Errichtung der ersten deutschen Offshore Wind Messplattform in der

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Die deutsche Bundesregierung hat sich zum Zielgesetzt, den Anteil der Erneuerbaren Energienam Stromverbrauch bis zum Jahre 2010 zu ver-doppeln. In dieser Ausbau-Strategie kommt derOffshore Windenergienutzung eine große Bedeu-tung zu. Bezogen auf das Ausgangsjahr 2000 be-deutet dies einen Anteil von ca. 12,5% an derStromerzeugung im Jahre 2010. Auch danach solldieser Ausbau auf hohem Niveau fortgesetzt wer-den, so dass 2050 mindestens 50% unserer Ener-gieversorgung aus Erneuerbaren Energien kom-men soll. Der Ausbau der Offshore-Windenergie-nutzung erfolgt stufenweise. Die anfänglicheStart- und Lernphase wird dabei durch die Errich-tung mehrerer Offshore-Forschungsplattformen inNord- und Ostsee (FINO) begleitet. Das Hauptziel

DEWI Magazin Nr. 23, August 2003

The German government has set the target ofdoubling the share of renewable energies used by2010. In this strategy, the development of offshorewind energy use will be of supreme importance. Inrelation to the initial year 2000, this means a shareof approximately 12.5 % of electricity generationin 2010. After 2010 this expansion is to be contin-ued at a high level so that in 2050 at least 50% ofour energy supply could be based on renewableenergies. A gradual approach is suggested for theexpansion of offshore wind energy. The start-upphase for this new technology is to be accompa-nied by several site-specific offshore platformserected in the North and Baltic Sea (FINO). Mainaim is an expansion of the knowledge about theoffshore environment. Technical requirements are

Errichtung der ersten deutschen Offshore WindMessplattform in der NordseeErection of German Offshore Measuring Platform in the NorthSea

T. Neumann, K. Nolopp, M. Strack, H. Mellinghoff, H. Söker; DEWIE. Mittelstaedt; Bundesamt für Seeschifffahrt und Hydrographie, BSHW. J. Gerasch; Curt-Risch-Institut, CRI, Uni HannoverG. Fischer; Germanischer Lloyd WindEnergie GmbH

Abb. 1: Nachdem die Gründungsstruktur (Jacket) mit vier Pfählen in der Nordsee verankert worden ist, wurde das Oberteil derFINO1-Plattform mit den zwei ersten Segmenten des Windmessmastes sowie Apparate-Containern und Hubschrau-berlandedeck aufgesetzt.

Fig. 1: After the support structure (jacket) has been anchored in the seabed by four piles, the upper part of the FINO1 plat-form with the first two segments of the wind measuring mast, equipment containers and helicopter pad hab been pla-ced on top of the structure.

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Abb. 2: Das endgültige Erscheinungsbild der FINO1-Plattform mit abgeklappten Auslegern für die Windmess-Sensorik.Fig. 2: The finished set-up of the FINO1 platform with jibs for wind measurement sensors in folded-down position. Fo

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dieser Plattformen ist es, die Kenntnisse über dieOffshore-Umgebung zu erweitern. Hier spielenzum einen technische Anforderungen eine Rolle,aber auch biologische Aspekte sollen untersuchtwerden. Der Germanischer Lloyd WindEnergieGmbH, der das Gesamtvorhaben für das Bundes-umweltministerium umsetzt, hat das DEWI mit derDurchführung der technischen Messungen beauf-tragt. Schwerpunkte der Messungen ist die Ermitt-lung der Windverhältnisse und weiterer meteoro-logischer Parameter in verschiedenen Höhen, dieErfassung ozeanographischer Daten, sowie dieErfassung des dynamischen Verhaltens der Grün-dungsstruktur auf der ersten Forschungsplattformam Standort "Borkum West" 45 km vor der InselBorkum. Nachdem die Plattform als Infrastrukturim Juni/ Juli 2003 in der Nordsee errichtet wordenist, werden derzeit, im August 2003, letzte Arbei-ten zur Inbetriebnahme der Messungen auf derBorkum-Plattform durchgeführt.


to be investigated as well as biological aspects.The German Lloyd WindEnergie GmbH, responsi-ble for realising the complete project on behalf ofthe Federal Ministry for the Environment, NatureProtection and Nuclear Safety has commissionedDEWI with the performance of the technicalmeasurements. The main focus of the measure-ments will be on an evaluation of the wind schemeand other meteorological parameters at differentheights, gathering oceanographic data and studythe dynamical behaviour of the support structureon the first research platform at the site "BorkumWest", 45 km off the island of Borkum. After theplatform itself was erected in the North Sea inJune/July 2003, now, in August 2003, the finishingwork is being carried out before the measure-ments on the Borkum platform can start operating.

Abb.4: Schematische Darstellung der am Mast eingesetz-ten Sensorik. Neben den Windmess-Sensoren wur-den weitere Geräte zur Erfassung von Temperatur,Feuchte, Druck und UV-Globalstrahlung installiert.Die Beschleunigungen des Messmastes werden er-fasst um eventuelle Auswirkungen von Mastbewe-gungen auf die Windmessung zu ermitteln.

Fig.4: Schematic view of the sensors installed on the metmast. Apart from the wind sensors, other equipmentfor measuring temperature, humidity, pressure andglobal UV radiation are installed. The acceleration(oscillations) of the met mast is also measured todetermine any effects the mast movements mayhave on the wind measurement.

Abb.:3: Auf der im Bild linken Südost-Seite des Windmess-mastes befinden sich die Schalenstern-Anemome-ter, rechts werden abwechselnd Windfahnen undUltraschall-Anemometer eingesetzt. Durch Anklap-pen der abgespannten Ausleger lassen sich die Ge-räte warten und gegebenenfalls ersetzen.

Fig. 3: On the southeast side of the met mast (left side inpicture) the cup anemometers can be seen, on theright, wind vanes and ultrasonic anemometers areused alternately. By folding the guyed jibs up to themast, the instruments can be serviced and replacedif necessary.

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1. Konstruktion und Ausstattung der Platt-form

Zentraler Punkt bei der Konstruktion und Ausle-gung der Plattform war deren weitgehend auto-matischer Betrieb. Die Überwachung der Platt-form kann dabei zentral vom Festland aus erfol-gen. Für Wartungsarbeiten ist die Plattform so-wohl per Schiff als auch per Hubschrauber zu-gänglich, letzteres erlaubt einen schnellen Zu-gang zur Plattform auch bei ungünstigen Witter-ungsbedingungen. Das Hauptdeck befindet sich20 Meter über dem Meeresspiegel, ein darauf be-findlicher 80 m hoher Messmast ermöglicht Wind-und andere meteorologische Messungen bis zueiner Höhe von 101 m (siehe Abb. 6), der voraus-sichtlichen Nabenhöhen zukünftiger Offshore-WEA. Die Höhe des Messmasten, der auch mitRichtfunk-, GSM- und Radarantennen bestücktist, dominiert nicht nur das optische Erschei-nungsbild der Plattform, sondern hatte auch we-sentlichen Einfluss auf Konstruktion und Dimen-sionierung der Plattform und deren Gründungs-struktur. Weitere wichtige Einflussparameter fürdie Wahl der Gründungsstruktur sind darüber hin-aus die Verhältnisse des Meeresbodens amStandort. Eine entsprechende Bodenuntersuch-ung war bereits im Oktober 2001 durchgeführtworden. Die Untersuchung verschiedener Grün-dungsvarianten nach technischen und wirtschaft-lichen Gesichtspunkten führte für die gegebeneWassertiefe von etwa 30 m zur Favorisierung ei-ner sogenannten Jacket-Struktur.

1.1 Details der Gründungsstruktur

Das Plattformbauwerk lässt sich in fünf Hauptbe-reiche unterteilen:

• die Gründung im Meeresboden (vier Pfähle miteiner Länge von je 38 m)

• die Jacket-Konstruktion mit einer Ausdehnungvon 26 m x 26 m am Meeresboden und einerHöhe von 48 m (SKN -28m bis +20 m), SKN=Seekartennull

• ein Hubschrauberlandedeck von 15 m x 15 m,das sich 5 m oberhalb des Plattform-Decks be-findet und über Treppen zugänglich ist

• das Plattform-Deck (16 m x 16 m) auf SKN+20 m

• und der Messmast bis SKN +101 m

Bei allen Strukturteilen handelt es sich um ge-schweißte Stahlelemente. Die Höhe des Platt-form-Decks über dem Meeresspiegel ergab sichaus der Jahrhundertwelle als Auslegungsgrößeund einem zusätzlichen Sicherheitsspielraum, sodass sich insgesamt eine Höhe von 20 m überSeekartennull (SKN) ergibt. Das Plattform-Deckverfügt über zwei Auf- bzw. Abstiegsluken sowieeine Bohrung für eine Unterwasserkamera, die an

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1. Platform Structure and Equipment

An important feature of the design of the platformis its largely automatic operation, controlled by amonitoring centre on the shore. For maintenancework the platform will be accessible by both shipand helicopter. The helicopter pad will ensurequick access to the platform, even in the event ofrough weather. The platform itself is 20 m abovethe sea level and the 80 m met mast installed ontop of it allows to perform measurements of windand other meteorological data up to a height of101 m (see Fig. 6), the expected hub heights offuture offshore wind turbines. The height of themet mast, which is also equipped with radio, GSMand radar aerials, not only dominates the visualappearance of the platform, but also was a majorfactor influencing the design and dimensioning ofthe platform and its support structure. Otherimportant parameters for selecting the type of sup-port structure were the soil conditions at the loca-tion. The relevant seabed studies were alreadyconducted in October 2001). An examination ofvarious types of foundation according to technicaland economical aspects indicated that, for thegiven water depths of approx. 30m, a jacket struc-ture would be the most suitable design for thisplatform.

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einem zusätzlichen Pfahl geführt wird. An derJacket-Konstruktion ist ein Boots-Anlegeplatz mitFender montiert. Darüber hinaus sind Konsolenfür Mess-Sensoren und -einrichtungen an derPlattformstruktur vorgesehen. Auf der Plattformbefinden sich insgesamt vier Offshore-Container,von denen einer für die Messeinrichtungen, dietechnische Infrastruktur, und als Arbeitsraum undein weiterer als Notunterkunft vorgesehen sind. Inden beiden anderen Containern sind Generator(Diesel/Batterie) sowie die Radarausrüstung fürdie ornithologischen Untersuchungen unterge-bracht. Die Sicherheitsausrüstung besteht ausFeuerschutzausrüstung, CO2-Löscheinheiten, op-tische und akustische Alarmsysteme, tragbareFeuerlöscher, Feuerdecken etc. Ein Rettungsfloßkann ausgeworfen bzw. ausgesetzt werden, Ret-tungsbojen, Taucheranzug und Rettungswestensind ebenfalls vorgesehen. Die Generatoren ge-währleisten einen aufsichtsfreien Betrieb sowieWartungsintervalle von 4.500 Stunden bzw. einemhalben Jahr.


1.1 Structural Details

The platform structure can be divided in five mainparts:

• the foundation in the seabed (four piles with alength of 38 m each),

• the jacket construction with a width of 26 m x26 m at seabed and a height of 48 m (ChartDatum C. D. -28 m to +20 m),

• a helicopter pad of 15 m x 15 m, 5 m above theplatform deck and accessible by stairs

• the platform deck of 16 m x 16 m, at C. D. +20 m,

• and the measurement mast up to C. D. +101 m

All parts are welded steel parts. The platform deckelevation above sea level was derived from thedesign wave, plus wave crest, plus an additionalsafety clearance and came up to 20 m abovechart datum. The platform deck has 2 passageopenings and a penetration for an underwatercamera, which is guided along an additionalmonopile. At the jacket structure a boat landing

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Abb. 5: Aufsicht auf die Plattform. Über dem Südpfeiler befindet sich der Windmessmast, diagonal gegenüber das Heli-Deck.Mit Hilfe des 5t Krans können auch schwere Lasten, z. B. einer der Container, bewegt werden. Unter der eigentlichenPlattform befindet sich ein Umlauf, von dem aus die hydrographischen Sensoren gewartet werden können.

Fig. 5: Platform plan view. On top of the South pile the met mast is installed, diagonally across the heli pad can be seen. A5 t crane is available for moving heavy leads, e.g. containers. Below the platform there is a working grate for servic-ing the hydrographic sensors.

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2. Layout der technischen Messungen

Da das DEWI mit der Installation und der Durch-führung der technischen Messungen beauftragtwurde, werden diese im Folgenden näher erläu-tert. Im Rahmen des FINO-Borkum Offshore-


with fender is mounted. Furthermore, brackets formeasurement sensors and equipment are to beinstalled on the platform structure. The platform isequipped with four containers, one of which con-tains the measuring equipment and technicalinfrastructure and will be used as a workingspace, another serves as an emergency shelter.The other two containers contain the generator(diesel/generator set with batteries) and the radarequipment for ornithological investigations. Safetyequipment consists of fire protection equipment,CO2 extinguishing units, optical and acousticalarm systems, portable fire extinguishers, fireblankets etc. A life raft can be ejected or lowered,life buoys, immersion suits, and lifejackets arealso provided. The generators feature a watch-free operation and a maintenance interval of4,500 h or 6 months, respectively.

2. Layout of the Technical Measurements

As DEWI is the sub-contractor for the installationand performance of the technical measurements,they will be described in more detail. Within theFINO-Borkum offshore platform project all rele-vant technical data for the utilisation of offshorewind energy shall be recorded. Besides the mete-orological data - most important is of course ahigh performance wind measurement for differentlevels, as well as measurements of short time tur-bulence - there will be also an investigation ofmaritime data and analysis of the structuraldynamics of the platform. Oceanographic datasuch as wave height, wave spectra, water temper-ature and water current are particularly interestingfor the analysis of the combined wave and windloads on the overall structure, and parameters asfor example the temperature at sea surface alsohelp to get a better understanding of the physicalprocesses in the atmospheric boundary layer. Themeasurement results will be used to optimise thedesign of offshore foundations in the future. To beable to quantify the dynamic loads caused by windand waves, the platform is equipped with sensorsfor recording accelerations and structural loads.The technical measurements described are car-ried out by DEWI in co-operation with the FederalMaritime and Hydrographic Agency (BSH),Hamburg. The layout for the measurments ofstructure dynamics has been done in coordinationwith the GigaWind research group (CRI).

2.1 Wind Measurements and MeteorologicalData

There are already a number of offshore windmeasurements world-wide, but up to now therehave been neither high-quality long-term windmeasurements using cup anemometers nor short-term turbulence data that can be recorded by

Abb. 6: In der schematischen Ansicht der FINO1-Plattformwird deutlich, dass fast die Hälfte des Bauwerkesunter der Wasseroberfläche verborgen ist. Mit 160m, gemessen von der Unterkante der Rammpfählebis zur Spitze des Windmessmastes entspricht, dieVertikal-Ausdehnung der Höhe des HamburgerMichel.

Fig. 6: The schematic view of the FINO1 platform showsthat almos half of the structure is hidden beneaththe water surface. With 160 m, measured from thebottom edge of the piles to the top of the met mast,its vertical extension corresponds to the height ofthe Hamburg St. Michael's cathedral.

Plattform-Projektes sollen alle technischen Datenaufgezeichnet werden, die für die Nutzung derOffshore-Windenergie relevant sind. Neben denmeteorologischen Daten - am wichtigsten ist da-bei eine hoch auflösende Windmessung für ver-schiedene Höhen sowie die Messung kurzzeitigerTurbulenzen - werden auch maritime Daten erho-ben sowie eine dynamische Analyse der Grün-dungsstruktur der Plattform durchgeführt. Oze-anografische Daten wie z.B. Wellenhöhen undWellenspektren, Wassertemperatur und Strö-mung sind z. T. von besonderem Interesse für dieAnalyse kombinierter Wind- und Wellenlasten aufdie Gesamtstruktur, Parameter wie die Tempera-tur an der Meeresoberfläche dienen auch dem tie-feren Verständnis der physikalischen Vorgänge inder atmosphärischen Grenzschicht. Auf Grundla-ge der Messergebnisse soll die Entwicklung vonzukünftigen Offshore-Gründungen optimiert wer-den. Zur Quantifizierung der durch Wind und Wel-len hervorgerufenen dynamischen Belastungenist die Plattform mit Sensoren ausgerüstet, die

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high-resolution ultrasonic anemometers. On theFINO research platform these measurements canbe carried out for the first time up to a height ofapprox. 100 m. Fig. 3 and 4 shows the met mastequipped with measuring sensors. High-qualitywind measurements in combination with othermeteorological data, e. g. temperature and humid-ity gradients, are essential pre-requisites for a bet-ter understanding of the marine atmosphericboundary layer. On the other hand, the knowledgeof the physical processes in this surface layer isimportant for the development of reliable predic-tion methods of offshore wind resources. Besidesthis more fundamental approach of the processesin the boundary layer, the data can immediatelybe used to validate and adjust existing wind

Telescopic jibBenthos-samples

Measurement mast

5-tocrane

Radar/WSD

Generator

RCC/equipment

Emergency shelter

Abb. 7: Schematische Aufsicht auf die Plattform. Der Mess-geräte-Container befindet sich in unmittelbarerNachbarschaft zum Windmessmast. Die Notunter-kunft ist für Situationen vorbehalten, in denen einVerlassen der Plattform nicht mehr möglich ist. ImEnergiecontainer versorgen ein 20kW (Dauerbe-trieb) und ein 60 kW (Spitzenlast) Dieselgeneratordie Plattform mit Strom. Unterhalb des Heli-Decks,das fast die gleichen Ausmaße wie die eigentlichePlattform besitzt, befindet sich eine Konstruktion zurEntnahme von Bodenproben, einem Teil des biolo-gischen Forschungsprogramms.

Fig.7: Schematic view of the platform. The equipment con-tainer is immediately next to the met mast. Theemergency shelter is only intended for situationswhen it is not possible to leave the platform. In theenergy container a 20kW (continuous operation)and a 60 kW (peak load) diesel generator supply theplatform with electricity. Below the heli pad whichhas almost the same size as the actual platform, astructure for taking soil samples as part of thebiolocial research programme is installed.

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Beschleunigungen und Materialdehnungen auf-zeichnen. Die beschriebenen technischen Mes-sungen werden vom DEWI in Zusammenarbeitmit dem Bundesamt für Seeschifffahrt und Hydro-graphie, Hamburg, durchgeführt. Das Programmzur Untersuchung der Strukturdynamik wurde engmit der GigaWind Forschungsgruppe (CRI) abge-stimmt.

2.1 Windmessungen und meteorologischeDaten

Weltweit sind auch heute schon eine Reihe vonOffshore-Windmessungen vorhanden, dennochfehlen bisher sowohl aussagefähige Langzeit-Windmessungen mit Schalensternanemometernals auch kurzfristige Turbulenzdaten die sich mithochauflösenden Ultraschall-Anemometern auf-zeichnen lassen. Mit der Forschungsplattform FI-NO werden solche Messungen erstmals bis zu ei-ner Höhe von etwa 100m durchgeführt werden. InAbb. 3 und 4 ist die Instrumentierung des Mess-masten dargestellt. Windmessungen hoher Quali-tät im Zusammenhang mit weiteren meteorologi-schen Daten, wie z.B. Temperatur- und Feuchte-gradienten, sind wesentliche Voraussetzungen fürein besseres Verständnis der marinen atmosphä-rischen Grenzschicht. Die Kenntnis der physikali-schen Vorgänge in dieser bodennahen Schicht istwiederum wesentlich für die Entwicklung zuver-lässiger Vorhersagemethoden für das Offshore-Windpotential. Abgesehen von diesem eher theo-retischen Ansatz der Vorgänge in der atmosphäri-sche Grenzschicht, können die Messwerte auchunmittelbar für die Validierung und Anpassungvorhandener Windpotential-Analysemethodenverwendet werden. Durch physikalische und sta-tistische Modelle lassen sich Kurzzeit-Messungenvor Ort mit Langzeitmessungen an nahegelege-nen Standorten an Land oder auf See korrelieren.Die Qualität von Langzeit-Windmessungen vonFeuerschiffen kann anhand der Messungen derForschungsplattform überprüft werden. Die erhal-tenen Daten können so nicht nur die Vorhersagenin Bezug auf den konkreten Standort verbessern,sondern ermöglichen auch eine zuverlässigereVorhersage der saisonalen und räumlichen Ver-teilung der Windverhältnisse in der gesamtenDeutschen Bucht. Die bis zur Nabenhöhe zukünf-tiger Offshore-Windenergieanlagen gemessenenTurbulenzen der Windströmung und die damitverbesserte Kenntnis von im Offshore Bereich zuerwartenden Windlasten bilden eine der wesentli-chen Eingangsparameter bei der optimalen Aus-legung der zukünftigen Anlagengeneration mit 3-5MW Nennleistung und Rotordurchmessern vonmehr als 100m.


resource analysis methods. By means of physicaland statistical models short-term on-site measure-ments can be correlated with long-term data fromnearby sites, whether on- or offshore. Long-termwind measurements from lightships can be qualitychecked against data of the platform measure-ments. The data recorded at the FINO offshoreplatform will not only improve the forecasts relatedto the specific site, but will also allow more reliableforecasts of the seasonal and spatial distributionof wind conditions in the area of the GermanBight. The wind flow turbulence measured up tothe hub height of future offshore wind turbines andthe improved knowledge of wind loads to beexpected in the offshore area are among theessential input parameters for an optimum designof the future generation of wind turbines with 3-5MW rated power and rotor diameters exceeding100 m.

Abb. 8: In Bremerhaven wurde die Gründungsstruktur derFINO1-Plattform aus Stahlrohren zusammen ge-schweißt. Die seitlichen Rohre haben einen Außen-durchmesser von 1,10 m, das Bauwerk hat eine Ge-samthöhe von 42,50 m. Der gelb lackierte Bereichwird sich unter Normalbedingungen oberhalb desWasserspiegels befinden, der schwarze Bereich inder Zone des Wellenganges. Die untere Pyramiden-konstruktion befindet sich ständig im Wasserkörperund ist durch einen aktiven Korrosionsschutz ge-schützt. Die Applikation der Dehnungsmessstreifenwurde teilweise parallel zu den Aufbauarbeitendurchgeführt. (Applikation durch HBM)

Fig. 8: In Bremerhaven the foundation structure of theFINO1 platform was welded together of steel pipes.The lateral pipes have an outer diameter of 1.10 m,the overall height of the structure is 42.50m. Thepart painted yellow is above sea level under normalconditions, the part painted black is in the wavezone. The lower pyramid structure is permanentlyunder water and is provided with active corrosionprotection. (application by HBM)

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2.2 Aufbau des meteorologischen Messsys-tems

Das Messsystem für die Meteorologie besteht auszwei voneinander unabhängigen Einzelsystemen.Die "langsameren" Daten wie z. B 10min-Mittel-werte der Windgeschwindigkeit werden von ei-nem Datenlogger (Ammonit) erfasst, während dieTurbulenzdaten der Ultraschall-Anemometer aufein schnelles Mess-System (HBM) übertragenwerden. Beide Systeme bestehen aus mehrerenEinzelgeräten, einerseits um die Vielzahl vonMessgrößen zu erfassen, andererseits zur Erhö-hung der Redundanz. Eine 2Mbit-Richtfunkstrec-ke ermöglicht über TCP-IP Datenverbindung dendirekten Zugriff auf den Messrechner, das Mess-system und auf einzelne Sensoren. Auf dieseWeise lassen sich Parameter landgestützt ändernund gezielte Messkampagnen ferngesteuert vor-bereiten und durchführen. Der Online-Zugriff er-höht außerdem die Flexibilität bei der Datenabfra-ge. Auch wenn es vorgesehen ist, größere Daten-mengen per Festplattentausch im monatlichenAbstand zu übertragen, so können die Ergebnisseeinzelner Messkampagnen, aber auch Wind- undandere meteorologische Daten prinzipiell onlineerfasst werden. Datenspeicher Vor-Ort verhinderneinen Datenverlust auch dann, wenn die im auto-matischen Betrieb befindliche Plattform für einigeMonate weder per Funk noch per Schiff oder Hub-schrauber erreicht werden kann.

2.3 Dynamische Analyse der Gründungs-struktur

Die Kräfte und daraus resultierenden Bewegun-gen an der Gründungsstruktur werden durch Be-schleunigungssensoren auf drei Ebenen sowiedurch Dehnungsmessstreifen an den in die "Pile-Sleeves" führenden Rohren und einer Diagonal-strebe gemessen. Die Beschleunigungsmessun-gen werden durch weitere Sensoren auf derHauptplattform ergänzt. Mit diesen Messungensollen unter anderem mathematischen Modellezur Ermittlung von Wellenkräften auf Stahlkon-struktionen im Wasserkörper überprüft und ver-bessert werden. Des weiteren dienen die Mess-ungen der Verbesserung der

• Ermüdungsberechnungen der Konstruktion• Systemidentifikation zur Berechnung der Ei-

genmodes und -frequenzen• Überwachung der Schadenserkennung• Wechselwirkungen zwischen Meeresboden

und Gründungsstruktur

Die strukturelle Belastung durch Wellen wird nachder Morison-Formel berechnet. Messungen derBeschleunigungs- und Belastungswerte derStruktur ermöglichen es, die Gültigkeit des Analy-semodells zu überprüfen. Um eine geeignete

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2.2 Structure of the Meteorological Measur-ing System

The meteorological measuring system consists oftwo individual systems independent of each other.The "slower" data, e.g. 10 min. mean values ofwind speed are recorded by a data logger(Ammonit), whereas the turbulence data of theultrasonic anemometers are transmitted to a fastmeasuring system (HBM). Both systems consistof several individual units, to be able to log thelarge number of measured data, but also toincrease redundancy. The TCP-IP data linerealised via a 2Mbit radio connection allows directaccess to the measuring computer, the measuringsystem and individual sensors. In this way, param-eters can be changed from the shore, and specif-ic measuring campaigns can be prepared and car-ried out by remote control. Online access alsoincreases the flexibility of data scanning. Althoughit is intended to transfer larger amounts of data byway of a monthly hard disk exchange, it will alsobe possible to have online access to the results ofindividual measuring campaigns or wind and othermeteorological data. On-site data memories willprevent data loss even in the event the automati-cally operated platform should not be accessibleby radio, ship or helicopter for several months.

Abb. 9: Einer der vier 38m langen Gründungspfähle befin-det sich in der Rammführung und kann nun in dassogenannte "Pile-Sleeve" der Jacketstruktur, einerüberdimensionalen Hülse, am Meeresboden herab-gelassen werden.

Fig. 9: One of the four 38m long foundation piles is in theguiding device and about to be lowered down with-in the so-called "pile sleeve" into the bottom of thesea.

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2.3 Structural Dynamics of the PlatformFoundation

The forces and resulting movements on the foun-dation structure are measured by accelerationsensors on three levels and by strain gauges onthe pipes leading into the pile sleeves and on adiagonal strut. The acceleration measurementsare supplemented by other sensors on the mainplatform. By these measurements the existingmathematical models for determining the waveloads on steel structures in the water are to be val-idated and improved. Furthermore the measure-ments serve for improving the

Abb. 10: Nach erfolgreichem Ausrichten des Rammpfahleskann dieser nun durch das Pile-Sleeve getriebenwerden. Später wird der Pfahl im sogenannten"Grouten" mit Spezialbeton fest mit der Plattformverbunden. Am 4. Rammpfahl hat das DEWI in Zu-sammenarbeit mit der UNI Hannover und der UNIOldenburg die beim Rammvorgang freigesetztenSchallenergien gemessen. In diesem weiteren vomBMU finanzierten Forschungsvorhaben sollen Ver-fahren zur Prognose der Lärmbelastung von Off-shore-WEA, vor allem auch während der Bauphase,entwickelt werden.

Fig. 10: After having adjusted the driving pile successfully, itcan now be driven through the pile sleeve. Later thepile will be firmly connected to the platform by grout-ing with special concrete. On the 4th driving pile theacoustic noise energy emitted during pile-drivinghas been measured by DEWI in co-operation withthe universities of Hannover and Oldenburg. This isanother research project supported by the ministryfor the environment, in which methods for predictingthe noise from offshore wind turbines, in particularduring the construction phase, will be investigated.

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Lastkombination zwischen Wind und Wellen zufinden, ist die Kenntnis der Korrelation von eben-so großer Bedeutung wie die des Verhältnisseszwischen Windgeschwindigkeit und Wellenhöhe.Eine realistische Ermüdungsanalyse ist nur mög-lich, wenn das gesamte Lastspektrum bekannt ist.FE-Modelle (Rechenmodelle) der Struktur könnenin Kombination mit den Messergebnissen (Test-modell) verwendet werden, um die Systempara-meter zu bestimmen (Steifigkeit, Dämpfung). EinZiel der ständigen Überwachung der Struktur istes, die Schadenserkennung mit Hilfe relativ klei-ner Geräte zu erforschen. Eine realistische Be-rechnung der Struktur ist nur möglich, wenn einModell zur Beschreibung der Wechselwirkungenzwischen der Struktur und dem Meeresboden vor-handen ist. Die gewonnenen Messergebnissewerden es ermöglichen, vorhandene mathemati-sche und physikalische Modelle zu validieren. Dieinsgesamt 64 Einzelmessungen werden vomschnellen Mess-System (HBM-MGC) aufgezeich-net. Vorgesehen ist eine Samplingrate von zu-nächst 10 Hz, nach Bedarf lässt sich diese jedochauf höhere oder geringere Werte anpassen.

2.4 Maritime Messungen

Das Bundesamt für Seeschifffahrt und Hydrogra-phie (BSH) führt die Messungen der folgendenhydrographischen Parameter durch:

• Wasserstand (Tidemessungen)• Strömung (Strömungsprofile durch Doppler-

Methode und Wellen, AWAC / Nortec)• Seegang (Richtungsboje/DATA WELL und

WAMOS/OCEANWAVES)• WAMOS (Wellenüberwachungsanlage mittels

Radarmessungen)• Wasserschichtung (Temperatur, Salzgehalt

und weitere Größen in 6 verschiedenen Tiefeninnerhalb der Wassersäule entlang eines straffgespannten Drahtes, Wassertiefe ca. 30 m).

Hauptziel der Messungen ist es, verlässliche Da-ten zur Untersuchung der Stabilität der Strukturund ihrer Belastung durch Oberflächenwellen undStrömungen zu sammeln. Darüber hinaus sollendie Messungen dazu beitragen, das hydrographi-sche Netzwerk bestehend aus ozeanographi-schen Überwachungen und einigen festen Beo-bachtungsplattformen in der Deutschen Bucht zuverbessern. Zur Zeit unterhält das Netzwerk dreiPlattformen, die kontinuierlich die Temperatur so-wie den Salz- und Sauerstoffgehalt des Wassersmessen. Je mehr ozeanographische Plattformenin der Deutschen Bucht vorhanden sind, destobesser wird man die tatsächlichen Umweltbedin-gungen in diesem Gebiet einschätzen können.Durch das FINO-Projekt wird die Basis der Be-triebsdaten in der südwestlichen Ecke der

• fatigue calculations of the structures• system identification to calculate the eigen-

modes and -frequencies• monitoring of damage detection• soil structure interaction

The structural loads of the waves will be calculat-ed with the Morison-formula. The measurementsof accelerations and stresses of the structure willallow to check the validity of the analysis model.To find a proper load combination of wind andwaves the knowledge of the correlation is asimportant as that of the relation between the windspeed and the wave height. A realistic fatigueanalysis is only possible if the total load spectrumis known. FE-models (calculation models) of thestructure can be used in combination with themeasurement results (test model) to identify sys-tem parameters (stiffness, damping). It is one aimof the permanent monitoring of the structure toinvestigate into the damage detection using rela-tively small equipment. A realistic calculation ofthe structure is only possible if a model exists todescribe the interaction between the structure andthe soil. With the results of the measurements it ispossible to validate the existing mathematical andphysical models. The altogether 64 individualmeasurements are recorded by the fast measur-ing system (HBM-MGC). A sampling rate of 10Hzhas been chosen to begin with, it can, however,be adjusted to higher or lower values as required.

2.4 Maritime Measurements

The Federal Maritime and Hydrographic Agency,Hamburg (BSH) is performing the measurementsof the following hydrographic parameters:

• sea level (tide gauge)• currents (current profiles by Doppler method

and waves, AWAC / Nortec)• waves (directional buoy/DATA WELL and

WAMOS/OCEANWAVES)• WAMOS (Wave Monitoring System by means

of radar measurements stratification (tempera-ture, salinity and oxygen at 6 depths through-out the water column along a tight wire, waterdepth: 30 m)

A main aim of the measurements is to collect reli-able data to investigate the load and stability ofthe structure due to surface waves and currents.Furthermore these measurements will help toimprove the marine network consisting of oceano-graphic surveys and a few fixed observation plat-forms in the German Bight. Presently the networkmaintains three platforms recording continuouslytemperature, salinity and oxygen. The moreoceanographic platforms exist in the GermanBight the better will be the assessment of the


Deutschen Bucht verstärkt und damit insbesonde-re die Möglichkeit verbessert, die lokalen Ab-weichungen der gemessenen Parameter festzu-stellen. Ein weiterer Vorteil der FINO-Messungenist die Möglichkeit, das gegenwärtig eingesetzteBSH-Modell zur Vorhersage von Wasserstand,Strömungen und Dispersion zu validieren. Frü-here Validierungsversuche waren nur auf einenkurzzeitigen Vergleich zwischen Modell und Mes-sungen bezogen.

3. Zusammenfassung

Die Plattform wird für die zukünftige Offshore-Ent-wicklung und eine Vielzahl von Nutzern von her-ausragender Bedeutung sein. Den Herstellernvon Windenergieanlagen werden die erfasstenMesswerte helfen, besser an Offshorebedingun-gen angepasste und dennoch kostengünstigeKonstruktionen zu entwickeln. Messinstitute er-halten die Gelegenheit auf der Basis der Messun-gen und sich anschließender Forschungsprojek-

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actual conditions in this area. The FINO projectaugments the basis of operational data in thesouth-west corner of the German Bight andimproves in particular the capability to describethe local variability of the measured parameters. Afurther advantage of the FINO measurements isthe opportunity to validate the operational BSH-model predicting water level, currents and disper-sion. Previous validation attempts referred toshort-term intercomparison between model andmeasurements only.

3. Conclusion

The platform will be of superior importance for thefuture development of the offshore wind energyand for a number of organisations. For the windturbine manufacturers, the data recorded will helpto develop designs which are better adapted tooffshore conditions and still cost-effective. Themeasured data from the platforms and subse-quent research projects will enable measuring


Materialdehnung/Kräfte

Beschleunigung

Abb.11: Die Kräfte und daraus resultierenden Bewegungen an der Gründungsstruktur werden durch Beschleunigungssenso-ren auf drei Ebenen sowie durch Dehnungsmessstreifen an den in die "Pile-Sleeves" führenden Rohren und einerDiagonalstrebe gemessen. Die Beschleunigungsmessungen werden durch weitere Sensoren auf der Hauptplattformergänzt.

Fig. 11: The forces and resulting movements on the foundation structure are measured by acceleration sensors on three levelsand by strain gauges on the pipes leading into the pile sleeves and on a diagonal strut. The acceleration measure-ments are supplemented by other sensors on the main platform.

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te, genauere Aussagen über das Offshore Wind-potential zu treffen; eine entscheidende Grundla-ge zur Beurteilung der Wirtschaftlichkeit eines ge-planten Offshore-Projektes. Dies kommt sowohlPlanern aber auch Betreibern und Finanzierernzugute. Die ökologischen Messdaten der Platt-form werden darüber hinaus Genehmigungsbe-hörden helfen, Langzeitauswirkungen des Off-shore-Ausbaus besser zu bewerten. Institute,Normierungs- und Zertifizierungsstellen werdendie Ergebnisse zur Überprüfung und Bewertungder aus anderen Bereichen abgeleiteten Anfor-derungen (Onshore-Windenergie und Offshore-Technik) nutzen können. Die vertieften Erkennt-nisse auf dem Gebiet der Offshore-Windenergiewerden dazu beitragen, die Nutzung von Wind-energie auf See zu fördern und die gestecktenZiele zu erreichen.

Aktuelle Informationen zu diesem Projekt wer-den regelmäßig im Internet veröffentlicht: www.fino-offshore.com


institutes to make more accurate statements onoffshore wind resources; a decisive criterion fordetermining the economic feasibility of a plannedoffshore project. This will be of great benefit toproject developers, but also to operators andbanks. The ecological measuring data of the plat-form will help authorities to assess the long-termeffects of the offshore use of wind energy.Institutes, standardisation and certification bodieswill be able to use the results to cross-check andvalidate the requirements derived from otherareas (onshore wind energy and offshore technol-ogy). The in-depth knowledge about offshore windenergy acquired as a result of the FINO measure-ments will help to promote the development ofwind energy use at sea and to reach the political-ly desired goals.

Current information about the project is pub-lished regularly in the internet at: www.fino-offshore.com

Abb. 12: Die hydrographischen Messungen werden durchverschiedene Sensoren für Temperatur, Salzgehaltund weiteren Parametern an einer Messkette reali-siert. Eine Seegangsboje ermittelt Wellenhöhe,Richtung und Frequenz. Ergänzt wird die Bojen-messung durch ein WAMOS-Gerät, welches See-gangsspektren aus rückgestreuten Radarsignalenberechnen kann. Die Meeresströmung wird akus-tisch über ein ADCP am Meeresboden ermittelt.

Fig. 12: The hydrographic measurements are realised byvarious sensors for temperature, salinity and otherparameters installed on a measuring chain. A wavebuoy measures the height, direction and frequencyof the waves. Additionally a WAMOS equipment willbe provided which is able to calculate wave spectraby means of radar measurements. Current profilesare determined acoustically via ADCP on theseabed.

Documents

Errichtung der ersten deutschen Offshore Wind Messplattform in der