Ein Monopile ist eine Form der Pfahlgründung, die in erster Linie für die Gründung von für Offshore-Windenergieanlagen verwendet wird. Er besteht aus einem einzigen, zylindrischen Stahlpfahl, der in den Meeresboden gerammt wird. Das obere Ende des Pfahls ragt über die Wasseroberfläche hinaus und dient als Verbindungselement zur Installation eines sogenannten Transition Piece, auf dem die Windkraftanlage errichtet wird.
Aufbau und Herstellung
Ein Monopile ist aus Stahl gefertigt und zeichnet sich durch eine zylindrische Form aus. Die Durchmesser dieser Pfähle liegen im Bereich von mehreren Metern. Während 2003 der maximale Durchmesser 5 Meter betrug, wurden bis 2016 Monopiles mit Durchmessern von bis zu rund 8 Metern installiert. Stand 2022 erreichten Monopiles Durchmesser von rund 10 Metern, und Modelle mit 12 Metern Durchmesser sind in der Planung. Dies ermöglicht die Nutzung von Offshore-Windenergieanlagen in Wassertiefen bis zu 50 Metern.
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Die Länge der Pfähle beträgt in der Regel über 40 Meter, wobei meist mindestens die Hälfte des Pfahls in den Meeresboden eingebunden sein muss, um eine sichere Verankerung zu gewährleisten.
Installation und Errichtung von Monopiles
Die Installation von Monopiles erfolgt üblicherweise durch Schlagrammung. Dabei wird der Stahlpfahl von einem Errichterschiff oder einer Hubinsel aus in den Meeresboden getrieben. Die reine Installationszeit eines Monopiles dauert nicht lange und beträgt etwa zwei Stunden.
Alternativ können andere Verfahren wie das Vibrationsrammen oder Einspülen zum Einsatz kommen. Das Vibrationsrammen verspricht geringere Ermüdungserscheinungen des Pfahls und kürzere Installationszeiten. Ein spezielles Spülverfahren (SIOF) wurde ebenfalls entwickelt, um die Einbringung von Fundamenten zu erleichtern.
Bedingt durch das Einbringverfahren ist die Anwendung von Monopiles auf Lockergesteinsböden beschränkt. Rammhindernisse wie größere Steine (z.B. Findlinge) können ebenfalls nicht durchdrungen werden.
Eine Stabilisierung von Monopiles in tiefen Gewässern kann durch seitliche Abspannung mit Stahlseilen oder -ketten erfolgen, was jedoch Nachteile wie längere Installationszeiten und Hindernisse für die Schifffahrt mit sich bringt.
Umweltauswirkungen und Schutzmaßnahmen
Beim Einrammen der Monopiles entstehen Geräuschemissionen, die die submarinen Ökosysteme beeinträchtigen können. Um die Auswirkungen auf Meerestiere zu minimieren, werden Blasenschleier eingesetzt. Ein Blasenschleier wird erzeugt, indem Druckluft über Schläuche im Installationsbereich des Monopiles in das Wasser eingebracht wird. Die Luftblasen sollen den Schall, der beim Rammen entsteht, brechen und die Schallausbreitung entsprechend mindern.
Einsatzbereich
Monopiles sind die am häufigsten verwendete Fundamentlösung für Offshore-Windenergieanlagen. Sie eignen sich besonders für Gebiete mit Wassertiefen bis 40 Meter und ermöglichen die Übertragung der auf die Anlage einwirkenden Kräfte auf den Meeresboden.
Ihre einfache Bauweise und der reduzierte Eingriff in den Meeresboden machen sie zu einer effizienten Lösung. Die Entwicklung hin zu größeren Durchmessern erweitert den Einsatzbereich auf tiefere Gewässer.
