Erforschung der Schallminderungsmaßnahme ... - ISD · bubble curtains could be put into operation...

Jörg Rustemeier, Tanja Grießmann, Klaus Betke, Joachim Gabriel, Thomas Neumann, Michael Küchenmeister

Abschlussbericht zum Forschungsvorhaben

Erforschung der Schallminderungsmaßnahme „Gestufter Blasenschleier (Little Bubble Curtain)“ im Testfeld alpha ventus („Schall alpha ventus“)

Verbundpartner (Teil A) und Projektleitung:

Institut für Statik und Dynamik (ISD)

Projektleiter: Prof. Dr.-Ing. habil. Raimund Rolfes Institut für Statik und Dynamik Gottfried Wilhelm Leibniz Universität Postfach 6009 D-30060 Hannover

Verbundpartner (Teil B):

MENCK GmbH

Dipl.- Ing. Michael Küchenmeister MENCK GmbH Am Springmoor 5a D-24568 Kaltenkirchen

Angaben zum Projekt:

Projektlaufzeiten: Teil A: 06.03.2009 - 31.01.2010 Teil B: 15.02.2009 - 31.12.2009

Berichtszeitraum: Teil A: 06.03.2009 - 31.01.2010 Teil B: 15.02.2009 - 31.12.2009

Förderkennzeichen: Teil A: 0325122A Teil B: 0325122B

Auftragnehmer:

Deutsches Windenergie-Institut GmbH (DEWI) Ebertstr. 96, D-26382 Wilhelmshaven

Institut für technische und angewandte Physik GmbH (ITAP) Marie-Curie-Str. 8, D-26129 Oldenburg

Projektförderer / Projektträger

Das diesem Bericht zugrunde liegende Verbundvorhaben wurde mit Mitteln des Bundesministeriums für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit unter dem Förderkennzeichen 0325122A und 0325122B und unter der Trägerschaft des Projektträgers Jülich gefördert. Die Verantwortung für die Inhalte des Abschlussberichts liegt bei den jeweils genannten Autoren.

Abschlussbericht: „Schall alpha ventus“ - Inhaltsverzeichnis

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Inhaltsverzeichnis

Inhaltsverzeichnis ....................................................................................................................... 3

Abbildungsverzeichnis ............................................................................................................... 5

Tabellenverzeichnis .................................................................................................................... 7

0 Summary ............................................................................................................................ 8

1 Vorwort ............................................................................................................................ 10

2 Einleitung, Zusammenfassung und Ausblick ................................................................... 11

3 Zusammenarbeit im Vorhaben ......................................................................................... 14

4 Konzeption, Konstruktion und Einsatz des gestuften Blasenschleiers (LBC) ................. 16

4.1 Konzept, Konstruktion und Herstellung .................................................................... 16

4.2 Transport und Montage des gestuften Blasenschleiers (LBC) .................................. 18

4.3 Einsatz des gestuften Blasenschleiers (LBC) ............................................................ 20

4.4 Rückbau, Rücktransport und Demontage des gestuften Blasenschleiers (LBC) ....... 31

4.5 Zusammenfassung ..................................................................................................... 31

4.6 Ausblick ..................................................................................................................... 32

5 Messung der Hydroschallpegel ........................................................................................ 34

5.1 Zielsetzung ................................................................................................................. 34

5.2 Schalltechnische Messgrößen .................................................................................... 35

5.3 Randbedingungen am Standort, Messprogramm und Einzelauswertungen .............. 38

5.3.1 Messung 500 m östlich vom Emissionsort ......................................................... 40

5.3.2 Messung 500 m westlich vom Emissionsort ...................................................... 50

5.3.3 Weitere Messpunkte ........................................................................................... 53

5.4 Ergebnisse .................................................................................................................. 55

5.4.1 Einfluss der Rammenergie auf die Höhe der Schalldruckpegel ......................... 57

5.4.2 Schallmindernde Wirkung des Blasenschleiers ................................................. 59

5.4.3 Einfluss der Strömung auf die Schalldruckpegel ............................................... 61

5.5 Vergleich mit Literaturdaten und Richtwerten .......................................................... 64

Abschlussbericht: „Schall alpha ventus“ - Inhaltsverzeichnis

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5.5.1 Vergleich mit Literaturdaten .............................................................................. 64

5.5.2 Vergleich mit UBA-Vorsorgewert ..................................................................... 65

5.6 Literatur ..................................................................................................................... 67

Anhang ..................................................................................................................................... 68

Abschlussbericht: „Schall alpha ventus“ - Abbildungsverzeichnis

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Abbildungsverzeichnis

Bild 2-1 (links:) An der AV9 vormontiertes unteres Teilsystem des Blasenschleiers, Eemshaven, Niederlande, (Quelle: Hydrotechnik Lübeck GmbH); (rechts:) Oberes mobiles Teilsystem des Blasenschleiers im Transportrahmen mit Auftriebskörpern, Eemshaven, Niederlande (Quelle: Hydrotechnik Lübeck GmbH) ............................................................... 12

Bild 4-1: Technische Zeichnung des gestuften Blasenschleiers „Little Bubble Curtain“ ........ 17

Bild 4-2: Hebetraverse zur Offshore-Montage des oberen Blasenschleiers............................. 18

Bild 4-3: Tripod-Gründungsstruktur AV9 mit zwei vormontierten Modulen des unteren Blasenschleiers ......................................................................................................................... 19

Bild 4-4: Oberer Blasenschleier auf seinem Ablage- und Transportrahmen ........................... 19

Bild 4-5: Einsatz der Schallminderungsmaßnahme "Little Bubble Curtain" während der Installation eines Tripods im Testfeld alpha ventus ................................................................. 20

Bild 4-6: Pfahl SO - Blowcount & Energie versus Eindringung Curve ................................... 23

Bild 4-7: Pfahl W - Blowcount & Energie versus Eindringung Curve .................................... 24

Bild 4-8: Pfahl NO - Blowcount & Energie versus Eindringung Curve. ................................. 25

Bild 4-9: Blasenaufkommen an der Wasseroberfläche am Pfahl A14 im Testfeld alpha ventus .................................................................................................................................................. 32

Bild 4-10: MENCK Faltenbalg als Überwasser-Schallschutzsystem ...................................... 33

Bild 5-1: Skizze der Messpositionen ........................................................................................ 39

Bild 5-2: Baustelle von Baltic Taucher 2 aus gesehen (DEWI) ............................................... 40

Bild 5-3: Entfernung von Baltic Taucher 2 zur Baustelle (aus GPS-Daten, DEWI) ............... 41

Bild 5-4: Skizze der Messgeometrie (ohne Maßstab, DEWI) .................................................. 42

Bild 5-5: Eintauchtiefe des Hydrofons (DEWI) ....................................................................... 43

Bild 5-6: Hydrophon mit Schutzkorb und Gewicht (DEWI) ................................................... 43

Bild 5-7: Hydrophonkabel an der Bordwand (DEWI) ............................................................. 44

Bild 5-8: 1-Sekunden-Mittelwerte der gemessenen Schalldruckpegel 16:20 Uhr - 17:30 Uhr (DEWI) ..................................................................................................................................... 45

Bild 5-9: 1-Sekunden-Mittelwerte der gemessenen Schalldruckpegel 20:55 Uhr - 21:36 Uhr (DEWI) ..................................................................................................................................... 45

Bild 5-10: 10-Sekunden-Mittelwerte des äquivalenten Dauerschallpegels und Spitzenwerte. 46

Bild 5-11: 10-Sekunden-Mittelwerte des äquivalenten Dauerschallpegels und Spitzenwerte. 46

Abschlussbericht: „Schall alpha ventus“ - Abbildungsverzeichnis

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Bild 5-12: 1/24 Oktav Spektrum des Rammgeräusches ab 16:25 Uhr (W-O, BS ein, DEWI) 47

Bild 5-13: 1/24 Oktav Spektrum des Rammgeräusches ab 21.00 Uhr (O-W, BS ein, DEWI) 48

Bild 5-14: 1/24 Oktav Spektrum des Rammgeräusches ab 21.16 Uhr (O-W, BS aus, DEWI) 48

Bild 5-15: Terzspektren des Rammgeräusches ab 16:25 Uhr (W-O, BS ein, DEWI) ............. 49

Bild 5-16: Terzspektren des Rammgeräusches ab 21:00 Uhr (LBC „ein“) und 21:16 Uhr (LBC „aus“) (DEWI) .......................................................................................................................... 50

Bild 5-17: Etwa 500 m westlich von der Baustelle gemessener Pegelverlauf (itap) ............... 51

Bild 5-18: Spektren des Schallsignals beim Rammen des Südost-Pfahls von AV9 (itap). ..... 52

Bild 5-19: Pegelverlauf in 2.4 km Entfernung von der Baustelle (itap) .................................. 53

Bild 5-20: Pegelverlauf in 17.5 km Entfernung von der Baustelle (itap) ................................ 54

Bild 5-21: Häufigkeitsverteilung von Einzelereignispegel (SEL) und Spitzenpegel (Lpeak) beim Rammen des Südost-Pfahls, Messpunkt T4 in 2.4 km Entfernung, Daten aus Bild 5-19 (itap) ......................................................................................................................................... 54

Bild 5-22: Darstellung des zeitlichen Verlaufs der Rammenergie (oben), des Betriebszustandes des Blasenschleiers und der ausgewerteten Schalldruckpegel (Mitte) sowie der mittleren Strömung bei FINO1 (unten) (ISD) .................................................................... 56

Bild 5-23: Abdrift des Blasenschleiers um 16:43 Uhr (MESZ) ............................................... 58

Bild 5-24: Verlauf der Rammenergie beim Rammen des Westpfahls (oben), im Westen aufgezeichnete und ausgewertete Schalldruckpegel Lpeak (Mitte) und SEL (unten) (ISD) ...... 58


Bild 5-26: Betriebszustand des Blasenschleiers und ausgewertete Schalldruckpegel (ISD) ... 60


Bild 5-28: Frequenzabhängige Wirkung einiger Blasenschleier im Vergleich zum gestuften Blasenschleier bei alpha ventus. ............................................................................................... 64

Bild 5-29: Bei den Rammarbeiten zu AV9 gemessene Verteilung der Einzelereignispegel ... 65

Abschlussbericht: „Schall alpha ventus“ - Tabellenverzeichnis

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Tabellenverzeichnis

Tabelle 3-1: Aufgabenverteilung im Teilprojekt A .................................................................. 15

Tabelle 4-1: Allgemeine Daten Tripods und Pfähle - Offshore Feld alpha ventus .................. 21

Tabelle 4-2: Rammdaten Pfähle SO, W, NO - Tripod AV9 .................................................... 22

Tabelle 5-1: Randbedingungen zu Standort (Areva/Multibrid M5000, Anlage AV9) ............ 38

Tabelle 5-2: Mittelwerte aus jeweils 80 Rammschlägen vor und nach dem Wiedereinschalten des Blasenschleiers ................................................................................................................... 60

Tabelle 5-3: Pegeldifferenz zwischen aus- und eingeschaltetem Blasenschleier..................... 61

Tabelle 5-4: Pegeldifferenz in Abhängigkeit von der bei FINO1 gemessenen Strömungsgeschwindigkeit und -richtung ................................................................................ 63

Tabelle 5-5: Einige Realisierungen von Blasenschleiern im Vergleich ................................... 64

Tabelle 5-6: Verteilung von breitbandigem Einzelereignispegel (SEL) und Spitzenpegel Lpeak in dB re 1 µPa ........................................................................................................................... 66

Abschlussbericht: „Schall alpha ventus“ - Summary

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0 Summary

by Tanja Grießmann (ISD)

The measurement results for underwater sound levels as a consequence of pile driving activities in the North Sea and the Baltic Sea show that the limit values (160 dB (SEL) / 190 dB (LPeak)) established by the German Federal Maritime and Hydrographic Agency (BSH) in accordance with the Federal Environmental Agency (UBA) and the Federal Agency for Nature Conservation (BfN) are exceeded. In this regard it is necessarily required to provide effective sound reduction techniques to reduce impact on the marine environment as far as possible. However, the application of noise mitigation measures has to be cost-effective and must not considerably disturb the installation procedures of the offshore wind turbines’ foundations.

Within the framework of the workshops arranged by the Foundation Offshore Wind Energy it was decided December 2008 to test a prototypic layered bubble curtain close to the foundation of an offshore wind turbine of type Areva/Multibrid M5000 at alpha ventus. The conceptional design and construction of the bubble curtain was developed by MENCK in cooperation with the company Hydrotechnik Lübeck. The testing of the prototype took place during the erection of the test field alpha ventus in the German AWZ, about 45 km north-west of the island Borkum. In this location the water depth is about 29 m; the diameter of the piles fixing the tripod to the seabed averages 2.50 m. The maximum ram energy, which was needed to drive the piles to the final depth, amounted to 375 kJ (NE- and SE-pile).

By the end of May 2009 the required hydro sound measurements during the installation of an offshore wind turbine of type were carried out under the coordination of ISD together with the contractors DEWI and itap. During the measurements the bubble curtain was mounted at two of the three pile sleeves of the tripod foundation for the wind turbine AV9. In order to avoid dangers to marine mammals caused by piling noise, Seal scarer and pinger measures had been applied in the run-up to piling, which, additionally, started at low energy level (“soft start”).

The name “bubble curtain” comprises the whole concept, consisting of the tube system and the actual bubble curtain, which arises, when the air bubbles escape from the nozzles of the tubes at status “filled with compressed air”. As the bubbles rise to the surface they form a dense curtain.

Gas bubbles change the acoustic properties of the medium water. Due to the different impedances of the two media acoustical scattering occurs at the border between both.

In addition to this effect the single bubble reacts like an acoustical resonator when insonified by an incident wave close to its resonance frequency. The result is a very high ratio of effective acoustical to geometrical cross section at resonance. In total the two effects lead to a significant reduction of the hydro sound immission “behind” the bubble and at greater distances, which is the main reason for the efficiency of the system.

Since the bubble curtain is no rigid construction, but consists of freely moving air bubbles, it is vulnerable to sea current and waves. A further challenge poses the immediate vicinity to the piling activities. To minimize disturbance of the installation procedure the bubble curtain was split up in an upper and a lower part (see Figure ‘Bild 2-1’). The lower parts could be mounted at two pile sleeves (of the north- and south-eastern pile) in Eemshaven.

Abschlussbericht: „Schall alpha ventus“ - Summary

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When the tripod foundation for the wind turbine AV9 was being installed offshore the lower bubble curtains could be put into operation as planned. Although the upper mobile systems were ready for operation on board the vessel, they weren’t applied due to weather restrictions and the risk to delay the installation process. In this regard the construction site management made a short-term decision on May, 31th in the morning.

The subsequent hydro sound measurements took place during pile driving activities at AV9. At this time the lower systems were in use. Goal of the measurements was to investigate the bubble curtain’s mitigation effect and its dependence on relevant parameters. To reach this, measurement positions were placed at distance 500 m from the source of sound on the western and the eastern side of AV9. In addition to this, autarkic hydrophone systems were placed at distance 2.4 and 17.5 km.

To quantify the bubble curtain’s effect two situations are compared: piling with and without bubble curtain in operation. For that purpose the bubble curtain had to be switched off and on twice. Due to the omission of the mobile upper systems and the associated reduction of the compressed air flow, a variation of the latter was impossible.

The results show that the bubble curtain’s mitigation effect is strongly dependent from the tide and the related flow speed and direction. The reason is, that a bubble curtain at the same very close to the pile and subjected to current and waves, isn’t able to wrap the pile entirely – consequently the good reduction effect can only be unfolded at “one side” of the pile. Only during slack water at turn of tide the good mitigation effect would be available in every direction (see Figure ‘Bild 5-27’).

To reliably detect the reduction effect of the bubble curtain, two instants of time – about 09:21 pm and about 10:13 pm - with constant ram energy and different state of bubble curtain (on and off) have been evaluated. At the first time the according pile was half driven into the seabed. The identified reduction of the sound pressure level was about 13 dB (∆SEL) and 14 dB (∆Lpeak) with the current and at the same time 2 (∆SEL) and 0 dB (∆Lpeak) against the current. At the second time the pile had nearly reached its final depth. At this state the reduction could be quantified by 10 dB (∆SEL) and 12 dB (∆Lpeak) at position “with the current” and at the same time 4 dB (∆SEL) and 5 dB (∆Lpeak) at position “against the current.” The limit value for the SEL was complied only at position “with the current.”

Furthermore it could be shown that the difference of the measured sound pressure levels at position “with the current” compared to the ones “against the current” are strongly dependent from the absolute value of the flow speed. With increasing flow speed the difference between the measured sound pressure levels at position “with the current” compared to the ones “against the current” is increasing too.

For future applications there is a strong need, to eliminate the drawback of the detected anisotropic mitigation effect. To reach this goal the bubbles have to be directed in such way that their lateral drift is minimized.

With regard to short installation times offshore, the pre-installation of the lower systems onshore has proved to be very advantageous. Therefore this result should be taken into consideration while developing future concepts.

Abschlussbericht: „Schall alpha ventus“ - Vorwort

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1 Vorwort

Wir möchten uns an dieser Stelle bei unseren Auftragnehmern DEWI und itap für die gute Zusammenarbeit im Vorhaben herzlich bedanken.

Beantragung, Planung und Durchführung der Erprobung eines gestuften Blasenschleiers dicht an der Gründungskonstruktion einer Offshore-Windenergieanlage vom Typ Areva/Multibrid M5000 standen von Beginn an unter starkem zeitlichen Druck, der insbesondere auf dem Projektteil B der Firma MENCK lastete. In diesem Zusammenhang gilt unser ausdrücklicher Dank der Firma MENCK und den im Auftrag von MENCK am Vorhaben beteiligten Unternehmen, insbesondere den Firmen Hydrotechnik Lübeck und Prokon Nord, die maßgeblich daran beteiligt waren, dass der straffe Zeitplan eingehalten werden konnte und der Blasenschleier, bestehend aus zwei Modulen, am 17.04.2009 fertig montiert an der Kaikante in Eemshaven stand.

Nicht zuletzt gilt unser Dank dem Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit sowie dem Projektträger Jülich für die finanzielle Förderung und die intensive Unterstützung und Projektbegleitung.

Hannover, im Juni 2012

Dr.-Ing. Tanja Grießmann Prof. Dr.-Ing. habil. Raimund Rolfes

Abschlussbericht: „Schall alpha ventus“ - Einleitung, Zusammenfassung und Ausblick

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2 Einleitung, Zusammenfassung und Ausblick

von Tanja Grießmann, Jörg Rustemeier (ISD)

Messungen im Zusammenhang mit Rammarbeiten zur Errichtung von Offshore-Windenergieanlagen (OWEA) in Nord- und Ostsee haben Hydroschallpegel ergeben, die die vom Bundesamt für Seeschifffahrt und Hydrographie (BSH) in Abstimmung mit dem Umweltbundesamt (UBA) sowie dem Bundesamt für Naturschutz (BfN) definierten Grenzwerte für Rammschall (160 dB re 1 µ Pa für den SEL und 190 dB re 1 µ Pa für den LPeak) überschreiten. Dieses Ergebnis zeigt, dass zum Schutz mariner Lebewesen die Notwendigkeit von wirksamen Schallminderungsmaßnahmen während der Rammarbeiten besteht. Allerdings müssen derartige Maßnahmen kostengünstig sein und ohne wesentliche Beeinflussung des Baugeschehens umgesetzt werden können.

Im Rahmen der regelmäßigen Arbeitstreffen der Stiftung Offshore-Windenergie hat man im Dezember 2008 beschlossen, einen gestuften Blasenschleier als Prototypen dicht an der Gründungskonstruktion einer Offshore-Windenergieanlage vom Typ Areva/Multibrid M5000 als schallmindernde Maßnahme im Testfeld zu erproben. Firma MENCK hat in Zusammenarbeit mit der Fa. Hydrotechnik Lübeck GmbH die Konzeption und den Bau des Blasenschleiers übernommen. Der Test des prototypischen Systems fand im Zuge der Errichtung des deutschen Offshore-Testfeldes alpha ventus in der deutschen AWZ ca. 45 km nordwestlich der Nordseeinsel Borkum statt. An diesem Standort beträgt die Wassertiefe ca. 29 m und der mittlere Durchmesser der Rammpfähle ca. 2,50 m. Die maximale Rammenergie, die benötigt wurde, um die beiden Pfähle, die mit Blasenschleiern ausgestattet waren, auf Endtiefe zu bringen, lag bei 375 kJ (Nordost- und Südost-Pfahl).

Die begleitenden Hydroschallmessungen wurden Ende Mai 2009 bei den Rammarbeiten an der AV9 vom ISD koordiniert und zusammen mit den Auftragnehmern DEWI und itap durchgeführt. Um eine Schädigung von Meeressäugern durch Rammschall auszuschließen, wurden im Vorfeld der Rammung akustische Signalgeber zur Vergrämung eingesetzt und die Rammarbeiten mit verminderter Rammenergie begonnen („Soft Start“).

Die Bezeichnung „Blasenschleier“ umfasst das gesamte Schallschutzkonzept, bestehend aus den Düsenrohrringen und dem eigentlichen Blasenschleier, der erst entsteht, wenn die horizontalen Rohrsysteme mit Druckluft befüllt werden, die Luftblasen aus den Düsenöffnungen austreten und zur Wasseroberfläche in Form eines Schleiers aufsteigen. Luft- oder Gasblasen ändern die hydroakustischen Eigenschaften des Mediums Wasser. Zwischen Wasser und Luft besteht aufgrund des großen Dichteunterschieds ein erheblicher Impedanzsprung. Die Schallanregung von Luftbläschen nahe ihrer Eigenfrequenz führt zu einer starken Reduktion der Schallamplituden, wobei sowohl Streuungs- als auch Absorptionseffekte wirksam sind. In der Nähe der Resonanzfrequenz beträgt die akustische Oberfläche der einzelnen Gasblase ein Vielfaches ihrer geometrischen Oberfläche, was die besondere Effektivität von Blasenschleiern begründet. Die Anordnung eines Blasenschleiers dicht an der Gründungskonstruktion stellt allerdings wegen der unmittelbaren Nähe zu Rammgerät, Rammpfahl und Fundament eine besondere Herausforderung dar. Um Störungen des Rammvorgangs so gering wie möglich zu halten, wurde der Blasenschleier in ein vormontierbares unteres und ein mobiles oberes (Bild 2-1) Teilsystem zerlegt. Zwei Pfähle des Tripods (NO- und SO-Pfahl) wurden so mit Blasenschleiern ausgerüstet.

Am Tag der Errichtung der AV9 konnten die unteren vormontierten Systeme während der Rammarbeiten planmäßig in Funktion gesetzt werden. Die mobilen oberen Systeme waren


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zwar rechtzeitig vor Rammbeginn an der AV9 auf dem Transportschiff bereit, kamen aber aufgrund des engen Wetterfensters und der Gefahr, durch den ungewissen Zeitbedarf, der für ihre Montage offshore nötig gewesen wäre, die Errichtung der Fundamente zu stark zu verzögern, nicht zum Einsatz. Diese Entscheidung wurde kurzfristig am Morgen des 31.05.2009 von der Baustellenleitung unter Berücksichtigung der aktuellen Wetterlage getroffen und von allen Beteiligten mitgetragen.

Bild 2-1 (links:) An der AV9 vormontiertes unteres Teilsystem des Blasenschleiers, Eemshaven, Niederlande, (Quelle: Hydrotechnik Lübeck GmbH); (rechts:) Oberes mobiles Teilsystem des Blasenschleiers im Transportrahmen

mit Auftriebskörpern, Eemshaven, Niederlande (Quelle: Hydrotechnik Lübeck GmbH)

Die anschließenden Hydroschallmessungen, die während der Rammarbeiten an der AV9 und bei Betrieb der unteren Teilsysteme durchgeführt wurden, dienten dem Ziel, die Wirkung des Blasenschleiers und die Abhängigkeit von relevanten Einflussparametern abzubilden. Dabei wurden Messungen in und entgegen der Strömungsrichtung im Abstand von ca. 500 m von der Schallquelle durchgeführt. Darüber hinaus zeichneten Messbojen in 2.4 und 17.5 km Entfernung Schalldruckpegel auf.

Die Quantifizierung der Wirkung des Blasenschleiers erfolgte durch den Vergleich von Rammzeiten mit und ohne Blasenschleierbetrieb. Dazu wurde der Blasenschleier zweimal aus- und wieder eingeschaltet.

Aufgrund des Wegfalls des mobilen Systems und der damit verbundenen reduzierten Druckluftmenge konnte keine Variation dieses Parameters durchgeführt werden.

Im Ergebnis hat sich gezeigt, dass die Wirkung des Blasenschleiers stark von der Strömung des umgebenden Wassers abhängig ist, da die erzeugten Luftblasen in der Weise vertrieben werden, dass der Rammpfahl nicht rundherum und über die volle Wassertiefe mit Luftblasen eingehüllt wird. Der Grund liegt in der räumlichen Nähe des Blasenschleiers zum Rammpfahl. Dies hat eine stark richtungsabhängige und zeitlich veränderliche Minderungswirkung in der Umgebung zur Folge. Nur in der Nähe des Stauwasserpunktes (vergleiche Bild 5-27) entfaltet der Blasenschleier seine schallmindernde Wirkung gleichermaßen gut in alle Richtungen.

Die schallmindernde Wirkung des Blasenschleiers konnte in den Zeiträumen um ca. 21:21 Uhr und 22:13 Uhr bestimmt werden, da dann Schallpegel mit und ohne Blasenschleier ermittelt wurden. Beim erstgenannten Zeitpunkt war der entsprechende Rammpfahl etwa zur Hälfte in den Meeresboden gerammt worden. Die festgestellte Schallminderung betrug etwa 13 dB (∆SEL) bzw. 14 dB (∆Lpeak) in Strömungsrichtung und 2 dB (∆SEL) bzw. 0 dB (∆Lpeak) entgegen der Strömungsrichtung. Zum zweiten Zeitpunkt hatte der Rammpfahl seine Endtiefe beinahe erreicht. Hier betrug die Schallminderung etwa 10 dB (∆SEL) bzw. 12 dB


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(∆Lpeak) in Strömungsrichtung und 4 dB (∆SEL) bzw. 5 dB (∆Lpeak) entgegen der Strömungsrichtung. Der Grenzwert von 160 dB re 1 µPa in einer Entfernung von 750 m konnte nur in Strömungsrichtung eingehalten werden.

Ferner konnte zu unterschiedlichen Zeitpunkten zu Beginn der einzelnen Rammungen gezeigt werden, dass die Differenz der in und entgegen der Strömungsrichtung gemessenen Schalldruckpegel wesentlich vom Betrag der Strömung abhängt. Bei zunehmender Strömungsgeschwindigkeit nimmt die Differenz der in Strömungsrichtung, verglichen mit den entgegen der Strömungsrichtung gemessenen Schalldruckpegeln zu.

Da eine Variation der Druckluftmenge im Rahmen dieses Projekts nicht möglich war, konnte der Zusammenhang zwischen Druckluftmenge und Minderungswirkung nicht erforscht werden. Die Kenntnis dieses Zusammenhangs ist notwendige Voraussetzung, um die physikalische Wirkung des Konzepts zu optimieren. Für zukünftige Anwendungen besteht ferner der Bedarf, die hier festgestellte Schwäche der richtungsabhängigen und zeitlich veränderlichen Minderungswirkung zu beheben. Dies ist möglich, wenn es z. B. gelingt, die Blasen so zu führen, dass die seitliche Abdrift auf ein Minimum reduziert wird. Die Vormontage der Unterwasserschallminderungsmaßnahmen an den Gründungsstrukturen an Land hat sich, hinsichtlich kurzer Installationszeiten im Offshore Einsatz, als sehr vorteilhaft erwiesen und sollte in zukünftigen Konzepten für Schallminderungsmaßnahmen bedacht werden.

Abschlussbericht: „Schall alpha ventus“ - Zusammenarbeit im Vorhaben

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3 Zusammenarbeit im Vorhaben

von Tanja Grießmann (ISD)

Das Verbundvorhaben gliedert sich in die Teile A und B. Das Teilprojekt A wurde vom ISD koordiniert. Hier bestand enge Zusammenarbeit mit den Auftragnehmern DEWI und itap. Ziel der Zusammenarbeit war die wissenschaftliche Begleitung des Vorhabens, die gemeinsame Durchführung der Hydroschallmessungen sowie deren Auswertung und die abschließende Bewertung der Wirksamkeit des getesteten Blasenschleiers. Tabelle 3-1 gibt eine Übersicht der am Vorhaben beteiligten Partner, Auftragnehmer und ihrer Aufgaben im Projekt.

Antragsteller der Teilprojekts B ist die Firma MENCK. Auftragnehmer sind hauptsächlich die Firmen Hydrotechnik Lübeck und Pieter van Luipen Consulting. Wesentliche Ziele dieses Projektteils waren die Entwicklung eines Designs, die Konstruktion, die Herstellung sowie die Montage und die Demontage des Blasenschleiers.

Abschlussbericht: „Schall alpha ventus“ - Zusammenarbeit im Vorhaben

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Tabelle 3-1: Aufgabenverteilung im Teilprojekt A

Institution / Unternehmen

Aufgaben Auftragnehmer

1 Institut für Statik und

Dynamik

- Projektkoordination

- Wissenschaftliche Begleitung

- Messungen, Auswertungen

- DEWI GmbH (Zeile 2)

- itap (Zeile 3)

- PN, PNOI (Zeilen 5, 6)

- Schiffsreedereien (Zeile 4)

- Fa. Hydrotechnik (Zeile

10)

2 DEWI GmbH - Messungen, Auswertungen keine

3 itap - Messungen, Auswertungen keine

4 Schiffsreedereien N.N. - Bereitstellung von Hochseeschiffen keine

5 PROKON Nord

Energiesysteme GmbH

(PN)

- Koordination

- Engineering Installation (Procedures)

- Engineering Logistik

- OWT

- Bode & Wrede (Zeile 8)

- Karl Wrede Stahl- u.

Maschinenbau (Zeile 9)

6 PN Offshore

Installations GmbH

(PNOI)

- Bereitstellung der benötigten

Installationseinheiten (Schiffe, Plattformen etc.)

- div. Schiffsreeder etc.

7 OWT - Auslegung der Anbindung an den Pilesleeve

- Kontrolle des Profils f. d. Anschluss des

Kragarms und die Verbindung an den Pileguide

(Schweißung) Freigabe des Gesamtentwurfs

Bode & Wrede f. d. Verbindung am Pileguide

- Bestätigung über Nachweisbarkeit des

Kragarmanschlusses im von OWT definierten

Bereich

- Sicherstellen der Projektzertifizierung der

DOTI

keine

8 Bode und Wrede

Gesellschaft für

Konstruktion und

Berechnung mbH

- Design, Engineering und Konstruktion aller

Befestigungen und Halterungen am Tripod

keine

9 Karl Wrede Stahl- und

Maschinenbau

- Herstellung aller Befestigungen und

Halterungen am Tripod

keine

10 Fa. Hydrotechnik - Bereitstellung von Kompressoren,

Zuluftleitungen, Armaturen, Verteilern,

- Betrieb des Blasenschleiers Offshore

keine

Abschlussbericht: „Schall alpha ventus“ - Konzeption, Konstruktion und Einsatz des gestuften Blasenschleiers (LBC)

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4 Konzeption, Konstruktion und Einsatz des gestuften Blasenschleiers (LBC)

von Michael Küchenmeister (MENCK)

Im Rahmen der Schallminderungsmaßnahme „Little Bubble Curtain“ (LBC) hat die Firma MENCK ein Konstruktions- und Betriebskonzept für einen sicher einsetzbaren sowie ökonomisch vertretbaren Unterwasserschallschutz zur Rammung von Offshore-Wind-Energie-Anlagen erstellt. In der Zeit vom 15.02.2009 bis 17.04.2009 realisierte die Firma MENCK den Entwurf (inklusive Betriebskonzept), die Konstruktion, die Fertigung und die Montage der Unterwasserschallminderungsmaßnahme LBC für die Installation einer Tripod-Gründungsstruktur für eine Windenergieanlage (AV9) des Herstellers Multibrid im Testfeld alpha ventus.

4.1 Konzept, Konstruktion und Herstellung

Das LBC-Konzept von MENCK für die schallgeminderte Installation eines Tripods sieht einen modularen Aufbau vor. Bild 4-1 zeigt das Blasenschleier-System, welches aus einem unteren und einem oberen Blasenschleier besteht. Beide Blasenschleier werden um den zu rammenden Pfahl angeordnet, der die Gründungsstruktur auf dem Meeresboden fixiert. Der mit Druckluft betriebene LBC soll einen schallmindernden Blasenschleier erzeugen, indem das Gas durch vertikal übereinanderliegende perforierte Toroid-Komponenten entweicht und idealerweise senkrecht (konzentrisch) um den Pfahlmittelpunkt zur Wasseroberfläche aufsteigt.

Der untere Blasenschleier besteht aus zwei Modulen. Die Module werden bereits auf dem Festland konzentrisch um zwei der drei Füße der Tripod-Gründungsstruktur angebracht. Die unteren Blasenschleier bestehen jeweils aus vier Düsenrohren, die fest an Kragarmen und Seilen im Bereich der Tripod-Sleeves montiert sind. Die Toroid-Komponenten verjüngen sich aufgrund der Tripodenkonstruktion radial in vertikaler Richtung zum Meeresboden hin und haben die Form eines offenen Kegelstumpfmantels.

Der obere, mobile Blasenschleier soll für jede einzelne Pfahlpenetration auf offener See um den Pfahl und an den unteren Blasenschleier montiert bzw. demontiert werden, während sich der Pfahl in der Pfahlhalterung der Gründungsstruktur befindet. Um bei den Pfahlrammungen den zusätzlichen Zeitaufwand zu minimieren und nicht auf die Demontage und erneute Montage des oberen Blasenschleiers für die Rammung des nächsten Pfahls warten zu müssen, sollten zwei Exemplare des oberen Blasenschleiers eingesetzt werden. Da der MENCK Rammhammer senkrecht durch den Blasenschleier durchgeführt wird, spielt bei dieser Konzeption der kleiner werdende Abstand zwischen dem oberen Pfahlende und dem Meeresboden während der Pfahl-Penetration keine wichtige Rolle. Im Einsatz nimmt der obere Blasenschleier die Form eines offenen (achteckigen) Zylindermantels an. Ein ringförmiger achteckiger Auftriebskörper, der in Bild 4-1 nicht berücksichtigt ist und sich während der Pfahlpenetration unter Wasser befindet, zieht fünf perforierte ringförmige Luftleitungen idealerweise vertikal nach oben und bietet bis zu einer kritischen Stärke der Meeresströmung ausreichend Platz für den Einsatz des MENCK-Hammers samt Pfahlführung. Ein sechstes Düsenrohr ist in den Auftriebskörper integriert.

Abschlussbericht: „Schall alpha ventus“

Die Luftversorgung besteht aus zwei Kompressoren, einem Verteiler und den Druckluftschläuchen zwischen deTripods werden die Druckluftschläuche bereits an Land zwischen Pfahloberkante und Kragarmebene an den Sleeve fertig montiert.

Bild 4-1: Technische Zeichnun(unterer und oberer Blasenschleier am Fuß einer Tripod


Die Luftversorgung besteht aus zwei Kompressoren, einem Verteiler und den Druckluftschläuchen zwischen dem Verteiler und den Blasenschleiern. Im Bereich des Tripods werden die Druckluftschläuche bereits an Land zwischen Pfahloberkante und Kragarmebene an den Sleeve fertig montiert.

: Technische Zeichnung des gestuften Blasenschleiers „Little Bubble Curtain“unterer und oberer Blasenschleier am Fuß einer Tripod-Gründungsstruktur

, Konstruktion und Einsatz des gestuften Blasenschleiers (LBC)

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Die Luftversorgung besteht aus zwei Kompressoren, einem Verteiler und den m Verteiler und den Blasenschleiern. Im Bereich des

Tripods werden die Druckluftschläuche bereits an Land zwischen Pfahloberkante und

g des gestuften Blasenschleiers „Little Bubble Curtain“ Gründungsstruktur)


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Der obere Blasenschleier lässt sich entlang seiner vertikal verlaufenden Achse des Zylindermantels (zwischen Meeresboden und Wasseroberfläche) für Transportzwecke nach dem Ziehharmonika-Prinzip zusammenraffen. Zur sicheren und zügigen Offshore-Montage wurde eine Hebetraverse entworfen, gebaut und geliefert.

Bild 4-2: Hebetraverse zur Offshore-Montage des oberen Blasenschleiers

4.2 Transport und Montage des gestuften Blasenschleiers (LBC)

Am 03.04.2009 war der Transport des für die Blasenschleier benötigten Materials nach Eemshaven abgeschlossen, so dass mit der Montage der oberen und unteren Blasenschleier begonnen und diese bis zum 17.04.2009 abgeschlossen werden konnte. Die Einhaltung dieses Projekt-Meilensteins, der zu diesem Zeitpunkt auf den 22.04.2009 gelegt war, hatte absolute Priorität und wurde von MENCK auch eingehalten.

Der untere Blasenschleier, der für die Testzwecke des Forschungsprojekts zunächst nur aus zwei Modulen bestand, wurde bereits an Land in Eemshaven an zwei der drei Füße der Tripod-AV9 Gründungsstruktur vormontiert, um zeitliche Verzögerungen durch die Schallminderungsmaßnahme während der Bauphase und die damit entstehenden Kosten zu minimieren.

Der Zusammenbau der zwei oberen Blasenschleier erfolgte in Eemshaven. Für den Einsatz wurden die zwei oberen Blasenschleier mit einem Transportschiff in je einem eigens hierfür erstellten Ablage- und Transportrahmen zum Offshore-Installationsort verschifft.

Der detaillierte Montageablauf ist dem Anhang Nr. I-III („Installationsprozedur Schallminderung für Multibrid-OWEA alpha ventus-Tripod AV9“) zu entnehmen.


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Bild 4-3: Tripod-Gründungsstruktur AV9 mit zwei vormontierten Modulen des unteren Blasenschleiers

Bild 4-4: Oberer Blasenschleier auf seinem Ablage- und Transportrahmen


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4.3 Einsatz des gestuften Blasenschleiers (LBC)

Das Ziel, ein Konstruktions- und Betriebskonzept für einen sicher einsetzbaren und kostentechnisch vertretbaren Unterwasserschallschutz, wurde von der Firma MENCK GmbH erreicht. Bei der Installation eines Tripods im Testfeld alpha ventus kam dieses Konstruktions- und Betriebskonzept zum Einsatz. Jedoch konnte der Betrieb des oberen Blasenschleiers an einem Tripod im Testfeld alpha ventus aufgrund einer Projektentscheidung (vorzeitige Projektbeendigung aufgrund aufkommenden schlechten Wetters, welches die Sicherheit gefährdet hätte) unter realen Bedingungen nicht getestet werden. Bild 4-5 zeigt den Einsatz des LBC während der Installation eines Tripods im Testfeld alpha ventus.

Bild 4-5: Einsatz der Schallminderungsmaßnahme "Little Bubble Curtain" während der Installation eines Tripods im Testfeld alpha ventus

Der detaillierte Montageablauf ist dem Anhang Nr. IV-VI („Installationsprozedur Schallminderung für Multibrid-OWEA alpha ventus-Tripod AV9“) zu entnehmen.

Es wurden insgesamt sechs Multibrid Tripods im Offshore Feld alpha ventus installiert. Die wichtigsten Daten der Tripods und ihrer Pfähle sind in Tabelle 4-1 enthalten.

Die Versuche mit dem LBC wurden beim Tripod AV9 durchgeführt.


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Nach dem Setzen des Tripods auf den Meeresboden, wurden die 3 Pfähle in den jeweiligen "Sleeve" am Fuß des Tripods gesteckt und mit einem Vibrationshammer eingebracht. Danach wurden die Pfähle mit dem MENCK Hydraulik Hammer MHU 500T zuerst ein Stück vorgerammt und anschließend auf die Endeindringtiefe gerammt. Tabelle 4-2 enthält die wichtigsten Rammdaten von den drei Pfählen von Tripod AV9. Dies sind: der zeitliche Ablauf der Rammung, die Anzahl der Schläge und die durchschnittliche Energie über den jeweiligen Rammabstand. Die zeitliche Abfolge ist dargestellt in Bild 5-22, obere Graphik, welche auch zeigt, wann die Rammenergie (und zu welchem Wert) geändert wurde.

Die jeweiligen Rammergebnisse sind in den Bildern 4-6, 4-7, 4-8 für die Pfähle SO, W und NO dargestellt. Diese zeigen die Schläge pro Eindringung (in Schläge/ m) und Rammenergie/ Schlag (in kJ) versus gerammte Distanz (in m). Diese Original-Dokumente zeigen die an Bord aufgezeichneten Ergebnisse. Die Bezeichnungen sind: blowcount und av energy/bl versus penetration.

Tabelle 4-1: Allgemeine Daten Tripods und Pfähle - Offshore Feld alpha ventus

Tripod

Basis (Abstand zwischen Sleeves) 24,2 m

Gesamthöhe 44,6 m

Höhe über Wasser (SKN) 7,1 m

Anzahl 6 -

Wassertiefe (bezogen auf SKN) 27,5 m

Pfähle

Anzahl (pro Tripod) 3 -

gesamt Anzahl 18 -

Außen Durchmesser 2480 mm

Neigung vertikal

Wandstärke 32 - 50 mm

Länge 47 - 55 m

Eindringung 35 - 43 m

Pfahlkopf unter Wasser (SKN) -15,5 m


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Tabelle 4-2: Rammdaten Pfähle SO, W, NO - Tripod AV9

Pfahl Nr. von bis Schlag Nr. Mittlere Energie Rammdistanz

gesamt Schläge

Datum Zeit Datum Zeit von bis kJ von bis

pile SO 05/31/09 16:18:27 05/31/09 16:28:59 0 337 209 0,00 3,00

pile W 05/31/09 16:40:20 05/31/09 16:50:44 0 459 224 0,00 2,00

pile NO 05/31/09 17:00:51 05/31/09 17:23:00 0 950 215 0,00 4,25

pile SO 05/31/09 17:38:00 05/31/09 17:53:37 337 1007 283 3,00 5,75

pile W 05/31/09 18:11:34 05/31/09 19:42:30 459 4171 326 2,00 10,50

pile W 05/31/09 20:00:42 05/31/09 20:28:42 4171 5396 478 10,50 13,75 5211

pile NO 05/31/09 20:44:28 05/31/09 22:22:30 950 5034 368 4,25 15,50 4902

pile SO 05/31/09 22:39:16 06/01/09 00:19:43 1007 5566 289 5,75 17,50 5450

Tripod

Gesamt 15563


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Bild 4-6: Pfahl SO - Blowcount & Energie versus Eindringung Curve


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Bild 4-7: Pfahl W - Blowcount & Energie versus Eindringung Curve


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Bild 4-8: Pfahl NO - Blowcount & Energie versus Eindringung Curve.

In Form eines Ablaufprotokolls folgt die Beschreibung der wesentlichen Ereignisse beim Einsatz des LBC.


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Datum Zeit Aktivität Beteiligte von

28. Mai. 20:00

Bespr. an Bord ODIN: ob 1 oder 2 oberer Blasenschleier wurde nicht entschieden bei Bespr. am 27.5 mit BMU. PvL: Praxis (="Zeitverlust") wird dies aber vorgeben. Entscheidung ob oberer Blasenschleier überhaupt kurz vorher entschieden; abhängig Vorhersage wie lange gutes Wetter, Tripod Installation darf nicht gefährdet werden. Prozeduren durchgesprochen (PvL: zum ersten Mal) und optimiert.

Herren Klingele, Mettbach, Nanninga, Andreas .. (Taucher Supervisor), Grunau, Mku, PvL

PvL

29. Mai. 15:00 Auslaufen ODIN Mku, PvL PvL

29. Mai. 15:30 Anfang laden Tripod durch Taklift Mku, PvL PvL

29. Mai. 16:00 Taklift längsseits Kai mit Tripod. Tugger Lines fest an Bein W

Mku, PvL PvL

29. Mai. 19:30 Ankunft Richtmeister WR, SK, Herr Knoll ( von BAM ) und Herr van Leest ( von BAM )

Mku

29. Mai. 22:00 Auslaufen Kottzov Mku

30. Mai. 5:00 Odin im Feld auf Position AV9 aufgejacked ( Aussage Herr Mandelsloh, Kamaraman )

Mku

30. Mai. 9:00

Anruf Herr Klingele per Funk von der Odin. Zeitfenster für Installation Tripod AV9 hat sich verkürzt. Einsatz 2.Oberer Blasenschleier nicht möglich, daher verbleibt 2.Oberer Blasenschleier in Eemshaven. Herr Mandelsloh und Herr Nanninga sollen mit Alisa abgeholt werden zur Odin. Erinnerung von Herrn Grunau an Vorbereitende Arbeiten auf der Odin für den Einsatz der Kompressoren. Antwort von Herrn Klingele, er möchte sich für Crewchange heute 19:00 Uhr bereithalten.

Herr Grunau, Herr Mandelsloh, Herr Nanninga, PvL, Mku

Mku

30. Mai. 9:45 - 10:45

Besprechung über Einsatz Blasenschleier und Einfluss auf Rammung mit Herrn Grunau, Richtmeister WR, SK, Herr Knoll ( von BAM ) und Herr van Leest ( von BAM ) , PvL und Mku.

siehe links Mku

30. Mai. 12:00 Sichtung TakLift 4 mit Tripod AV9 aus Westen mit Schlepper Unterstützung

Mku

30. Mai. 14:50

Herr Nanninga mit RIB von der Balticdiver zur Kottzov, um sein Gepäck zu holen. Nach kurzem Aufenthalt weiter zur Odin. Herr Nanninga: -Alisa gegen 13:00 nach Eemshaven gelaufen um einen Oberen Blasenschleier zu laden. Wird in der Nacht zurück am AV9 erwartet. -Wann und wer von der Kottzov zur Odin soll wird von der Odin per Funk durchgegeben. -Herr Nanninga bleibt heute Nacht auf der Odin.

Herr Nanninga, Mku

Mku

30. Mai. 14:55 Absenken von Tripod an AV9 hat begonnen. Mku

30. Mai. 17:30 Tripod auf Position abgesenkt, Taklift verbleibt im Feld aus eigener Kraft

Mku


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30. Mai. 19:00

Herr Klingele:- dritter Pfahl kommt heute um 22:00 Uhr zur Odin. -Plan morgen Mittag Rammbegin -Bereit für Übersetzen für Rammung und Blasenschleier morgen früh 07:00. -Schlepper Bankert holt zweiten Oberen-Blasenschleier

Herr Klingele Mku

30. Mai. 19:30 Erster Pfahl, NO, wird mit Vibrator angehoben und gesetzt Mku

30. Mai. 20:00 Vibrator vom ersten Pfahl abgehoben. Mku

30. Mai. 21:20 Zweiter Pfahl, SO, gesetzt und anvibriert Mku

30. Mai. 23:00 Kranausleger Odin abgelegt Mku

30. Mai. 23:30 Odin abgejacked, verholen mit Schlepper auf neue Position. Mku

31. Mai. 6:00 ODIN ist beim aufnehmen 3. Pfahl. Taklift noch immer im Feld. Alisa ist da mit oberer Blasenschleier und Traverse. ODIN liegt SW (nicht NW) von Tripod. Wellen aus O.

PvL

31. Mai. 7:00 Alisa mit Taucher/Rigger und Willem/bam, Stefan, Grunau, Mku, PvL zur ODIN.

PvL

31. Mai. 7:40

Besprechung an Bord ODIN. Mettbach, Klingele, Grunau, Mku, PvL. Mettbach erklärt die jetzige Lage: "Pfähle sind vorgerüttelt, 3. Pfahl hängt in Kran. Muss noch beide Deckel unten und oben raus brennen. Wetter bereits schlecht, wird noch schlechter gemäß Wettervorhersage. Zur Zeit Hs 1,5 m. Wetterbericht: Wind bleibt, wird Montag/Dienstag schlechter. Am Montag 15:00 müssen fertig sein, ODIN runter ins Wasser gejackt und Abfahrt nach Eemshaven. Zurück rechnen: 18 Stunden für Grouting und Restarbeiten am Tripod, einschl. Austausch Deckel Schläuche, also Sonntag 21:00 fertig sein mit rammen. Das bedeutet eigentlich müsste man um 09:00 (in eine Stunde!) anfangen mit rammen. Aber man braucht noch für vorbereiten 3. Pfahl, setzen, 1 oder 2 x Reihe um rütteln 6 Stunden. Also kann man erst um 14:00 anfangen mit rammen (5 Stunden zu spät). Also Zeit für obere Blasenschleier ist gar nicht da.

Klingele, Mettbach, Grunau, Mku, PvL

PvL

31. Mai. 7:41

Klingele will beide obere Blasenschleier zurück schicken nach Eemshaven. Vor allem No. 1 mit Alisa, weil Alisa gebraucht wird für Arbeiten im Feld (u.a. übersetzen Personal). Auf unserem Bitte das wenigstens die 2 unterer Blasenschleier eingesetzt werden, können wir Verteiler und Schläuche vorbereiten, vorbereitet sein für rüberlegen zum Tripod, sind ja nur 2 Schläuche. Entscheidung ob möglich fällt im letztem Moment.

Klingele, Mettbach, Grunau, Mku, PvL

PvL

31. Mai. 9:00

Verteiler wurde hingestellt an Deck neben Kompressor. 1 x kurzen Schlauch zum Kompressor angeschlossen. Wir sollten oberen Kompressor zur Sicherheit auch anschließen. (Wurde nicht gemacht durch uns)

Gru, Stefan, Willem, Mku

PvL

31. Mai. 9:30 Pfahl runter gelassen. Anfang ausbrennen obere Deckel Pfahl.

PvL


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31. Mai. 11:00 Kompressor laufen gelassen zum Test. Gru PvL

31. Mai. 11:15

Vorschlag für Grob-Protokoll für ISD, itap, Dewi, MENCK: Allgemein: Pfahl Nummer, etwa Eindringung. Dazu: Zeit, etwa Eindringung, Energie, Luft NO, SO, bar & m3/min.

PvL

31. Mai. 11:30 Der dritte Pfahl kam erst heute früh um 05:00, nicht wie geplant gestern um 22:00, da der Schlepper gegen starke Strömung ankämpfen musste.

Nanninga MKu

31. Mai. 11:45 Kran hebt Vibrator + 3. Pfahl PvL

31. Mai. 12:20 3. Pfahl (=W) gesetzt und vibriert. 2 Mann oben auf Tripod PvL

31. Mai. 12:31 Anfang NO vibrieren, nur ~ 1 min. PvL

31. Mai. 13:00

2 Schläuche Jumper fertig verbunden zum Tripoden. Anschluß durch Herrn Klingele an 2A3 ( NO) und 3A3 ( SO ). Nach 5 - 10 Minuten starke Blasenbildung an Oberfläche, jedoch durch Strömung in östliche Richtung vertrieben an Pfahl NO und SO

PvL

31. Mai. 13:10

Luftblasen sichtbar an Wasseroberfläche, beide untere Blasenschleier okay. NO und SO 7/7 bar. Wenig abtreiben nach Osten, nur einige m ( 5m aus Tiefe 25 m), es ist aber Stauwasser.

PvL

31. Mai. 13:40 Herr Rustemeier an Bord PvL

31. Mai. 13:55 Hammer angeschlagen, hoch und nach vorne schwenken. PvL

31. Mai. 14:15 1 Paar Schläuche über Linke Rolle gelegt PvL

31. Mai. 14:45 Hammer auf SO setzen. Kleine Undichtigkeit HD Schlauch von BAM Winde, daher Hammer vom Pfahl und vor Winden gehoben.

PvL

31. Mai. 16:18 1 x single blow. PvL

31. Mai. 16:21 Start driving SO. Kompr. 7/7 bar, 1600/1900 m3/min. 210 kJ, 42 bl./min.

PvL

31. Mai. 16:28 Stop SO. PvL

31. Mai. 16:38 Anvil on pile W PvL

31. Mai. 16:40 Start 40% PvL

31. Mai. 16:50 Stop W PvL

31. Mai. 17:00 Start NO PvL

31. Mai. 17:23 Stop NO PvL


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31. Mai. 17:37 Start SO. 7/7, ../1939. Blasen ~ 4 m weg. Stauwasser kommt.

PvL

31. Mai. 17:53 Stop SO. PvL

31. Mai. 18:11 Start W. Blasen 2 m weg von Pfahl. PvL

31. Mai. 18:18 Veranlassung Herr Mettbach ROV für Blasenschleier an SO. Gute Aufnahmen von ROV. Bild von Herrn Rustemeier: Blasen genau um Pfahl

PvL

31. Mai. 19:42 Stop W. Stop Kompressor, ROV soll rein. Blasen sind schnell weg (< 5 min.)

PvL

31. Mai. 19:50 Skizze Stefan mit Pfahlnummerierung: von ODIN aus gesehen: Links = P2 / A 13 = W, rechts = P1 / A 14 = SO, hinten = P3 / A 12 = NO.

Stefan PvL

30. Mai. 19:55 Stefan und Willem von Bord, Wilke und Henry an Bord PvL

31. Mai. 20:00 Start W (weiter). PvL

31. Mai. 20:28 Stop W durch Shackle (so eingestellt für letzte Meter rammen bis Endpenetration), Fertig!

PvL

31. Mai. 20:35 Luft wieder aktiv. 6,5 / 6,5 1340 / 1400. PvL

31. Mai. 20:43 Start NO PvL

31. Mai. 21:05 Abdrehen Luft, Wunsch Messschiff zur Referenz. PvL

31. Mai. 21:15 Wieder Start Luft

31. Mai. 21:45 Rustemeier: Haben genügend Messungen, von Bord. PvL

31. Mai. 21:46 Rustemeier: hatte bereits Klingele so informiert. PvL auf jedem Fall bis Ende versuchen zu messen nach alle Mühe und kein Einsatz oberer Blasenschleier.

PvL

31. Mai. 22:00 Kompressor gestoppt zum betanken. PvL

31. Mai. 22:05 Stop NO. PvL

31. Mai. 22:08 Start für letzte Strecke NO PvL

31. Mai. 22:10 Kompressor betanken beendet. Start Kompressor. PvL

31. Mai. 22:22 Schäkel stoppt Hammer = Ende NO. PvL

31. Mai. 22:38 Start SO PvL

31. Mai. 23:15 Test Reduzierung Liefermenge Kompr. Regeln Ventil Kompr. Zuerst NO zudrehen ("kneifen"). Sollte sein SO weil drauf gerammt wird.

PvL


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31. Mai. 23:25 Zudrehen SO 7,8 / 4,0 .. / 740. 8,0 / 4,0 1885 / 2500. 6,3 / 5,3 1630 / 1228. Blasen NO normal, SO weniger.

PvL

1. Jun. 0:00 Aufdrehen SO, zudrehen NO. 3,0 / 9,1 .. / 2076. Kompr. 9,8 2,9 / 9,5 .. / 2350. Blasen NO weniger, SO deutlich mehr.

PvL

1. Jun. 0:19 Stop Rammung SO. Stop Blasenschleier PvL

1. Jun. 0:35 ROV geguckt, Mettbach okay, 0,5 m vor Endpenetration. PvL

1. Jun. 1:15 Verteiler Anschlüsse alle frei gemacht, alle Luftschläuche an Deck weggeräumt.

PvL

1. Jun. 2:00 2 Mann auf Tripod, Jumper Schläuche zu Tripod zur ODIN Gezogen und weggeräumt.

PvL

1. Jun. 3:30 Alisa von ODIN zu Kotzov mit Wilke, Henry, Grunau, Mku, PvL

PvL

1. Jun. 17:00 ODIN bereits runtergejackt, im Feld, aber weg von Tripod AV9.

PvL

1. Jun. 17:05 Info Nanninga: Manndeckel (oben in Tripod mit 6 +1 Schläuche) wurde nicht ausgetauscht.

PvL

1. Jun. 18:30 Kotzov startet zur Fahrt nach Eemshaven. ODIN schon länger unterwegs.

PvL

1. Jun. 19:00

Doti > PvL: ODIN Grenze zum Runter Jacken ist 1,2 m. Wir hatten über 1,0 m, also war an der Grenze, speziell wegen der schweren Beladung. PvL: also war die Wettervorhersage gut, weil jetzt wird es auch schlechter wie vorhergesagt. DOTI: ja, wir haben ja 3 Wetterberichte, nehmen den Durchschnitt.

PvL

MENCK Mitarbeiter:

PvL: Pieter van Luipen

Mku: Michael Küchenmeister

WR: Wilke Remmers

SK: Stefan Kürschner


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4.4 Rückbau, Rücktransport und Demontage des gestuften Blasenschleiers (LBC)

Die beiden unteren Blasenschleier verblieben wie geplant an dem Tripod AV9. Der detaillierte Demontage- und Rücktransportablauf ist dem Anhang Nr. VII („Installationsprozedur Schallminderung für Multibrid-OWEA alpha ventus-Tripod AV9“) zu entnehmen. Die beiden oberen Blasenschleier und die Hebetraverse wurden inzwischen auf unserem Firmengelände im Freilager eingelagert. Eine weitere Verwendung von einem oder beiden oberen Blasenschleiern wäre aus Sicht der Firma MENCK wünschenswert, allerdings wird derzeit kein konkreter Anwendungsfall gesehen.

4.5 Zusammenfassung

MENCK hat erfolgreich eine ökonomisch sinnvolle Schallminderungsmaßnahme zur Rammung von Offshore-Windenergieanlagen konzipiert, konstruiert, hergestellt, montiert und zu Testzwecken bereitgestellt. Der Einsatz der unteren Blasenschleier führte in Strömungsrichtung zu der erwarteten signifikanten Schallminderung. Die vielen vertikal übereinanderliegenden Luftringleitungen des unteren und des oberen Blasenschleiers sollten dem bereits in der Konzeptionsphase des LBC antizipierten Vertreiben der Blasen durch die Meeresströmung entgegenwirken. Daher war die schallmindernde Wirkung gegen die Strömungsrichtung erwartungsgemäß gering, da der obere Blasenschleier aufgrund einer wetterbedingten, sicherheitsrelevanten Projektentscheidung nicht eingesetzt werden konnte.

Dennoch haben die Messergebnisse der Schallminderungsmaßnahme wie erwartet die starke Verringerung des Rammschalls untermauert und den grundsätzlichen Erfolg des „Little Bubble Curtain“ bestätigt.

Bild 4-9 zeigt die konzentrisch um den Pfahl A14 aufkommenden Blasen während des Betriebs der unteren Blasenschleier. Die Vormontage der Unterwasserschallminderungs-maßnahmen an den Gründungsstrukturen an Land hat sich, hinsichtlich kurzer Installationszeiten im Offshore Einsatz, als sehr vorteilhaft erwiesen und sollte in zukünftigen Konzepten für Schallminderungsmaßnahmen bedacht werden.


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Bild 4-9: Blasenaufkommen an der Wasseroberfläche am Pfahl A14 im Testfeld alpha ventus

4.6 Ausblick

Eine weitere Erprobungsmöglichkeit des oberen Blasenschleiers wird an einer Gründungsstruktur im Offshore-Windparkbereich gesehen. Hier könnten Erfahrungen aus diesem Vorhaben einfließen. Des Weiteren ist eine Anwendung im Hafen- und Brückenbau vorstellbar, da auch hier Unterwasserschallemissionen durch Pfahl- oder Spundbohlenrammung auftreten.

Ein bewährtes Schallschutzkonzept als gereiftes Serienmodell würde hinsichtlich der Handhabung und Effizienz bei der Installation weiter optimiert werden. So ist beispielsweise ein modifizierter oberer Blasenschleier als ein gesamtes Unterwasserschallminderungs-betriebssystem denkbar. Integrative Schallschutzkonzepte könnten, analog zu den von MENCK betriebenen Überwasser-Schallschutzlösungen (siehe Bild 4-10), vor den Rammaktivitäten direkt am Hammer vorinstalliert werden und Montage- bzw. Demontagezeit auf ein Minimum reduzieren. Zudem wäre es vorstellbar, die Luftblasen innerhalb eines zylinderförmigen Faltenbalgs aufsteigen zu lassen, um den Einflüssen der Meeresströmung zu entgehen. Für die Erprobung wäre eine Monopfahlgründung oder ein Testpfahl geeignet.


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Bild 4-10: MENCK Faltenbalg als Überwasser-Schallschutzsystem

Abschlussbericht: „Schall alpha ventus“ - Messung der Hydroschallpegel

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5 Messung der Hydroschallpegel

5.1 Zielsetzung

Die Messungen sollten effizient die Wirkung des Blasenschleiers und die Abhängigkeit von relevanten Einflussparametern abbilden. Der wesentliche äußere Einflussparameter ist die Meeresströmung, da diese die Luftblasen potentiell aus dem Schallweg vertreibt. Daher wurden Messpositionen in Relation zur dominanten Strömungsrichtung definiert, die im Bereich von alpha ventus in Ost-West-Richtung verläuft.

Die wesentlichen Ziele des Teilprojekts A lassen sich wie folgt zusammenstellen:

• Messen der Schalldruckverläufe in unterschiedlichen Richtungen und Entfernungen

• Bewertung der Wirksamkeit des gestuften Blasenschleiers unter Offshore-

Bedingungen.

• Feststellung des Einflusses der Strömung auf die Schallminderungswirkung des

Blasenschleiers im Betrieb.

• Untersuchung des Einflusses der Rammenergie auf die Schalldruckpegel.

Die Quantifizierung der Wirkung des Blasenschleiers erfolgt durch den Vergleich von Rammzeiten mit und ohne Blasenschleierbetrieb. Diese Betriebszustände wurden während der Rammaktion durch Ein- und Ausschalten der Luftzufuhr eingestellt. In der hier dokumentierten Rammdauer wurde der durchgehende Betrieb des Blasenschleiers dreimal unterbrochen.

Ferner standen Messungen zu Variationen der Luftmenge und der „Beschaltung“ der Blasenschleierstufen auf dem Messplan. Diese konnten jedoch, wegen der bereits erläuterten witterungsbedingten Einschränkungen bei der Umsetzung der Minderungsmaßnahme, nicht umgesetzt werden.

Nicht Gegenstand der hier dokumentierten Messungen und Auswertungen ist die Schallausbreitung und Parameterstudien z.B. zur Wassertiefenabhängigkeit der Schallemissionen und -immissionen und zum Einfluss der Struktur der Bauplattform (Reflektionen und Abschattungen) auf die Schallabstrahlung.


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5.2 Schalltechnische Messgrößen

von Klaus Betke (ITAP)

Schall ist eine rasche, oft periodische Schwankung des Drucks, die dem Umgebungsdruck (im Wasser also dem hydrostatischen Druck) additiv überlagert ist. Damit verbunden ist eine "Hin-und-her-Bewegung" der Wasserteilchen, die üblicherweise durch deren Geschwindigkeit, die Schallschnelle (engl. particle velocity), beschrieben wird. Die Schallschnelle ist nicht mit der Schallgeschwindigkeit c, also der Ausbreitungsgeschwindigkeit des Schalls zu verwechseln, die in Wasser etwa 1500 m/s beträgt, sondern sehr viel kleiner.

Schalldruck p und Schallschnelle v sind über die akustische Kennimpedanz Z des Mediums verknüpft:

Z = p/v 5.2.1

Im Fernfeld, d.h. in einigem Abstand von der Schallquelle, ist die Impedanz gegeben durch

Z = ρ c 5.2.2

Hierin ist ρ die Dichte des Mediums. Für eine Schalldruckamplitude von beispielsweise 1 Pa (entspricht bei einem sinusförmigen Signal einem Schallpegel von 117 dB re 1 µPa bzw. einem Spitzenpegel von 120 dB re 1 µPa, siehe unten) erhält man daraus für die Schallschnelle in Wasser einen Wert von ca. 0.7 µm/s.

In der Schalltechnik werden Geräusche meistens nicht direkt durch die Größe Schalldruck (oder Schallschnelle) beschrieben, sondern durch den aus der Nachrichtentechnik bekannten Pegel in dB (Dezibel). Es gibt verschiedene Schallpegel; für die vorliegende Fragestellung sind folgende von Bedeutung:

– Äquivalenter Dauerschallpegel Leq

– Einzelereignispegel LE (identisch mit dem Sound Exposure Level SEL)

– Spitzenpegel Lpeak

Der Leq und der LE können sowohl frequenzunabhängig angegeben werden, d.h. als breitbandige Werte, als auch frequenzaufgelöst z.B. in 1/3-Oktav-Bändern. Mit dem vom BSH und UBA genannten Vorsorgewert bei Rammarbeiten von 160 dB re 1 µPa in 750 m Entfernung ist der breitbandige Einzelereignispegel LE eines einzelnen Rammschlags gemeint. Das zweite Kriterium des BSH/UBA-Wertes betrifft den Spitzenpegel Lpeak (siehe unten), der 190 dB re 1µPa in 750 m Entfernung nicht überschreiten darf.


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Äquivalenter Dauerschallpegel, Leq

Der Leq ist die gebräuchlichste Messgröße in der Schalltechnik und ist definiert als

= ∫

T

eq dtp

tp

TL

020

2)(1log10 dB 5.2.3

Hierin sind p(t) der Schalldruck, p0 der Bezugsschalldruck 1 µPa und T die Mittelungszeit- Die beobachteten Schalldrücke p sind also zu quadrieren, von den Quadraten ist der Mittelwert über die Zeit T zu bilden die und dieser Mittelwert durch p0² zu teilen. Der mit 10 multiplizierte Logarithmus von diesem Wert ist das Ergebnis in dB.

Einzelereignispegel, SEL

Zur Charakterisierung von Rammgeräuschen ist der Leq allein kein ausreichendes Maß, denn er hängt nicht nur von der Stärke der Rammschläge ab, sondern auch von der Mittelungszeit und von den Pausen zwischen den Impulsen. Besser geeignet ist der Einzelereignispegel (Sound exposure level, SEL, im deutschen Sprachraum auch mit LE abgekürzt), der etwas anders definiert ist als der Leq:

= ∫

2

120

2

0

)(1log10

T

T

E dtp

tp

TL 5.2.4

Anfangszeit T1 und Endzeit T2 der Mittelung sind so zu wählen, dass das Schallereignis zwischen T1 und T2 liegt. T0 hat den Wert 1 Sekunde. Der Einzelereignispegel eines Schallimpulses ist damit der Pegel (Leq) eines kontinuierlichen Schalls von 1 s Dauer und der gleichen Schallenergie wie der Impuls.

Als "Schallereignis" wird im Folgenden überwiegend der einzelne Rammschlag verstanden. Hinsichtlich der biologischen oder medizinischen Wirkung der Geräusche kann es sinnvoll sein, auch Folgen von mehreren Schlägen bis hin zum gesamten Einbringvorgang eines Rammpfahls als Schallereignis zu betrachten. Manchmal ist dann von "kumulativem SEL" die Rede. 10 gleich starke Rammschläge hätten dann einen SEL, der 10 dB über dem des Einzelschlag-SEL liegt, bei 100 Schlägen wäre die Differenz 20 dB, und so weiter.

Der LE kann aus dem Leq berechnet werden:

( )T

nTL hgeq LL

E010/10/

log101010log10 −−= 5.2.5

Hierin ist n die Anzahl der Schallereignisse, also der Rammschläge, innerhalb der Zeit T. Wie vor ist T0 = 1 s. Die Anwendung von Gleichung 5.2.5 auf eine Leq-Messung liefert somit den mittleren LE von n Schallereignissen. Lhg ist der Stör- bzw. Hintergrundpegel zwischen den


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Schallereignissen. Wenn der Pegel des Störschalls deutlich niedriger (z.B. 10 dB) als der Rammschall ist, kann mit guter Genauigkeit mit einer Vereinfachung von Gleichung 5.2.5 gerechnet werden:

T

nTLL eqE

0log10−≈ 5.2.6

Spitzenpegel, Lpeak

Diese Größe ist ein Maß für Schalldruckspitzen. Im Gegensatz zu Leq und LE gibt es keine Mittelwertbildung:

Lpeak = 20 log (|ppeak| / p0) 5.2.7

Hierin ist ppeak der maximal festgestellte positive oder negative Schalldruck, also das Maximum von pmax und |pmin|, wenn pmax der höchste und pmin der maximal negative Schalldruck ist. Der Spitzenpegel Lpeak ist stets höher als der Einzelereignispegel LE, bei Rammgeräuschen beträgt dieser Unterschied 20 bis 25 dB. Einige Autoren bevorzugen die in der Schallmesstechnik weniger gebräuchliche Angabe eines Peak-to-Peak-Wertes, also

Lpp = 20 log ((pmax - pmin) / p0) 5.2.8

Aus Gleichung 5.2.8 folgt, dass Lpp maximal 6 dB größer sein kann als Lpeak. In der Praxis stellt man bei Rammgeräuschen einen Unterschied von 5 bis 6 dB fest.

Frequenzgewichtungen

Um Einzahl-Pegelwerte berechnen zu können, die auch dem Hörvermögen der jeweiligen Art Rechnung tragen, wurden – analog zur bekannten A- und C-Gewichtung beim Luftschall – Frequenzgewichtungen vorgeschlagen (Southall et al.(2007). Diese "M-Gewichtungen" sind für verschiedene Meeressäuger etwas unterschiedlich. Die für "HF cetaceans" angegebene Kurve beispielsweise schwächt Signalanteile unterhalb von 300 Hz und oberhalb von 100 kHz ab. Mit HF cetaceans sind Zahnwale gemeint, deren Hörvermögen grob den Frequenzbereich von 200 Hz bis 180 kHz überstreicht, dazu gehört auch der Schweinswal.


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5.3 Randbedingungen am Standort, Messprogramm und Einzelauswertungen

Randbedingungen am Standort

Der Test des prototypischen Systems fand im Zuge der Errichtung des deutschen Offshore-Testfeldes alpha ventus in der deutschen AWZ ca. 45 km nordwestlich der Nordseeinsel Borkum statt. Die nachstehende Tabelle fasst wesentliche Daten, die für die Vergleichbarkeit mit anderen Blasenschleier-Erprobungen hilfreich sind, zusammen.

Tabelle 5-1: Randbedingungen zu Standort (Areva/Multibrid M5000, Anlage AV9)

Wassertiefe in m

Pfahl-durchmesser

in m

Typ Schlagramme

Maximale, applizierte

Rammenergie in kJ

Anzahl Schläge pro

Pfahl

Eingesetzte Luftmenge in

m³/min (atm. Bed.)

29 2.5 MENCK MHU500T

475 (West-Pfahl)

ca. 5000 ca. 45

An Bord der Hubinsel wurden zwei Druckluftkompressoren mit einem Ansaugvolumen von jeweils 45 m³/min vorgehalten. Diese Luftmenge war dafür ausgelegt, die beiden gestuften Blasenschleier an den Pfählen Nordost und Südost des Tripods AV9 zu betreiben. Da wetterbedingt die beiden oberen Teile der Blasenschleier nicht eingesetzt werden konnten, reduzierte sich die Anzahl der Blasenschleierebenen von zehn auf vier (siehe Bild 4-1). Dadurch konnte nur noch ein Kompressor eingesetzt werden, der die beiden unteren Blasenschleier mit Druckluft versorgte. Sowohl eine Teilabschaltung der Blasenschleier als auch eine Reduktion der Luftmenge waren somit nicht mehr möglich. Um die Wirksamkeit der beiden unteren Blasenschleier zu ermitteln, wurde der Kompressor ausgeschaltet.

Messpositionen

Die Ankerpositionen für die beiden Schiffe Baltic Taucher 2 (DEWI) und Arne Tiselius (ISD, itap) wurden in möglichst gleicher Entfernung zur Schallquelle gewählt, um die Ergebnisse leichter vergleichen zu können. Die angestrebte Entfernung von 500 m liegt außerhalb des Nahbereichs der Schallquelle, wo mit Beeinträchtigungen der Messungen durch lokale Effekte (z.B. Reflektionen und Abschattungen durch die Bauplattform, Richtcharakteristika der Schallabstrahlung und angeregten Sekundärschallquellen) zu rechnen ist. Die gewählte Position bei ca. 500 m ist dennoch genügend nah an der Baustelle, um für die Fernwirkung der Schallemission relevante Schalldruckpegel messen, aber gleichzeitig auch den Arbeitsprozess verfolgen und protokollieren zu können. Während das Schiff Baltic Taucher 2 (DEWI) durchgehend östlich des Tripods der AV9 ankerte, änderte die Arne Tiselius (ISD, itap) während der Rammung ihre Ankerposition von zunächst 240° (annähernd quer zur Strömung) auf 300° (etwa Gegenrichtung zur Baltic Taucher 2). Im Detail ergaben sich die Positionen aus der Abstimmung mit der Bauleitung und den jeweils aktuellen Erfordernissen im Baugebiet. Naturgemäß schwankt die Position eines in der Strömung vor Anker liegenden Schiffes durch die Länge der gesteckten Ankerkette. Wegen des Schwojens des Schiffes wurden die Schiffspositionen bzw. die jeweiligen Entfernungen zur Baustelle protokolliert.


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Bild 5-1: Skizze der Messpositionen


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5.3.1 Messung 500 m östlich vom Emissionsort

von Joachim Gabriel, Thomas Neumann (DEWI)

Die Messungen des DEWI an der Messposition östlich der Baustelle erfolgten am 31.05.2009 in der Zeit von 16:20 Uhr bis 00:20 Uhr am 01.06.2009.

Die Messungen wurden von den DEWI Mitarbeitern Hauke Decker und Joachim Gabriel von Bord der Baltic Taucher 2 aus durchgeführt. Das Schiff lag dabei an der Position östlich der Baustelle vor Anker. Die Ankerposition (Ost-Richtung und angestrebte Baustellenentfernung von 500 m) wurde mit dem Schiffsradar bestimmt. Durch das Schwojen bedingt durch Strömung, Wind und Länge der gesteckten Ankerkette schwankte die Position. Die Schiffsposition (GPS-Daten) wurde protokolliert und auf dieser Datenbasis die Entfernungen zur Baustelle ermittelt.

Bild 5-2: Baustelle von Baltic Taucher 2 aus gesehen (DEWI)


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Bild 5-3: Entfernung von Baltic Taucher 2 zur Baustelle (aus GPS-Daten, DEWI)

Verwendete Messgeräte

Audiorecorder: Fostex FR-2

Hydrophon: Brüel & Kjaer 8105

Hydrophonkalibrator: Brüel & Kjaer 4229

Ladungsverstärker: Brüel & Kjaer NEXUS 2692

Ankerposition: Schiffsradar

Positionsbestimmung: Garmin GPS 72

Schallpegelmesser: Brüel & Kjaer 2236 DEWI Nr.2, geeicht

Frequenzanalysator: Brüel & Kjaer 2143


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Messaufbau

Für die Messungen des DEWI an der Messposition östlich der Baustelle wurden mit Gewichten beschwerte Hydrophone an den Seiten des Schiffes ins Wasser gelassen. Ausgewertet und im Folgenden dokumentiert sind die Messwerte des Hydrophons an der Backbordseite. Das folgende Bild zeigt eine Skizze der Anordnung.

Bild 5-4: Skizze der Messgeometrie (ohne Maßstab, DEWI)


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Die Eintauchtiefe des Hydrophons wurde näherungsweise aus dem protokollierten Eintauchwinkel des Hydrophonkabels abgeleitet. Strömungsbedingt variierte die vertikale Eintauchtiefe im Bereich von ca. 10 bis 16 m.

Bild 5-5: Eintauchtiefe des Hydrofons (DEWI)

Bild 5-6: Hydrophon mit Schutzkorb und Gewicht (DEWI)


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Bild 5-7: Hydrophonkabel an der Bordwand (DEWI)

Das Hydrophonsignal wurde für die Laborauswertung mit einem Audiorecorder aufgezeichnet. Für jeden Messaufbau wurde zusätzlich das Signal des Hydrophonkalibrators (250 Hz) registriert. Parallel wurden die aktuell gemessenen Pegel als 1-Sekundenmittelwerte des äquivalenten Dauerschallpegels von einem geeichten Schallpegelmesser der Klasse 1 aufgezeichnet und die Momentanwerte angezeigt.

Mit Ausnahme von 5 Minuten (22:04 Uhr bis 22:09 Uhr) wurde die gesamte Rammaktion kontinuierlich aufgezeichnet und dokumentiert. Die Schlagfrequenz variierte im Laufe der Baumaßnahme im Bereich von ca. 34 bis 44 Schlägen pro Minute (ausgezählt).

Die folgenden Diagramme zeigen die Ergebnisse der Pegelauswertungen für die Zeitbereiche 16:20 Uhr bis 17:30 Uhr (Ostströmung) und 20:55 Uhr bis 21:36 Uhr (Westströmung).

Abschlussbericht: „Schall alpha ventus“

Bild 5-8: 1-Sekunden-Mittelwerte der gemessenen Schalldruckpegel 16:20 Uhr

Bild 5-9: 1-Sekunden-Mittelwerte der gemessenen Schalldruckpegel 20:55 Uhr


Mittelwerte der gemessenen Schalldruckpegel 16:20 Uhr - 17:30 Uhr (DEWI)

Mittelwerte der gemessenen Schalldruckpegel 20:55 Uhr - 21:36 Uhr (DEWI)

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17:30 Uhr (DEWI)

21:36 Uhr (DEWI)


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Bild 5-10: 10-Sekunden-Mittelwerte des äquivalenten Dauerschallpegels und Spitzenwerte (Messzeit: 16:20 Uhr bis 17:30 Uhr, DEWI)

Bild 5-11: 10-Sekunden-Mittelwerte des äquivalenten Dauerschallpegels und Spitzenwerte (Messzeit: 20:55 Uhr bis 21:36 Uhr, DEWI)


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Frequenzanalysen

Die folgenden Bilder zeigen Frequenzanalysen des östlich des Emissionsortes gemessenen Rammschalls. Dabei werden exemplarisch drei markante Zeiträume betrachtet, die durch folgende Strömungsbedingungen und Betriebszustände des Blasenschleiers charakterisiert sind:

1. Ab 16:25 Uhr West-Ost-Strömung (viele Blasen im Schallausbreitungsweg) BS in Betrieb

2. Ab 21:00 Uhr Ost-West-Strömung (wenige Blasen im Schallausbreitungsweg) BS in Betrieb

3. Ab 21:16 Uhr Ost-West-Strömung (wenige Blasen im Schallausbreitungsweg) BS außer Betrieb

Die Bilder 5-12 bis 5-14 stellen Schmalbandspektren für diese drei Zeitbereiche dar.

Bild 5-12: 1/24 Oktav Spektrum des Rammgeräusches ab 16:25 Uhr (W-O, BS ein, DEWI)


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Bild 5-13: 1/24 Oktav Spektrum des Rammgeräusches ab 21.00 Uhr (O-W, BS ein, DEWI)

Bild 5-14: 1/24 Oktav Spektrum des Rammgeräusches ab 21.16 Uhr (O-W, BS aus, DEWI)


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Eine Auffälligkeit stellt die in Bild 5-13 zu erkennende tonale Komponente bei ca. 1 kHz dar, Die entsprechenden Spektrallinien treten bei Betrieb des Blasenschleiers hervor und sind bei abgeschalteten Kompressoren unauffällig. Dieser Effekt ist auch in den in Bild 5-16 dargestellten Terzspektren erkennbar. Durch die in diesem Zeitbereich herrschende Ost-West-Strömung wurden die Blasen aus dem Schallweg vertrieben. In dem 1 kHz-Terzband führt der Betrieb des Blasenschleiers sogar zu einer Pegelanhebung von ca. 5 dB. Für den Summenpegel des Rammgeräusches ist das 1kHz-Frequenzband jedoch nicht pegelbestimmend und für das Dämpfungsverhalten des Blasenschleiers ohne Meeres-strömungseinfluss ohnehin nicht relevant.

In Bild 5-15 ist der Mittelwert (dicke Linie) und die Terzspektren der einzelnen-Rammstöße-(dünne Linien) des ab 16:25 Uhr gemessenen Rammschalls eingezeichnet. Bedingt durch die Gezeitenströmungsrichtung war der Blaseneintrag im Schallausbreitungsweg in dem analysierten Zeitbereich erheblich. Für diese Strömungsverhältnisse gibt es keine Vergleichsmessdaten für das Rammgeräusch ohne Blasenschleier, da die Kompressoren im entsprechenden Zeitbereich kontinuierlich betrieben wurden. Eine vergleichende Betrachtung mit den anderen Messpositionen erfolgt in den entsprechenden Kapiteln dieses Berichtes.

Bild 5-15: Terzspektren des Rammgeräusches ab 16:25 Uhr (W-O, BS ein, DEWI)


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Bild 5-16: Terzspektren des Rammgeräusches ab 21:00 Uhr (LBC „ein“) und 21:16 Uhr (LBC „aus“) (DEWI)

5.3.2 Messung 500 m westlich vom Emissionsort


An dieser Position war das Schiff Arne Tiselius mit Messteams von ISD und itap eingesetzt. Zunächst wurde eine Position ca. 500 m westsüdwestlich von der Baustelle zugewiesen, von der aus eine ungestörte Messung während der gesamten Rammarbeiten möglich sein sollte und die Arne Tiselius deshalb ankerte. Diese Position musste jedoch am 31.05.2009 um 18 Uhr MESZ geräumt werden, um dem Kabelverlegeschiff Stemat 82 die Durchfahrt zu ermöglichen. Wegen des Wechsels auf die neue Position etwa 500 m westnordwestlich der Baustelle musste die Messung etwa eine Stunde lang unterbrochen werden (Bild 5-17).

Durch den Ortswechsel und die Wirkung der Tidenströmung auf das ankernde Schiff schwankte der Abstand zum Tripod AV9 zwischen 460 m und 560 m. Ab 20:00 Uhr, als sich eine stabile Strömung in westlicher Richtung ausgebildet hatte, war der Abstand konstant etwa 550 m.

Bei der Messung vom itap wurde ein Hydrophon vom Typ Reson TC4033 in 10 m Tiefe mit einem Messverstärker Brüel & Kjaer 2635 benutzt. Das Signal wurde mit einem Recorder Tascam HD-P2 mit einer Abtastfrequenz von 96 kHz aufgezeichnet. Der nutzbare Frequenzbereich betrug etwa 10 Hz bis 40 kHz. Als Redundanz wurde gleichzeitig ein zweites Messsystem betrieben, mit einem Hydrophon Reson TC4033 in 6 m Tiefe. Die weitere Messkette bestand aus einem Messverstärker Metra M68D1 und einem Recorder Marantz PMD670. Die Aufzeichnungsbandbreite betrug 10 Hz bis 22 kHz.

Zur Auswertung wurde ein in MATLAB geschriebenes Programm benutzt. Die Signale wurden dabei in Abschnitte von 30 s Dauer unterteilt und für jeden Abschnitt Lpeak, Leq und


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SEL berechnet. Der SEL wurde nach Gleichung 5.2.5 aus dem Leq bestimmt, wobei die Anzahl der Rammschläge in jedem 30-Sekunden-Intervall über einen einfachen Schwellwertdetektor vom Programm gezählt wurde. Zum Einstellen wurden die Signale in einem Wave-Editor (Adobe Audition 1.5) visuell geprüft und ein geeigneter Schwellwert abgelesen.

Für jedes Intervall wurde außerdem ein 1/3-Oktav-Spektrum berechnet. Bild 5-18 zeigt beim Rammen des Nordost-Pfahls ermittelte Spektren. Zur Zeit der Aufnahme verlief die Tidenströmung in westlicher Richtung, so dass sich zwischen Rammpfahl und Messposition viel blasenhaltiges Wasser befand und ein deutlicher Pegelunterschied zwischen dem Rammen mit und ohne Luftblasen feststellbar war.

Bild 5-17: Etwa 500 m westlich von der Baustelle gemessener Pegelverlauf (itap)

140

150

160

170

180

190

200

210

16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 21:00 22:00 23:00 0:00

dB

re 1

µP

a

31. Mai 2009, MESZ

Messposition "Arne Tiselius", Entfernung = 460...560 m, Richtung = 240...300°

SEL L peak L eq

Position 240°,Entfernung 460 - 560 m

Position 300°,Entfernung 490 - 560 m

Messpa

use

un

d P

ositio

nsw

echse

lw

ege

n D

urc

hfa

hrt

des K

abe

llege

rs


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Bild 5-18: Spektren des Schallsignals beim Rammen des Südost-Pfahls von AV9 (itap).

In Bild 5-18 bildet die Kurve "Ramme aus" den Zustand in einer Rammpause bei eingeschaltetem Blasenschleier ab, d.h. den durch Schiffe und Aggregate verursachten Hintergrundschall im Baustellenbereich. Eigengeräusche des Blasenschleiers konnten in dieser Umgebung nicht identifiziert werden.

100

110

120

130

140

150

160

170

180

10 100 1 000 10 000

SE

L (

1/3

-Okta

v),

dB

re

1 µ

Pa

Frequenz, Hz

Messposition "Arne Tiselius", Entfernung = 520...560 m, Richtung = 270°

21:15 Blasen aus

20:55 Blasen ein

22:10 Blasen aus

22:15 Blasen ein

20:30 Ramme aus


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5.3.3 Weitere Messpunkte


Im Rahmen der ökologischen Begleituntersuchungen zu alpha ventus wurde während der Bauphase an verschiedenen Stellen der Unterwasserschall gemessen. Dazu wurden autonom arbeitende Aufzeichnungsgeräte eingesetzt (Betke & Matuschek 2010). Die Geräte wurden an den Positionen von Schweinswaldetektoren (PODs, porpoise detectors) an deren Verankerungen installiert, die im Seegebiet ausgelegt waren (Diederichs et al. 2009). Während der Rammarbeiten zu AV9 waren an zwei Stellen solche Messbojen westlich von der Baustelle in Betrieb:

– POD T4, 54°00.23'n 06°35.00'e, Entfernung zu AV9 = 2400 m, Richtung = 260° – POD T10, 53°59.25'n 06°21.60'e, Entfernung zu AV9 = 17.5 km, Richtung = 263°

Eine weitere Messboje war an der POD-Position T3, 54°00.25'n 06°37.78'e, etwa 800 m südöstlich von AV9 platziert. Offenbar wurde das System jedoch einige Tage vor den Arbeiten bei AV9 von einem Anker eines Baufahrzeugs erfasst und beschädigt. Dabei wurde unter anderem das Kabel mit dem Hydrophon abgerissen und das POD-System mitsamt dem rund 800 kg schweren Ankerstein mehrere hundert Meter von der Sollposition gezogen.

Das Hydrophon befand sich jeweils etwa 1.5 m über dem Meeresboden. Die Geräte zeichneten kontinuierlich Zeitsignale auf (zur besseren Handhabbarkeit in 2 Stunden lange Abschnitte unterteilt). Zur Auswertung wurde wie in Abschnitt 0 beschrieben verfahren. Der Pegel-Zeit-Verlauf für den 2400 m entfernten Messpunkt T4 ist in Bild 5-19 dargestellt. Am 17 km entfernten Messpunkt T10 (Bild 5-20) wurde der SEL nicht ausgewertet, da der Schallpegel mit Blasenschleier für eine zuverlässige automatische Erkennung und Zählung der Rammschläge nicht ausreichend hoch über dem Hintergrundpegel lag, vor allem ab etwa 21 Uhr. Selbstverständlich ist an diesem Messpunkt der zahlenmäßige Unterschied zwischen SEL und Leq aber der gleiche wie an den anderen Positionen, d.h. im Mittel etwa 1.5 dB.

Bild 5-19: Pegelverlauf in 2.4 km Entfernung von der Baustelle (itap)

140

150

160

170

180

190

200

210

16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 21:00 22:00 23:00 0:00

dB

re

1 µ

Pa

31. Mai 2009, MESZ

Messposition T4, Entfernung = 2400 m, Richtung = 260°

SEL L peak L eq

SE W NE SE W NE SE

Tripod-Pfahl (Himmelsrichtung)


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Bild 5-20: Pegelverlauf in 17.5 km Entfernung von der Baustelle (itap)

Ergänzend wurden aus dem Pegel-Zeit-Verlauf für den 2400 m westlich gelegenen Messpunkt T4 die Zeitabschnitte extrahiert, in denen der Südost-Pfahl gerammt wurde (in Bild 5-19 mit "SE" gekennzeichnet) und eine Pegelstatikstik erstellt (Bild 5-21). Für den SEL zeigt sich eine Häufung bei 150 dB und ein kleineres lokales Maximum bei 160 dB. Das erste Maximum ist der Rammung nach 22:30 Ortszeit und Westströmung zuzuordnen, das kleinere Maximum dem Zeitraum zwischen 16 und 18 Uhr, als der Blasenschleier durch Ostströmung verdriftete.

Bild 5-21: Häufigkeitsverteilung von Einzelereignispegel (SEL) und Spitzenpegel (Lpeak) beim Rammen des Südost-Pfahls, Messpunkt T4 in 2.4 km Entfernung, Daten aus Bild 5-19 (itap)

110

120

130

140

150

160

170

180

16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 21:00 22:00 23:00 0:00

dB

re 1

µP

a

31. Mai 2009, MESZ

Messposition T10, Entfernung = 17.5 km, Richtung = 263°

L peak L eq

SE W NE SE W NE SE

Tripod-Pfahl (Himmelsrichtung)


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5.4 Ergebnisse

von Jörg Rustemeier (ISD)

Um die unterschiedlichen Einflüsse wie Rammenergie, Strömung und Betriebszustand des Blasenschleiers auf die Schalldruckpegel erfassen zu können, wurden die Daten über einer gemeinsamen Zeitbasis (MESZ) dargestellt (Bild 5-22).

Rammenergie

Die Rammenergie und deren Zuordnung zu den drei Rammpfählen des Tripods konnten dem Rammprotokoll der Firma MENCK entnommen werden. Der zeitliche Verlauf der Rammenergie ist in Bild 5-22 (oben) dargestellt. Farblich kodiert sind die drei Rammpfähle, von denen die Pfähle Nr. 2 und 3 (Nordost- und Südostpfahl) mit dem vorinstallierten Blasenschleier versehen sind. Am Westpfahl (Pfahl 1) ist kein Blasenschleier installiert (rote gestrichelte Linie).

Zwischen 16:20 Uhr und 18:00 Uhr (MESZ) wurde mit vier Schlaggruppen der Tripod ausgerichtet, wobei ausschließlich über der Wasserlinie gerammt wurde. Von ca. 18:10 Uhr bis 20:30 Uhr wurde der Westpfahl (Pfahl 1) bis auf Endtiefe gerammt. Während der Rammpause um 19:45 Uhr wurde mit Hilfe eines Unterwasserroboters die Eindringtiefe des Pfahls festgestellt. Weiterhin wurden ab ca. 20:40 Uhr der Nordostpfahl (Pfahl 2) und ab ca. 22:40 der Südostpfahl (Pfahl 3) bis auf Endtiefe gerammt.

Betriebszustand des Blasenschleiers

Da die beiden mobilen Teilsysteme des Blasenschleiers wetterbedingt nicht installiert werden konnten, wurden nur die beiden am den Pilesleeves vorinstallierten Teilsysteme in Betrieb genommen. Dabei handelt es sich um jeweils vier Düsenrohrringe mit einem maximalen Durchmesser von acht Metern, die sich im unteren Viertel der Wassersäule befinden. Weil durch den Wegfall der mobilen Systeme nur etwa ein Drittel der Düsenrohrlänge mit Druckluft zu versorgen war, konnte lediglich einer der beiden Kompressoren (Fördermenge ca. 45 m³/min) eingesetzt werden. Da keine Zwischenzustände eingestellt werden konnten, war eine Variation der Druckluftmenge nicht möglich.

Der Betriebszustand des Blasenschleiers ist in Bild 5-22 (Mitte) dargestellt. Die zugehörige Ordinate befindet sich auf der rechten Seite. Der Kompressor wurde während der Rammarbeiten dreimal abgeschaltet:

• Um ca. 19:45 Uhr (Messung der Penetration mittels Unterwasserroboter) • Um ca. 21:06 Uhr (Bewertung der Wirkung des Blasenschleiers) • Um ca. 22:01 Uhr (Betanken des Kompressors)

Ausgewertete Schalldruckpegel

Die Schalldruckverläufe wurden vom ISD (westliche Position, siehe Bild 5-1) und vom DEWI (östliche Position) mit Hydrophonen aufgezeichnet (siehe Abschnitt 5.3). In diesen Schalldruckverläufen wurden die einzelnen Rammschläge detektiert. Für jeden Rammschlag wurde nach Formel 5.2.7 der Spitzenschalldruckpegel (Lpeak) und nach Formel 5.2.4 der Einzelereignis-Schalldruckpegel (Sound exposure level, SEL) berechnet. In Bild 5-22 (Mitte) sind für alle ausgewerteten Rammschläge Spitzen- und Einzelereignispegel von ISD und DEWI als Punkt dargestellt.


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Bild 5-22: Darstellung des zeitlichen Verlaufs der Rammenergie (oben), des Betriebszustandes des Blasenschleiers und der ausgewerteten Schalldruckpegel (Mitte) sowie der mittleren Strömung bei FINO1 (unten) (ISD)


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Einfluss des Abstandes von der Schallquelle auf die Schalldruckpegel

Beim Vergleich der von ISD/itap und DEWI ausgewerteten Schalldruckpegel ist der unterschiedliche Abstand von der Schallquelle zu berücksichtigen. Die Pegeldifferenz infolge unterschiedlicher Entfernungen kann vereinfacht mit der Formel

∆L = k log10(RW/RO) 5.4.1

(aus Elmer, Betke und Neumann (2007), Seite 37) abgeschätzt werden. Um etwa 17:00 Uhr betrugen die Messentfernungen zur Schallquelle etwa RW = 490 m im Westen und RO = 770 m im Osten. Mit k = 15 erhält man eine Pegeldifferenz von etwa -3 dB. Um den Entfernungsfehler zu berücksichtigen müssen also die Schallpegel von ISD/itap um 3 dB verringert oder die Schallpegel von DEWI um 3 dB erhöht werden. Ab etwa 21:00 Uhr betrugen die Messentfernungen etwa RW = 550 m und RO = 650 m. Die Pegeldifferenz infolge unterschiedlicher Entfernungen ergibt dann etwa -1 dB. Weitere Einflüsse der örtlichen Gegebenheiten wie zum Beispiel der Einfluss des Standorts der Hubinsel, der Tripodkonstruktion, der Wassertiefe oder des Meeresbodens können beim Vergleich der Schallpegel nicht berücksichtigt werden.

Mittlere Strömung bei FINO1

Die Strömungsdaten wurden vom Bundesamt für Seeschifffahrt und Hydrographie (BSH) in der Nähe der Forschungsplattform FINO1 (Forschungsplattformen in Nord- und Ostsee) erhoben. In einer zeitlichen Auflösung von zehn Minuten wurden Strömungsbetrag und Strömungsrichtung in unterschiedlichen Tiefen mit je einem Meter Abstand aufgezeichnet. Die Daten wurden über die Wassertiefe gemittelt und in Bild 5-22 (unten) über die Zeit dargestellt. Die Ordinate für die Strömungsgeschwindigkeit befindet sich am linken Rand und die Ordinate für die Strömungsrichtung am rechten Rand. Eine Strömungsrichtung von z. B. 90 Grad bedeutet, dass die Luftblasen des Blasenschleiers nach Osten abgetrieben werden.

5.4.1 Einfluss der Rammenergie auf die Höhe der Schalldruckpegel

Der Einfluss der Rammenergie kann am deutlichsten bei der Rammung des Westpfahls zwischen 16:40 Uhr und 16:51 Uhr abgelesen werden, da hier die Messwerte eine vergleichsweise geringe Streuung aufweisen. Während dieses Zeitraumes wurde bei FINO1 eine nur leicht abnehmende Strömung in östliche Richtung von etwa 4 m/s gemessen (siehe Bild 5-22). Die an den beiden Ostpfählen erzeugten Luftblasen werden also nach Osten abgetrieben (siehe Bild 5-23). Es ist also anzunehmen, dass sich keine Luftblasen des Blasenschleiers zwischen dem gerammten Westpfahl und der Messposition im Westen (ISD/itap) befinden. In Bild 5-24 sind der Verlauf der Rammenergie und die auf der westlichen Messposition vom ISD aufgezeichneten und ausgewerteten Schalldruckpegel dargestellt.

Die Rammenergie wurde in zwei Stufen von 150 kJ über 200 kJ auf 300 kJ erhöht. Unter der Annahme, dass der Verlauf der Schallenergie proportional zum Verlauf der Rammenergie ist, genügt die zu erwartende Schalldruckpegeldifferenz der Gleichung

∆L = 10 log10(E2/E1) . 5.4.2


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Bild 5-23: Abdrift des Blasenschleiers um 16:43 Uhr (MESZ), am linken Bildrand der Nordostpfahl hinter der gelb lackierten Leiter des Tripods, am unteren Bildrand der

Südostpfahl (ISD)

Bild 5-24: Verlauf der Rammenergie beim Rammen des Westpfahls (oben), im Westen aufgezeichnete und ausgewertete Schalldruckpegel Lpeak (Mitte) und SEL (unten) (ISD)


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Hieraus folgt eine zu erwartende Schalldruckpegeldifferenz von 1.25 dB für den Sprung im Verlauf der Rammenergie von 150 kJ auf 200 kJ und eine Schalldruckpegeldifferenz von 1.76 dB für den Sprung von 200 kJ auf 300 kJ.

Aus den gewonnenen Messdaten wurden jeweils 20 Rammschläge vor und nach dem jeweiligen Sprung gemittelt. Um 16:42 Uhr stieg der mittlere Einzelereignis-Schalldruckpegel (SEL) von 170.7 dB auf 173.0 dB an (siehe Bild 5-24). Die Differenz beträgt also 2.3 dB und liegt damit über der erwarteten Differenz von 1.25 dB. Zu beachten ist, dass die Messwerte zu diesem Zeitpunkt noch relativ stark streuen.

Während der zweiten Erhöhung der Rammenergie um etwa 16:48 Uhr stieg der mittlere SEL bei einer deutlich geringeren Streuung von 172.2 dB auf 174.0 dB an (siehe Bild 5-24). Die Differenz von 1.8 dB entspricht hier der erwarteten Schalldruckpegeldifferenz.

5.4.2 Schallmindernde Wirkung des Blasenschleiers

Nach dem Ausschalten der Kompressoren dauert es eine Weile, bis auch die kleinen Luftblasen zur Wasseroberfläche aufgestiegen sind. Während dieser Zeit streuen die Schalldruckpegel relativ stark. Daher kann die schallmindernde Wirkung des Blasenschleiers am sichersten beim Einschalten des Blasenschleiers um etwa 21:21 Uhr und 22:13 Uhr festgestellt werden. Zu diesen Zeitpunkten liegt die Rammenergie gleichbleibend bei 375 kJ. Die bei FINO1 gemessene Strömung liegt zwischen 0.5 und 0.6 m/s mit leicht zunehmender Tendenz (siehe Bild 5-22). Die Strömung verläuft in westliche Richtung (Bild 5-25).

Bild 5-25: Abdrift des Blasenschleiers um 21:28 Uhr (MESZ), am rechten Bildrand das Hauptrohr des Tripods, dahinter der Rammbär bei der Rammung des Nordostpfahls (ISD)

Weitere Einflüsse auf die Hydroschallpegel sind unter anderem die Eindringtiefe des Rammpfahls und die schwankende Messentfernung durch das Schwojen der Forschungsschiffe. Um diese Einflüsse zu minimieren, werden zwei zeitlich benachbarte Zeitpunkte ausgewertet, bei denen der Blasenschleier ein- und ausgeschaltet war. Bild 5-26 zeigt den Betriebszustand des Blasenschleiers und die in den Messpositionen Ost (DEWI) und West (ISD) ausgewerteten Schalldruckpegel Lpeak und SEL zwischen 20:42 Uhr und 22:25 Uhr. Für die Bewertung der schallmindernden Wirkung des Blasenschleiers wurden zu den


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Zeitpunkten 21:19 Uhr, 21:24 Uhr, 22:11 Uhr und 22:15 Uhr jeweils 80 Rammschläge gemittelt. Die gemittelten Pegel sind in Tabelle 5-2 aufgelistet. Tabelle 5-3 zeigt die Differenzen der jeweiligen Schallpegel zwischen aus- und eingeschaltetem Blasenschleier.

Bild 5-26: Betriebszustand des Blasenschleiers und ausgewertete Schalldruckpegel (ISD)

Tabelle 5-2: Mittelwerte aus jeweils 80 Rammschlägen vor und nach dem Wiedereinschalten des Blasenschleiers

Zeitpunkt Betriebszustand des

Blasenschleiers

Lpeak (West) in dB re 1 µPa

SEL (West) in dB re 1 µPa

Lpeak (Ost) in dB re 1 µPa

SEL (Ost) in dB re 1 µPa

21:19 Uhr Aus 194.8 172.4 195.8 173.4

21:24 Uhr Ein 180.7 159.4 195.5 171.8

22:11 Uhr Aus 191.3 169.1 194.7 170.6

22:15 Uhr ein 179.2 158.7 189.8 166.9


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Tabelle 5-3: Pegeldifferenz zwischen aus- und eingeschaltetem Blasenschleier

Zeitpunkt des Einschaltens des Blasenschleiers

∆Lpeak (West) in dB

∆SEL (West) in dB

∆Lpeak (Ost) in dB

∆SEL (Ost) in dB

ca. 21:21 Uhr 14.1 13.0 0.3 1.6

ca. 22:13 Uhr 12.1 10.4 4.9 3.7

Festzustellen ist, dass die Pegelminderung im Westen deutlich größer ist als im Osten. Dieses ist durch die westliche Strömung zu erklären. Die Luftblasen des Blasenschleiers werden nach Westen abgetrieben und bilden dort einen über die Wassertiefe geschlossenen Blasenvorhang, der den in dieser Richtung abgestrahlten Hydroschall mindert.

Zwischen dem Rammpfahl und dem östlichen Messpunkt befinden sich durch die Strömung nur die Luftblasen, die im untersten Viertel der Wassersäule am Pilesleeve erzeugt werden. Kurz nach Verlassen der Düsenrohre werden die Luftblasen am Rammpfahl vorbei getrieben und können somit den entgegen der Strömungsrichtung abgestrahlten Schall nicht mindern. Der Blasenschleier schützt also in östlicher Richtung nur im unteren Bereich der Wassersäule.

Während die Schallminderung in östlicher Richtung um 21:21 Uhr beim Wiedereinschalten des Blasenschleiers kaum feststellbar ist, ist sie um 22:13 Uhr deutlich erkennbar. Hierbei muss die Eindringtiefe des Rammpfahls berücksichtigt werden. Um 22:13 Uhr hat der Rammpfahl seine Endtiefe beinahe erreicht. Die vom Blasenschleier ungeschützte Pfahllänge ist also deutlich geringer als zuvor. Deshalb kann beim Wiedereinschalten des Blasenschleiers eine Pegelminderung festgestellt werden (siehe Tabelle 5-3).

5.4.3 Einfluss der Strömung auf die Schalldruckpegel

Während die Wirkung des Blasenschleiers nur unter annähernd gleichbleibenden Bedingungen bei ein- und ausgeschaltetem Kompressor bewertet werden kann, sollen hier die Schalldruckpegel im Osten und Westen bei unterschiedlichen Strömungsgeschwindigkeiten und -richtungen verglichen werden. Dabei ist die Pegeldifferenz aufgrund unterschiedlicher Messentfernungen von der Schallquelle zu berücksichtigen. Weitere Einflüsse der örtlichen Gegebenheiten wie zum Beispiel der Einfluss des Standorts der Hubinsel, der Tripodkonstruktion, der Wassertiefe oder des Meeresbodens können beim Vergleich der Schallpegel nicht beziffert werden, so dass die hier berechneten Schallpegeldifferenzen Unsicherheiten unterliegen.

Die Berechnung der Pegeldifferenzen zwischen westlichem und östlichem Messpunkt erfolgt unter Berücksichtigung des Entfernungsfehlers (nach Formel 5.4.1) mit der Gleichung

∆LW-O = LW - LO + 15 log10(RW/RO) 5.4.3

Zu Beginn der Rammarbeiten lag eine Strömung in östliche Richtung mit einer bei FINO1 gemessenen mittleren Strömungsgeschwindigkeit von etwa 0.45 m/s vor (siehe Bild 5-22).


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Bei gleichbleibender Strömungsrichtung nimmt die Strömungsgeschwindigkeit bis zum Stauwasserzeitpunkt um etwa 18:15 Uhr monoton ab. Der Entfernungsfehler beträgt in diesem Zeitraum ungefähr -3 dB (siehe oben).

Zum Stauwasserzeitpunkt (Bild 5-27) wurde der Westpfahl ohne vorinstallierten Blasenschleier gerammt. Daher liegen keine Messergebnisse bei der Rammung eines vollständig mit Luftblasen umhülltem Pfahls vor.

Bild 5-27: Abdrift des Blasenschleiers um 18:18 Uhr (MESZ), am linken Bildrand das Hauptrohr des Tripods, in der Mitte der Nordostpfahl mit Blasenschleier, am unteren

Bildrand der Blasenschleier des Südostpfahls (ISD)

Nach dem Stauwasserzeitpunkt wechselte die Strömung auf westliche Richtung. Die Strömungsgeschwindigkeit nimmt bis zum Scheitelpunkt um ca. 22:30 Uhr zu und danach wieder ab (siehe Bild 5-22). Der Entfernungsfehler beträgt ab 21:00 Uhr ungefähr -1 dB (siehe oben).

Die Pegeldifferenzen nach Formel 5.4.3 sind für unterschiedliche Zeitpunkte der Tabelle 5-4 zu entnehmen. Zu all diesen Zeitpunkten war der Blasenschleier an Nordost- und Südostpfahl in Betrieb. Wegen der jeweils frühen Stadien des Rammvorgangs war die im Wasser schallabstrahlende Pfahllänge annähernd gleich.


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Tabelle 5-4: Pegeldifferenz in Abhängigkeit von der bei FINO1 gemessenen Strömungsgeschwindigkeit und -richtung

Mittelungs-zeitraum (MESZ)

Rammpfahl-bezeichnung

Strömungs-geschwindigkeit

und -richtung

Pegeldifferenz ∆Lpeak,W-O

Pegeldifferenz ∆SELW-O

16:22 - 16:29 Südostpfahl 0.45 m/s, Ost 16 dB 13 dB

16:42 - 16:48 Westpfahl 0.42 m/s, Ost 13 dB 11 dB

17:02 - 17:07 Nordostpfahl 0.38 m/s, Ost 10 dB 8 dB

17:14 - 17:19 Nordostpfahl 0.34 m/s, Ost 6 dB 5 dB



21:00 - 21:04 Nordostpfahl 0.52 m/s, West -17 dB -13 dB

Anhand von Tabelle 5-4 wird deutlich, dass bei abnehmender Strömungsgeschwindigkeit die Differenz der Schalldruckpegel zwischen westlicher und östlicher Abstrahlrichtung abnimmt. Dieses ist durch die mehr oder weniger starke Verdriftung des Blasenschleiers infolge Strömung zu erklären. Bei einer geringeren Strömungsgeschwindigkeit treiben weniger Luftblasen am Rammpfahl vorbei als bei einer größeren Strömungsgeschwindigkeit. Wenn zum Stauwasserzeitpunkt der gesamte Rammpfahl gleichmäßig mit Luftblasen eingehüllt ist (siehe Bild 5-27), ist anzunehmen, dass die Wirkung des Blasenschleiers in alle Richtungen gleich, die Pegeldifferenz also Null ist.

Wie schon in Abschnitt 5.4.2 festgestellt, sind die Schalldruckpegel umso niedriger, desto mehr Luftblasen sich zwischen Rammpfahl und Hydrophon befinden. Bei Strömung in östliche Richtung werden die Luftblasen nach Osten abgetrieben, so dass die Schalldruckpegel im Westen größer sind als im Osten. Wie Tabelle 5-4 bestätigt, ist in diesem Fall die Pegeldifferenz ∆LW-O größer Null. Wenn andererseits bei Strömung in westliche Richtung die Luftblasen nach Westen abgetrieben werden, sind die Schalldruckpegel im Westen kleiner als im Osten. Dann ist die Pegeldifferenz ∆LW-O kleiner Null (siehe Tabelle 5-4).

Insgesamt ist festzustellen, dass die Schallminderung umso größer ist, je mehr Luftblasen sich zwischen Emissions- und Immissionsort befinden.


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5.5 Vergleich mit Literaturdaten und Richtwerten


5.5.1 Vergleich mit Literaturdaten

In Tabelle 5-5 und Bild 5-28 sind Daten von einigen bekannt gewordenen Realisierungen von Blasenschleiern zusammengestellt.

Tabelle 5-5: Einige Realisierungen von Blasenschleiern im Vergleich

Konstruktion Durchmesser, m

Luftversorgung, m³/Minute je m Blasenschleier

Wasser tiefe, m

Breitbandige Reduzierung von Rammschall, dB

Autoren

1 Ring 50 0.25 6 - 8 3 - 5 Würsig et al. 2000

1 Ring

≈4 3.6 7 - 9

0 - 2 Illingsworth & Rodkin 2001 1 Ring, Blasen in

Textilhülle 5-10

2 Ringe, vertikaler Abstand 5 m

≈6 14 7 - 9 3 - 10 (Leq)

9 - 17 (Lpeak) Reyff 2003

5 Ringe vertikal gestockt

Unbekannt. Pfahlø = 2.4 m

Unbekannt Unbekannt 25 - 30 Rodkin & Reyff

2007

1 Ring 140 0.2 - 0.4 23 7 - 12 Grießmann et al. 2010 (FINO3)

4 Ringe übereinander in Bodennähe

27 1 - 15 alpha ventus "Little

bubble curtain"

Bild 5-28: Frequenzabhängige Wirkung einiger Blasenschleier im Vergleich zum gestuften Blasenschleier bei alpha ventus.

FINO3 (Grießmann et al. 2010): Ergebnis der Messung in 270 m Abstand. Alpha ventus LBC: Gemittelte Kurve aus den Messungen um 21:15 und 22:10 Uhr, Messort ca. 500 m westlich von der Baustelle

-40

-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

5

31.5 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000 16000 31500 63000

So

un

d le

ve

l, d

B re

bu

bb

le c

urt

ain

off

Frequency, Hz

Würsig et al. 2000 Illingsworth et al. 2001

Rodkin 2007 Grießmann et al. 2010 (FINO3)

Alpha ventus LBC


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5.5.2 Vergleich mit UBA-Vorsorgewert

Um eine Schädigung von Schweinswalen im Bereich der Baustelle zu verhindern, wurde vom Umweltbundesamt (UBA) ein Vorsorgewert vorgeschlagen. Danach sollen der breitbandige SEL des einzelnen Rammschlags 160 dB re 1 µPa und der Spitzenpegel 190 dB re 1 µPa in Entfernungen über 750 m nicht überschreiten. Das UBA vertritt die Auffassung, dass eine Schädigung bereits das Auftreten einer temporären Hörschwellenanhebung (temporary threshold shift, TTS) ist. Bild 5-29 zeigt eine statistische Verteilung der SEL-Werte. Sie wurde aus allen von den beiden Messpositionen "Schiff 500 m westlich" und T4 vorliegenden Aufzeichnungen gewonnen, also bei der Position T4 für das Rammen aller drei Pfähle, für die Position "Schiff" ebenso, bis auf die abschließende Rammung des Südost-Pfahls. Die Pegel streuen über einen recht großen Bereich; der UBA-Wert wird sowohl deutlich über- als auch unterschritten. Die Streuung rührt u.a. daher, dass in Messrichtung zeitweise die Luftblasen abschirmend wirksam waren, zu anderen Zeitpunkten aber nicht. Dies ist an der Pegelverteilung beim Rammen des Südost-Pfahls zu erkennen (offene Symbole in Bild 5-29, als der Blasenschleier in westlicher Richtung eine gute Wirkung zeigte. In Tabelle 5-6 sind die SEL-Werte aus Bild 5-29 zusammen mit den zugehörigen Spitzenpegeln aufgelistet. Dabei bedeutet "25 %" beispielsweise, dass die Pegel in dieser Zeile von 25 % aller Messwerte überschritten werden.

Bild 5-29: Bei den Rammarbeiten zu AV9 gemessene Verteilung der Einzelereignispegel (Betke & Matuschek 2010) im Vergleich zum UBA-Vorsorgewert und zu einer vor Baubeginn erstellten Vorhersage (Betke & Schultz-von Glahn 2008). Messung vom Schiff aus in ca. 500 m Entfernung und an Position T4 in 2400 m.

Offene Symbole: Nur Südost-Pfahl (der Darstellung halber horizontal etwas verschoben).


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Tabelle 5-6: Verteilung von breitbandigem Einzelereignispegel (SEL) und Spitzenpegel Lpeak in dB re 1 µPa

Messpunkt Schiff, ca. 500 m T4, 2400 m T10, 17.5 km

Pegelgröße Peak SEL Peak SEL Peak SEL

Maximum 199 173 185 165 160

nicht ausgewertet,

siehe Abschnitt

5.3.3

25 % 196 170 182 162 156

Median 193 166 179 159 153

75 % 183 159 168 149 142

Minimum 180 156 165 147 139


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5.6 Literatur

Betke K, Schultz-von Glahn M (2008): Prognose des Unterwassergeräusches beim Bau und beim Betrieb des Offshore-Windparks Borkum-West ("alpha ventus") und Messung des Hintergrundgeräusches im Planungsgebiet. Bericht im Auftrag der Stiftung Offshore-Windenergie vom 15.10.2008

Betke K, Matuschek M (2010): Messungen von Unterwasserschall beim Bau der Windenergieanlagen im Offshore-Testfeld "alpha ventus". Abschlussbericht zum Monitoring nach StUK 3 in der Bauphase. Untersuchung im Auftrag der Stiftung Offshore-Windenergie. Bericht im Auftrag der Stiftung Offshore-Windenergie vom 15.03.2010

Diederichs A, Brandt M, Nehls G (2009): Basisuntersuchung im Frühjahr 2008 am Offshore-Testfeld „alpha ventus“. Untersuchungen zu Schweinswalen mit T-PODs. Untersuchung im Auftrag der Stiftung Offshore-Windenergie.

Elmer KH, Betke K, Neumann T (2007): Standardverfahren zur Ermittlung und Bewertung der Belastung der Meeresumwelt durch die Schallimmission von Offshore-Windenergieanlagen – „Schall II“. Abschlussbericht zum BMU-Forschungsvorhaben 0329947

Grießmann T, Rustemeier J, Betke K, Gabriel J, Neumann T, Nehls G, Brandt M, Diederichs A, Bachmann J (2010): Erforschung und Anwendung von Schallminimierungsmaßnahmen beim Rammen des FINO3-Monopiles. Abschlussbericht zum BMU-Vorhaben "Erforschung und Anwendung von Schallminimierungsmaßnahmen beim Rammen des FINO3-Monopiles - Schall FINO3", Förderkennzeichen 0325023A und 0325077

Illingsworth & Rodkin, Inc. (2001). Noise and Vibration Measurements Associated with the Pile Installation Demonstration Project for the San Francisco-Oakland Bay Bridge East Span. Final Data Report, Appendix D-8901

Reyff JA (2003): Underwater sound pressures associated with the restrike of the pile installation demonstration project piles. Report prepared by Illingworth & Rodkin, Inc. for State of California, Department of Transportation.

Rodkin RB, Reyff JA (2007): Underwater Sound from Marine Pile Driving. Effects of Noise on Aquatic Life, Session 6: Anthropogenic sources. Nyborg, 13-17 August

Southall BA, Bowles AE, Ellison WT, Finneran JJ, Gentry RL, Greene Jr CR, Kastak D, Ketten DR, Miller JH, Nachtigall PE, Richardson WJ, Thomas JA, Tyack PL (2007): Marine Mammal Noise Exposure Criteria: Initial Scientific Recommendations. Aquatic Mammals 33, 411-522

Würsig B, Greene CR, Jefferson TA (2000): Development of an air bubble curtain to reduce underwater noise of percussive piling. Mar. Environ. Res. 49, 79-93

Abschlussbericht: „Schall alpha ventus“ - Anhang

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Anhang

Nr. Andere MENCK Aktivität Technische Daten

Bemerkungen Sicherheit

I. INSTALLATION LUFTZULEITUNG IM TRIPOD

Erledigt Mitte April 2009.

0.

M, Kran,

Kletterer M (HT)

Luftleitungen im/am Tripod installieren - Anschluss am Mannloch - Lastabtrag am Querbalken - Übergang zu den Bracings - Installation der Luftleitungen an

Bracings

Nutzung des Mannlochs – spezielle Konstruktion für den Deckel mit Anschlussmöglichkeiten für Leitungen von Hubinsel ODIN Anschluss für Leitungen von Hubinsel auf obere Plattform legen. Insgesamt 6+2 Leitungen, für jedes Sleeve 3+1, für oberen und unteren Blasenschleier jeweils 2 bzw. 1, dazu 1 für Auftrieb. Luftleitung an Halterung Groutleitung (Bracings) befestigen

VORARBEIT INSTALLATION UNTERER BLASENSCHLEIER

Werft Eemshaven

1. Werft Gerüst aufbauen Für 2 Sleeves

2. Kran SW

M (HT)

Halterung für zweimal 8 Seile befestigen - Kragarme mit Ösen - Ösen am Mudmat des Sleeves

anschweißen - Stahlwinkel am Mudmat anschweißen

Achtung: Leveling Tool, Messkabel, U-Profile usw.

II. INSTALLATION DES UNTEREN BLASENSCHLEIERS (2x) AM TRIPOD


0. 0 Prokon Arbeitsfläche auf Werftgelände zur Verfügung stellen

Zutritt zur Werft, Kontaktperson nennen, Platzbedarf~30x20m

1. 2 M (HT)

1 ST Seile zwischen Kragarmen und Mudmat befestigen

2. 2 M (HT)

1 ST Spannungsschlösser spannen Vorspannung

3. 2 M (HT)

1 ST Anbringung des Düsenrohrs an obersten Kragarmen des Tripod

Geplant ohne Kran, mit Seilzügen


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4. 2 M (HT)

1 ST Anbringung der zwei Düsenrohre an den 8 Seilen

Achten auf Bracings (Düsenrohre – Ring oder Segmente)!

5. 2 M (HT)

1 ST Anbringung des untersten Düsenrohrs mit Schellen auf Mudmat

Schellen auf angeschweißte L-Profile schrauben

6. 2 M (HT)

1 ST Luftleitung an Seilen hochführen und an jeweiligen Düsenrohren anschließen

7. 2 M (HT)

1 ST Anschluss Luftzuleitungen von Bracings an Luftleitung (unterer Blasenschleier)

Kupplungen verbinden.

8. 2 M (HT)

1 ST

2 Luftzuleitungen für oberen Blasenschleier an Stahlseil hochführen und an Kragarmen befestigen

WIEDERHOLEN FÜR ZWEITEN UNTEREN BLASENSCHLEIER

III. ZUSAMMENBAU OBERER BLASENSCHLEIER (2x)


0. Prokon Arbeitsfläche auf Werftgelände zur

Verfügung stellen Zutritt zur Werft, Kontaktperson nennen, Platzbedarf~30x20m

1. 2 M (HT)

1 ST Böcke bereitstellen Kran notwendig

2. 0 2 M (HT)

1 ST Segmente für unteres Düsenrohr montieren

Offen für Bracings! Für spätere Montage der Seile ausrichten

3. 0 2 M (HT)

1 ST Gewichte an Düsenrohr befestigen und Düsenrohr auf Böcken ablegen

8 Paar pro Düsenrohr, GewichtPaar~17 kg

VORGANG 2 UND 3 FÜR DIE ZWEI

WEITEREN UNTEREN DÜSENROHRE WIEDERHOLEN

4. 0 3 M (HT)

1 ST Viertes Düsenrohr biegen, Gewichte befestigen und auf Böcken ablegen

Für spätere Montage der Seile ausrichten

VORGANG 4 FÜR FÜNFTES

DÜSENROHR

5. 0SW 3 M (HT)

1 ST Stahlring montieren/schweißen DRohr~0,2m, DRing~8m, Gewicht~1 t

6. 0Kran 3 M (HT)

1 ST Stahlring oberhalb der 5 Düsenrohre ablegen


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7. 0GS 3 M (HT)

1 ST Auftriebskörper auf Stahlring montieren 16 Stück, D~0,7m, Länge~1,5m, GewichtKörper~66kg

8. 0 3 M (HT)

1 ST Befestigungspunkte für Düsenrohre an den 8 Seilen abmessen und markieren

Seile gleich lang

9. 0 3 M (HT)

1 ST Befestigen aller Düsenrohre (5 Kunststoff, 1 Stahl) an den 8 Seilen

>HT: ohne Kran

10. 0

3 M (HT) 1 ST

Luftleitungen und Ventil(e) an Düsenrohren montieren/anschließen

3 oben, 3 unten 2 Luftanschlüsse ganz unten >HT: Befestigung zusätzlich an Seilen oder reicht Anschluss an Düsenrohren

11. 0

Kran

3 M (HT) 1 ST

Kran nimmt Traverse auf und hebt diese über den Blasenschleier, Anschäkeln von 8 Seilen (Länge~27m) an Ösen am Stahlring

4 Hebeseile (Länge~8m) zum Heben der Traverse, Abmessung~8x8 m, Gewicht~2 t Achtung: Hakenhöhe~50m

12. 0Kran

3 M (HT)

1 ST Probeheben des gesamten oberen Blasenschleiers

Test ob alles richtig hängt.

13. 0Kran 3 M (HT)

1 ST Oberen Blasenschleier zurück auf die Böcke legen

Beim Zusammenlegen auf ein „nicht Verknoten“ der Seile achten!

14. 0 3 M (HT)

1 ST Entfernen der Montageseile, ersetzen durch Einsatzseile

WENN ERFORDERLICH!

15. 0 3 M (HT)

1 ST Oberen Blasenschleier einschl. Traverse für Verladung und Seetransport bereit legen

16. 0Kran 3 M (HT)

1 ST Traverse vom ersten Blasenschleier abmontieren und für den zweiten bereit legen

VORGANG 1 BIS 16 FÜR ZWEITEN

OBEREN BLASENSCHLEIER WIEDERHOLEN

17. Kran 3 M (HT)

1 ST Traverse auf Bock ablegen


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IV. ABLAUF DER VORBEREITENDEN ARBEITEN

0.

Kontrollen: - Verfügbarkeiten, - Passen Schäkel, Stropps, SIKA Wirbelhaken

1. ODIN

Beladen ODIN mit: - 2 Kompressoren, - Reserveteilen, Gitterboxen, - Verteiler, - Luftschläuchen, - evtl. Messinstrumenten - Seefasten.

Bem: wenn Kompressoren nicht auf ODIN in Hafen geladen werden können, muss die offshore Verladung geklärt werden, zum Beispiel Kompr. auf Flat und/oder sehr gutes Wetter (Bem.: Offshore Rahmen stehen nicht zur Verfügung).

Risiko: versagen Hebeaugen Kompr.

2. ODIN 1 SV (HT)

2 ST Vorbereitung der Ausrüstung für Blasenschleier-System

Verteiler installieren, Luftleitungen vorbereiten, an Deck verlegen.

3. ODIN 1 SV (HT)

2 ST Vorbereitung der Ausrüstung für Blasenschleier-System

Kompressoren aufstellen, vorbereiten, Luftleitungen anschliessen.

4. Vorbereitung und Installation der Messinstrumente

5. Kran

In Eemshaven: - Beladung der Multicat mit: - 2 obere Blasenschleier auf

Transportrahmen, - 1 Traverse. Danach: - Abmachen kurze Stropps, anbringen

28m Stropps. Seefasten (Prokon).

Multibrid / Prokon liefert 4 gleichlange Stropps min. 6,7 m und Green Pin Standard Schäkel 32 t für oberhalb Traverse. Obere Blasenschleier unter Verwendung der Traverse heben Info: Oberer Blasenschleier: D~9,5m, H~2,6m, G~6 t. Traverse: LxB~7,5x7,2m, H~1,1m, G~5t.

6. Multicat Transit Multicat von Eemshaven zum Einsatzort

7. Taklift Tripod wird von Schwimmkran Taklift zur Position gebracht und an Position abgesetzt, Taklift fährt weg

Absetzen Tidenabhängig


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8. Kran Ersten und zweiten Pfahl setzen mit Hubinsel ODIN

Pfahl AD 2.48 m, Länge 45 m. Entweder erst W, NO oder SO, abhängig von der Strömung, da diese für das Einfädeln des Pfahles genutzt werden soll (Anschlagschürze an der Oberkante des Konus). Achtung: Kran Schwenkwinkel und Neigung Ausleger aufschreiben.

9. Kran,

Rüttler 2 Pfähle rütteln.

10. ODIN Umsetzen der ODIN parallel zu Pfähle W und NO (oder W und SO).

Info: für Schall-Reduzierung gemessen werden sollen Pfähle NO und SO. Pfahl W kann gemessen werden zur Referenz.

11. Kran Dritten Pfahl von der Hubinsel ODIN setzen

12. Kran,

Rüttler 3. Pfahl rütteln

13. Kran, MK

1 SV (HT), 1 ST

Anschluss der Luftleitungen (je Sleeve: 3+1) von ODIN zu Tripod – Plattform. Schutz Schläuche über Tripod-Rand.

Sobald wie möglich (am besten über Gangway (Brücke), sonst mit Mannkorb am Autokran)! Info: Bauschläuche mit Storz A Kupplung. Info: an Verteiler nur 3+1 Leitungen für ein geplante Pfahl anschließen.

V. INSTALLATION DES BLASENSCHLEIERS

Allgemein: Taucher arbeiten nur bei akzeptabler Strömung (Stauwasser).

0. MK

Multicat 1 ST Übersetzen ST auf Multicat

1. Kran 1 ST Kran 4 Stropps anschlagen an Traverse von oberen Blasenschleier

4 gleichlange Stropps min. 6,7 m und 4 Green Pin Standard Schäkel 32 t (Multibrid / Prokon).

2. Multicat 1 ST Lösen des Seafasten des oberen Blasenschleiers und Traverse

3. 1 ST/ 1 SV

(HT) Öffnen Klappen Oberseite Schwimmer Auftriebkörper


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4. Kran,

Multicat

Bem.: wenn möglich im Gesamt Zeitplan, also kurz vor Stauwasser: Anheben des Blasenschleiers mit dem Kran der ODIN von der Multicat. Bem.: in der Zwischenzeit könnte bereits gerammt werden, dann Hammer zurücksetzen an Bord ODIN.

Luftleitungen werden mit dem Heben des oberen Blasenschleiers von Multicat entrollt und unten am Blasenschleier befestigt. Achtung: Lücke Blasenschleier zum Bracing ausrichten (diese Lücke ist in den unteren 3 (8-eck) Düsenrohre.

Achtung: Auf richtige Entfaltung des oberen Blasenschleiers achten! Risiko: verhaken. Risiko: zu viel Bewegung Blasenschleier in Wind und Wellen.

5. Kran Oberen Blasenschleier über einen der zwei für Schallmessungen geplanten Pfahl heben

6. Kran Oberen Blasenschleier bis zur Endposition ablassen

Dabei füllen sich die Auftriebskörper mit Wasser. Achtung: Kran Schwenkwinkel und Neigung Ausleger aufschreiben (für späteren Rückbau).

Risiko: das Füllen braucht zwar wenige Minuten, jedoch ist diese Phase kritisch durch Wellen-Lasten auf oberes Teil Blasenschleier.

7. Taucher

Verbinden des oberen Blasenschleiers an 8 Ösen an Kragarmen am Tripod. Nach verbinden soll Kran etwas stramm ziehen.

Verbindungen mit SIKA Wirbelhaken 13-8. Sehe Zeichnung HT: Anschlagpunkt „S“ für die eine silbern Haken, anderen sind rot.

Sicherheit insbesondere Taucher: alle Aktivitäten vorher besprechen und möglichst entsprechende Teile am Ort ansehen.

8. Taucher Anschluss der 1 x Luftleitung zum Füllen des Auftriebkörpers und 2 Luftleitungen des oberen Blasenschleiers

9. Taucher Schließen Entlüftungsklappen durch Entlüftung Steuerluftleitung

Bem.: gemäß Anweisung HAT.

10. Kompr. 1 SV (HT) Füllen der Auftriebskörper mit Luft Die Luft für das Füllen wird nach Anweisung Taucher von der ODIN aus in den Zuluft-Schlauch geleitet. Info: 8 separate Kammern.

11. Kran,

Taucher

Wenn gefüllt mit Luft (Luft entweicht unten aus Auftriebskörper): Kran lässt ein wenig runter.

12. Taucher Lösen der Verbindung Traverse – Blasenschleier.

8 SIKA Wirbelhaken 13-8.

13. Kran,

Taucher Wegnehmen der Traverse Taucher in sichere Position.

14. Taucher Überprüfen der Position des Blasenschleiers


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15. Kran 1 ST Traverse an zweitem oberen Blasenschleier montieren

0.- 15.

OBIGE VORGÄNGE FÜR INSTALLATION DES ZWEITEN OBEREN BLASENSCHLEIER WIEDERHOLEN

Erste obere Blasenschleier wird transportiert auf Multicat „Alisa“, zweite soll auf Schlepper „Bankert“ transportiert werden. Die Prozeduren wären entsprechend zu ändern. Dies beinhaltet: - Übersetzen Personal von ODIN zur Multicat bzw.

Schlepper zur Anweisung Crew der „Alisa“ bzw. „Bankert“.

- Traverse kann wahrscheinlich nur auf Multicat gelagert werden.

16. Kran

Multicat 1 ST Ablegen der Traverse auf Multicat

17. Kran, MK, Multicat

Zurückholen des ST von der Multicat auf ODIN


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VI. RAMMUNG

0. 0

Einsatz Grenzen: Strömung 0,5 m/s, signifikante Wellenhöhe 1,0 m. Wind Beaufort 5.

Schätzungen wurden gemacht für Auslenkung 1,5 m. Info: Bei ~ 1,6 m Auslenkung trifft Auftrieb an Größtes Quermaß Hammer, dies sind Pin’s an Unterseite Pfahlführung. Info: Auftrieb von Blasenschleier kommt gegen Hammergehäuse bei hor. Bewegung ~ 3,4 m. Dies ist zusätzlich geschätzte Grenze für Wind für Handling obere Schallschutz über Wasser. Entscheidung durch OCM in Rücksprache mit MENCK und HydroTechnik.

Risiko: Dies sind die besten verfügbaren Richtwerte. Eine genaue Berechnung von Kräfte und Bewegungen Schallschutz beim Einsatz wurde nicht gemacht. Risiko: wenn zu große Auslenkung von den Auftriebskörpern durch Strömung und Wellen, kann die Unterseite der Pfahlführung am Hammer für die Rammung der letzten ~ 10 m Pfahl nicht in den Blasenschleier eintauchen ohne Risiko auf Beschädigung. Mögliche Maßnahmen: - Beobachtung unter Wasser, - Beschädigung Blasenschleier

akzeptieren, - Risiko Beschädigung Hammersystem

akzeptieren, - Vorher Blasenschleier für diese

letzten Meter Rammung wegnehmen.

1. 1.

Kran MK

ST

Operating Lines am Hammer vorbereiten: 20 m Jumper Oper. Lines (evt. in einfache Schlauchsattel) oben am Triebwerk Hammer anbringen.

Wenn Operating Lines unter Wasser sind, also nicht mehr sichtbar, sollen diese möglichst oberhalb Buchstabe „M“ von MENCK auf Hammergehäuse gehalten werden, also entsprechend befestigt sein (3,0 m unter Oberseite Hammergehäuse). Damit wird Kontakt mit Auftriebkörper vom Schallsystem am Ende Rammung verhindert.

Bem.: 2. Kranhaken steht nicht zur Verfügung. Deswegen Zur Sicherheit ist eine ständige gute Beobachtung vom Loop der Oper. Lines erforderlich.

2. 2.

Kran MK

2 ST Abweiser (gegen Schallschutz beim hochziehen Hammer) am Hammer montieren.

Ähnlich Skizze S000-06081, aber Hanfseile (möglichst viele (8 – 12), mehr wie 4 Löcher + 2 Pin’s ) und/oder Spanngurte.

3. 3.

ODIN Vergrämen der Schweinswale.

4. 4.

ODIN Seafastening Hammer entfernen.


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5. 5.

Kran

Hammer hochheben, nach vorne schwenken, Operating Lines an Deck verbinden: 20 m Jumper am Hammer an Oper. Lines auf Winden.

Position Hammer: Schläuche(-Abfangung) zum Kran hin.

6. 6.

Kran, ROV.

Hammer hochheben und (über Wasser) auf Pfahl setzen.

Achtung: Kran Schwenkwinkel und Neigung Ausleger aufschreiben. Achtung: auf Loop in Oper. Lines zwischen Deck und Hammer achten, kein Zug!

7. 7.

Kran, ROV.

Wenn Hammer richtig auf Pfahl sitzt soll Kran-Haken weg von ODIN zur andere Seite (nicht zu Anschlüsse hydr. Schläuche) und runter lassen damit Loop in Stropp.

8. 8.

Kompr. 1 SV (HT) Blasenschleier aktivieren (Luft vom Kompressor)

Betriebsdruck ca. 7 bar, Luftvolumen ca. 90 m3/min (Aufteilung zwischen 2+1 Zuleitungen für oberen und unteren Blasenschleier)

9. 9.

ROV Dichtigkeit des Schlauchs und gleichmäßigen Blasenaustritt kontrollieren

ROV soll weg von Blasen bleiben.

10. 0.

Kran 1 ST,

MHU 500T Beginnen mit der Rammung, Einzelschläge

Luft wird durchgehend über den Kompressor durch den Blasenschleier geleitet

11. 11.

Kran 1 ST,

MHU 500T Rammen

Luft wird durchgehend über den Kompressor durch den Blasenschleier geleitet

Risiko: Kontakt Hammer zu Blasenschleier (sehe Daten am Anfang)

12. 12.

Kontrollieren unter Wasser Achtung: auf Loop in Oper. Lines zwischen Deck ODIN und Hammer achten, kein Zug!

Risiko: Oper. Lines verhaken sich zwischen / am Auftriebskörper Blasenschleier

13. 13.

ISD Einstellungen festhalten und Messen der Schallminderung

14. 14.

Stop, Entschei-

dung

Kontrollieren einer möglichen Schrägstellung des Tripods

Je nach Schrägstellung des Tripods Entscheidung treffen, wie weit und welcher Pfahl als nächstes gerammt werden soll. Beide oberen Blasenschleier bleiben installiert


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15. 15.

ODIN Abbruch des Rammvorgangs des ersten Pfahls

Bei Schrägstellung!

16. 16.

1 SV (HT) Blasenschleier deaktivieren

17. 17.

Kran, ROV.

1 ST, MHU 500T

Hammer anheben.

Achtung: vor Anheben Kran Schwenkwinkel und Neigung Ausleger in Stellung wie beim aufsetzen Hammer auf Pfahl bringen. Achtung: ROV kontrolliert ob Kontakt Schallsystem zum Hammer.

Risiko ungewünschtes Ausschwingen Hammer vermeiden. Risiko: Hammer Kontakt mit Blasenschleier und zieht diesen kaputt.

18. 18.

Kran 1 ST,

MHU 500T Hammer auf entsprechenden Pfahl setzen

Beim West-Pfahl keine Schallminderung. Messung am zweiten Schall-Pfahl möglich.

19. 19.

Kran 1 ST,

MHU 500T Rammen Westpfahl / Rammen „Schall“-Pfahl

Ohne Schallminderung! / Mit Schallminderung, wie oben beschrieben

20. 20.

Kran 1 ST,

MHU 500T Rammen der drei Pfähle bis zur gewünschten Tiefe

21. 21.

ISD

Vorschlag ISD: nach erreichen End-Eindringung mit 10% Energie rammen und Messungen mit verschiedenen Lufteinstellungen (siehe Vorschlag ISD).

MENCK Kommentar: wenn gemacht wird, dann: - wenn möglich, am Ende der normale Rammung, in

oberen Toleranz-Bereich der Eindringung stoppen. - continuous mode, normale Schlagfrequenz (30 – 40

S/min.), begrenzte Zeit (¼ - 1 min.). Eindringung Pfahl kontrollieren.

Risiko: zusätzliche Anzahl Rammschläge und Zusatz Eindringung über Toleranz Bereich.

22. 2.

Kran 1 ST,

MHU 500T Hammer anheben und auf ODIN absetzen


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VII. DEINSTALLATION DER OBEREN BLASENSCHLEIER

0. .Kran, MK Multicat

1 ST Übersetzen ST auf Multicat

1. . Kran Traverse (mit 28 m Seile unten) von Multicat aufnehmen, ins Wasser

Achtung: Kran Schwenkwinkel und Neigung Ausleger in Stellung wie beim aufsetzen.

Risiko: verhaken 8 x Seile 28 m.

2. .Kran,

Taucher

Seile an Oberseite Blasenschleier anschlagen

Verbindungen mit SIKA Wirbelhaken 13-8.

3. .Kran,

Taucher Kran etwas ablassen für lose unten.

4. . Taucher Klappen Oberseite Schwimmer öffnen (Anweisung HT)

Auftriebskörper füllt sich mit Wasser!

5. . Taucher Lösen der 2+1 Luftzuleitungen des oberen Blasenschleiers und für Auftriebskörper

6. . Taucher Lösen der Verbindung oberer Blasenschleier - Kragarme

8 Verbindungen mit SIKA Wirbelhaken 13-8.

7. .Kran,

Multicat

Anheben des ersten oberen Blasenschleiers und auf Multicat „Alisa“ oder Schlepper Schlepper „Bankert“ ablegen

In Rahmen legen. Taucher auf sichere Position.

8. .Kran

Multicat 1 ST

Lösen der Verbindung Traverse – oberer Blasenschleier

9. . Multicat 1 ST Sichern des oberen Blasenschleier an Bord der Multicat

10. 11.

Kran, MK, Multicat

Zurückholen des ST von der Multicat auf ODIN

0. -10.

OBIGE VORGÄNGE FÜR ZWEITEN OBEREN BLASENSCHLEIER WIEDERHOLEN

Ablegen zweiten Blasenschleier auf Multicat „Alisa“ oder Schlepper „Bankert“

11. 12.

Kran, Brücke

1 SV (HT), 1 ST

Demontage der Luftleitungen auf Tripod-Plattform.


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12. 13.

Kran, Brücke

Austausch des Mannlochdeckels

13. 14.

1 SV (HT),

1 ST Demontage der Luftleitungen von den Kompressoren

14. 15.

1 SV (HT),

1 ST Demob vorbereiten

15. 16.

ODIN Restarbeiten Tripod

16. 17.

RÜCKFAHRT NACH EEMSHAVEN Abladen im Hafen

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