Die Offshore-Windenergie ist ein globaler Motor der Energiewende, bei dem Europa eine führende Rolle einnimmt. Mit dem massiven Ausbau rücken Windparks jedoch zunehmend in tektonisch aktive Meeresgebiete vor, ein Risiko, das durch Erdbeben im östlichen Mittelmeerraum, etwa in Griechenland oder der Türkei, auch Europa direkt betrifft. Die Gründungen der Anlagen müssen im Betrieb nicht nur Millionen von Wind- und Wellenlastzyklen widerstehen, sondern auch singulären Erdbeben standhalten, die kritischen Bodenverflüssigungen auslösen können. Das Projekt OWICHEL setzt hier an und untersucht dieses Zusammenspiel der Naturgewalten, um die Sicherheit zukünftiger Offshore-Windparks unter extremen Mehrfachbelastungen zu gewährleisten.

Im Zentrum der Untersuchungen stehen realistische Multi-Gefahren-Szenarien, die über isolierte Einzelereignisse hinausgehen. Es wird detailliert analysiert, wie sich Erdbeben auf Anlagen auswirken, deren Gründung bereits durch jahrelange Wind- und Wellenlasten beansprucht wurde. Umgekehrt wird erforscht, wie sich Anlagen im Langzeitbetrieb verhalten, nachdem ein vorheriges Beben den Meeresboden destabilisiert hat. Auch die Auswirkungen wiederholter Erdbeben auf die Strukturstabilität über den gesamten Lebenszyklus werden simuliert.

Die experimentellen Untersuchungen finden auf dem einachsigen 1G-Rütteltisch im Geotechnischen Labor der Bauhaus-Universität Weimar statt. Um die zyklischen Belastungen durch Wind und Wellen realitätsnah abzubilden, wird die Anlage eigens für dieses Projekt mit einem neuen elektromechanischen Horizontalaktuator ergänzt. Zusätzlich wird die bestehende Messtechnik, die primär aus Beschleunigungssensoren besteht, um präzise Kraft- und Wegaufnehmer erweitert. Mit diesem Setup ist der 1G-Rütteltisch in der Lage, die komplexen Überlagerungen von seismischen Erschütterungen und stürmischen Umweltlasten an skalierten Offshore-Windenergieanlagen im Labor zu simulieren. Für die Gründungsmodelle wird dabei zunächst ein Maßstab von 1:100 angestrebt, wobei im weiteren Projektverlauf noch zusätzliche Skalierungsansätze untersucht werden sollen.

Für die numerischen Simulationen kommt das geotechnische Finite-Elemente-Programm numgeo zum Einsatz. Dabei wird ein hochzyklisches Akkumulationsmodell (HCA) für die langanhaltenden Umweltlasten mit einem innovativen, gemischt implizit-expliziten (IMEX) Zeitintegrationsverfahren für die transienten Erdbebenphasen kombiniert. Um das Modell zu validieren, werden zunächst die 1G-Rütteltischversuche numerisch nachgebildet. Anschließend werden großskalige Praxisbeispiele simuliert, um das Tragverhalten realer Offshore-Windenergieanlagen unter komplexen Multi-Gefahren-Szenarien fundiert zu analysieren. 

Weiterführende Informationen zum DFG-Projekt OWiCHEL sind hier zu finden.

Projektnummer: 579553772