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StandderEntwicklungschallminimierenderManahmenbeimBauvon
OffshoreWindenergieanlagen
Studie im Auftrag vom
Bundesamt fr Naturschutz (BfN) Juli2011
Dipl.Biol.SvenKoschinskiDipl.Biol.KarinLdemann
Autoren: Dipl.Biol.SvenKoschinskiMeereszoologieKhlandweg1224326Nehmtensk@meereszoologie.de
Dipl.Biol.KarinLdemannWissenschaftsbroHamburgTelemannstr.56a20255Hamburginfo@wissensbuerohh.de
Fachbetreuung (BfN): Thomas Merck
Dieser Bericht ist durch das Bundesamt fr Naturschutz mit Mitteln des Bundesministeriums fr Um-welt, Naturschutz und Reaktorsicherheit im Rahmen des Projekts Erstellung einer Studie zum Stand der Entwicklung schallminimierender Manahmen beim Bau von Offshore-Windenergieanlagen (MAR 36032/65) gefrdert worden.
Die Verantwortung fr den Inhalt liegt jedoch allein bei den Autoren. Der Eigentmer behlt sich alle Rechte vor. Insbesondere darf dieser Bericht nur mit Zustimmung des Auftraggebers zitiert, ganz oder teilweise vervielfltigt bzw. Dritten zugnglich gemacht werden. Der Bericht gibt die Auffassung und die Meinung der Autoren wieder, diese mssen nicht mit der Meinung des Auftraggebers berein-stimmen.
Nehmten - Sepel, 1. Juli 2011
StandderEntwicklungschallminimierenderManahmenbeimBauvonOffshoreWindenergieanlagen
Inhaltsverzeichnis
Inhaltsverzeichnis.............................................................................................................................IAbkrzungsverzeichnis ....................................................................................................................II1 Zusammenfassung ...................................................................................................................12 Einleitung ................................................................................................................................63 DefinitionderKategoriendesEntwicklungsstands...................................................................83.1 Konzeption............................................................................................................................... 83.2 Erprobung(Labor/Versuchsstadium)..................................................................................... 83.3 Pilotstadium ............................................................................................................................ 83.4 StandderTechnik.................................................................................................................... 83.5 Marktverfgbarkeit/Marktreife ............................................................................................ 10
4 SchallminderungsverfahrenfrImpulsrammungen................................................................114.1 Blasenschleier........................................................................................................................ 114.1.1 GroerBlasenschleier(BigBubbleCurtain,BBC).......................................................... 124.1.2 Gestufter(kleiner)Blasenschleier(LittleBubbleCurtain,LBC) ..................................... 134.1.3 GefhrterBlasenschleier(Confined(Air)BubbleCurtain)............................................. 154.1.4 Blasenstab(BubbleStick) .............................................................................................. 164.1.5 BewertungdesBlasenschleiers ..................................................................................... 17
4.2 Schallschutzmantel(PileSleeve)............................................................................................ 224.2.1 ErfahrungswertemitSchallschutzmnteln ................................................................... 234.2.2 Schallminderungsrohr(NoiseMitigationScreen).......................................................... 244.2.3 BEKASchale................................................................................................................... 264.2.4 Schlauchhlle................................................................................................................. 274.2.5 BewertungderSchallschutzmntel............................................................................... 28
4.3 Kofferdamm........................................................................................................................... 314.3.1 TeleskopKofferdamm................................................................................................... 324.3.2 QuadJackmitRohrinRohrRammung.......................................................................... 324.3.3 ErfahrungswertemitdemKofferdamm........................................................................ 334.3.4 BewertungdesKofferdamms........................................................................................ 35
4.4 Hydroschalldmpfer(HydroSoundDampers,HSD) .............................................................. 374.4.1 ErfahrungswertemitdemHydroschalldmpfer............................................................ 384.4.2 BewertungderHydroschalldmpfer ............................................................................. 39
4.5 VerlngerungderImpulsdauer ............................................................................................. 404.5.1 BewertungderVerlngerungderImpulsdauer ............................................................ 41
4.6 SchallreduzierungdurchOptimierungdereinzelnenRammKomponenten........................ 424.6.1 BewertungderSchallreduzierungdurchOptimierungdereinzelnenRammKomponenten................................................................................................................................ 43
5 SchallrmereGrndungsvarianten.........................................................................................455.1 EinrttelnmitVibrationsrammen ......................................................................................... 455.1.1 ErfahrungswertemitVibrationsrammen ...................................................................... 455.1.2 BewertungdesEinrttelnsmitVibrationsrammen ...................................................... 48
5.2 GebohrteFundamente.......................................................................................................... 495.2.1 BallastNedam................................................................................................................ 505.2.2 OffshoreFoundationDrilling(OFD)(Herrenknecht/Hochtief)...................................... 515.2.3 BewertunggebohrterFundamente .............................................................................. 52
StandderEntwicklungschallminimierenderManahmenbeimBauvonOffshoreWindenergieanlagen
5.3 Schwergewichtsfundament................................................................................................... 555.3.1 ErfahrungswertemitSchwergewichtsfundamenten .................................................... 565.3.2 BewertungvonSchwergewichtsfundamenten ............................................................. 58
5.4 SchwimmendeFundamente ................................................................................................. 595.4.1 BewertungvonSchwimmfundamenten........................................................................ 64
5.5 Bucketfundamente(suctionbucket/suctioncaisson) ......................................................... 675.5.1 ErfahrungswertemitBucketfundamenten ................................................................... 675.5.2 BewertungdesBucketfundaments ............................................................................... 69
6 AktuelleForschungsvorhaben................................................................................................737 Forschungsbedarf ..................................................................................................................748 FazitundAusblick ..................................................................................................................779 Literaturverzeichnis ...............................................................................................................79
StandderEntwicklungschallminimierenderManahmenbeimBauvonOffshoreWindenergieanlagen
AbkrzungsverzeichnisAWZ AusschlielicheWirtschaftszone
B Belgien
BBC Big bubble curtain, groer Blasenschleier
BfN BundesamtfrNaturschutz
BSH BundesamtfrSeeschifffahrtundHydrographie
BNatSchG Bundesnaturschutzgesetz
BMU Bundesumweltministerium
BMWi BundesministeriumfrWirtschaftundTechnologie
dB Dezibel
DK Dnemark
EEH Equalenergyhypothesis
ESRa Evaluation von Systemen zurRammschallminderung an einemOffshoreTestpfahl (Forschungsvorhaben)
F&E ForschungundEntwicklung
FLOW FarandLargeOffshoreWind
FKZ Frderkennzeichen
HSD HydroSoundDampers
Hz Hertz
Inc. Incorporated(Aktiengesellschaft)
k.A. keineAngabe
Kap. Kapitel
kHz Kilohertz
kJ Kilojoule
km Kilometer
kW Kilowatt
LBC Little bubble curtain, gestufterBlasenschleier
m Meter
max. maximal
mm Millimeter
MW Megawatt
NL Niederlande
NMS Noise Mitigation Screen, Schallminderungsrohr
OWEA OffshoreWindenergieanlage
OWP OffshoreWindpark
pers.Mitt. persnlicheMitteilung
PTJ ProjekttrgerJlich
rd. rund
rms Rootmeansquare(Schallpegel)
SFOBB SanFranciscoOaklandBayBridge
S Schweden
GICONSOF Schwimmendes Offshore FundamentderFirmaGICON
SDP SubmergedDeepwaterPlatform
SEL Soundexposurelevel(EinzelereignisSchalldruckpegel)
SPL Soundpressurelevel(Schalldruckpegel)
StUK Standarduntersuchungskonzept(desBSH)
t Tonne(n)
UBA Umweltbundesamt
WEA Windenergieanlage
StandderEntwicklungschallminimierenderManahmenbeimBauvonOffshoreWindenergieanlagen
Seite1
1 ZusammenfassungZieldieserStudie istes,mglicheSchallminderungsverfahren frdasErstellenvonTiefgrndungenfrdieFundamentevonWindenergieanlagen(WEA)imMeermithilfevonImpulsrammungensowiealternativeschallarmeGrndungsvariantendarzustellenundihreEignungzuanalysieren.
AusSichtdesNaturschutzesistesntig,beiImpulsrammungenSchallimmissioneninMeereskosystemezuverringern.UmdenGrenzwertvon160dB (SEL)/190dB (peaktopeak) in750mEntfernungeinzuhalten,sinddahertechnischeSchallschutzmanahmenanderzurammendenKonstruktionntig.Diesemssen technisch,praktischundwirtschaftlich geeignet sein,damitdas Ziel einersignifikantenSchallminderungauchwirtschaftlichvertretbarist(d.h.derStandderTechnikerreichtist).Erst inden letztenJahrenhatdie IndustriegrereAnstrengungenunternommen,bestehendeSchallschutzverfahren fr die Anwendung bei der Fundamentierung von OffshoreWindenergieanlagenweiterzuentwickelnoderneueVerfahrenzukonzipieren.
VielederMinderungsverfahrenknneneineSchallreduzierungerzielen,die inAbhngigkeitu.a.vonPfahldurchmesser,BodenverhltnissenundSchlagenergiegeeignetsind,denGrenzwerteinzuhalten.AlletechnischenVerfahrenzurSchallminderunghabenEinflussaufdieOffshoreLogistik,dasievorBeginnderRammarbeiteninstalliertwerdenmssenoderbestimmtetechnischeAnforderungenandieErrichterplattformstellen.DiemglicheVerzgerungdesBauablaufsisteinerderwesentlichenFaktoren,derdenwirtschaftlichenEinsatzderVerfahrenbetreffen.DiesgiltfrBlasenschleier(Kap.4.1), Schallschutzmntel (Kap.4.2)undKofferdmme (Kap.4.3)ebensowie frHydroschalldmpfer (Kap. 4.4).Da bislangmit keinem derVerfahren Erfahrungen im routinemigen Einsatzvorliegen,lsstsichdieerforderlicheZeitfrdieInstallationnichtkonkretabschtzen.DiebestmglicheIntegrationindieArbeitsablufevorOrtistjedochbeiallenMethodeneinwichtigesZielbeidenweiterenEntwicklungsarbeiten.
DieserzustzlicheZeitaufwandlsstsichbeimGroenBlasenschleier(Kap.4.1.1)minimieren,indemdieDsenrohreohneTauchereinsatzdirektvomSchiffverlegtwerdenundmehrereSystemerevolvierend schon vor Beginn der eigentlichen Installationsarbeiten um die einzelnen PfahlStandorteausgebrachtwerden knnen.Der Einsatzdes teleskopierbaren Kofferdamms,der gleichzeitig zumAufrichten der Rammpfhle dient (Kap.4.3.1), erfordert vermutlich keinen zustzlichen Zeitbedarfaberumfangreiche technischeAnpassungenanderErrichterplattform.AuchbeiderRohrinRohrRammungistdiedurchdenSchallschutzzustzlicherforderlicheZeitminimal,dadiealsKofferdammfungierendenHllrohreumdenRammpfahlbereits indieKonstruktion integriertsindundnachderErrichtungstehenbleiben (Kap.4.3.2).EineSchallreduzierungdurchdieOptimierungdereinzelnenRammKomponenten (Kap.4.6)kann imModell langevorBeginnder Installationsarbeiten theoretischhergeleitetunddieKomponentendannentsprechendausgewhltwerden.AmStandortfindetdaherkeinezeitlicheBeeintrchtigungstatt.
DieimRahmendieserStudieuntersuchtenSchallminderungsverfahrenmitihremSchallminderungspotentialundEntwicklungsstandsindinTab.1dargestellt.
StandderEntwicklungschallminimierenderManahmenbeimBauvonOffshoreWindenergieanlagen
Seite2
Tab.1: EntwicklungsstandderimvorliegendenBerichtbeschriebenenSchallminderungsverfahrensowiederengemessenes,modelliertesoderprognostiziertesSchallminderungspotential.Achtung:DieAngabederSchallminderungalsBreitbandwertebzw.alsWertineinzelnenDritteloktavbndernistnichtmiteinandervergleichbar!(k.A.=keineAngaben).
Verfahren Schallminderung Entwicklungsstand*nchsteSchritte
(voraussichtlicherTermin)
GroerBlasenschleier
Nordsee,FINO3:Breitband12dB(SEL),14dBpeak(GRIEMANNetal.2010)
PilotphasemitFullScaleTestabgeschlossen StandderTechniknahezuerreicht
TestderoptimiertenAusbringungstechnikimOWPBorkumWest2(Sommer2011)
GestufterBlasenschleier
Nordsee,alphaventus:Breitband12dB(SEL),14dBpeak(GRIEMANN2009) FlachwasserBrckenbauSanFrancisco:IneinzelnenDritteloktavbndernjeweils2025dB(SEL),1933dB(peak)(CALTRANS2007)
PilotphasemitFullScaleTestabgeschlossen StandderTechniknahezuerreicht
VorliegenderErgebnissevomTestpfahlBalticII(Sommer2011) ESRaProjekt(August2011)
GefhrterBlasenschleier
FlachwasserBrckenbauSanFrancisco:Textilhlle:Breitband510dB(RMSundpeak)(CALTRANS2003)Stahlrohr(sieheSchallschutzmantel):Breitband21dB(SEL)bzw.23dB(peak)(CALTRANS2007)
KeinePlanungenfrdeutscheAWZbekannt
Blasen
schleier
Blasenstab Entsprichtggf.gestuftemBlasenschleier ImKonzeptstadium
IHCNoiseMitigationScreen
In6mWassertiefe:IneinzelnenDritteloktavbndernjeweils2027dB(IHCMERWEDE,unverff.Daten)
Pilotstadium WeitereFullScaleTestsingrererWassertiefeundfrgrerePfahldurchmessergeplant
ESRaProjekt(August2011) FullScaleTestinderNordsee75kmvorIjmuiden(September2011)
BEKASchale Erwartung:GreralsBlasenschleier Pilotstadium(PrototypimBau) ESRaProjekt(August2011)
Scha
llschutzm
ntel
SchlauchhlleImVersuchsbecken:IneinzelnenDritteloktavbndernjeweils1030dB(BETKE2008)
Versuchsstadiumabgeschlossen Pilotstadium(PrototypimBau)
ESRaProjekt(August2011)
TeleskopKofferdamm
Modellierung:20dB(APPLIEDPHYSICALSCIENCES2010) 22dB(SEL),25dB(peak)(CALTRANS2007)
Pilotstadium(PrototypimBau)
DurchfhrungdergeplantenPilotphase(August2011)
Kofferda
mm
QuadJackmitRohrinRohrRammung
Modellierung:20dB(APPLIEDPHYSICALSCIENCES2010) 22dB(SEL),25dB(peak)(CALTRANS2007) Modellierung:30dB(ECKEHARDOVERDICK,pers.Mitt.)
ImKonzeptstadium Pilotstadiumgeplant
VorliegenderErgebnissedesF&EProjektsFKZ0325142 DurchfhrungeinesFullScaleTestsamBrodtenerTestpfahlinderOstsee(beantragtbeimPTJ)(Sommer2012?)
StandderEntwicklungschallminimierenderManahmenbeimBauvonOffshoreWindenergieanlagen
Seite3
Verfahren Schallminderung Entwicklungsstand*nchsteSchritte
(voraussichtlicherTermin)
Hydroschalldmpfer(HSD)
VersuchimGroenWellenkanal:Breitband19dB(peak),2022dB(SEL)(ELMERetal.2011)
Pilotstadium(PrototypimBau)
ESRaProjekt(August2011) EinsatzeinesPrototypsamOWPLondonArray(Herbst2011) WeitereOffshoreEinstzeundTestsfr2012geplant Forschungsvorhaben:Hydroschalldmpfer(20112014)
VerlngerungderImpulsdauer
Breitbandbiszu7dB(ELMERetal.2007b)
ImVersuchsstadium(numerischeModellrechnungundSimulation)
AbschlussdesF&EVorhabensSchallIIIso
nstige
OptimierungdesZusammenspielsdereinzelnenRammKomponenten
vermutlichgeringeralsBlasenschleier
ImVersuchsstadium
DerzeitkeinekonkretenPlanungenvorgesehen
*: bezogenaufOffshoreBedingungeninderNordseemitWassertiefenum40m
DarberhinausgibtesteilsaucherstinderEntwicklungoderErprobungeineAnzahlalternativerGrndungsvariantenohne Impulsrammung,die geringere Schallimmissionen indieMeeresumwelterwarten lassen (Tab. 2). Allerdings liegen nicht zu allen Technologien Angaben zu gemessenenSchallemissionenvor.LediglichaufgrundderEinschtzungverschiedenerFachleuteoderderanbietendenFirmenselbstkannangenommenwerden,dassSchallimmissionen in750mEntfernungdenGrenzwertvon160/190dBeinhaltenwerdenknnen.OftistmitkontinuierlichemSchallzurechnen,dessenPegel inBezugaufseinemglichenAuswirkungenaufdieMeeresfaunanichtdirektmit impulshaftemSchallverglichenwerdenkann.
Tab.2: EntwicklungsstandderimvorliegendenBerichtbeschriebenenschallarmenGrndungsvariantensowie(soweitbekannt)diebeiihrerErrichtungentstehendenSchallemissionen.
VerfahrenProjekte/Firmen
SchallemissionbeiGrndung Entwicklungsstand*
OffeneFragen;nchsteSchritte
Vibration
sram
me
EinrttelnmitVibrationsramme
Schallpegelum1520dBniedrigeralsbeivergleichbarerImpulsrammung(ELMERetal.2007a) Nordsee,alphaventus:Summenpegel142dBin750mEntfernung;aberhochfrequentetonaleKomponenten(ITAP2010) VerringerungderAnzahlderRammimpulse
StandderTechnik
BegrenzunghinsichtlichderPfahldicke? LassensichdiePfhleberdiegesamteEinbindetiefeeinrtteln? LsstsichdieselbeStandfestigkeiterreichen?
BallastNedam k.A. ImKonzeptstadium TechnischeMachbarkeitnachgewiesen(VANDEBRUG2011)
TestverschiedenerFundamenttypenimOWPKriegersFlak
Geb
ohrteFund
amen
te
Herrenknecht
MessungenanwassergeflltemUBahnschachtinNeapel:Summenpegel117dBin750mEntfernung(AHRENS&WIEGAND2009)
ImErprobungsstadium,PilotphaseinVorbereitung TechnischeMachbarkeitnachgewiesen(AHRENS&WIEGAND2009)
WeiterentwicklungzurMarktreife(PTJForschungsvorhabenFKZ0325233)
StandderEntwicklungschallminimierenderManahmenbeimBauvonOffshoreWindenergieanlagen
Seite4
VerfahrenProjekte/Firmen
SchallemissionbeiGrndung Entwicklungsstand*
OffeneFragen;nchsteSchritte
Schw
ergewichts
fund
amen
t
Schwergewichtsfundamente
KonkreteMessungenliegennichtvor KeineImpulsrammungerforderlich SchallemissionenbeibodenvorbereitendenArbeiten(Baggerung,Planierungetc.)VoraussichtlichgeringeralsImpulsrammungen
StandderTechnikinWassertiefenbisetwa20m IngrerenWassertiefen:Versuchsstadium
WirtschaftlichkeitingrerenWassertiefen? ProblemedurchSedimentumlagerungen?
SchwimmendeFundamenteallgemein
KonkreteMessungenliegennichtvor VoraussichtlichgeringeralsImpulsrammungen
PlattformenStandderTechnik(beilundGas) frOWEAVersuchsbzw.Pilotstadium
WieerfolgtdieVerankerung? GegenberanderenVerfahrenmglicherweisehhereSchallemissionenbeiBetriebderWEA?
HYWIND k.A. Pilotphase,FullScaleTestinNorwegen Abschlussdes2jhrigenUntersuchungsprogrammsdesseit2009imTestbefindlichenPrototyps
BlueH k.A. Pilotstadium Erprobungsphasemit75%Modellabgeschlossen
PrototypimBau,Errichtunggeplantfr2012
GICONSOF k.A.
Erprobungsstadium EntwicklungPlanungstoolfrtechnischen,kologischenundwirtschaftlichenAuslegungsgrundlagenfrgeplanteForschungsanlage
Prototypgeplantfr20122013
WindFloat k.A. Pilotstadium:PrototypmitVestasV80inPortugalimBau
PrototypimBau,ErrichtunggeplantfrEnde2011
Sway k.A.
Versuchsstadiumabgeschlossen:DynamischeSimulationenabgeschlossen InPilotphase:GenehmigungfrPrototyperteilt
Prototypgeplantfr2013
WINDSEA k.A. Erprobungsphasemit1:40ModellinWindundWellenkanlenabgeschlossen
Investorengesucht
VERTIWIND k.A.
Erprobungsstadium OnshoreDemonstrationsanlageimMastab1:2fertig(Leistung35kW)
Prototypgeplantfr2012
Schw
immen
deFun
damen
te
WINFLO k.A. LaufendeErprobungimModell Prototypgeplantfr20132014
Bucketfund
amen
t
BucketfundamentfrUmspannplattformen
k.A. KeineImpulsrammungerforderlich SchallemissionenbeimAussaugendurchSaugpumpen VoraussichtlichgeringeralsImpulsrammungen
StandderTechnikauslundGasindustriedirektableitbar
BaueinererstenUmspannplattforminderNordsee,z.BVejaMateoderGlobalTech1
StandderEntwicklungschallminimierenderManahmenbeimBauvonOffshoreWindenergieanlagen
Seite5
VerfahrenProjekte/Firmen
SchallemissionbeiGrndung Entwicklungsstand*
OffeneFragen;nchsteSchritte
BucketfundamentfrOWEA
k.A. KeineImpulsrammungerforderlich SchallemissionenbeimAussaugendurchSaugpumpen VoraussichtlichgeringeralsImpulsrammungen
AlsMonopodimPilotstadium:PrototypinFrederikshavnerrichtet AlsdreibeinigesJacketimKonzeptstadium
TriJacket:ErrichtungeinesFullScalePrototypsinvirtuellemTestfeldgeplant asymmetrischeDreibeinkonstruktion:Modelltestsim2.Hj.2011,ErrichtungeinesFullScalePrototypsca.2013geplant
StandderEntwicklungschallminimierenderManahmenbeimBauvonOffshoreWindenergieanlagen
Seite6
2 EinleitungBeiderGrndungvonFundamentenvonOffshoreWindenergieanlagen(OWEA)werdenPfhlemithilfevonImpulsrammenindenMeeresbodeneingebunden.DabeitretenhoheSchalldrckeauf,diesichbergroeEntfernungenaufdieMeeresumweltauswirkenknnen.AusSichtdesNaturschutzesist esntig, Schallimmissionen inMeereskosysteme zu vermeidenoder zu verringern.Durchdiezunehmenden Erkenntnisse ber die Auswirkungen von Unterwasserlrm aufMeeresorganismenunternehmen Industrie, Forschungsinstitute und Einrichtungen des behrdlichen Natur und UmweltschutzesderzeitgezielteAnstrengungen,effektiveMethoden frdenmarinen Schallschutz zuentwickeln.DieZielgredabeiwirddurchdenvomBundesamtfrSeeschifffahrtundHydrographie(BSH) in seinen Leitstzen fr die Anwendung der Eingriffsregelung in der ausschlielichenWirtschaftszone(AWZ)allgemeinfrRammungenvorgegeben(BSH2010):ImFallederSchallminderungbeiRammarbeitenaufSeegiltderImmissionsstandardvon160dB(SEL)bzw.190dB(peaktopeak)in750mEntfernung(sieheauch:UMWELTBUNDESAMT2011).
DieErgebnissevonSchallmessungenbeidenRammarbeitenverschiedenerOffshoreVorhabenwurdenvonNEHLSetal. (2007)zusammengetragen.DasMaximum inderspektralenVerteilung liegt inFrequenzbndernzwischen125und300HzbeiRammarbeitenandenForschungsplattformenFINO1und2bzw.200HzamMesspfahlvonAmrumbankWestbzw. imProjektalphaventus(ITAP2010).DieeinzelnenRammstebestehenauskurzen(50100ms)Pulsen.Abb.1zeigtdieaufeineEntfernungvon750mumgerechnetenSpitzenpegelundSELWerteinAbhngigkeitdesPfahldurchmessersanhandvonkonkretenSchallmessungen.
Abb.1: AufeineEntfernungvon750mnormierteSpitzenpegel(dB0peak)undSELWertebeimRammenvonPfhlenausverschiedenenProjektenalsFunktiondesPfahldurchmessers(Quelle:BETKE2008,ergnztdurchDatenausITAP2010).
DieMessergebnisseverschiedenerRammereignisse zeigen,dassdieSchlagenergie (blowenergy)und der entstehende Schalldruck mit dem der Pfahldurchmesser korreliert ist (BETKE 2008, ITAP2010).ZustzlichspieltdieBeschaffenheitdesUntergrundesunddieverwendeteRammeeineRolle.Der logarithmischen Trendlinie in Abb. 1 liegenMessungen von 14 verschiedenen VorhabenmitPfahldurchmessern von 0,9 bis 4,7m zugrunde (BETKE 2008, ITAP 2010). Mit jeder zustzlichenSchallmessungerhltmangenauereVorstellungenberdieGesetzmigkeiten.DieAbbildunggibteineOrientierung,welcheDmpfungbeibestimmtenPfahldurchmesserndurchgeeigneteManahmenerzieltwerdenmuss. So kann indiesermodellhaftenBetrachtungbeiPfahldurchmessernbis
StandderEntwicklungschallminimierenderManahmenbeimBauvonOffshoreWindenergieanlagen
Seite7
3mschoneineReduzierungder Immissionenum10dB(SEL)ausreichendsein,whrendbeieinemDurchmesservon5meineMinderunginderGrenordnungvon15dBerforderlichwre.
ZieldieserStudie istes,mglicheSchallminderungsverfahren frdasErstellenvonTiefgrndungenmithilfevon Impulsrammungen sowiealternative schallarmeGrndungsvariantendarzustellenundihreEignungzuanalysieren.FrdieverschiedenenVariantensollberprftwerden,welchemEntwicklungsstand (Konzeption, Erprobung, Pilotstadium, Stand der Technik,Marktverfgbarkeit) siezumZeitpunktderErstellungdieserStudiezuzuordnen sind.Nebeneinerallgemeinen technischenBeschreibung werden, soweit vorhanden, der Entwicklungsstand und das mgliche Potential zurSchallminderungdargestellt.
DadieDiskussionumgeeigneteGrenzwerteauchweiterhinkontroversgefhrtwird,insbesondereinBezugaufStrungenundpopulationsrelevanteEinflsse,werden ineinemzweitenTeilGrndungsvariantenbeschrieben,dieerwarten lassen,dassdeutlichgeringereSchallemissionenauftretenalsbeiTiefgrndungen,diemit Impulsrammungenverankertwerden.Dabei istzubeachten,dassauchschallarme Grndungsvarianten Schallemissionen erzeugen, die zum Teil heute noch nicht genauquantifiziertwerdenknnen,dakeineSchallmessungenunterOffshoreBedingungenvorliegenoderdiegenaueErrichtungsmethodiknochnichtbekannt ist.AnderemglicheumweltrelevanteAuswirkungensindbeiderDarstellungnichtbercksichtigt.
DerSchwerpunktderRecherchenlagdabeiaufDeutschland.EsbestehtkeinAnspruchaufVollstndigkeitallerVerfahrenundAnbieter.
StandderEntwicklungschallminimierenderManahmenbeimBauvonOffshoreWindenergieanlagen
Seite8
3 DefinitionderKategoriendesEntwicklungsstands unterMitwirkungvonProf.Dr.MartinGellermann,Westerkappeln
ImFolgendenwerdendieverschiedenenStufendesEntwicklungsstandeseinerTechnologiezwischenderIdeeunddemErreichenderMarktreifebeschriebenunddefiniert. ImHinblickaufdieeinzusetzendenSchallminimierungenoderGrndungenbeimBauvonOffshoreWindenergieanlagen istdieFragevonbesondererBedeutung,obbereitsderStandderTechnikerreichtist.
3.1 Konzeption
EineProjektideemitumfassenderZusammenstellungvonInformationen,physikalischenBerechnungen und Begrndungszusammenhngen fr umfangreiche Planungen liegt vor. Die Aussagen zurWirksamkeitbasierenimWesentlichenauftheoretischenberlegungenundAnalogieschlssen.EinevalidierteKonzeptionumfasstzustzlichersteVorexperimenteundUntersuchungenzurDurchfhrbarkeit, z.B.BelastungsversuchemithilfevonModellen,etc.EinPrototypdesEntwicklungsobjektsexistiertnochnicht.
3.2 Erprobung(Labor/Versuchsstadium)
Die nchste Kategorie des Entwicklungsstands ist die Erprobung der Technik im Labor oder eineranderenVersuchsanlage(z.B.Wellenkanal).ZielderErprobung istdieEntwicklungeinesPrototyps.Manche Entwicklungenbasieren aufmarktverfgbaren Komponenten, sind aber fr neueAnwendungsgebieteentsprechendabgewandelt.
3.3 Pilotstadium
IneinererstenAnwendungwirddieerprobteTechnikineinemrealittsnahenUmfeldeingesetzt.SieistschonberdasErprobungsstadiumhinaus.BeiderTechnikkannessichnochumeinEinzelstck,z.B.einenPrototyphandeln,dernochnicht inSeriegefertigtwird.DerNachweisder technischenundvorallemwirtschaftlichenEignungkanndasZielderAnwendungensein.AbschlussderAnwendung ist inderRegeldiewissenschaftlichtechnischeBewertungeinesFullScaleTestseinesPrototypsbzw.einerPilotanlage.DiesewirdauchoftvonBankenalsFinanzierungsvoraussetzunggefordert.
3.4 StandderTechnik
InderNebenbestimmung14derbislangvomBundesamtfrSeeschifffahrtundHydrographie(BSH)ausgesprochenen Genehmigungen fr OffshoreWindparks (OWP) ist Schallminderung nach demStandderTechnikgefordert.Daes inderVergangenheitkontroverseDiskussiondarbergegebenhat,wasunterdemBegriff zu verstehen sei, soll im Folgendendetaillierter aufdieDefinitiondesStands der Technik eingegangenwerden. Seit der KalkarEntscheidung des Bundesverfassungsgerichtsausdem Jahre1978 (BVerfGE49,89,135 ff.)gibteseinedreifacheStufungder technischenStandards imUmweltundTechnikrecht.Allgemeinwirdzwischen folgendenStufenunterschieden(KOCHetal.2010):
AllgemeinanerkannteRegelnderTechnik StandderTechnik StandvonWissenschaftundTechnik
StandderEntwicklungschallminimierenderManahmenbeimBauvonOffshoreWindenergieanlagen
Seite9
ImFallederSchallminderungbeiRammarbeitenaufSeegiltderImmissionsstandardvon160dB(SEL)bzw.190dB (peaktopeak) in750mEntfernung1.DieserWert findetsich indenLeitstzenfrdieAnwendungderEingriffsregelungengem.58Abs.1Satz2BNatSchG(BSH2010).
Beim Verweis auf die Allgemein anerkannten Regeln der Technik ist lediglich gefordert, die gebruchlichebzw.blicheTechnikeinzusetzen,diesichinderPraxisdurchgesetzthatundderenVerwendung oder Einsatz der herrschenden Ansicht unter den Technikern entspricht (vgl. JARASS,BImSchG,8.Aufl.2010,3Rn.95).DieskannaucheinaltesVerfahrensein.
DerStandderTechnikverlangtstrengereVermeidungsanforderungenab.DierechtlichenAnforderungen orientieren sich am Entwicklungsstand fortschrittlicher Verfahren, Einrichtungen und Betriebsweisen,derenpraktischeEignungzurEmissionsbegrenzunggesichertist.DassetztzunchstdietechnischeEignungeinerManahmezurErreichungdesZielsderUmweltentlastungvoraus.Hierzugengt es,wenn dieManahme zumindest in Versuchen erfolgreich erprobtworden ist (JARASS,BImSchG,8.Aufl.3Rn.104;Kutscheid,in:Landmann/Rohmer,UmweltrechtIII,Nr.13BImSchGRn.104,106;Schulte,in:Giesberts/Reinhardt,BeckOKBImSchG,3Rn.100).DiepraktischeEignungkanneinertechnischgeeignetenManahmeabernurattestiertwerden,wennsiesichdanebenimRahmen der Verhltnismigkeit auch in wirtschaftlicher Hinsicht als geeignet erweist (vgl.BVerwG,NVwZ2001,1165;Schulte, in:Giesberts/Reinhardt,BeckOKBImschG,3Rn.102).DaderMastabvongenerellerArtist,kommtesinsoweitnichtaufdiewirtschaftlicheLeistungsfhigkeitdeseinzelnenAnlagenbetreibers,sondernaufeinenBetreibervonAnlagenderfraglichenArtbzw.einenindiesemSinnedurchschnittlichenBetreiberan(JARASS,BImSchG,8Aufl.2010,3Rn.108m.w.N.).DerStandderTechnikistgebietsunabhngig.
DasbedeutetimEinzelnen:
Das Verfahrenmuss eine praktische Eignung als gesichert erscheinen lassen.Dies beinhaltetauch,dassdasSystemfrdiegefordertenEinsatzbedingungenrobustgenug ist.DieFunktionsfhigkeitmussinVersuchenerprobtsein.EinePilotstudieistfrdiesenNachweisausreichend.
DieVerhltnismigkeitzwischenMitteleinsatzundEffektivittmussgewahrtsein.Dasbedeutet, imbetrachtetenFallmussdieerzielbareSchallminderung ineinervernnftigenBeziehungzumwirtschaftlichenundtechnischenAufwandstehen.DieBenutzerfreundlichkeitoderAnpassungsmglichkeitanunterschiedlicheOffshoreLogistik sindweitereFaktoren,diedieVerhltnismigkeitbetreffen,daVerzgerungendurcheinzusetzendeSchallminderungsverfahrenzumTeilerheblicheKostensteigerungenbeiderErrichtungzurFolgehabenknnen.
EinVerfahren,dasdemStandderTechnikentspricht,mussnichtunbedingtfreineserienmigeProduktiongeeignetsein.AllerdingsverbesserteinederartigeEignungdieVerhltnismigkeitzwischenMitteleinsatzundEffektivitt,daeineserienmigeProduktioni.d.R.dieKostenverringert.
DerStandvonWissenschaftundTechnikreprsentiertdiestrengstenAnforderungen.DiesemtechnischenStandentsprechenVerfahren,deneneinewissenschaftlicheBegrndungfrdieWirksamkeitzugrunde liegt.EineUmsetzungbzw.praktischeEignung imgrotechnischenBetrieb istkeineVoraussetzung.LassensichwissenschaftlichfrerforderlicherachteteManahmentechnischnichtrealisieren,darfeineerforderlicheGenehmigungnichterteiltwerden.DerStandvonWissenschaftundTechnikwird inderPraxisnurdortgefordert,wosehrhoheRisikenfrLeben,Gesundheit,UmweltundSachgterbestehen,wiez.B.inderKerntechnik,Pharmazie,MedizinoderGentechnik.
Nebenbestimmung14 (d.h. Schallminderungnach Standder Technik)betrifft jedoch lediglichdieverwendeteTechnikbeiderErrichtung,nichtdieGrndungan sich:demErrichtereinesOffshoreWindparkskannvondenGenehmigungsbehrdenkeineGrndungsvariantevorgeschriebenwerden.
1Dieo.g.KalkarEntscheidungbeziehtsichaufEmissionen,nichtaufImmissionen.
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DementsprechendistausrechtlicherSichtderStandderTechniklediglichhinsichtlichderSchallminderungsmanahmen(Kap.5)entscheidendundauchnur,wennderErrichtereineGenehmigungfrgerammteFundamentebeantragtunderhaltenhat.
BeiderBemessungderZumutbarkeitalternativer(schallarmer)GrndungsvariantenisteinKriteriumderStandderTechnik.DiesespielteineRolle imZusammenhangmitdemVermeidungsgebotdes34,Abs.3Nr.2BNatSchG.
Einsatzbedingungen
Zwar istderStandderTechnikunabhngigvomGebieteinzusetzen,eskann jedoch sein,dass frbestimmteUmweltbedingungeneinVerfahrendemStandderTechnikentspricht,frandereStandortejedochnicht.ImFolgendenist,wennnichtausdrcklichandersbezeichnet,derStandderTechnik frdieblichen inderdeutschenAWZderNordseeundOstseevorherrschendenBedingungenmageblich.ZumBeispielbetrifftdiesdieblichenGezeitenstrmungen,eineWassertiefeum40mundinderNordseeberwiegendsandigeBden,inderOstseeauchBdenmitKreideschichtenoderSchlickauflagen.
Insbesonderebeiden schallarmenGrndungsvariantenkanndas technischeZieleinerTechnologieentscheidend sein. So knnenKomponentenderGrndungsvariante inderlindustriedem StandderTechnikentsprechen,aberbeiAusrstungmitWindenergieanlagen(WEA)u.U.anderenBelastungenausgesetztsein,andiedieTechnologieerstangepasstwerdenmuss.
3.5 Marktverfgbarkeit/Marktreife
DieMarktverfgbarkeit beinhaltet, dass dieWirksamkeit einer Technologie nachgewiesen ist unddiesezuwirtschaftlichenKonditionenamMarkterhltlichist.OftgibteskonkurrierendeAnbietermitunterschiedlichabgewandelterTechnologie.EinemarktverfgbareTechnik ist inderRegeldieVoraussetzungfreineentsprechendePreiskalkulation. ImErprobungsstadiumundauch indenerstenAnwendungentretenoftnochUnwgbarkeitenauf,diesichdeutlichaufdieKostenauswirkenknnen.
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4 SchallminderungsverfahrenfrImpulsrammungenImFolgendenwirdeineReihefortschrittlicherVerfahrenzurSchallminderunganpraktischenBeispielen,ModellenundKonzeptendargestellt.
Durch die Entwicklung immer grerer OWEA und den Bau von OWP an immer kstenfernerenStandorten ist zu erwarten, dass die gerammten Pfahldurchmesser insbesondere vonMonopilesimmergrerwerden.Auch istdie Industrie inder Lage, immergrere Impulsrammenbereitzustellen. Die berwindung steigender Bodenwiderstnde bei grerer Pfahldimensionierung durchVerwendunghhererSchlagenergienfhrtbeimRammenzuhherenSchallpegeln(Abb.1),sodassbeigrerenPfahldurchmesserneinegrereDmpfungerzieltwerdenmuss,umdenVorsorgewerteinhaltenzuknnen.DurchdieweitereOptimierungvonSchallschutzmethodenistzuknftigvoraussichtlicheinegrereDmpfungerzielbaralsderzeitmglich.JedochlsstsichmitdenimFolgendendargestelltenMethodenkeinebeliebighoheDmpfungerzielen.Dieshngtdamitzusammen,dassdieSchallausbreitungberverschiedeneWegeerfolgt,zumBeispieldurchbertragungdesKrperschallsindieWassersule,dieLuftunddenBoden.VomBodenkanneinsignifikanterTeilderSchallenergie indenWasserkrpereingetragenwerden(seismischerbertragungsweg).DiedargestelltenMethodensindi.d.R.nurinderLage,diebertragungvomKrperschalldesPfahlsindasWasserzudmpfen.Daderseismischebertragungswegetwa10bis30dBunterderkombiniertenSchallbertragungallerdreiWegeliegt(APPLIEDPHYSICALSCIENCES2010),bleibtselbstbeieinerdeutlichenOptimierungvonaktuellenSchallminderungsverfahrendiemaximalerzielbareSchallminderungaufetwa30dBbegrenzt,sofernderseismischebertragungswegnichtebenfallsgedmpftwird.
4.1 Blasenschleier
Blasenschleier sindeineeffektiveundmittlerweilemehrfach in verschiedenenVarianten erprobteMethode,dieSchallausbreitungimWasserzureduzieren(u.a.CALTRANS2003,GRIEMANNetal.2009,ITAP2010).ZwischenWasserundLuftbestehtaufgrunddesgroenDichteunterschiedseinerheblicher Impedanzsprung.Da Luft imGegensatz zuWasser kompressibel ist, verndernGasblasen imWasserdessen Kompressibilittunddamitdie Schallausbreitungsgeschwindigkeit imMedium.DieSchallanregung inoder inderNhedereigenenResonanzfrequenzfhrtzustzlichzueinersehreffektivenReduzierungderSchallamplitudensowohldurchStreuungsalsauchdurchAbsorptionseffekte.ImResonanzfallistdieeffektiveStreuundAbsorptionswirkungeinerGasblaseimMeeretwa1.000malgreralsesihrergeometrischenGreentspricht.BildlichlsstsichdieseEigenschaftderGasblasealseinLochdarstellen,mitsehrniedrigerakustischerImpedanzderGasblaseimVerhltnis zumumgebendenMediumWasser.Dieses Loch strteineinfallendesSchallfeld ineinem sehrweitenUmfeldumdieeinzelneGasblase.ImBlasenschleierfhrtdieWechselwirkungzwischendeneinzelnenBlschenzueinerErhhung ihrerSchalldmpfung,wasdiebesondereEffektivittdesBlasenschleiersbegrndet(ELMERetal.2007a,GRIEMANNetal.2009).
ZwischendenverschiedenenVariantendesBlasenschleiersgibteskonzeptionelleUnterschiede,dieunteranderemdieFaktorenArbeitsablauf,Kosten,HydrologiedesStandortes(z.B.WassertiefeundStrmung)undschalltechnischeOptimierunginunterschiedlicherWeisebercksichtigen.ImFolgendenwerdendergroe (Kap.4.1.1),derkleineodergestufte (Kap.4.1.2)unddergefhrteBlasenschleier(Kap.4.1.3)einschlielichdervorliegendenErfahrungswertevorgestellt.
berErfahrungenmitdemexperimentellenEinsatzverschiedenerBlasenschleiersysteme(WRSIGetal.2000;CALTRANS2001;CALTRANS2003,VAGLE2003;PETRIE2005)wurdeinNEHLSetal.(2007)berichtet.DieDarstellungenandieserStellebeschrnkensichdaherimWesentlichenaufneuereErgebnisse.
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4.1.1 GroerBlasenschleier(BigBubbleCurtain,BBC)
Abb.2: KonzeptdesgroenBlasenschleiers(Quelle:ISD2010).
Fr den groen Blasenschleierwird ein einzelner perforierter Leitungsring um die zu rammendeGrndungsstrukturaufdenMeeresbodengelegt.IndiesenRingwirdberKompressoren,diesichanBordeinerPlattformodereinesSchiffesbefinden,Drucklufteingeleitet.DurchregelmigangeordneteLcher strmtdie Luft inFormvonBlasennachauen, steigtnachobenundummanteltdiegesamteGrndungsstrukturgrorumiginFormeinesBlasenschleiers(Abb.2).
4.1.1.1 ErfahrungswertemitdemgroenBlasenschleierInderdeutschenNordseewurdedergroeBlasenschleierimJahr2008beiderErrichtungderFINO3Plattformeingesetzt.GerammtwurdeeinMonopilemiteinemmaximalenDurchmesservon4,7mundeinerEinbindetiefevon30m.DieWassertiefeamStandortbetrug ca.23m.Umden zu rammendenPfahlwurde imAbstandvon70meingroerBlasenschleier inFormeinesgeschlossenenSechsecksverlegt(Abb.3)(GRIEMANNetal.2009).
DieresultierendeSchallminderungwarstarkfrequenzabhngig.BiszueinerFrequenzvonca.200HzlagnureinegeringeReduzierungvor.BeieinerFrequenzvon1kHzbetrugdieMinderunginAbhngigkeit vonder Entfernung2025dBre1Paundbei einer Frequenz von2kHz rd.35dBre1Pa(Abb.4)(GRIEMANNetal.2009).DargestelltalsBreitbandpegelergabsichdurchdenBlasenschleiereineSchallminderungumca.12dB(SEL)undumca.14dB(peak)(GRIEMANN2009).
Abb.3: GroerBlasenschleierbeimBauderFINO3Plattform(Quelle:FORSCHUNGSUNDENTWICKLUNGSZENTRUMFHKIELGMBH,www.fino3.de).
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Abb.4: EinzelereignisSchalldruckpegel(SEL)beidenRammarbeitenzurFINO3PlattformmitundohneBlasenschleierbeireduzierterRammenergie(160kJ;Entfernung:910m)(Quelle:GRIEMANNetal.2009).
EinProblembeimFINO3Vorhabenbestanddarin,dieAusbringungdesDsenrohresindenArbeitsablaufderTiefgrndungsoeinzupassen,dassnurgeringeZeitverzgerungenentstehen.DasZusammenflanschendessechseckigenPrototypsdurchTauchergestaltetesichalszeitaufwndig.MittlerweileistdasSystemdesgroenBlasenschleiersweiterentwickelt,sodassdieDsenrohreohneTauchereinsatzvonTrommelndirektvomSchiffverlegtwerdenknnenundmehrereSystemerevolvierendausgebrachtwerden.DieArbeitsablufebeiderFundamentgrndungwerdendurchdenSchallschutzsomitnichtbeeintrchtigt(CAYGRUNAU,HydrotechnikLbeckGmbH,pers.Mitt.).
4.1.2 Gestufter(kleiner)Blasenschleier(LittleBubbleCurtain,LBC)BeimkleinenodergestuftenBlasenschleierwerdendieperforiertenLuftleitungen inmehrerenEbenen ringfrmigumdas Fundament angebracht (Abb.5). ImGegensatz zum groenBlasenschleierknnen beiVerdriftung derBlasen Schallbrcken auftreten, die die Effektivitt des Schallschutzesverringern(ISD2010).
Abb.5: KonzeptdesgestuftenBlasenschleiers(Quelle:ISD2010).
Bei Tripods oder Jackets ist zustzlich der Krperschall innerhalb der Konstruktion ein Problem.Schwingungen, die an der Pfahlfhrung (pile sleeve) auf Jacket oder Tripod bertragenwerden,knnenauerhalbdesdenRammpfahlumschlieendenBlasenschleiers indieWassersulebertreten.
UmdenZeitaufwand frdie InstallationdesBlasenschleiersgeringzuhalten,gibtesKonzepte frverschiedene teleskopierbareSystemeundunterschiedlicheBefestigungen, z.B.anderZangedesKransoderdemPilingFrame.
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4.1.2.1 ErfahrungswertemitdemgestuftenBlasenschleierDergestufteBlasenschleierwurde inderdeutschenNordsee im Juni2009beimBaudesOffshoreWindparks(OWP)alphaventuseingesetzt(GRIEMANNetal.2010, ITAP2010).GerammtwurdeeinTripodmiteinemPfahldurchmesservon2,6m.DieWassertiefebetrugca.30m.WetterbedingtkamnurderuntereTeildesBlasenschleiers zumEinsatz.Aufdie zweitemobileSchallschutzeinheitausmehreren vertikal bereinander angeordneten ringfrmigen Luftleitungenwurde verzichtet (ITAP2010),sodassderBlasenschleiervonAnfangannichtvollstndig installiertwar.DienachfolgendenBeobachtungenergaben,dassdieLuftblasendurchdieStrmungsoverdriftetwurden,dasssiedenzurammendenPfahlgarnichtumschlossenhaben.DaherkonntederBlasenschleierseineWirkungnur inStrmungsrichtungentfalten,wodieBlasendenRammpfahltatschlichabschirmten. Indiesem Bereich wurde eine Schallreduzierung von ca. 12dB (SEL) und ca. 14dB (peak) gemessen(GRIEMANN et al. 2010).DieseWerte entsprachen dermit dem groenBlasenschleier erzieltenSchallminderung(GRIEMANN2009).
Im Januar 2011 wurde in der Ostsee ein kleiner gestufter Blasenschleier ber einen Testpfahl(Durchmesser 1,50m,Wassertiefe ca. 22m) im geplanten OWP EnBW Baltic 2 erfolgreich ausgebracht.DasSystemhneltederoberenEinheitdesBlasenschleiersvonalphaventusundentfaltetesichordnungsgem,umeineUmhllungdesRammpfahlsmitBlasenzuerreichen.DerfrdeneinmaligenTesteinsatzproduziertekleinegestufteBlasenschleierkonnteanschlieendwiedereingeholtwerden.DieverbindendenStahlseilewarendanachineinanderverwunden,dasseinsofortigerweitererEinsatznichtmglichwar.JedochwardieserimRahmendesTestsauchnichtvorgesehen(CHRISTIANBRSKE,EnBWErneuerbareEnergienGmbH,Hamburg,pers.Mitt.).
Abb.6: TripodderOWEAAV09imOWPalphaventusmitvorinstalliertemunteremTeildesgestuftenBlasenschleiers(Quelle:HydrotechnikLbeckGmbHin:GRIEMANNetal.2010).
An der Pier 13 derBeniciaMartinez Brcke nordstlich von San Francisco erreichte ein gestufterBlasenschleier Bubble treemit bis zu 9 Stufen (Pfahldurchmesser 2,4m; Schlagenergie 570 kJ;Wassertiefe1215m;Luftstrom42,5m/min) inMessentfernungenvon50bis100meineSchallreduzierungum1933dB(peak)und2025dB(SEL)(Abb.7)(CALTRANS2007).
DererheblicheUnterschiedzudenMesswertenbeimOWPalphaventus istbislangungeklrt.Es istmglich, dass seismischeWellen in grerer Entfernung in dasWasser bertreten und dort dieDmpfungverringern.EindirekterVergleichmitdemBlasenschleieramOWPalphaventus istaufgrundunterschiedlicherMessentfernung,Wassertiefe,BodenbeschaffenheitunddesgrerenVerhltnissesvonEinbindetiefezuWassertiefe2beidenBrckenbauarbeitennichtmglich.
2 IstdieEinbindetiefeimVergleichzurWassertiefesehrgro,wirktsichdieradialeSchwingungskomponente
derDehnschwingungendesPfahls,diefrdieSchallbertragungverantwortlichist,vorallemimBodenaus.
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Abb.7: SchalldmpfungamgestuftenBlasenschleierin95mEntfernung(Pier13derBeniciaMartinezBr
cke,USA)(Quelle:CALTRANS2007).
4.1.3 GefhrterBlasenschleier(Confined(Air)BubbleCurtain)
Abb.8: KonzeptdesgefhrtenBlasenschleiers(Quelle:ISD2010).
BeimgefhrtenBlasenschleierwirdderBereichderLuftblasenvoneinerfestenHlleumgeben,dieeineVerdriftungderBlasenverhindernsoll(Abb.8).DieHllebestehtentwederauseinemflexiblenMaterial (Plastik,Gewebe)oderauseinereinem festenRohr.DieschalldmpfendenEigenschaftenwerdenvomMaterialderHllenichtwesentlichbeeinflusst,d.h.StahloderGewebesindgleichermaeneffektiv (CALTRANS2009).GefhrteBlasenschleierwerdenvorallem imFlachwasserundanStandorteneingesetzt,andenenhoheStrmungsgeschwindigkeitenzuerwartensind,diedieLuftblasenvomRammpfahlfortsplenwrden.
DurchbertragungderBodenschwingungenindenWasserkrperingrerenEntfernungenistesmglich,dassingrerenMessentfernungeneinegeringereDmpfungerzieltwrde.DieSchallbertragungvomBodeninsWasserwurdeineinemanderenBrckenbauprojektdokumentiert(Abb.62undAbb.63).
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4.1.3.1 ErfahrungswertemitdemgefhrtenBlasenschleierImRahmendesSanFranciscoOaklandBayBridgeDemonstrationProjectswurdeeingefhrterBlasenschleier eingesetzt (CALTRANS 2001).Das patentierte System der Fa.Gunderboom besteht auseiner vorgefertigten zweischichtigen Ummantelung aus wasserdurchlssigem Polypropylen/Polyester,dieaneinemfestenRahmenangebrachtist.DieDruckluftwirdamMeeresbodenzwischendiebeidenKunststoffschichteneingebracht(GUNDERBOOM2011).
Abb.9: GefhrterBlasenschleier(Quelle:GUNDERBOOM2011).
BeiderRammungeinesPfahlsmit2,4mDurchmesser in1mWassertiefemiteinerMenck1700TRamme ergab sich durch das GunderboomSystem eine Schallreduzierung um 510dB (RMS undpeak) (CALTRANS2001).EinehhereSchallreduzierungergabsichbeiVerwendungeinesRohreszurFhrungderBlasen(isolationcasing)(sieheKap.4.2.1).
Einige der recht aufwndigen SchallschutzmantelKonzepte (z. B. BEKASchale, Noise MitigationScreen;Kap.4.2)enthaltengefhrteBlasenschleieralszustzlicheKomponenten.
4.1.4 Blasenstab(BubbleStick)Ein weiteres Konzept eines speziellen Blasenschleiers, das die Strmung als nutzbringenden Effekteinbezieht,istderBlasenstab.DieserwirdsenkrechtvordenPfahlindieStrmunggehalten,sodassdieaustretendenBlasenumdenPfahlherumtransportiertwerden.SoentstehteinBlasenmantelumdenPfahl.DaderBlasenstabvonderWasseroberflchebiszumMeeresbodenreicht,wirdsoeingroerTeildesPfahlsgeschtzt(Abb.10,Abb.11).UmdenPfahlfuwirdzustzlicheinkleinerBlasenschleier gelegt, um die Basis des Pfahls zu umhllen.Um eine vollstndigeUmhllung desPfahlsmitBlasen zu gewhrleisten, isteine genaue Strmungsmodellierungntig.Gegebenenfallssindmehrere Blasenstbe erforderlich. In offenen tidebeeinflussten Gewssernwie der NordseemussdiePositiondesBlasenstabs imVerlaufderRammarbeitenkontinuierlichderRichtungderTidestrmung angepasstwerden. Dadurch, dass die Befestigungweitgehend an der Plattform undnichtamPfahlerfolgt,sollendieBeeintrchtigungenderErrichtungszeitminimalsein.
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Abb.10: KonzeptdesBlasenstabsaneinemMonopile(Quelle:MENCKGMBH,Kaltenkirchen)
Abb.11: KonzeptdesBlasenstabsaneinemTripod(Aufsicht;Quelle:MENCKGmbH,Kaltenkirchen)
4.1.5 BewertungdesBlasenschleiers
4.1.5.1 UnterwasserschallDie prinzipielle Eignung von Blasenschleiern zurDmpfung vonUnterwasserschallwurden in verschiedenenAnwendungenund inaktuellenModellierungen (APPLIEDPHYSICALSCIENCES2010)besttigt3.BeimpraktischenEinsatz inderNordsee (FINO3Plattform:Kap.4.1.1.1;OWPalphaventus:
3 EingangindasModellfandendieRammdatendesCapeWindProjektsinAlaskafr15mWassertiefe(Mo
nopilesmit5,5mDurchmesserund42mLnge,Wandstrke50mm,Einbindetiefe13mbzw.26m)undreprsentativeDatenausEuropischenStudienfrWassertiefenvon30m(Pfahldurchmesser7,5m,Wandstrke75mm,Pfahllnge65m,Einbindetiefe35m).
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Kap.4.1.2.1)wurdeeineSchallminderungvonca.12dB(SEL)undca.14dB(peak)erzielt.DieModellierungeinesBlasenschleiers (Strke:5cm;Abstand:30cm;Blasenanteil:2,5%bzw.5%)erbrachteeineSchalldmpfungvonetwa10dB (Abb.13) (APPLIEDPHYSICALSCIENCES2010).DieerzielteSchallminderungderBlasenschleierwarsowohl imModellalsauchbeiaktuellenAnwendungenstarkfrequenzabhngig.ImModellwiessie imFrequenzbereichoberhalbvon500HzdiebesteWirksamkeitauf(Abb.14).BeiFINO3wurdediegrteDmpfungbei2kHzgemessen(Abb.4).
DieModellierungderdreiprimrenbertragungswegezeigte,dassdiedirektebertragungdesKrperschalls gerammter Monopiles in die Wassersule in nahezu allen betrachteten Frequenzen(100Hzbis1 kHz) gegenberden indirektenbertragungswegenberdas Sedimentunddie Luftdominierte(Abb.12).BeidiesembertragungswegmussSchallminderungprimransetzen.Ebenfallsbedeutendwar jedochderseismischeAusbreitungsweg,derfrdieerzielbareSchallminderungbegrenzendseinkann(APPLIEDPHYSICALSCIENCES2010).
Abb.12: Primre bertragungswege fr Rammschall ohneMinderungsmanahme (Quelle: APPLIED PHYSICALSCIENCES2010).
Abb.13: VergleichderSchallminderungohneSchallschutz(Untreated),mitBlasenschleier(BubbleScreen)und
Schaumstoffummantelung (Rubatex), dargestellt als tiefengemittelte bertragungsfunktion gegenberderFrequenzin30mEntfernung(Quelle:APPLIEDPHYSICALSCIENCES2010).
DieeinzelnenBlasenschleierKonzepteweisen inBezugauf ihrPotentialzurSchallminderungunterschiedlicheVorundNachteileauf:
GroerBlasenschleier:DurchdengroenDurchmesserdesRingesbleibtderRammpfahlauchbeiVerdriftungderBlasendurchdieMeeresstrmungnochvollstndigumschlossen.DieDmpfungswirkungwirddahernichtdurchSchallbrckenvermindert.AuchderSchall,derberdenBodeninsWasserbertragenwird(seismischerAusbreitungsweg)(NEDWELL&HOWELL2004,APPLIEDPHYSICALSCIEN
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CES2010),kanndurchdengroenDurchmesserzumTeilgedmpftwerden.Modellierungenzeigen,dasseingroerAnteilderSchallbertragungvomBoden indieWassersule imNahbereichstattfindet (APPLIEDPHYSICALSCIENCES2010).DurchdiegroeumschlosseneFlchedesMeeresbodenskanndieserTeilderseismischenWellenebenfallsgedmpftwerden(Abb.2,Abb.14).
Abb.14: Blasenschleier(mit5%Blasenanteil):Schallbertragungfr30mWassertiefeinRelationzuTiefeund
Entfernung,dargestelltalsFarbdiagrammzurVerdeutlichungderverschiedenenbertragungswegefrausgewhlteFrequenzenvon100800Hz.DiegestricheltenLiniengebendieWasserundSedimentoberflchean(Quelle:APPLIEDPHYSICALSCIENCES2010).
KleinerBlasenschleier:DieSchallbertragungberdenBodenwirdbeidiesemKonzeptnichtaufgefangen. In strmungsbeeinflussten Gewssern kann die Effektivitt des Schallschutzes durch eineVerdriftungderLuftblasenverringertwerden.WennderRammpfahlnichtmehrvollstndigvomBlasenschleierumschlossenist,tretenSchallbrckenauf(ISD2010).DieserEffektkannaberdurchVariationen imAbstandderDsenrohreund inderBreitedesBlasenschleiersverringertwerden.Beieinemneuartigen,bislangnichtunterOffshoreBedingungenerprobtenKonzeptmiteinemuerenund einem inneren Luftaustrittsring an einem bis zu 50cm breiten Flansch kann einmindestens1,2mbreiterBlasenkorridorerzeugtwerden,dernachentsprechendenBerechnungeneffektiver istalsbeinureinemAustrittsring (BERNHARDWEYRES,Daleiden,pers.Mitt.).DurchVerwendungeinerKonstruktion,beiderdasuntereDsenrohramBodeneinerca.2,6mhohenWannegelegenist,diesomit als laterale Schallschutzwandwirkt, knnenmgliche Schallbrcken zwischen den Luftaustrittsffnungenabgeschirmtwerden(BERNHARDWEYRES,Daleiden,pers.Mitt.).
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DiebertragungvonKrperschallanVerstrebungenvonJacketsoderTripodsdurchunvollstndigeUmhllungkanndurcheinespezielleInstallationsvariante,dasPrePilingVerfahren,vermiedenwerden.Dabeiwerden die Pfhle zuerstmithilfe von Schablonen im richtigenAbstand gerammt unddanndieTripodsbzw. Jacketsaufgesetztundvergroutet.BeidieserVariante istauchdieHandhabung teleskopischer gestufter Blasenschleiersysteme einfacher und entspricht dem Verfahren amMonopile.
GefhrterBlasenschleier:DieSchallbertragungberdenBodenwirdbeimKonzeptdesgefhrtenBlasenschleiers ebenfalls nicht aufgefangen. In Gebieten mit starker Gezeitenstrmung wie derNordseebestehtdieSchwierigkeit,dieHllehinreichend stabilauszubilden,damit sienichtgegendenPfahlgedrcktwirdundesdadurchzuSchallbrckenkommt.DiesistnurmiteinerstabilenAuenhllemglich.Generellwird sichdieHandhabung gefhrterBlasenschleiersystemebei groenWassertiefenzunehmendaufwndigergestalten.DurchdiescharfeBegrenzungdesBlasenschleiersistvoraussichtlicheinehhereSchalldmpfungmglichalsbeidiffusverteiltenBlasenderanderenhieraufgefhrtenKonzepte(GRANDJEANetal.2011).
Blasenstab:MitdemBlasenstabliegennochpraktischenErfahrungenvor.DasVorliegenzutreffenderStrmungsmodellierungenunddessenkorrekteUmsetzungbeiderPositionierungdesBlasenstabssindfrdessenWirksamkeitvonelementarerBedeutung.BeientsprechenderUmsetzungderAnforderungenandiekontinuierlicheAnpassungderPosition imVerhltniszumRammpfahlwird insgesamt eine Schalldmpfung erwartet, die der des gestuften Blasenschleiers entspricht, sofern dieLuftmengeundBlasenschleierdickevergleichbarist.
4.1.5.2 EntwicklungsstandDass Luftblasen imWasser eine deutliche Schallreduzierung bewirken knnen, istmittlerweile invielenProjektenerwiesenworden.DurchdieinVersuchenundpraktischenAnwendungenerfolgreicheErprobungistdietechnischeEignungvonBlasenschleiernzurReduzierungvonSchallemissionenalsgesichertanzusehen.DiesisteineGrundvoraussetzungfrdenStandderTechnik(Kap.3.4).
GroerBlasenschleier:Die imProjektFINO3,dasalsPilotstadiumgeltenkann,mitdiesemSystemerzielteSchallminderungistsignifikant,allerdingskonntezumdamaligenZeitpunktnochkeinepraktischeEignungattestiertwerden.AufgrundderaufwndigenAusbringungmithilfevonTauchernunddendamitverbundenenKosten,nichtzuletztdurcherheblicheVerzgerungenimBauablauf,gabeseinMissverhltnis zwischenMitteleinsatz und Effektivitt. Insbesondere das Zusammenflanschenvon20mlangenTeilenanderWasseroberflchefhrtezuProblemen.DieerkanntenProblemebezglichderHandhabungfhrtenzukonzeptionellennderungenamverwendetenSystem.DieweiterentwickeltenSystemefrdengroenBlasenschleiersindrobust,knnenmitHilfeeinerangetriebenenundgebremstenTrommelohneTauchereinsatzdirektvomSchiffverlegtwerdenundmehrereSysteme, die revolvierend ausgebrachtwerden, stehen zur Verfgung (CAYGRUNAU,HydrotechnikLbeckGmbH,pers.Mitt.;BERNHARDWEYRES,WeyresOffshore,Daleiden,pers.Mitt.).Auch istdasSystemfrdieTiefenundStrmungsverhltnisse inderdeutschenAWZgeeignet.DieAusbringungvonderTrommelwurde imTrockenenerfolgreicherprobtunddabeiwurdediemaximalzuerwartendeZugkraftsimuliert.EinTestdesAusbringungssystemsaufSeestehtnochimSommer2011bevor.MglichenochzuberwindendeSchwierigkeitensinddieAbstimmungderPositionierungundGeschwindigkeitdesSchiffesmitderGeschwindigkeitdesAufundAbtrommelns.
Sobaldgezeigtwird,dassdurchdieneuartige InstallationsmethodekeinewesentlichenEingriffe indieErrichtungslogistikerfolgen, istdavonauszugehen,dassdiewirtschaftlicheVerhltnismigkeitgewahrtunddamitdiepraktischeEignunggesichertist.ImSommer2011sollbeiderErrichtungdesOWPBorkumWest2eingegenberdembeiFINO3verwendetenSystemweiterentwickeltergroerBlasenschleiereingesetztwerden.DamitbietetsichdieChance,zeitnahdenStandderTechnikzuerreichen.ImRahmenderRecherchenzudieserStudiesindunsinsgesamtzweiAnbietergroerBla
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senschleierbekanntgeworden.WeitereAnbietererstellenBlasenschleierzuanderenZwecken,z.B.lsperren.DurchdieKonkurrenzsituation istanzunehmen,dassdieTechnologiezuwirtschaftlichenKonditionen amMarkt verfgbar seinwird,dieMarktverfgbarkeit also ebenfalls zeitnah erreichtwerdenkann.
Gestufter (kleiner)Blasenschleier:Diemiteinem gestuftenBlasenschleiererzielbare Schallminderungistsignifikant.AllerdingsistesvonentscheidenderBedeutung,dassdiekompletteschwingendeStrukturumhlltist.InWassertiefenbis15mintidebeeinflusstenGewssernwurdeimkommerziellenEinsatz indenUSAeineguteDmpfungerzielt.AneinemTestpfahl imgeplantenOWPBaltic IIwurdeeinSysteminetwa22mWassertiefeinderOstseegetestet.DieErgebnissedieserPilotstudiewerdenderzeitwissenschaftlichausgewertet. ImRahmendesESRaProjekts (EvaluationvonSystemenzurRammschallminderunganeinemOffshoreTestpfahl)werdenvoraussichtlichimAugust2011vierverschiedeneneuartigeSchallschutzsystemegegendenkleinenBlasenschleieralsReferenzgetestet(GILLE2011).DiesistnichtzuletztalsAusdruckderTatsachezuwerten,dassBlasenschleierimUnterwasserSchallschutzdie lngsteTraditionhabenundamweitestenentwickelt sind.AuchdieTatsache,dasseinigeSchallschutzmntel(Kap.4.2.2und4.2.3)zustzlichaufdenBlasenschleieralsKomponente zurckgreifen,wrdigtdieEffektivittvonLuftblasen imWasser zurSchallminderungundzeigtdietechnischeEignung.AllerdingserfolgendiegeplantenTestsinca.9mWassertiefeohneGezeitenstrmung.
DievonzweiverschiedenenFirmenangebotenenSystemedesgestuftenBlasenschleierssindrobustund inderKonfektionierbarkeitrechtvariabel.DieSystememssenfr jedeAnwendungneukonfiguriertwerden(inBezugaufWassertiefe,Strmung,Pfahlstrke,BefestigungundDetailsderGrndungwiez.B.Monopile, Jacket,Tripod).DieVerwendungdesgestuftenBlasenschleiers ingroenWassertiefen bei starker Strmungwie in der deutschen AWZ in der Nordsee ist besonders anspruchsvoll.EinerfolgreicherTestunterderartigenBedingungen stehtnochaus.BeimOWPalphaventuswurdenurderamTripodvorinstallierteuntereTeildesgestuftenBlasenschleierseingesetzt,nichtjedochdasfrdieUmhllungdesdarberliegendenzurammendenPfahlskonzipierteteleskopischeSystemausweiterenDsenrohrringen.SomitliegenunterEinsatzbedingungeninderNordseekeineErfahrungenfreinkomplettesSystemvor.
UmauchdiepraktischeEignungund insbesondereeinegutewirtschaftlicheVerhltnismigkeitzuerreichen, istnocheinegewisseEntwicklungsarbeitntig.Dazugehrteineeinfacheund schnelleAusbringungundflexibleBefestigungsmglichkeitamPilingFrameoderGripper.DiezustzlicheVorkonfektionierungdeskleinenBlasenschleiersimunterenBereichdesTripodsvonalphaventus(Abb.6) erscheint gegenber der einfachen Verwendung teleskopischer Ringsysteme recht aufwndig.DurchVerwendungdesPrePilingVerfahrensknnenmglicherweiseKostengespartwerden.
EinwesentlicherKostenfaktoristdieVersorgungderBlasenschleiermitPressluft.AbeinergewissenWassertiefeundStrmungsgeschwindigkeitbentigtman frdengestuftenBlasenschleiergrereRohrlngenunddamiteineerhhteLuftmengealsbeimgroenBlasenschleier.Dann istgegenberdemgroenBlasenschleiernichtunbedingteinKostenvorteilzuerzielen.DieBezeichnung"kleiner"Blasenschleieristdaherirrefhrend4.EinerheblichesKostensenkungspotentialliegtinderVerminderungderLuftmenge(Kap.7).
Der gestufte (kleine) Blasenschleier hat neben dem groen Blasenschleier derzeit vermutlich dasgrtePotential, inabsehbarerZeitdenStandderTechnikzuerreichen.DientigenKomponentensind bereits jetzt marktverfgbar (z. B. aus Druckluftlsperren), mssen jedoch fr OffshoreAnwendungenentsprechendkonfiguriertwerden.4 Soistz.B.freinengroenBlasenschleierbeieinemRadiusvon70meineDsenrohrlngevonca.440m
ntig.FreinengestuftenBlasenschleiermiteinemRadiusvon6mberschreitetdieGesamtlngebereitsab12StufendiesenWert.BeistarkerGezeitenstrmungisteinAbstandvon2mzwischendenStufenrealistisch,sodassindiesemBeispielabeinerWassertiefevon24mmehrKompressorenbentigtwerdenalsbeimgroenBlasenschleier(CAYGRUNAU,HydrotechnikLbeck,pers.Mitt.)
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Gefhrter Blasenschleier: Der Einsatz eines gefhrten Blasenschleiers, der bereits im nearshoreBereichbeimBrckenbauerfolgreichundmit signifikanterSchalldmpfungeingesetztwurde (Kap.4.1.3.1), ist kommerziell und nach Angaben eines Anbieters auch zu geringen Kosten erhltlich(www.gunderboom.com).Mitdertechnischen,praktischenundwirtschaftlichenEignungentsprichtdieserdemStandderTechnikundistdarberhinausmarktverfgbar.JedochgiltdiesnurfrgeringeWassertiefenundnichtfrdiebeiOWPProjekteninderdeutschenAWZtypischenVerhltnisse.
GefhrteBlasenschleiererscheineningroenWassertiefenundingrererEntfernungvonderKstenurschwerpraktikabel,denndieHandhabungwirdsichdortzunehmendaufwndigergestalten.UnterEinflussausgeprgterGezeitenstrmungwirdsicheinetextileFhrungderBlasengegendenPfahldrckenundSchallbrckenentstehenlassen.SomitmussaufrigideStrukturen,z.B.Stahlrohrezurckgegriffenwerden. Derartige gefhrte Blasenschleier in Verbindungmit einem SchallschutzmantelauseinemluftgeflltenHllrohrsindderzeitinderEntwicklung.EineausfhrlicheBewertungfindetsichinKap.4.2(Schallminderungsrohr,BEKASchale).
Blasenstab:DieIdeedesBlasenstabsistnichtimDetailuntersucht.DieTechnikdesBlasenstabsbefindetsichderzeitnoch imKonzeptstadium.DaderBlasenstabnurzueinemkleinenTeildirektamRammpfahl installiert ist, wird die Beeintrchtigung der Rammarbeiten gegenber anderen amRammpfahl befestigten oder aufgehngten Systemen verringert. Auerdem lassen sich durch dieReduzierungderLuftmengegegenberdemgroenBlasenschleierKostensparen.DieswrenguteVoraussetzungenfreinewirtschaftlicheEignung.ZunchstmsstejedochderNachweisdertechnischenEignungdurcheineErprobungerbrachtwerden.
Grenzeinsatzbedingungen: Bei den derzeit marktverfgbaren KompressorTypen limitiert mglicherweisedieWellenhhedenEinsatz,soferndieKompressorenaufSchiffenstehen.AbeinerNeigungvon1115ogibtesProblemebeimAnsaugendesls,sodasssichdieGerteselbstttigabschalten. Eine Lsungsmglichkeitbestehtdarin,die Kompressoren aufder feststehenden Errichtungsplattform aufzustellen. Entsprechende technischenderungen an den Kompressoren sind theoretischdenkbar,aberderzeitsiehtdieKompressorenIndustriedenBedarfnicht (CAYGRUNAU,HydrotechnikLbeckGmbH,pers.Mitt.).BeizuknftigenForschungsprojektensolltendieGrenzeinsatzbedingungenvonBlasenschleiersystemenermitteltwerden(Kap.7).
4.2 Schallschutzmantel(PileSleeve)
Einfache Schallschutzmntel sindmeist Stahlrohre, die ber denRammpfahl gestlptwerden. Sieknnenzustzlich innenoderauenmitverschiedenen lufthaltigenMaterialien (z.B.Schaumstoff,Blasenfolie) umwickelt sein.DieDmpfung an einem Schallschutzmantel beruht hnlichwie beimBlasenschleieraufderAbschirmungdurcheinekompletteUmhllungdeszurammendenPfahls.ImGegensatzzumBlasenschleiersindbeieinemSchallschutzmanteljedochvorallemReflexionseffektefrdieSchalldmpfungverantwortlich.Diesesindumsostrker,jegrerderImpedanzunterschieddesHllmaterialsimVergleichzumWasserist(ELMERetal.2007a,NEHLSetal.2007).EinestarkeReflexionkannsowohlmiteinem"schallweichen"Material (zumBeispielLuft)odereinem"schallharten"Material(zumBeispielStahl)erreichtwerden.InKombinationmitLufttretenzustzlichAbsorptionseffekteauf.
BeimehrschichtigenKonstruktionen isteinenochstrkereSchalldmpfungzuerwarten.BeibislanggetestetenPrototypenwurdendahersowohlschallhartealsauchschallweicheMaterialien inBezugauf ihreDmpfungswirkunguntersucht.Aktuelle kommerzielleProjekte (Kap.4.2.2bisKap.4.2.4)verwendenverschiedeneKombinationenunterschiedlicherMaterialien.SchallschutzmntelknnenmitBlasenschleiernkombiniertwerdenunddamitauchzurKategoriedergefhrtenBlasenschleierzhlen (Kap.4.1.3).WirddasWasser innerhalbeines Schallschutzmantelsabgepumpt, sodasseinluftgefllterRaumentsteht,istdieseinKofferdamm(Kap.4.3).EineexakteZuordnungzueinerKategorieistbeisolchengemischtenSystemennichtimmermglich.
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4.2.1 ErfahrungswertemitSchallschutzmntelnImRahmeneines vomUmweltbundesamt (UBA)unddemUmweltministerium (BMU)gefrdertenForschungsprojekteswurdeindenJahren2006/2007dieEffektivittverschiedenerSchallschutzmntelgetestet.EinSchallschutzmantelausGummizeigtebeiRammversuchenkeinerelevanteDmpfungswirkung. Die Schalldmpfung eines Schallschutzmantels, der aus einer 20 mm starken PEBlasenfoliebestand,dieauenaufeinStahlrohraufgebrachtwar,betrugbei1kHzetwa10dBundoberhalbvon20kHzber20dB.DerVergleichmiteinem12mmstarkenStahlrohrzeigte,dassdiegrteDmpfungvonderBlasenfolieausging(Abb.15)(ELMERetal.2007a).DajedochbeimArbeitsablauf inderErrichtungsphaseeineFolie leichtbeschdigtwerdenkann, isteinKonzeptmiteinerUmhllungausBlasenfolienichtpraxistauglich.JedeBeschdigungfhrtzuSchallbrckenunddamitzueinerVerringerungderDmpfungswirkung(ELMERetal.2007a).
Abb.15: DmpfungswirkungverschiedenerSchallschutzmntelimExperiment.DieGummihlle(Rubbersleeve),dasStahlrohr(Uncoatedsteeltube)unddasmitBlasenfoliebeschichteteStahlrohr(Tubewith20mmfoam)wurdenaneinemTestpfahlinderOstseebei9mWassertiefemiteinerFreifallrammeerprobt,dasdoppelwandigeModell(Doublewallmodel)imLabormastabmithilfeeinesPiezoSchallsenders.AufgrunddergeringenDimensionendesBeckenserfolgtbeimdoppelwandigenModelleineSchallausbreitungnuroberhalbvonca.1.000Hz(Quelle:ELMERetal.2007a).
In einemweiteren Experimentwurde daher im Labormastab ein stabiles, doppelwandiges,mitMontageschaum verflltesKunststoffrohrmiteinemPiezoSchallsenderbeschallt. InDritteloktavbndernoberhalbvon1kHzwurdenSchalldmpfungenvon>30dBbis>50dBerzielt.DerartighoheWertelassensichaufgrundderSchallbertragungberdenBodenbeimRammenimFreilandsichernichterreichen.
Bei Rammarbeiten an der neuen BeniciaMartinez Brcke in Kalifornien (Pfahldurchmesser 2,4m;max.Schlagenergie570kJ)wurdeeinSchallschutzmantelausStahl indreiverschiedenenVariationengetestet(Abb.16,Abb.17).DerberdengerammtenPfahlgestlpteSchallschutzmantelhatte3,7mDurchmesserundwurdezunchstmitWasserzwischenPfahlundSchallschutzmantelgetestet.DabeiergabsichlediglicheineDmpfungum02dB.MitBlasenzwischenPfahlundMantelrohrergabsich ineinerMessentfernungvon54meineDmpfungvon21dB(SEL)bzw.23dB(peak)(entsprichtgefhrtemBlasenschleier).EinehnlichhoheDmpfungergab sich im leergepumptenZustand,wasdanneinemKofferdammentspricht(Kap.4.3).
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Abb.16: Schallschutzmantel(isolationcasing)mitBlasenzwischenPfahlundMantelrohrbeimRammeneines2,4mPfahlsanderBeniciaMartinezBrckeinKalifornien(Quelle:CALTRANS2007).
Abb.17: SchalldmpfungbeimRammeneines2,4mPfahlsmitSchallschutzmantel(grau:wassergefllt;dunkelblau:mitBlasenzwischenPfahlundMantelrohr;grn:entwssert,vgl.Kofferdamm)(Quelle:CALTRANS2007).
4.2.2 Schallminderungsrohr(NoiseMitigationScreen)EinKonzeptderniederlndischenFirmaIHCMerwede(NoiseMitigationScreen,NMS)siehtebenfallseindoppeltesHllrohrausStahlvor,dessenZwischenraummitLuftgeflltistundindesseninnerenWasserraumeinBlasenschleiererzeugtwird(Abb.18).DamitistdieseinkombiniertesVerfahrenausSchallschutzmantelundgefhrtemBlasenschleier(Kap.4.1.3).
Ein mgliches Konzept fr die Handhabung ist ein Dualer GripperFrame, der sowohl als Fhrung/Befestigung frdenRammpfahlalsauch frdenNMSdienenkann (Abb.19) (BOB JUNG, IHCHydrohammerBV,Kinderdijk,Niederlande,pers.Mitt.).
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Abb.18:Schallminderungsrohr(IHCNoiseMitigationScreen)(Quelle:OFFSHORESTIFTUNG2011a).
Abb.19:KonzeptfrdieBefestigungdesSchallminderungsrohres(IHCNoiseMItigationScreen)mithilfeeinesdualenGripperFrames(Quelle:IHCMERWEDE).
4.2.2.1 ErfahrungswertemitdemSchallminderungsrohrIneinemPilotversuchmitdemNoiseMitigationScreenimFlussdeNoordaneinembei6mWassertiefe gerammten Pfahlmit 0,9m Durchmesserwurde in den Dritteloktavbndern von 150Hz bis8kHzeineDmpfungvon2027dBgemessen(Abb.20).
SeitNovember2010erfolgenvonderFirmaIHCMerwedeUntersuchungenzurHandhabbarkeitdesNMSaufverschiedenenErrichtungsplattformen,diedieentsprechendeAnpassungen imDesignerfordern.
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Abb.20: DmpfungswirkungdesNoiseMitigationScreen(NMS)imExperimentaneinemRammpfahlmit91,4cmDurchmesserbei6mWassertiefe(Quelle:IHCHydrohammer,verndert).
4.2.3 BEKASchale
Abb.21: GeplanterEinsatzderBEKASchalebeimRammeneinesMonopiles(Quelle:BERNHARDWEYRES,Daleiden).
Eine spezielle Variante des Schallschutzmantels ist die patentierte BEKASchale (Abb. 21)(www.weyresoffshore.de/). Sie ist so konstruiert,dasseinemehrfache SchalldmpfungdurchAbschirmung und Absorption auftritt. Die BEKASchale besteht aus zwei hydraulisch gegeneinanderverschiebbarenHalbschalen,die imaufgerichtetenZustandumdenRammpfahlherumgelegtwerdenundsowohlWasserschallalsauchseismischeSchwingungen,diedurchdenBodenbertragenwerden,dmpfensollen (BERNHARDWEYRES,Daleiden,pers.Mitt.).ZwischenPfahlundBEKASchalebefindet sicheine30 cmdickeWasserschicht, indereingestufterBlasenschleierunterschiedliche
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Blasengrenerzeugensoll.DieunterschiedlichenBlasengrensollendenSchall inverschiedenenFrequenzbereichen dmpfen. Durch bewegliche Abstandhalter (Gummirollen) wird gewhrleistet,dassderPfahlkeinendirektenKontaktzurBEKASchalehatunddiesegleichzeitigdenVortriebbeiderRammungnichtbremst.Zweijeweils20cmdickedoppelwandigeSchallschutzwndeausMetall,getrenntdurcheine10 cmdickeWasserschicht (ebenfallsmitBlasenschleierdurchsetzt), sindmiteinemKompositspeziellerZusammensetzungkomplettgefllt,dasdenSchallabsorbierensoll.uererund innererMantelder Schallschutzwnde sinddurch Industrieschwingungsdmpfer akustischvollstndigvoneinandergetrennt.ZustzlichistdieinnereSchallschutzwandzumPfahlhinmiteiner20cmdickenSchallabsorbierendenBeschichtungausgestattet.
DasGewichteinertypischenBEKASchale(frdenEinsatzaneinemMonopilemit6,5mDurchmesserin30mWassertiefe)wirdmitca.160t(imWasserdurchdenAuftriebreduziertaufca.40t)angegeben.DerDurchmesseristbeimbeschriebenenAufbauca.2mgreralsderPfahldurchmesser.
FrdieBEKASchaleliegennochkeineSchallmesswertevor.
4.2.4 SchlauchhlleEineweitereVariante,denImpedanzunterschiedvonLuftundWasserzurSchalldmpfungzunutzen,stellt die Umhllung einesMonopilesmit Feuerwehrschluchen alsmehrschichtige Schlauchhlledar.Auchdies isteinSpezialfalleinesSchallschutzmantels, indiesemFallausLuft.DieDmpfungswirkungberuhtvermutlichwiebeianderenSchallschutzmntelnvorwiegendaufReflexionsmechanismen.
IneinemneuartigenKonzeptderFirmaMencksollenFeuerwehrschluchemehrschichtigdirektaufdenMonopileaufgespanntwerden.EinmehrschichtigerAufbauistntig,umSchallbrckenzwischendenLuftpolsternzuverhindern.AmBodenundamPilingFramewirddazujeweilseinRahmenangebracht.ZwischenbeidenRahmenwerdeninmehrerenReihenFeuerwehrschluchealsvertikaleLuftpolster aufgespannt.Von obenwird vor Beginn der Rammarbeiten einmalig durch KompressorenLufteingeblasen.DadurchentstehtdirektaufdemPfahleineLuftwand(MARTINROS,MenckGmbH,Kaltenkirchen,pers.Mitt.).
4.2.4.1 ErfahrungswertemitSchlauchhllen
Abb.22: ModelleinerSchlauchhlleausFeuerwehrschluchenimLabormastab.Links:MessaufbauderSchallmessung,rechtsuntererBefestigungsrahmen(Quelle:BETKE2008).
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Im Labormastaberfolgtebereitseine Schallmessung vonungedmpftenundmiteinereinfachenSchlauchhlleabgeschirmtenHammerschlgen(Abb.22)(BETKE2008).ImVersuchsbeckenwurde indeneinzelnenDritteloktavbndernDmpfungenzwischen10und30dBgemessen(Abb.23).
80
90
100
110
120
130
140
100 1 000 10 000 100 000
Frequenz, Hz
Peg
el, d
B re
1
Pa
Ohne Schlauchhlle Mit Schlauchhlle
Schallminderung durchdie Schlauchhlle
Die Abmessungen des Beckens begrenzen die
Schallausbreitung auf Frequenzen oberhalb
von 800 Hz
Abb.23: GemesseneSchalldmpfungdurcheineeinfacheSchlauchhlle.AufgrunddergeringenDimensionendesBeckenserfolgteineSchallausbreitungnuroberhalbvonca.800Hz(Quelle:BETKE2008).
4.2.5 BewertungderSchallschutzmntel
4.2.5.1 UnterwasserschallEinfacheHllrohre knnen aufgrund ihrer geringenDmpfung nicht als Schallschutzmntel eingesetztwerden.Entscheidend freinehoheDmpfungswirkungvonSchallschutzmnteln scheintdieVerwendungvonLuft ineinerzustzlichenSchichtzusein.Schallschutzmntelergaben imVersuchfrequenzabhngigeSchallminderungen,dieabhngigvonderkonkretenAusgestaltungdesHllrohrsstarkvariierten(Kap.4.2.1,Kap.4.2.2.1,Kap.4.2.4.1),insgesamtabervergleichbarmitderDmpfungdurchBlasenschleieroderbessersind.
Mit einer zustzlichen lufthaltigen Schicht (Blasenfolie,Montageschaum, Luftblasen) konnten teilweiseSchallreduzierungenvonber20dBerreichtwerden.DamitistimVersucheinsehrhohesPotential zur Schallminderung nachgewiesen. Auch in einerModellierung reduzierte eine elastischeSchaumstoffumhllung5dieSchallpegelumrd.10dB,wobeiUnterschiedeinderSchichtdickevon28Zoll (rd.520 cm)dasErgebnisnicht signifikantbeeinflussten (Abb.13).Auchhierwardie Schalldmpfungstarkfrequenzabhngig(Abb.24)(APPLIEDPHYSICALSCIENCES2010).
NoiseMitigationSceen:ImPilotversuchmiteinemrelativgeringenPfahldurchmessererbrachtederNMSimFlachwasser(6m)indenDritteloktavbndernvon150Hzbis8kHzeinehoheDmpfungum2027dB(Kap.4.2.2.1).DieseMesswertesollen inzweiFullScaleTests inderNordundOstsee imSommer2011nocherhrtetwerden.InsbesondereisteinTestaneinemMessmastin30mWassertiefevorgesehen,umauchFrequenzenunter125Hzbetrachtenzuknnen,diesich in6mWassertiefenichtausbreitenknnen(BOBJUNG,IHCHydrohammerBV,Kinderdijk,Niederlande,pers.Mitt.)
5 ImModellwurdeeinhandelsblicherSchaumstoffausStyrolButadien(RubatexR8702)verwendet.
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ImNMSwerdenmehrereschallminderndePrinzipienkombiniert:Abschirmung/ReflexiondurcheindoppelwandigesStahlrohr,dasPrinzipeinesKofferdammsdurchdenLufteinschluss inderDoppelwandundzustzlicheingefhrterBlasenschleierzwischenPfahlundMantelrohr.DurchdieseKombinationvonVerfahren,dieeinzelnimVersuchoderinderkommerziellenAnwendung(z.T.ingeringerenWassertiefen) schon ihre Effektivitt unter Beweis gestellt haben, ist insgesamt eine hoheDmpfungswirkungzuerwarten,dievoraussichtlichsignifikantberdereinesBlasenschleiersliegt.
Abb.24: Schallschutzmantelmitrd.20cmSchaumstoffummantelung:Schallbertragungfr30mWassertiefe
inRelationzuTiefeundEntfernung,dargestelltalsFarbdiagrammzurVerdeutlichungderverschiedenenbertragungswegefrausgewhlteFrequenzenvon100800Hz.DiegestricheltenLiniengebendieWasserundSedimentoberflchean(Quelle:APPLIEDPHYSICALSCIENCES2010).
BEKASchale:DurchdieKombinationmehrererschallmindernderPrinzipien(Abschirmung/Reflexion,Doppelwandmit Schall absorbierendem Komposit und gefhrterBlasenschleier) istbeiderBEKASchaleeinehoheDmpfungswirkungzuerwarten,dievoraussichtlichsignifikantberdereinesBlasenschleiers liegt.DadieAnzahlderHllennochgrer istalsbeimNMSunddarberhinauseinekomplette schalltechnische Entkoppelung zwischen Auen und Innenhlle der doppelwandigenSchalengewhrleistetseinsoll, istvielleichtsogardiegrteDmpfungallerhierbetrachtetenSysteme zuerwartenvorausgesetzt,dasskeineSchallbrcken (z.B.anNahtstellen)entstehen.DarberhinaussollendurchdieEinbringungeinerringfrmigenSchallschutzwandunterderFuplatte,die indenMeeresbodengedrcktwird, seismischeSchwingungengedmpftwerden.Dies ist sehrsinnvoll,dabeiImpulsrammungeneinTeilderSchlagenergieinFormlateralerWellendurchdenBo
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denweitergeleitetwirdund vondortwieder insWasser gelangen kann (NEDWELL&HOWELL2004,APPLIEDPHYSICALSCIENCES2010,ELMER2010).DamitwredieBEKASchalenebendemgroenBlasenschleierdaseinzigeSchallminderungsverfahren,dasdieseismischeSchallausbreitungdmpfensoll.Inwieweitdiesgelingt,msseninsituMessungennochzeigen,dieaneinemPrototypimRahmendesESRaProjektesfrAugust2011geplantsind.
Schlauchhlle:DurchdieUmmantelungmiteinerSchlauchhllekonnten imVersuchsbecken indeneinzelnenDritteloktavbndernDmpfungen zwischen 10 und 30dB erzieltwerden (Kap. 4.2.4.1).DieseWertemssendurchinsituMessungenbesttigtwerden,wasimRahmendesESRaProjektesimAugust 2011 vorgesehen ist (Kap. 4.2.5.2). Einwichtiger Faktor dabei ist aus schalltechnischerSicht,dassmehrereLagenvonSchluchenversetztangebrachtwerden,sodasszwischendenSchluchenkeineSchallbrckenentstehen.
4.2.5.2 EntwicklungsstandDurcheineakustischeAbkoppelungdesRammpfahlsvomumgebendenWassermithilfevonSchallschutzmntelnknnensignifikanteSchallminderungenerzieltwerden.Dieswurde imModellund inPilotversuchennachgewiesen,sodass(bisaufeineinfachesHllrohr,daskeineDmpfungerbrachte)einetechnischeEignungzueinerMinderungvonSchallimmisionengegebenist.Diesgiltinsbesondere,wennnochweitereschallminderndePrinzipieninKombinationmitgenutztwerden,frdieebenfallsderNachweiseinersignifikantenSchallminderungerbrachtwordenist(z.B.Blasenschleier).FrdiemeistenderverfgbarenModellestehtjedochderNachweisihrerpraktischenEignungnochaus.Dazu zhlt die Einsatzfhigkeit unterOffshoreBedingungen,Handhabbarkeit, AnpassungsfhigkeitandieErrichtungslogistik,SicherheitundletztendlichauchdiewirtschaftlicheEignung.InderErrichtungstechnikwirddurchdaszumeisthoheGewichtderSchallschutzmnteleinspeziellesDesignderErrichterplattformenntig sein.DaSchallschutzmnteldirektamRammpfahlausgebrachtwerden,haben sie zwangslufig einen Einfluss aufdie Errichtungszeit,wasdie Kosten erhht. Es sindnunKonzeptegefordert,diedieHandhabungszeitmglichstkurzhalten.
Einfache Schallschutzmntel wurden bislang im Versuchsstadium (unter Laborbedingungen) oderPilotstadium (Test eines Prototyps im realittsnahenUmfeld) eingesetzt (Kap. 4.2.1, Kap. 4.2.2.1,Kap.4.2.4.1).ErprobtwurdenverschiedeneVariantenimVersuchsbecken(doppelwandigesHllrohr;ELMERetal.2007a)undamTestpfahl inderLbeckerBucht(mitBlasenfoliebeschichtetesHllrohr;ELMERetal.2007a).BeimVersuchmitBlasenfoliekonntejedochaufgrundderBeschdigungderFoliedieFunktionsfhigkeitnichterfolgreichdargestelltwerden.
DagegenistdieErprobungverschiedenerVariantendesSchallschutzmantelsimRahmenderBeniciaMartinezBrcke inKalifornien (CALTRANS2007)alserfolgreicherAbschlussdesPilotstadiumszubewerten.AllerdingssinddieAuenbedingungen(Kstennhe,geringeWassertiefe)nichtmitdenBedingungen in der deutschenAWZ vergleichbar. In groenWassertiefen und bei starkerGezeitenstrmungistdieHandhabungvermutlichdurchdieerheblicheLngederRammpfhleundderSchallschutzrohreschwerumsetzbar.EinetechnischeLsungderFrage,wiePfhleindieUmhllungkommen,stehtlediglichineinzelnenKonzeptenzurVerfgung.Anpassungen,diedieAnflligkeitlufthaltigerBeschichtungen frmechanischeBeschdigungen reduzieren,befinden sichebenfallserst imKonzeptstadium.
Schallminderungsrohr/Noise Mitigation Screen: Die in Kap. 4.2.2.1 beschriebene Erprobung desNMSistu.a.aufgrundderrealittsnahenAuenbedingungendemPilotstadiumzuzuordnen,welchesdurch den Nachweis der technischen Eignung (Schallreduzierung um 2027 dB) erfolgreich abgeschlossenwurde.DaderPfahldurchmesserunddieWassertiefevergleichsweisegeringwaren,sindimAugustundSeptember2011weitereErprobungenvorgesehen,dieebenfallsnochdemPilotstadiumzuzuordnensind.SowirdderNMSimRahmendesESRaProjektesunterrealittsnherenBedingungen(Ostsee,Wassertiefe9m,Pfahldurchmesser2,2m)eingesetzt.EinweitererFullScaleTestist
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inderNordsee,75kmvorIjmuidengeplant(Wassertiefe30m,Pfahldurchmesser3,5m)(BOBJUNG,IHCHydrohammerBV,Kinderdijk,Niederlande,pers.Mitt.).
DieUntersuchungsaktivittenderFirma IHCMerwede zielennebenweiterenSchallmessungenaufdieVerbesserungderpraktischenEinsatzfhigkeitunddieAnpassunganunterschiedlicheStandorteundErrichtungsbedingungen.UmdenStandderTechnikzuerreichen, istderNachweisntig,dassdasVerfahrenfrdiegefordertenEinsatzbedingungenrobustgenugundwirtschaftlicheinsetzbarist.Diesorientiertsichu.a.andenDetailsderHandhabungvorOrtundderlogistischenEinbeziehunginden Offshore Errichtungsprozess. Die Robustheit des Systems gegenber den harten OffshoreBedingungenkannangenommenwerden,daesnachdenstrengenRichtliniendesDetNorskeVeritas(DNV)entwickeltwurde(BOBJUNG,IHCHydrohammerBV,Kinderdijk,Niederlande,pers.Mitt.).
BEKASchale:DieEntwicklungderBEKASchalebefindetsichimPilotstadium.EinNachweisdertechnischenEignung liegtnochnichtvor,allerdings lassen theoretischeberlegungenbeierfolgreicherUmsetzungderIdeeeinhohesSchalldmpfungspotentialerwarten.DerzeitwirdeinPrototypgefertigt,dessenHandhabungundEffektivitt imAugust inderLbeckerBuchtamTestpfahlderFirmaMenck imRahmendesESRaProjektesgetestetwerdensoll (OFFSHORESTIFTUNG2011b).Die technischeEignungeinzelnerKomponentenderBEKASchale,diedenSchallschutzgewhrleistensollen,istzumTeilschonnachgewiesen.EinzelkomponentenderBEKASchaleausanderenAnwendungendesSchallschutzesknnenalsStandderTechnikinderterrestrischenSchalldmpfunggelten.Dazugehren zum Beispiel marktverfgbare Industrieschwingungsdmpfer zur Schallentkopplung. Die VerwendungmarktverfgbarerKomponenten isthilfreich,umdiewirtschaftlicheEignungzuerreichen.AuchdieKomponentenbauweiseverschieden langerAbschnittezurAnpassunganunterschiedlicheWassertiefenisteinSchritt,dasVerfahrenwirtschaftlicherzugestalten.
DamiteinevollstndigeUmschlieungderschallemittierendenStrukturengewhrleistetist,kanndieBEKASchaleanMonopilesoderTripileseingesetztwerden.ZurVerwendungmitJacketsoderTripodsmusseineAnpassungderErrichtungsmethodeerfolgen.DurchdenEinsatzdesPrePilingVerfahrensistdies jedochmglich,daStrukturenmitVerstrebungenerstnachdemRammenderTiefgrndungenaufgebrachtundvergroutetwerden.
Schlauchhlle:DieErprobungderSchlauchhlleerfolgteerfolgreich imVersuchsstadium imTestbecken(Kap.4.2.4.1).DamitistderNachweiseinertechnischenEignungzurSchallreduzierungerbracht.DernchsteSchritt istderEinsatzeinesPrototypsderFirmaMenckGmbH,KaltenkirchenalsPilotstadiumunterrealittsnahenBedingungenimRahmendesESRaProjektesimAugust2011amBrodtener Testpfahl in der Lbecker Bucht (OFFSHORESTIFTUNG 2011C). Dadurch, dass vor Beginn derRammarbeiteneinmaligdurchKompressorenLufteingeblasenwird, istderLuftbedarf imVergleichzuSystemen,dieBlasenschleierverwenden,verringert.DasreduziertdieKostenundisteinSchrittinRichtungwirtschaftlicherEignung.
4.3 Kofferdamm
EinKofferdammumhllthnlichwiederSchallschutzmanteldenPfahl,aberimGegensatzzudiesemistderZwischenraumnichtmitWassergefllt, sondernwird leergepumpt, sodassdieRammungpraktisch an der Luft erfolgt.Dadurch erfolgt eine Entkoppelung in der Schallbertragung an dasWasser.WenneinLeerpumpendesKofferdamms,z.B.beigroenWassertiefen,nichtmglich ist,werdenteilweiseBlasenschleier innerhalbdesKofferdammszurSchalldmpfungeingesetzt.Er fungiert dann quasi als Schallschutzmantel (Kap. 4.2) mit gefhrtem Blasenschleier (Kap. 4.1.3). ImFlachwasserwerden oft Spundwnde als Kofferdamm eingesetzt. Fr tiefesWasser ist dies nichtmglich.
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4.3.1 TeleskopKofferdammEinzumPatentangemeldetesSystemderFirmenAdvancedOffshoreSolutions(Tranebjerg,DK)undSeaRenergyOffshore (Hamburg) siehtdaherein festanderErrichterplattformmontiertes teleskopierbares System aus drei ineinander liegenden gegeneinander abgedichteten Rohren als Kofferdammvor.IndiesenwirdaufdemInstallationsschiffderRammpfahldurcheinRollundSchiebesystemeingebracht,wodurchgleichzeitigdieNotwendigkeitkomplizierterKranmanverreduziertwird.AnschlieendwirdderKofferdammzusammenmitdem imInnerenbefindlichenRammpfahlausgefahrenundaufgerichtet.DerPfahlwirddanninnerhalbdesKofferdammspositioniertundverriegelt.EristnachuntendurcheinenDichtungsringgegendieWassersuleabgedichtet,sodassdasEindringenvonWasserindenKofferdammreduziertwird.AmGrunddesRohressinddieKpfedreierPumpenangebracht,diewhrendderRammungnachstrmendesWasserausdemKofferdammherauspumpen.Diese Entwsserung sorgt fr eine akustische Entkopplung der Rammung innerhalb desKofferdamms(KURTE.THOMSEN,AdvancedOffshoreSolutions,Tranbjerg/DK,pers.Mitt.).
4.3.2 QuadJackmitRohrinRohrRammungEinespezielleAnwendungdesKofferdammsistdieRohrinRohrRammunganeinerJacketkonstruktion.EineBesonderheitdabeiist,dassvierKofferdmme(Schutzrohre)festeBestandteilederJacketkonstruktion sindundgleichzeitigalsPileSleevesdienen,dienachderRammungmitdenviergerammtenPfhlenvergroutetwerden.
Abb.25: KonzepteinesQuadjackFundamentsmitRohrinRohrRammungfrdieErrichtungeinerOWEA.DieRammungerfolgtausschlielichoberhalbderWasseroberflche innerhalbentwsserterKofferdmme(Quelle:OVERDICKGmbH&Co.KG,Hamburg).
DieseEckrohrederJacketkonstruktionreichenbisberdieWasseroberflche,sodassimGegensatzzumVorgehenbeieinerblichenJacketkonstruktionnurberWassergerammtwird(Abb.25).Somitist eine Abschirmung ber die gesamteWassersule durch die Konstruktion selbst gewhrleistet.Entscheidenddabeiist,dassderRingraumwhrendderRammungentwssertist.TechnischeLsungen,wieder510cmbreiteRingraumzuverlssigentwssertundabgedichtetwirdundkeineSchallbrcken entstehen,werden derzeit noch entwickelt. Um den Abstand zwischen Rammpfahl und
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Schutzrohreinzuhalten,sollenCruxSealDichtungenausGummiverwendetwerden.ZurAbdichtunggegeneindringendesSeewasser(unten)bzw.RegenundSpritzwasser(oben)sindaufblasbareringfrmige Schlauchdichtungen angedacht. Crux Seal und Schlauchdichtungen knnen zustzlich zuangedachten Fhrungsblechen (guide shims) als Fhrung des zu rammenden Pfahles dienen.DasWasserimRingraumsolldurchauenangeflanschteEntwsserungsleitungenmithilfevonberdruck(ca.1barbei8,5mWassertiefe,ca.45barbei40mWassertiefe)ausgepresstwerden.
4.3.3 ErfahrungswertemitdemKofferdammVerschiedene KofferdammSysteme sind aus amerikanischen Bauprojekten bekannt (Abb. 26)(CALTRANS 2009). Vollstndig entwsserte Kofferdmme reduzieren den Rammschall sehr effektiv.Allerdingssindauchsiein ihrerDmpfungswirkungbegrenzt,daeinTeilderSchallenergieberdenBodengeleitetwird(CALTRANS2009).
NebenRammarbeitenaneinigenFlachwasserstandorten
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drftedamitdieSchallminderungdurchdenKofferdammmindestens710dBundmaximal25dBbetragenhaben.AuseinemVergleichmitanderenbenachbartenPfhlenmithherenSchalldrckenwrdeebenfallseineReduzierungumca.25dBresultieren.
Bei Rammarbeiten an der BeniciaMartinez Brcke in Kalifornien (Pfahldurchmesser 2,4m,max.Schlagenergie570kJ)wurdeu.a.aucheinKofferdamm,bestehendauseinemberdenPfahlgestlpten, leergepumptenHllrohr(isolationcasingmit3,7mDurchmesser,Abb.16,Abb.17)getestet.Dabeiergabsich ineinerMessentfernungvon54meineDmpfungvon22dB(SEL)bzw.25dB(peak)(CALTRANS2007)(Kap.4.2).DiesesKofferdammSystemistinderErrichtungmitgeringerenSchallemissionen verbunden als SpundwandKofferdmme, mglicherweise aber schwerer gegeneindringendesWasserabzudichten.
Abb.27:VergleichdermitverschiedenenTechnikenerzieltenSchallminderung,dargestelltalstiefengemitteltebertragungsfunktiongegenberderFrequenzin10mEntfernung(Cofferdamtype2=entwsserterKofferdamm,Pfahlwassergefllt)(Quelle:APPLIEDPHYSICALSCIENCES2010).
ImModell (APPLIED PHYSICAL SCIENCES 2010)wurde fr den Kofferdamm eine Schallreduzierung um20dBermittelt,was vondenAutorender StudiealsdieObergrenzeder theoretischerreichbarenSchallminderungbetrachtetwird.FrdieWirksamkeitdesKofferdammsergabensichkeinewesentlichenUnterschiedebeiFllungdesRammpfahlsmitLuft,WasseroderSediment.DieerzielteSchallminderungdesKofferdammswarstarkfrequenzabhngigundwiesimFrequenzbereichoberhalbvon500HzdiebesteWirksamkeitauf(Abb.27,Abb.28).
WeitereBerechnungenderEffektivitteinesKofferdammsamBeispielderRohrinRohrRammungmitQuadJackwerdeninKrzeverffentlicht.DieModellierungerfolgteimRahmeneinerimvergangenenJahrvomProjekttrgerJlichgefrdertenKonzeptstudiezurEntwicklungeinerneuartigenGrndungstechnologieunterEinbeziehungvonErrichtungslogistikundSchallschutz(FKZ0325142),dienochnichtabschlieendvorliegt(PTJ2010).
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Abb.28: EntwsserterKofferdamm:Schallbertragungfr15mWassertiefeinRelationzuTiefeundEntfer
nung,dargestelltalsFarbdiagrammzurVerdeutlichungderverschiedenenbertragungswegefrFrequenzenvon100800Hz.DiegestricheltenLiniengebendieWasserundSedimentoberflchean(Quelle:APPLIEDPHYSICALSCIENCES2010).
4.3.4 BewertungdesKofferdamms
4.3.4.1 UnterwasserschallDiezuerwartendeSchalldmpfungistbeimKofferdammaufgrunddessehrgroenImpedanzsprungsvonLuftzuStahlsehrgro.LegtmandieindengenanntenBrckenbauprojekteninWassertiefenbis15mgesammeltenErfahrungenzugrunde,soknnteeineSchallreduzierungumbiszu25dBerreichtwerden (CALTRANS2007).Eine signifikanteSchalldmpfungentwsserterKofferdammsysteme (Abb.27)um ca. 20dB,die auch imVergleich zu anderen Systemen (Blasenschleier, geschlossenporigeSchaumstoffummantelung) hhereDmpfungswerte erzielen,wurden auch in aktuellenModellierungen6besttigt(APPLIEDPHYSICALSCIENCES2010).DieBerechnungendesInstitutsfrStatikundDy
6 EingangindasModellfandendieRammdatendesCapeWindProjektsinAlaskafr15mWassertiefe(Mo
nopilesmit5,5mDurchmesserund42mLnge,Wandstrke50mm,Einbindetiefe13mbzw.26m)undreprsentativeDatenausEuropischenStudienfrWassertiefenvon30m(Pfahldurchmesser7,5m,Wandstrke75mm,Pfahllnge65m,Einbindetiefe35m).
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namikanderLeibnizUniversittHannover(ISD)gehenselbstbeieinemRingraum(Anulus)vonnur5cmsogarvoneinerberechneten,allerdingsdurch insituVersuchennochnichtbesttigtenSchallreduzierungumca.30dBaus(ECKEHARDOVERDICK,OverdickGmbH&Co.KG,Hamburg,pers.Mitt.).Bei Erreichen hnlicher Dmpfungswertewie an der BeniciaMartinez Brcke knntemit diesemVerfahrenprinzipiellauchbeigroenMonopilesderGrenzwertdesUmweltbundesamteseinzuhaltensein.
FrdieEntwsserungspumpen frdenKofferdammbzw.dasEinblasenvonDruckluft liegenkeineSchallmessungen vor. Diese Schallimmissionen liegen voraussichtlich jedoch deutlich unter demGrenzwertunddengedmpftenPegelwertenderImpulsrammung.
4.3.4.2 Entwicklungsstan
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