Offshore Foundation nach dem Verfahren ELiSE
Authors: Niebuhr Nils , Siegel Daniel , von der Hellen René , Hamm Christian 
Published: December 2013

Die Entwicklung kosteneffektiver Offshore Gründungsstrukturen ist notwendig, um die “Energiewende” erfolgreich voranzutreiben. Aufgezeigt wird, wie im Rahmen des BIONA‐Projekts “Offshore Foundation nach dem Verfahren ELiSE” eine gewichtsoptimierte Gründungsstruktur einer Offshore Windenergieanlage mithilfe des Verfahrens “Evolutionary Light Structure Engineering” (ELiSE) entwickelt wurde. Dazu schlossen sich die Unternehmen WeserWind GmbH, RLE International GmbH und das Alfred‐Wegener‐Institut Helmholtz‐Zentrum für Polar‐ und Meeresforschung zusammen, um mit den vorhandenen Kompetenzen in den Bereichen Strukturleichtbau, Produktionsplanung und Finite‐Elemente‐Simulationen eine neuartige Gründungsstruktur zu konzipieren. Den Ausgangspunkt für die Neuentwicklung bildeten die Geometrien von Planktonorganismen, deren Prinzipien neue Strukturlösungen lieferten.

Technisches Ziel des Projekts war es, durch die Nutzung von biologischen Bauprinzipien eine Gründungsstruktur beispielhaft für eine 5‐MW‐Anlage zu entwickeln, die gegenüber den bisher genutzten Bauten eine signifikante Verbesserung insbesondere bezüglich Materialeinsatz, aber auch hinsichtlich Fertigung und Montage bei mindestens gleicher Tragfähigkeit aufweist.

Wissenschaftliches Ziel waren Einsatz und Erweiterung des bionischen Leichtbau‐ und Optimierungsverfahrens ELiSE, um einen neuen Weg zur Entwicklung radikal verbesserter Leichtbaukonstruktionen zu untersuchen.

Durch die Anwendung des ELiSE‐Verfahrens konnten die Prinzipien der Natur extrahiert und für die Entwicklung einer neuartigen, leichten und potentiell kostengünstigen Gründungsstruktur erfolgreich eingesetzt werden. Exemplarisch soll indiesem Artikel dargestellt werden, welche Schritte unternommen wurden, um die Zielsetzungen des Projekts zu verwirklichen.

Offshore foundation with the method ELiSE

The development of cost‐effective structures for new offshore foundations is an important factor to advance the “Energiewende”. Within the BIONA‐project “Offshore Foundation with the method ELiSE”, it is shown how the structure of a foundation of an offshore wind energy plant was developed and optimized in weight by using the method “Evolutionary Light Structure Engineering” (ELiSE). The companies WeserWind GmbH, RLE International GmbH and the Alfred Wegener Institute Helmholtz Centre for Polar and Marine Research came together to design a new lightweight structure using their existing expertise in the areas of structural lightweight design, production planning and finite element simulations. The new development in the field of lightweight design is based on the stable and yet light shells of planktonic organisms which served as archetype for the technical design process.

The project had two main goals: the development of a foundation for a 5‐MW wind energy plant for the offshore application in deeper waters by using principles from nature was the technical objective of the project. The design of the foundation had to be characterized by efficient material usage, good manufacturability and economic aspects. In addition, the load capacity of the structure had to stay at least at the same level of traditional design solutions.

The scientific objective was the usage of the bionic lightweight method ELiSE to investigate a new way of developing radically improved lightweight constructions.

By applying ELiSE, lightweight principles were successfully identified in the biological archetypes and transferred to a technical solution. As a result, a new offshore foundation was designed which can be characterized by both lightweight and cost‐effectiveness. In this article, the necessary steps of the development of this bionic offshore foundation are exemplarily demonstrated.