Fundamente und Gründungsstrukturen

Ausschnitt Tripods
© BMWi/Holger Vonderlind
Fundamente und Gründungsstrukturen

Bei der Verankerung von Windkraftanlagen am Meeresboden können verschiedene Fundamenttypen verwendet werden. Deren Einsatzmöglichkeiten sind abhängig von Faktoren wie dem Gewicht der Windenergieanlagen (Masse der Gondel), der Wassertiefe, der dynamischen Lastverteilung sowie den Verhältnissen und der Beschaffenheit des Meeresbodens. Mit Blick auf die eingeschränkten Transportmöglichkeiten der z.T. über 1.000 t schweren Fundamente bzw. Fundamentkomponenten ist bei der Fundamentwahl außerdem die produktionstechnische Infrastruktur sowie der Auslastungsgrad der Produktionsstandorte von Bedeutung.

Folgende Fundamenttypen werden bei Offshore-Windkraftanlagen bislang eingesetzt und getestet:

Jackets
Zeichnung eines Jacket Fundaments
© SOW
Bei Jackets handelt es sich um eine vierbeinige fachwerkartige Stahlkonstruktion. Die vier Füße des Fundamentes enden in Hülsen. Diese nehmen die in den Meeresboden gerammten Fundamentpfähle auf. Ein Vorteil von Jackets ist ihre Verwendbarkeit auch bei relativ großen Wassertiefen.  Erfahrungen mit dem Einsatz von Jackets als Gründungsstruktur von Offshore-Plattformen liegen bereits seit einigen Jahren vor. Jacket-Fundamente kommen z.B. im deutschen Offshore-Testfeld alpha ventus zum Einsatz. Die sechs WEA von REpower sind in einer Wassertiefe von etwa 30 m auf Jackets installiert.
Tripods
Zeichnung eines Tripod Fundaments
© SOW
Tripods weisen ein zentrales Gründungsrohr zur Aufnahme der Offshore-Windenergieanlagen (OffWEA) auf, das mit einer dreibeinigen Gründungsstruktur aus Stahl verbunden ist. Dabei zweigen vom Zentralrohr drei Rohre schräg ab, die am Meeresboden untereinander bzw. mit dem Zentralrohr verstrebt werden. An jedem Ende des Dreibeins sind zur Aufnahme der in den Meeresboden gerammten Fundamentpfähle wie bei Jackets Hülsen angebracht. Tripods eignen sich nach dem bisherigen Stand der Technik für Wassertiefen von 20 bis 80 m und können insbesondere bei relativ ebenen Meeresböden eingesetzt werden. Sie eignen sich weniger für Standorte mit steinigem Untergrund. Die sechs AREVA-WEA im Offshore-Testfeld alpha ventus wurden auf Tripod-Fundamenten installiert.
Monopiles
Zeichnung eines Monopile Fundaments
© SOW
Monopile-Fundamente bestehen aus einem zentralen Fundamentrohr, das in den Meeresboden gerammt wird und die Windkraftanlage aufnimmt. Monopile-Gründungen bieten den Vorteil, dass sie relativ schnell zu installieren sind und am Meeresboden keine großen Vorarbeiten notwendig werden. Um das Risiko der Schiefstellung der OffWEA zu verringern, können Monopiles am Meeresboden abgespannt werden. Dadurch kann sich das Kollisionsrisiko für die Schifffahrt allerdings erhöhen. Wie Tripod-Gründungen eignen sich Monopiles nicht für den Einsatz bei steinigem Untergrund. Das Einsatzgebiet ist auf relativ geringe Wassertiefen von bis zu 20 m beschränkt.
Schwergewichtsgründungen
Zeichnung einer Schwergewichtsgründung
© SOW

Bei Schwergewichtsgründungen handelt es sich um eine massive Flächengründung. Zum Einsatz kommen dabei z.T. auch Stahl- oder Betonkästen, die am Standort der Anlage unter Zugabe von Ballast versenkt werden. Voraussetzung für Schwergewichtsgründungen ist ein ab Gewässersohle tragfähiger Meeresboden. Zudem werden umfassende Vorarbeiten am Meeresgrund erforderlich. Ein Nachteil dieser Gründungsform ist die mit größerer Wassertiefe überproportionale Zunahme der Fundamentmassen.

Beispiele für Projekte, bei denen Schwergewichtsgründungen eingesetzt werden, sind die dänischen Offshore-Windparks Middelgrunden und Nysted.

Tripiles
Zeichnung eines Tripile Fundaments
© SOW
Tripile-Fundamente stellen eine vergleichsweise neue Entwicklung eines WEA-Herstellers dar. Es handelt sich um ein Fundament aus drei einzelnen Stahlrohren, denen an der Wasseroberfläche ein dreibeiniges Stützkreuz aufgesetzt wird, auf dem die Windkraftanlage montiert wird. Die einzelnen Rohre werden in einer Rammtiefe von bis zu 30 m verankert. Im Unterschied zu Monopiles haben die einzelnen Rohre einen geringeren Durchmesser und können einfacher gerammt werden. Nach Unternehmensangaben sind Tripiles kostengünstiger und leichter als andere Gründungsstrukturen. Sie können zudem in Wandstärke und Länge der einzelnen Rohre individuell auf den Standort abgestimmt werden. Nach Angaben des Herstellers eignet sich das Fundament für Wassertiefen zwischen 25 und 50 m. Tripiles kommen bislang beim Offshore-Windpark BARD Offshore 1 in der Nordsee bzw. der Nearshore-Anlage Hooksiel zum Einsatz.
Bucket-Fundamente / Saugpfähle
Bucket- bzw. Saugpfahl-Fundamente  bestehen aus einem zylinderförmigen, offenem Stahlfundament, das mit der Öffnung nach unten durch Erzeugung eines Unterdrucks in den Boden eingesaugt wird. Die von dem Fundament umschlossene Bodenkörper trägt dabei zur Stabilisierung des Fundamentes bei. Vorteile des Bucket-Fundamentes sind die Möglichkeit zum leichten Rückbau sowie die vergleichsweise niedrigen Kosten.Voraussetzung für diesen Fundamenttyp ist eine hindernisfreie Beschaffenheit des Untergrundes. Bucket-Fundamente können bis in Wassertiefen von ca. 40 m eingesetzt werden.
Schwimmende Fundamente
Zeichnung eines schwimmenden Fundamentes
© SOW
Eine Sonderform von Fundamenten für OffWEA stellen schwimmende Fundamente dar. Sie eignen sich u.a. für Standorte mit großen Wassertiefen. Ein Vorteil schwimmender Fundamente ist die Möglichkeit, das Fundament bzw. die gesamte WEA-Konstruktion inkl. Fundament schwimmend zum Standort transportieren zu können.