesondere auf die ungleichförmige Kornform an. Es handelt sich nicht um kubische oder gar kugelförmige geschlagene Steine, sondern ausschließlich um gebrochene Steine.
Ein gebrochenes Korn erzeugt einen maximalen Verbund untereinander, was zu einer dauerhaften sehr guten Verzahnung miteinander führt, so dass die Langlebigkeit des Offshore-Fundamentes dauerhaft gewährleistet ist.
Da das Gemisch aus ungebundenen gebrochenen Steinen besonders leicht verfügbar ist, da sämtliche möglichen Gesteinsarten hierzu verwendet werden können, stellt dies ein besonders leicht herzustellendes Offshore-Fundament für Monopile-Strukturen dar. Zudem kann unabhängig von der späteren Monopile- Einbringung die Offshore-Fundamentstruktur bereits frühzeitig aufgebaut werden. Bevorzugt werden Tiefengesteine, wie Granit oder auch Granodiorite verwendet. Es handelt sich bei den ausschließlich ungebundenen gebrochenen Steinen insbesondere um Natursteine, die mit Schiffen kostengünstig an den Einbringungs- bzw. Herstellungsort transportiert werden können und beispielsweise mittels Fallpipe-Schiffen entsprechend am Meeresgrund aufgebaut werden können.
Ein Kolkschutz ist nicht notwendig, da das Material in Kegelform gleichzeitig erosionsstabil ist. Die Kegelform bietet hierzu selbst eine überraschend einfache Kolkschutzfunktion, so dass die Erosion im Randbereich auf ein Minimum reduziert ist. Ein weiterer besonderer Vorteil ist die günstige Rückbaubarkeit per Kran- oder Saugschiff und die komplette Wiederverwendbarkeit des umweltunbedenklichen Offshore-Fundamentmaterials.
Bei den bisher bekannten Fundamenten für Offshore-Energieanlagen ist immer eine aufwendige Nacharbeitung notwendig, was in diesem Fall nicht notwendig ist und insbesondere unter Betrachtung der Kosten einen Vorteil mit sich bringt.
Als weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Offshore-Fundamentes bei Einsatz von üblichen Meerestiefen geringer als 30 Meter führt die Erfindung dazu, dass deutlich weniger Material für das Monopile verwendet werden muss, so dass hier ein enormes Einsparpotenzial bei der Herstellung des Monopiles realisiert werden kann, da das Monopile nicht so tief wie bisher nötig in den Meeresboden getrieben werden muss.
Insgesamt ist somit ein Offshore-Fundament für Monopile-Strukturen für Energieanlagen angegeben, das im Wesentlichen kostengünstig herstellbar ist und insbesondere die Möglichkeit eröffnet in tieferen Gewässern über 30 Meter Wassertiefe einfache Monopile-Konstruktionen für die Energienutzung zu verwenden. Das Offshore-Fundament weist im sedimentierten Zustand einen Böschungswinkel im Bereich von 1 :1 ,5 bis 1 :3 auf, was einen nahezu ideal angeströmten Unterwasserkörper unter Beachtung der Höhe, Stabilität und Belastungseigenschaften darstellt. Wenn die ungebundenen gebrochenen Steine eine Korngröße von 1 bis 200 mm aufweisen, erfolgt während des Einbringens bzw. der Sedimentation eine optimale Verzahnung miteinander. Hierzu wird ein Gesteinsgemisch mit optimaler Kornzusammensetzung, entsprechend der Idealsieblinie gemäß oder ähnlich der Fullerparabel auf den Meeresboden als Offshore-Fundament aufgebracht. Ein weiterer besonderer Vorteil ist die Materialrohdichte der ungebundenen gebrochenen Steine im Bereich von 2,3 t/m3 bis 3,8 t/m3, insbesondere 2,8 t/m3 liegt, da hier besonders gute Festigkeitswerte des Fundamentes in Testreihen festgestellt wurden. Für ein optimales Offshore-Fundament liegt die Schüttdichte der ungebundenen gebrochenen Steine im Bereich von 1 ,5 t/m3 bis 2,5 t/m3, insbesondere bei 1 ,9 t/m3. Die ungebundenen gebrochenen Steine sind erosions- und/oder filterstabil.
Wenn das Verhältnis zwischen dem Durchmesser des zu verwendenden oder verwendeten Monopiles und der Breite der Spitze des Offshore-Fundamentes nach dem Einbringen bzw. Sedimentieren im Bereich von 1 :1 bis 1 :3 liegt, bevorzugt 1 :1 ,5 beträgt, werden die eingeleiteten Kräfte eines in dem Offshore- Fundament angeordneten Monopiles ausreichend und besonders effektiv in den Meeresboden abgeleitet.
Bei Erfordernis kann ein ergänzender Kolkschutz in Teilbereichen an der Oberfläche des Offshore-Fundamentes aus gebrochenen Steinen vorgesehen werden.
Das Herstellungsverfahren für ein Offshore-Fundament für und mit einem Monopile einer Offshore-Energieanlage, insbesondere Wind-, Solar- oder Wasserkraftenergieanlage, zur Sicherung des Monopiles im und am Meeresboden nach einem der vorangehenden Ansprüche, mit den Schritten:
- Aufschütten eines Gesteinsgemisches aus ungebundenen und gebrochenen Steinen in Form eines weit gestuften Gemisches im Bereich von 1 mm bis 200 mm Gesteinsgröße auf einem Punkt des Meeresbodens bis zur Höhe h1 ;
- Selbstsedimentieren des aufgeschütteten Gesteins zu einem Kegelstumpf, wenigstens einem Kegel;
- Einbringen des Monopiles direkt in und durch das Offshore-Fundament durch Einrammen, Einbohren und/oder Einrütteln, wobei der Monopile bis in den Meeresboden eingebracht wird. Ein konventionell hergestellter zweilagiger Kolkschutz ist normalerweise nicht durchrammbar, da die Decklage aus zu großen Gesteinsfraktionen besteht, weshalb üblicherweise zunächst der Einbau eines kleinen Gesteins als Filterlage erfolgt, gefolgt von der Rammung des Monopiles und erst im Anschluss der abschließenden Abdeckung der Filterlage mittels einer Decklage aus großen Steinen. Hierbei ist klar der hohe zeitliche Einsatz als negativ einzustufen, da mindestens zwei mal ein Transportschiff die Steine zu dem Aufstellort liefern und in der Regel mit einem speziellen Einbringsystem, wie beispielsweise einem Greifer oder entsprechenden Rutschsystemen, die Decklage um den Monopile herum und an diesem vorbei vorsichtig aufgebracht werden muss, ohne dabei den Monopile zu beschädigen.
Die Höhen h1 bzw. h2 sowie h3 und h4 des Monopiles bzw. des Offshore- Fundamentes sind entsprechend den erforderlichen statischen Berechnungen zu bestimmen.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung detailliert beschrieben.
Darin zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung des Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Offshore-Fundamentes. In Fig. 1 ist eine schematische Darstellung des Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Offshore-Fundamentes 4 dargestellt.
Das Offshore-Fundament 4 besteht aus einzelnen ungebundenen gebrochenen Natursteinen der Fraktion 1 bis 200 mm. Die Steine 41 , die aus umliegenden als auch aus weit entfernten Steinbrüchen entstammen, wurden im Steinbruch bzw. an einem Bearbeitungsort gebrochen und im Anschluss beispielsweise mittels eines Fallpipe-Schiffes an den Aufstellungsort gebracht und auf den Meeresboden 2 aufgebracht.
Durch das Aufbringen hat sich ein kegelförmiges Aufschüttungsfundament 4 mit der Höhe h1 ausgebildet, was im Anschluss eine Zeit, beispielsweise mehrere Monate oder auch Jahre, bevorzugt etwa ein Jahr, selbst verdichtet hat. Eine Wartezeit ist aber nicht zwingend erforderlich. Bei dieser Selbstverdichtung bzw. während des Einbringens verzahnen sich die einzelnen Fraktionen des aufgebrachten Gesteins 41 derart miteinander, dass ein nahezu monolithischer Block entsteht. Während der Sedimentation bzw. des Aufschüttens und der Selbstverdichtung wird die ursprünglich aufgeschüttete Basis breiter und die Höhe h1 bei Einbringung reduziert sich auf die Höhe h2. Hierbei bildet sich noch ein abgeflachter oberer Kegelstumpfbereich aus. Das Steigungsverhältnis an der Böschung beträgt etwa 1 :1 ,5 bis 1 :3. Im Anschluss an die Sedimentation des Gesteins 41 zu dem monolithischen Offshore-Fundament 4 wird das Monopile 1 von der Oberseite in das kegelstumpfförmige Offshore-Fundament 4 durch Einrammen oder Bohren eingetrieben. Hierbei erfolgt das Einrammen/Bohren bis in den Meeresboden 2 hinein, wobei jedoch nur eine geringere Eindringtiefe h3 in den Meeresboden 2 von Nöten ist, da insgesamt über die Gesamtlänge h4, nämlich h3 zuzüglich h2, das Monopile 1 kraftschlüssig und sicher verankert ist, wobei sämtliche in das Monopile 1 eingeleiteten Kräfte auf den Meeresboden 2 übertragen werden. Durch das Einbringen des Monopiles wird das Offshore-Fundament an dessen Spitze durch den Rüttel-/Rammvorgang breiter. Als weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Offshore-Fundamentes bei Einsatz von üblichen Meerestiefen geringer als 30 Meter führt die Erfindung dazu, dass deutlich weniger Material für das Monopile 1 verwendet werden muss, so dass hier ein enormes Einsparpotenzial bei der Herstellung des Monopiles 1 realisiert werden kann.
In diesem Ausführungsbeispiel beträgt der Durchmesser des Monopiles 1 ungefähr 6 Meter. Der Kopfbereich des Offshore-Fundamentes ist hierbei derart ausgebildet, dass seitlich etwa 4 Meter Material um den Monopile 1 umlaufend vorhanden sind. Nachfolgend sind in einer Tabelle beispielhafte Ausführungen des Offshore- Fundamentes aufgeführt:
Figure imgf000011_0001
Insgesamt lässt sich an diesem Ausführungsbeispiel gut erkennen, dass etwa die Hälfte des Monopiles 1 im Offshore-Fundament 4 und Meeresboden 2 angeordnet ist, wobei lediglich weniger als 30 % der Gesamtlänge des Monopiles 1 im Meeresboden 2 eingebracht sind.
Mit diesem überraschend einfach ausgebildeten Offshore-Fundament 4 können damit kostengünstig tiefere Meeresregionen mit Wassertiefen zwischen 30 und 50 Metern für die Monopile-Nutzung erreicht werden, als auch bei herkömmlichen Meerestiefen unter 30 Meter die Monopile-Herstellungskosten durch die quasi Anhebung des Meeresbodens reduziert werden. Ebenso können steinige Meeresböden 2, die mit einer geringeren nutzbaren Schicht für die Eintreibung eines Monopiles 1 an der Oberfläche geeignet sind, genutzt werden, da nur ein Bruchteil der üblicherweise notwendigen Länge des Monopiles 1 in den Meeresboden 2 eingebracht werden muss.
Bezugszeichenliste
Monopile
Meeresboden
Wasseroberfläche
aufgeschüttetes Fundament
gebrochener Stein h1 Höhe des aufgeschütteten Fundamentes bei Einbringung des Schüttgutes h2 Höhe des aufgeschütteten und im Anschluss sedimentierten Fundamentes h3 Eindringtiefe des Monopiles in den Meeresboden
h4 Gesamtlänge der Monopile-Verankerung

Claims

A N S P R Ü C H E
Offshore-Fundament (4) für einen Monopile (1 ) einer Offshore- Energieanlage, insbesondere Wind- oder Wasserkraftenergieanlage, zur Sicherung des Monopiles im und am Meeresboden (2) mit Gestein, dadurch gekennzeichnet, dass
das Offshore-Fundament (4) ausschließlich aus auf dem Meeresboden (2) aufgeschütteten ungebundenen gebrochenen Steinen (41 ) in Form eines weit gestuften Gemisches im Bereich von 1 mm bis 200 mm Gesteinsgröße besteht
und
die Steine (41 ) im Verbund kegelförmig, wenigstens kegelstumpfformig, aufgeschüttet sedimentiert angeordnet sind,
wobei die Steine (41 ) auf dem Meeresboden (2) punktuell am späteren Ort des Monopiles (1 ) aufgebracht sind und ausschließlich durch deren Eigengewicht verdichtet, wenigstens sedimentiert sind.
Offshore-Fundament (4) nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Offshore-Fundament (4) einen Böschungswinkel im Bereich von 1 :1 ,5 bis 1 :3 aufweist.
Offshore-Fundament (4) nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Materialrohdichte der ungebundenen gebrochenen Steine (41 ) im
Bereich von 2,3 t/m3 bis 3,8 t/m3 liegt
und
die Schüttdichte der ungebundenen gebrochenen Steine (41 ) im Bereich von 1 ,5 t/m3 bis 2,5 t/m3, insbesondere bei 1 ,9 t/m3 liegt. Offshore-Fundament (4) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
die ungebundenen gebrochenen Steine (41 ) filterstabil, wenigstens erosionsstabil sind.
Offshore-Fundament (4) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
das Verhältnis zwischen dem Durchmesser des zu verwendenden oder verwendeten Monopiles (1 ) und der Breite der Spitze des Offshore- Fundamentes (4) im Bereich von 1 :1 bis 1 :3, bevorzugt 1 :1 ,5 beträgt.
Offshore-Fundament (4) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
ergänzend in Teilbereichen an der Oberfläche des Offshore- Fundamentes (4) eine zusätzliche Abdeckschicht aus gebrochenen Steinen (41 ) der Korngröße bis 600 mm vorgesehen ist.
Herstellungsverfahren für ein Offshore-Fundament (4) für und mit einem Monopile (1 ) einer Offshore-Energieanlage, wenigstens einer Wind-, Solar- oder Wasserkraftenergieanlage, zur Sicherung des Monopiles (1 ) im und am Meeresboden (2) nach einem der vorangehenden
Ansprüche, mit den Schritten:
- Aufschütten eines Gesteinsgemisches aus ungebundenen und gebrochenen Steinen (41 ) in Form eines weit gestuften Gemisches im Bereich von 1 mm bis 200 mm Gesteinsgröße auf einem Punkt des Meeresbodens (2) bis zur Höhe h1 ;
- Selbstsedimentieren des aufgeschütteten Gesteins (41 ) zu einem Kegelstumpf, wenigstens einem Kegel;
- Einbringen des Monopiles (1 ) direkt in und durch das Offshore- Fundament (4) durch Einrammen, Einbohren und/oder Einrütteln, wobei der Monopile bis in den Meeresboden (2) eingebracht (h3) wird.
PCT/DE2013/100311 2012-09-03 2013-08-29 Offshore-fundament sowie herstellungsverfahren WO2014032658A2 (de)

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EP13771360.8A EP2893086B1 (de) 2012-09-03 2013-08-29 Offshore-fundament sowie herstellungsverfahren
DK13771360.8T DK2893086T3 (en) 2012-09-03 2013-08-29 Offshore foundation and manufacturing method

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