CableProtect

Lösungsansätze zur Vermeidung von Kabelschäden im Nahbereich von Offshore-Gründungsstrukturen unter Berücksichtigung der Fluid-Struktur-Boden Interaktion

Die Herausforderungen des Klimawandels erfordern eine robuste Energiewende, bei der die Offshore-Windenergie eine entscheidende Rolle spielt. Die Gewährleistung der Zuverlässigkeit und Effizienz von Offshore-Windparks ist von entscheidender Bedeutung. In jüngster Zeit sind Schäden an Stromkabeln im Nahbereich von Offshore-Gründungsstrukturen bekannt geworden, die zu Ausfällen, Planungsunsicherheit und erheblichen Reparaturkosten führten. Diese Schäden können im Allgemeinen auf hydrodynamische Prozesse in der Nähe der Offshore-Fundamente von Windkraftanlagen auf dem Meeresboden zurückgeführt werden. So führen Wellen- und Strömungskräfte zu einer dynamischen Bewegung des Stromkabels sowie zu Sedimentumlagerungen und Kolkbildungen. Die strukturelle Integrität eines Stromkabels wird dadurch beeinträchtigt, denn die Bewegung des Kabels führt im Kontakt mit dem Meeresboden zu einem Abrieb des Kabelschutzsystems und des Kabels selbst, wenn nicht sofort reagiert wird.

Das Ziel dieses Projektes ist es, die Zuverlässigkeit und Wettbewerbsfähigkeit der Offshore-Windenergie zu steigern und damit die Energiewende zu unterstützen. Um dieses Ziel zu erreichen, ist es von entscheidender Bedeutung, ein umfassendes Verständnis der Kabeldynamik im Nahbereich von Offshore-Gründungsstrukturen zu entwickeln. Dieses Verständnis wird dazu beitragen, die genauen Ursachen für Kabelschäden zu identifizieren. Die Wechselwirkungen zwischen dem Wasser und der elastischen Struktur des Kabels (Hydroelastizität) sowie zwischen Kabel und Boden bzw. Struktur und Boden (Sedimentumlagerung, Kolkbildung) werden berücksichtigt. Auf dieser Basis können wir Lösungen entwickeln, die strukturelle Integrität der Kabel besser bewerten und Methoden erarbeiten, mit denen die dynamische Belastung der Kabel reduziert werden. Dies verlängert letztendlich die Lebensdauer der Stromkabel.

Schematische Darstellung der Stromkabelanbindung an eine Monopile-Gründungsstruktur und der relevanten Umweltbedingungen

Das DST e.V. fungiert als Projektkoordinator und ist zugleich aktiver Projektpartner. Zunächst wird eine Zustandsanalyse durchgeführt, um die Umweltbedingungen, die Eigenschaften des Windparks und die strukturellen Eigenschaften der Kabel und Fundamentstrukturen zu bestimmen. Eine umfassende Schadensanalyse dient dazu, geeignete Referenzbedingungen und Testmatrizen für die anschließende Modellierung und Simulation zu identifizieren und definieren.

Darüber hinaus übernimmt DST die physikalische Modellierung von Teilsystemen und der Kabelverbindung als integriertes System. Zusätzlich beschäftigen sich DST e.V., ESOS Wind und Uni Siegen mit numerischen Simulationen und konzentrieren sich dabei auf die Fluid-Struktur-Interaktion (FSI) und die Fluid-Partikel-Interaktion (FPI). Diese Simulationsmethoden helfen uns, die Bedeutung der Hydroelastizität und der Sedimentumverteilung bzw. der Kolkprozesse im Bereich der Kabelanbindung zu beurteilen. Die beiden Methoden (FSI und FPI) werden durch geeignete Schnittstellen integriert, um die gesamte Fluid-Struktur-Boden-Interaktion zu erfassen.

Das Projekt schließt mit der Entwicklung von umfassenden Lösungsansätzen zur Reduktion von Kabelschäden ab. Dazu gehören die Formulierung von Berechnungsmethoden zur Bemessung, die Untersuchung alternativer Kabelanschlusskonzepte, die Bereitstellung von Empfehlungen für die Bewertung der strukturellen Integrität und die Erstellung eines umfassenden Leitfadens.