Der Strom muss an Land: Anschluss zweier Ostsee-Windparks

HÖRSTEL, 22.02.2017 – 49.000 m Kabelleerrohre ermöglichen die Anbindung der Ostseewindparkanlagen „Cluster Westlich Adlergrund“ an das Verteilnetz in Lubmin, südlich von Rügen. Ein nicht alltägliches HDD-Projekt mit einigen Herausforderungen.

von Hermann Lübbers und Timo Mücke

Baugrubenumschließung im Greifswalder Bodden
Baugrubenumschließung der im Greifswalder Bodden liegenden Bohraustrittspunkte. | Foto: Beermann Bohrtechnik GmbH
Ostwind 1 nennt sich das Projekt zum Anschluss der Ostsee-Windparks im Cluster Westlich Adlergrund (CWA). Das Gebiet gilt als besonderes Eignungsgebiet für die Errichtung von Windenergieanlagen und wurde deshalb auch entsprechend ausgewiesen. Es hat eine Fläche von ca. 110 km2 und befindet sich ca. 42 km nordöstlich von Rügen bzw. ca. 90 km nordöstlich vom Greifswalder Bodden (Lubmin) entfernt.
Ostwind 1 ist die nunmehr dritte Offshore-Anbindung des Netzbetreibers 50Hertz Transmission GmbH. Der feierliche Baustart dieses Großprojektes erfolgte am 18. August 2015. Mit einer Gesamtinvestitionssumme von über 1 Milliarde Euro stellt es die bisher größte Investition der 50Hertz in die Netzanbindung der Offshore-Windparks dar.

Das Projekt beinhaltet im Einzelnen:
-    Einbau von sechs Kabelleerrohranlagen zur Aufnahme von 6 AC-Systemen (220 kV)
Das Übertragungssystem besteht also aus einem 3-Phasen Wechselstromsystem mit einer Nennspannung von 220 kV und einer Netzfrequenz von 50 Hertz.
-    Trassenlänge See: ca. 90 km
-    Trassenlänge Land: ca. 3 km
-    Leistung: 750 MW

Für die zu errichtenden Kabelleerrohranlagen kamen folgende PEHD-Rohre zum Einsatz:

-    800 x 58,5 mm, DIN 8074, SDR 13,6
-    250 x 22,7 mm, DIN 8074, SDR 11
-    63 x 5,9, DIN 8074, SDR 11
-    50 x 4,6, DIN 8074, SDR 11

Die für die Belegung mit Stromkabeln vorgesehenen Rohre (Da 800 mm und Da 250 mm) mussten aus wärmetechnischen Aspekten heraus in sogenannter HT-Qualität, also mit erhöhter Wärmestabilität bis 70 °C geliefert und verlegt werden.
Das System beinhaltete sechs Anlandungsbohrungen (Da 800 mm) mit einer durchschnittlichen Bohrungslänge von ca. 650 m sowie insgesamt 42 Spülbohrungen auf der Landtrasse (6 x 7 Stck.) zur Aufnahme von je drei Rohren (Da 250 mm). Die Gesamtbohrlänge pro Los betrug ca. 2500 m.

Baufeld A
Baufeld A | Foto: Beermann Bohrtechnik GmbH

Ein Jahr im HDD-Dauereinsatz


Die Bietergemeinschaft Beermann Bohrtechnik GmbH, Matthäi-Wasserbau sowie die Matthäi-Bauunternehmung überzeugten den Netzbetreiber und Bauherrn 50Hertz mit einem ausgewogenen Realisierungskonzept und einem wirtschaftlich interessanten Angebot und erhielten den Auftrag für den Bau dieser anspruchsvollen Kabelleerrohrtrasse.
Der komplette Wasserbau lag in den Händen der Matthäi-Wasserbau GmbH in Verden. Die Herstellung und Unterhaltung sämtlicher Baustellenflächen, aller erforderlichen Zuwegungen (Straßenbau etc.) sowie die technische Gesamtkoordination verantwortete die Matthäi-Bauunternehmung GmbH Westerstede. Die Erstellung aller erforderlichen Horizontalspülbohrungen und damit der Einbau der notwendigen Kabelleerrohre wurde von der Beermann-Bohrtechnik GmbH in Riesenbeck geplant und durchgeführt.
Auf Grund der für ein derartiges Projekt sehr „sportlich“ geplanten Bauzeit von ca. 1 Jahr plante die Beermann-Bohrtechnik den Einsatz von fünf Bohranlagen gleichzeitig ein. Der dadurch entstehende, logistische Aufwand war für alle beteiligten Partner enorm und nur unter Einsatz größtmöglicher Ressourcen (Personal und Gerät) darstellbar.

Lage der Baustelle


Der räumliche Trassenverlauf beginnt am Umspannwerk Lubmin. Die Landkabeltrasse führt über landwirtschaftliche Flächen (Weideflächen) bis zum Anlandungspunkt an der Küstenlinie nördlich der Gasempfangsanlage der Ostseepipeline „Nordstream“. Die Baustellen für die HDD-Bohrungen befinden sich ca. 2 bis 5 km entfernt vom Industriehafen Lubmin.

Ökologische Verhältnisse


Die Trasse kreuzt im Anlandungsbereich das Naturschutzgebiet „Peenemünder Haken, Struck und Ruden“. In diesem Bereich befindet sich nur wenige Meter entfernt von der Ostsee eine Graudüne. Diese ist eingefriedet und durfte nicht betreten werden.
Neben den in gängigen Regelwerken und DIN-Normen festgesetzten Umweltschutzmaßnahmen (Bsp. Umgang mit Gefahrstoffen auf Baustellen, Fachgerechte Entsorgung von Abfällen etc.) waren vorhabenspezifisch folgende vorbereitende Umweltschutzmaßnahmen zu treffen:
-    das Aufstellen von Sichtschutzwänden für optisch empfindliche Vogelarten
-    Anlage von Reisighaufen zur Habitataufwertung im Umfeld des Vorhabens
-    Aufstellen von Amphibien- bzw. Reptilienzäunen
-    Sicherung der Baugruben

Die im Greifswalder Bodden liegenden Bohraustrittspunkte waren unter Berücksichtigung des „Nulleinleitungsprinzips“ mit einer Baugrubenumschließung (Abb. 1) zu versehen.

Geologische Verhältnisse

1. Baugrundschichtung
a) Wasserseitig:
Ab Gewässersohle wurden als Hauptbodenart Fein- und Mittelsande erkundet, die holozänen als auch pleistozänen Ursprungs sind. Die holozänen Sande stehen im Schnitt bis in Tiefen von ca. 4 bis 5 m unter Gewässersohle an. Darunter stehen pleistozäne Sande an. Nach der Kornverteilung handelt es sich ebenfalls um Fein- und Mittelsande.

b) Landseitig:
Wie auch wasserseitig stehen als Hauptbodenart unterhalb der Deckschichten (Mutterboden*Oberboden) Fein- und Mittelsande an. Auch hier handelt es sich um holozäne und darunter um pleistozäne Sande. In die holozänen Sande sind teilweise in unterschiedlichen Teufen organische Böden in Form von Torf, untergeordnet Mudde, eingelagert. Die Mächtigkeit beträgt 0,4 bis 1,5 m.

Die Baugrundeigenschaften lassen sich wie folgt charakterisieren:
Torf, untergeordnet Mudde:
-    im Allgemeinen stark kompressibel
-    geringe Scherfestigkeit
-    frostempfindlich (F 3)
Mutterboden / Oberboden / Auffüllungen:
-    Fein- und Mittelsande meist mit organischen Anteilen, untergeordnet auch schluffige Beimengungen
Feinsand / Mittelsand, z.T. schwach schluffig:
-    eng abgestuft
-    Lagerungsdichte  locker, mitteldicht bis dicht
Sande kiesig / Kies:
-    enthalten Steine bzw. bilden zum Teil im Übergangsbereich zum Geschiebemergel eine „Gerölllage“
-    mitteldicht bis dicht gelagert
Der Rohrstrang wird an Land vorgestreckt und verschweißt… | Foto: Beermann Bohrtechnik GmbH
2. Wasserstände
Ca. 650 m vor der Küstenlinie wurden Wassertiefen von 0,6 bis 0,8 m im Wechsel mit flacheren Sandbänken festgestellt. Dieser Umstand erforderte besondere Maßnahmen im Hinblick auf alle wassergängigen Fahrzeuge. Der zulässige Tiefgang wie auch die Wind- und Strömungsverhältnisse stellten große Hürden in der täglichen Abwicklung dar.

3. Anlandungsbohrungen
Die Anlandungsbohrungen (Outfalls) begannen auf den von dem ARGE-Partner Matthäi-Bauunternehmung erstelltem Baufeld A (Abb. 2) und endeten in der Baugrubenumschließung ca. 600 m vor der Küstenlinie.
Die HDD-Arbeiten wurden mit der 2.500 kN sowie mit der 1.000-kN-Bohreinheit der Beermann Bohrtechnik GmbH durchgeführt.
Die 2500 kN-Anlage war wie folgt bestückt:
-    12 ¼“ Rollendrehmeißel mit einer Abwinkelung von ca. 1,7° (Grad)
-    6 ⅝“ Bohrgestänge, Range 2

Die 1000 kN-Anlage war wie folgt bestückt:
-    9 ⅞“ Rollendrehmeißel mit einer Abwinkelung von ca. 2° (Grad)
-    5“ Bohrgestänge, Range 2

Generell wurden alle Bohrungen mit folgendem Profil aufgefahren:
-    Ein-/Austrittswinkel 10°
-    Eintrittsradius 250 m
-    Austrittsradius 350 m

Technische Daten (Vortrieb) der Anlandungsbohrungen


Bei den Pilotbohrungen aufgefahren wurden, basierend auf den beschriebenen geologischen Verhältnissen, die Daten wie Vortriebsgeschwindigkeit, Spülungsrezeptur, Spülungsmengen etc. im Vorfeld der Baumaßnahme geplant und berechnet. Das ganze wurde in eine entsprechende WMS (Work method statement) verarbeitet und dem Auftraggeber zur Prüfung und Freigabe eingereicht.
Ein wichtiger Aspekt bei den Bohrungen stellten die erforderlichen und die maximal zulässigen Spülungsdrücke im Bohrkanal dar. Auch hier diente die WMS zur Festlegung der entsprechenden Parameter und legte einen entsprechenden Alarm- und Aktivitätenplan fest. Ein Spülungsausbruch in der Ostsee war ein absolutes No-Go.
Diesem Umstand musste natürlich am geplanten Austrittspunkt in der Ostsee besonderes Augenmerk geschenkt werden.
Im Bereich der geplanten Austrittspunkte wurden vor Beginn der Bohrarbeiten Spundwandkästen mit Abmessungen von 45 x 8,5 m gerammt. Die Abmessungen waren aufgrund der relativ flach endenden HDD-Bohrungen erforderlich um im Stirnbereich eine ausreichende Überdeckung zwischen Spundwandunterkannte und Bohrkanal zu gewährleisten um somit die Sicherheit gegen Spülungsausbrüche und hydraulische Grundbrüche zu erhöhen. Nach erfolgreichem ausbohren der Pilotbohrung wurde dann als zweite Barriere ein weiterer kleinerer „Spülungskasten“ um den Bereich des Bohraustrittpunktes installiert. Dieser sollte verhindern, dass die aus dem Bohrloch austretende Spülung sich großflächig in der großen Baugrubenumschließung verteilt und mit Seewasser in Kontakt kommt.
Die Pilotbohrungen wurden mit folgenden Vortriebs-/Spülungsdaten fertiggestellt:
-    Vortriebsrate 50 – 90 m/Std.
-    Pumpvolumen 600 – 900 Liter/min

Die Aufweitung der Pilotbohrungen erfolgte in zwei Stufen mittels „Backreaming“. Es kam jeweils ein Barrelreamer mit einem Durchmesser von 28“ und 42“ zum Einsatz. Die Vortriebsdaten stellten sich wie folgt dar:
-    Vortriebsrate 30 – 40 m/Std
-    Pumpvolumen 1.600 – 1.800 Liter/min

Die Spülungsrate, der Spülungsdruck sowie der Austrag an Feststoffen wurde zu jedem Zeitpunkt durch den Spülungsingenieur gemessen, dokumentiert und auf die jeweilige Situation eingestellt.
…und anschließend im Lubminer Hafen zu Wasser gelassen. | Foto: Beermann Bohrtechnik GmbH

Einzug


Parallel zu den vorgenannten Bohrarbeiten wurde der Rohrstrang an Land vorgestreckt und verschweißt. Anschließend wurde dieser im Lubminer Hafen zu Wasser (Abb. 3, 4) gelassen. Für den Einschlepp- und den anschließenden Einziehvorgang wurden spezielle Ziehköpfe gefertigt, welche zum einen die sichere Kraftübertragung während des Einziehvorganges gewährleisteten und zum anderen Öffnungen zum befüllen und entlüften des Rohrstranges aufwiesen. Für den Einschleppvorgang wurde der Lubminer Hafen temporär gesperrt. An Land sowie auf Wasser wurden diverse Arbeitsgeräte- und Boote in Position gebracht um den bis zu 700 m langen Rohrstrang sicher ins Wasser und dann zum Anlandepunkt zu bringen.
Mit einer vorher exakt ermittelten Ballastierungsmenge und Ballastierungstechnik wurde der jeweilige Rohrstrang (Abb. 5, 6) eingezogen. Der Rohreinzug wurde wie folgt dokumentiert:
-    Ziehgeschwindigkeit ca. 120 – 140 m/Std.
-    Pumpvolumen 1000 Liter/min
-    Einzugskraft von 450 kN bis 900 kN

Landbohrungen


Zwischen dem Anlandepunkt der Kabelleerrohre an der Küstenlinie und dem Umspannwerk musste das Leerrohrsystem auf einer Strecke von ca. 2.500 m durch ein Naturschutzgebiet bestehend aus Wiese und Weideland verlegt werden. Die Landtrasse war in sieben Bohrabschnitte unterteilt mit Bohrlängen zwischen 270 m und 560 m. Den anspruchsvollsten Abschnitt stellte hier der Abschnitt VII dar, bei welchem der Kühlwasserkanal des Kraftwerkes Lubmin gekreuzt wurde.
Die Landbohrungen begannen bzw. endeten jeweils auf den vom ARGE-Partner Matthäi-Bauunternehmung erstellten Baufeldern A-H. Diese wurden erhöht angelegt, um bei Starkregenereignissen eine Überflutung zu verhindern. Der Achsabstand zwischen den einzelnen Kabelsystemen betrug fünf Meter, so dass auf den Baufeldern in einem seitlichen Abstand von 5 m und einem entsprechenden Arbeitsraum für die Verbindungsgruben insgesamt jeweils zwölf Bohrein- und Austrittspunkte angeordnet werden mussten.

Auf der Landtrasse waren gleichzeitig drei Bohreinheiten im Einsatz (1 x 500 kN, 1 x 450 kN, 1 x 250 kN). Um die benötigte Anzahl an Rohrsträngen in der erforderlichen Zeiteinheit bereitstellen zu können, wurde mit zwei Schweißcontainern und insgesamt sechs CNC-Schweißmaschinen gearbeitet. Eine Landbohrung mit einer durchschnittlichen Länge von ca. 400 m konnte bei einem reibungslosen Ablauf in ca. 4-5 Arbeitstagen realisiert werden.

Bohrspülungslogistik


Das theoretische Bohrlochvolumen aller Bohrungen betrug ca. 10.000 m3, der entsprechende Spülungsbedarf ca. 900 t. Um mit der notwendigen Bohrspülung so effizient wie möglich zu haushalten, wurde bei jeder Bohranlage eine Recyclinganlage eingesetzt. Der Recyclingsand wurde zu einem zentralen Sammelplatz transportiert und von dort aus abgefahren. Überschüssige Bohrspülung beispielsweise von den Rohreinzügen wurde in Erdbecken zwischengelagert um sie dann in nachfolgenden Bohrungen wieder einsetzen zu können. Für den Transport von Wasser und Bohrspülung sowie Recyclingsand waren insgesamt sechs Saugspülwagen sowie zwei Muldenfahrzeuge im Dauereinsatz.
Einzug des ballastierten Rohrstranges. | Fotos: Beermann Bohrtechnik GmbH