In-Situ-WIND - Monitoring von Grout-Verbindungen in Offshore-Windenergieanlagen

Projektkurzbeschreibung:
Im Rahmen des Projektes In-Situ-WIND soll eine kontinuierliche Strukturüberwachung von Grout-Verbindungen von Offshore-Windenergieanlagen (OWEA) durchgeführt werden. Das Vorhaben erforscht erstmalig eine Methodensynthese aus Radar- und Referenzsensorik, um teils bisher nicht detektierbare Schädigungen zu erkennen. Der Nachweis hinsichtlich der Detektierbarkeit von Strukturschäden erfolgt anhand von Laboruntersuchungen beim Fraunhofer LBF sowie im Rahmen einer Offshore-Demonstration im Windpark Meerwind Süd | Ost.

Das Verbundvorhaben In-Situ-WIND (ln-situ-Monitoring von Grouted Joints bei Offshore­Windenergieanlagen) wird vom deutschen Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) gefördert. Das Projektkonsortium besteht aus 5 Projektpartnern und einem assoziierten Partner unter der Leitung der Goethe-Universität Frankfurt. Die Projektlaufzeit begann im Juni 2020 und endet im Mai 2023.

Projektpartner:

Offshore Wind Turbines<br>

Project short description:
Within the In-Situ-WIND project, continuous structural monitoring of grout connections of offshore wind turbines (OWT) is to be carried out. For the first time, the project investigates a method synthesis of radar and reference sensor technology in order to detect damage, some of which was previously undetectable. The detectability of structural damage will be demonstrated in laboratory tests at the Fraunhofer LBF and in an offshore demonstration at the Meerwind Süd | Ost wind farm.

The Federal Ministry for Economic Affairs and Climate Actions funds the project In-situ-WIND (In-situ Monitoring of Grouted Joints in Offshore Wind Turbines) Coordinator is the Goethe University Frankfurt. The project duration is from June 2020 to May 2023.

Die Aufgabe der IMST GmbH in dem Projekt ist die Entwicklung innovativer radarbasierter Sensorik in dem Frequenzbereich von 100 MHz bis 2 GHz. Hierbei werden mehrere hochempfindliche mehrkanalige Sensoren aufgebaut und den Projektpartnern für die Testmessungen zur Verfügung gestellt. Zusätzlich werden Materialuntersuchungen des verwendeten Spezialbetons (Grout) sowie Simulationen der Wellenausbreitung innerhalb der untersuchten Strukturen durchgeführt.

Bild 1: Der im Rahmen des Projektes entwickelte SFCW-Radarsensor (Stepped-Frequency-Continuous-Wave) ermöglicht es, eine zu untersuchende Betonstruktur mit 2 Sendern und 3 Empfängern zu durchleuchten und erlaubt somit die Detektion verborgener Schäden.

Bild 2: Für die reflexionsarme Einkopplung der elektromagnetischen Welle in die Grout-Fuge werden spezielle Antennen benötigt, welche aus dem gleichen Material wie die untersuchten Strukturen bestehen und ebenfalls im Laufe des Projektes entwickelt wurden.

Bild 3: Für die Entwicklung der Radarsensorik ist die genaue Kenntnis der elektromagnetischen Eigenschaften des zu untersuchenden Materials notwendig. Aus diesem Grund wurde im Vorfeld eine Reihe von Materialuntersuchungen durchgeführt.

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Bild 1. Messsystem nach SFCW-Verfahren, 100 MHz bis 2 GHz

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Bild 2. Breitbandige Testantennen

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Bild 3. Grout Testmessungen an Materialproben

Bild 4. 3D EM-Simulation einer Grout-Fuge

Bild 4: Durch die Simulation der elektromagnetischen Wellenausbreitung innerhalb der zu untersuchenden Struktur wurde die optimale Positionierung der Antennen auf der Groutfuge für verschiedene Konfigurationen und Frequenzbereiche ermittelt.

Eine Grout-Fuge (Grout Seal or Joint) verbindet das in den Meeresboden eingelassene Fundament (Pile) mit dem Turmfuß der OWEA. Der Zwischenraum wird mit Grout-Beton ausgefüllt und sorgt damit für die Standfestigkeit der Anlage. Wird der Beton brüchig, kann das zu Instabilität und Schäden an der Anlage führen.

Veröffentlichung:
Thomas Maetz, Manfred Hägelen, Jochen Moll: "Detection of water through steel-lined grout using a stepped-frequency continuous wave (SFCW) radar in the frequency range of 100 MHz to 2 GHz", EuCAP 2022

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