Wellenbrechen an Offshore Tripod-Gründungen -Versuche und Simulationen im Vergleich zu Richtlinien

Mehrere tausend Windanlagen werden für die Realisierung der politischen Ziele bezüglich der Nutzung von Offshore Windenergieanlagen (OWEA) als erneuerbare Energieform benötigt. Für die Serienproduktion lässt sich eine Struktur möglichst wirtschaftlich entwerfen, je genauer die Lastmodellierung die realen Einwirkungen abbildet; dabei sind die Lastannahmen für brechende Wellen auf Grund ihrer komplexen Geometrie mit diversen Unsicherheiten verbunden, weshalb im Forschungsprojekt “GIGAWIND alpha ventus - TP 1” innerhalb des Forschungsverbundes “Research at Alpha VEntus” (RAVE) u.a. Forschungsschwerpunkten auch brechende Wellen an Gründungsstrukturen untersucht wurden. Hierfür wurden im “Großen Wellenkanal” am Forschungszentrum Küste (FZK, Hannover) Modellversuche an einem Tripod im Maßstab 1:12 durchgeführt. An der Gründungsstruktur wurde unter anderem die räumliche und zeitliche Druckbelastung infolge brechender Wellen erfasst. Im Anschluss wurde mit der Datengrundlage ein dreidimensionales numerisches Strömungsmodell erstellt, das neben der Belastungsanalyse auch zusätzliche Erkenntnisse über die Wellenkinematik und die hydrodynamische Umströmung der zylinderartigen Struktur liefert.
In dem folgenden Artikel werden Ergebnisse der physikalischen und numerischen Modelle beschrieben und einander gegenüber gestellt. Abschließend erfolgt ein Vergleich mit dem Lastansatz nach DIN EN 61400-3 für die Auslegung von Offshore Windenergieanlagen.

Breaking Wave Impact on Offshore Tripod Structures - Comparison of large scale Experiments, CFD Simulations, and DIN Recommended Practice
Coastal and near shore areas offer a large potential for offshore wind energy production due to strong and steady wind conditions. Thousands of offshore wind energy converters are projected for mass production within the next years. Detailed understanding of the extreme, dynamic wave loads on offshore structures is essential for an efficient design. The impact on structures is a complex process and further studies are required for more detailed load assessments, which is why breaking wave loads were investigated by the research project “GIGAWIND alpha ventus - Subproject 1” within the network “Research at Alpha VEntus” (RAVE). Large scale laboratory tests (1:12) with breaking waves have been carried out at the Large Wave Flume of the “Forschungszentrum Küste” (FZK, Hanover) to reveal more detailed insights on the impact area, duration and development of the wave induced momentum, and intensity of pressures. In addition, local pressures calculated by a three-dimensional numerical impact simulation are compared to the Large Wave Flume experiments. Slamming coefficients have been derived from the physical model tests and CFD simulations for the comparison to load calculations based on guidelines.