EnviSim4Mare - Experimentelle Untersuchungen der hydrodynamischen Belastungen infolge von marinem Bewuchs an Tragstrukturen von Offshore-Windenergieanlagen; Schlussbericht des Teilprojekts des Projektpartners Alfred-Wegener-Institut Helmholtz Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI)

Abstract

Produkte, Anlagen und Technologien in maritimer Umgebung sind bereits nach kurzer Exposition in Seewasser durch marinen Bewuchs besiedelt. Die Bemessung und technische Konstruktion von Offshore-Windenergieanlagen erfordert umfangreiches Wissen über die einwirkenden Lasten. Marinem Bewuchs wird in der Praxis mit dimensionslosen Beiwerten für Wellen- und Strömungslasten Rechnung getragen und die Beiwerte werden i.d.R. als Spannbreiten angegeben. In der Bemessungspraxis werden die Beiwerte aufgrund fehlender genauerer Kenntnisse oftmals mit großen Sicherheiten gewählt. Um realistische Lastbeiwerte zu erhalten, wurden Messkampagnen in einem Salzwasser-Wellen- und Strömungskanal (SWSKanal) mit marin bewachsenen künstlichen Testkörper (Zylinder & Platten aus Edelstahl) geplant, die zunächst an geeigneten Standorten in der Nordsee ausgebracht und nach ausreichender Ansiedlung von marinem Bewuchs am Standort Braunschweig (Projektpartner LWI, TU Braunschweig) im SWS-Kanal getestet wurden. Neben der Hauptaufgabe der Gewährleistung der Bereitstellung einer ausreichenden Anzahl bewachsener Testkörper im Teilvorhaben des Projektpartners Alfred-Wegener-Institut (AWI) ist ein biologisches Monitoring des Biofoulings durch diesen Partner durchgeführt worden. Auch hierfür wurden an unterschiedlichen Standorten in der südlichen Nordsee Testkörper (Edelstahlplatten) an unterschiedlichen Standorten ausgebracht und durch regelmäßige Beprobungen konnte die Sukzession der Biofoulinggemeinschaft beschrieben und zwischen den Standorten verglichen werden. Während in exponierten Bereichen ärmere Gemeinschaften dominiert von Miesmuscheln, Seepocken und Flohkrebsen auftraten, war in einer von Wellen- und Strömungseinfluss geschützteren Zone der Aufwuchs diverser und wie keine eindeutige Dominanz einer oder weniger Arten auf. Zudem konnten keine klaren Unterschiede in der Struktur der Biofoulinggemeinschaften zwischen den Jahreszeiten registriert werden. Dieses Muster wiederholte sich über einen Zeitraum von drei Jahren zwischen zwei Standorten, während der dritte Standort nur Daten aus einem Jahr aufwies. Die taxonomischen Untersuchungen liefern Erkenntnisse über realistischen marinen Bewuchs und geben Hinweise auf die Beschaffenheit des Aufwuchses (u.a. Bedeckungsgrad, Bewuchsschichtdicke, harte oder weiche Organismen) und seinen möglichen Einfluss auf die Lasten der installierten Strukturen. Datei-Upload durch TIB Products, systems and technologies in a maritime environment are colonized by biofouling even after a short exposure to seawater. The design and technical construction of offshore wind turbines requires extensive knowledge of the loads acting on them. In practice, marine fouling is taken into account with dimensionless coefficients for wave and current loads and the coefficients are usually specified as ranges. In design practice, the coefficients are often selected with a high degree of certainty due to a lack of precise knowledge. In order to obtain realistic load coefficients, measurement campaigns were planned in a saltwater wave and current flume (SWS flume) with artificial test bodies overgrown by biofouling (cylinders and plates made of stainless steel), which were initially deployed at suitable locations in the North Sea and tested in the SWS-flume in Braunschweig (by the project partner LWI, TU Braunschweig) once sufficient biofouling had established. In addition to the main task of ensuring the provision of a sufficient number of overgrown test bodies in the sub-project of the project partner Alfred Wegener Institute (AWI), monitoring of the biofouling was carried out by this partner. Therefore, for this purpose test bodies (stainless steel plates) were deployed at different locations in the southern North Sea and the succession of the biofouling community were described and compared between the locations through regular sampling. While poorer communities dominated by mussels, barnacles and amphipods occurred in exposed areas, in the more sheltered zone with less wave action and current influence biofouling was more diverse and no clear dominance of one or fewer species were observed. Additionally, clear differences in the biofouling community structure between the seasons were lacking. This pattern was repeated over a period of three years between two sites, while the third site only had data from one year. The taxonomic studies provide insights into realistic marine fouling and give an indication of the nature of the fouling (e.g. degree of cover, fouling layer thickness, hard or soft organisms) and its possible influence on the loads of the installed structures.