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BAW seit sechs Jahren auch 'offshore' aktiv - Die Sicherheit der Windenergieanlagen auf dem Meer muss gewährleistet sein

Da beim Bau von Offshore-Windenergieanlagen großenteils technisches Neuland betreten wird, gilt es, dafür den 'Stand der Technik' zu entwickeln und in Standards und Normen festzuhalten. Den Anteil der erneuerbaren Energien zu steigern, ist ein wichtiges energiepolitisches Ziel der Bundesregierung. Dabei soll die Windenergie auf dem Meer einen wesentlichen Teil der zukünftigen Energieversorgung sicherstellen. Im Vergleich zu den Bedingungen an Land (onshore) treten auf dem Meer (offshore) hohe stetige Windgeschwindigkeiten auf, sodass hohe Erträge zu erwarten sind. Offshore-Windparks sollen von der Küste und den Inseln aus nicht sichtbar sein, und sie sollen außerhalb der Küsten-Nationalparks Wattenmeer und Boddengewässer liegen. Deshalb werden Windpark-Projekte vorwiegend in großer Entfernung zur Küste und in großen Wassertiefen geplant. Sie liegen damit in der sogenannten 'ausschließlichen Wirtschaftszone' (AWZ) der Bundesrepublik Deutschland. Dies ist das Gebiet außerhalb der 12-Seemeilen-Zone bis zu einer Entfernung von 200 Seemeilen. Die Windenergieanlagen müssen dort in Wassertiefen bis zu 50 m errichtet werden. Aufgrund der anspruchsvollen Bedingungen - große Wassertiefen, starke Wind- und Wellenbelastungen, weite Entfernungen von der Küste - ist die in Deutschland geplante und begonnene Errichtung von Offshore-Windenergieanlagen (OWEA) weltweit einmalig. Diese schwierigen Randbedingungen machen eine sorgfältige Planung notwendig. Das zuständige Bundesamt für Seeschifffahrt und Hydrographie (BSH) hat bisher 28 Windparks unter der Auflage genehmigt, dass die Antragsteller planungsbegleitend bis zur Baufreigabe die Einhaltung des Standes der Technik nachweisen müssen. Da hier aber großenteils technisches Neuland betreten wird, musste und muss ein solcher Stand der Technik überhaupt erst geschaffen werden. Das BSH gibt Standards als technische Regelwerke für Offshore-Windenergieanlagen heraus, die unter Mitwirkung von Expertengruppen erarbeitet und weiterentwickelt werden. In diesen Standardisierungsprozess bringt die BAW ihr vorhandenes wasserbauliches und geotechnisches Expertenwissen ein und berät das BSH bei den technischen Fragen während des Genehmigungsprozesses. So sind im Rahmen der Freigabeprozesse umfangreiche technische Unterlagen der Antragsteller zu bearbeiten. Dabei werden immer wieder wesentliche fachliche Risiken für die Errichtung und den sicheren Betrieb deutlich, die in aufwändigen Fachgesprächen und Fachbeiträgen behoben werden müssen. Sie resultieren aus der Komplexität der Aufgabenstellung und der Randbedingungen, die nachfolgend beispielhaft betrachtet werden.

Analyse und Bewertung der ökologischen Belastungen von Seen durch Fahrgast- und Freizeitschifffahrt im Spannungsfeld von Gewässerschutzzielen und Nutzungsansprüchen: Mitigationsstrategien für eine dauerhaft umweltverträgliche Lenkung

Tsunami Intensitätskarten

Tsunamis kommen nicht nur im Meer vor, sondern in seltenen Fällen auch in Schweizer Seen. Hier entstehen Tsunamis vor allem durch Bergstürze und Über- oder Unterwasserrutschungen, die oft, aber nicht zwingend durch ein Erdbeben ausgelöst werden. Hinweise auf historische und prähistorische Bergstürze und Rutschungen, die Flutwellen ausgelöst haben, wurden in den Sedimenten zahlreicher Schweizer Seen gefunden. Dabei handelt es sich um chaotisch durchmischte Ablagerungen, die sich von normalen Sedimenten unterscheiden. Dank der Möglichkeit, ihr Alter zu bestimmen, können sie im Nachhinein einem Ereignis zugeordnet werden. Bekannt sind mehrere solche Ereignisse (z.B. 563 n. Chr. am Genfersee (Welle 13 m in Genf) oder 1601 am Vierwaldstättersee (Welle 4 m in Luzern)). Das Forschungsprojekt sieht in einem multidisziplinären Ansatz (Limnogeologie, Seismologie, Geotechnik, Hydraulik Naturgefahren) vor, die Entwicklungsmechanismen und die Fortpflanzung von Tsunamiwellen auf Schweizer Seen zu erforschen. Einerseits sollen die erwarteten Wahrscheinlichkeiten für Tsunamis auf den Schweizer Seen abgeschätzt werden. Andererseits sollen die Wellenmodellierungen auf den Seen über das Ufer hinaus in das angrenzende Umland ergänzt werden. Das erwartete Ausmass der Überflutungen soll dabei in Intensitätskarten dargestellt werden, analog zu den Überflutungs-Intensitätskarten durch klassische Hochwasser. Diese Intensitätskarten sollen anschliessend den Kantonen zur Verfügung gestellt werden. Projektziele: Abschätzung der Wahrscheinlichkeit von Tsunamis und Erstellung von Tsunami-Überflutungs-Intensitätskarten für den Uferbereich von Schweizer Seen. Durch die Analyse von Seesedimenten können die früheren Tsunamis datiert und deren Frequenz und Wahrscheinlichkeit abgeschätzt werden. Für die Erarbeitung der Intensitätskarten werden Modellierung der Wellenentwicklung und -fortpflanzung auf dem See und der Überflutungsprozesse an Land durchgeführt. Die Kartierung der Intensitäten erfolgt aus den Modellresultaten nach bestehender Methodik analog zur Kartierung klassischer Hochwasser.

BIVA-WATT - Untersuchung der lokalen und räumlichen Rauheitswirkung von Austernriffen und Miesmuschelbänken, Leitantrag; Vorhaben: Quantifizierung der Auswirkungen von Populationsstrukturen der Pazifischen Auster (Crassostrea gigas) und heimischen Miesmuschel (Mytilus edulis) auf Wellen

Sub project: TTH, Sub project: RedKoPILE

FW II: Early Dike, Vorhaben: Entwicklung eines Seegangs- und Wellenbelastungssimulators als Grundlage für ein Frühwarnsystem für Seedeiche - Sonderprogramm GEOTECHNOLOGIEN

Motivation: Die Kenntnis der seegangsinduzierten hydrodynamischen Belastungen von Seedeichen, einschließlich deren zeitlicher und räumlicher Verteilung am Deich in Verbindung mit den lokalen Wasserständen ist von entscheidender Bedeutung eines risikobasierten Frühwarnsystems. Wesentliche Ziele des Teilprojekts: 1.Zur Verfügung stellen hochaufgelöster Seegangsdaten (Wave Monitor) für operationelle Frühwarnsysteme für die gesamte deutsche Nordseeküste mit einer stündlichen Auflösung und, in Abhängigkeit von den geomorphologischen Strukturen, mit einer räumlichen Auflösung von wenigen 100m entlang des Systems der Küstenschutzdeiche an der Nordseeküste und 2.ein integriertes Modell (Wave Load Simulator) für die Abschätzung der welleninduzierten Belastungen (Brandungsstau, Wellenauflauf, Strömungen, Schubspannungen) auf die Deichböschungen für das Teilprojekt Dike Monitor (WP3) zu entwickeln basierend auf den Vorhersagedaten von i). 3.Als Grundlage für das integrierte Modell wird eine Messkette zur Erfassung der hydrodynamischen Belastungen vor und auf den Seedeichen beispielhaft für einen Seedeich der Ortschaft Untjehörn auf der Nordseeinsel Pellworm in Kooperation mit dem Landesbetrieb für Küsten- und Naturschutz Schleswig-Holstein (LKN-SH) installiert und betrieben. Zusätzlich wird ein Konzept für ein optimales Wellenmessnetzwerk zu Vorhersagezwecken erstellt als Teil des Wave Monitor und in dem geplanten Geoportal implementiert (WP5).

Renaturierung schwefelsaurer Tagebauseeböschungen

Im Süden Brandenburgs vollzieht sich ein umfassender sozioökonomischer und landschaftlicher Wandel. Aus ehemaligen Braunkohlentagebauen entsteht eine weiträumige Wasserlandschaft. So sind im gesamten Lausitzer Revier bereits etwa 162 km2 neue Wasserflächen entstanden. Die Seenlandschaft weist ein erhebliches Potential u. a. für den naturbetonten Tourismus auf. Das Land Brandenburg investiert deshalb in verschiedene Infrastrukturvorhaben wie z. B. dem Bau schiffbarer Verbindungen zwischen den Tagebauseen. Diese Maßnahmen gehen über die Verpflichtungen der LMBV als Sanierungsträger hinaus und dienen der Entwicklung einer attraktiven Bergbaufolgelandschaft (VA 2007, §4-Maßnahmen: Erhöhung des Folgenutzungsstandards). Eine ernste Herausforderung für die Entwicklung des Lausitzer Seenlandes stellt die weitreichende geochemische Versauerung dar, bedingt durch die bergbauliche Belüftung und nachfolgende Verwitterung von Pyrit. Um die Tagebauseen dennoch nutzen zu können und diese schadlos an die bestehenden Fließgewässer anzubinden, werden bereits verschiedene Maßnahmen zur Verbesserung der Gewässerqualität erprobt bzw. durchgeführt. In dem vorangeschrittenen Stadium der Flutung wird deutlich, dass die zukünftigen Ufer stark technogen geprägt sind. Es dominieren monoton geneigte Böschungen, die in weiten Teilbereichen als Rohbodenflächen anzusprechen sind. Als eine Ursache in der verzögerten bzw. ausbleibenden Vegetationsentwicklung dieser Uferbereiche wird die geogene Versauerung der verkippten Bodensubstrate angenommen (schwefelsaure tertiäre Deckgebirgsschichten). Eine verzögerte Vegetationsentwicklung der Tagebauseeufer ist jedoch nachteilig, da das Röhricht wichtige Aufgaben übernimmt, die für eine ökologisch hochwertige und touristisch attraktive Seenlandschaft von Bedeutung sind: Das Röhricht ist (1) ein typischer Lebensraum entlang der Wasserflächen und stellt (2) eine bedeutsame Aufwertung des Landschaftsbildes dar. Schilf schützt (3) das Ufer gegen Erosion durch Wellenschlag und kann so (4) erosionsbedingte Säureeinträge vermeiden. Der Röhrichtgürtel kann zudem (5) zur biogenen Alkalinisierung des Wasserkörpers beitragen. (Text gekürzt)

HYGEDE: Hydraulisch gebundene Deckwerke, Vorhaben: Wellenbelastung und Stabilität hydraulisch gebundener Deckwerke (HYGEDE-B)

Bedingt durch die zunehmende Belastung der Deckwerke als Folge der Klimaänderungen und des stärker werdenden Schiffsverkehrs sowie durch die gestiegenen Anforderungen an die Sicherheit wird u.a. nach alternativen Uferschutz-Lösungen gesucht, die höheren Beanspruchungen schadlos widerstehen können, wenig Unterhaltung brauchen und ökologisch freundlich sind. Dennoch werden gerade in stark belasteten Uferbereichen eine Erhöhung der Stabilität der Deckschicht gefordert, die z.B. durch einen Vollverguss bzw. einen Teilverguss der Steine gewährleistet werden soll. Leider ist in der einschlägigen internationalen Literatur wenig über die Bemessung hydraulisch gebundener Deckwerke zu finden, obwohl sie weltweit im Einsatz sind. Hauptziel des Projektes ist daher, die wissenschaftlich technischen Grundlagen für die Bemessung hydraulisch gebundener Deckwerke auf Seegangsbelastung zu erarbeiten und möglichst einfache Bemessungsformeln und -diagramme sowie Empfehlungen für die Ingenieurpraxis abzuleiten. Die Projektarbeiten teilen sich in 6 Teilprojekte: 1. Bewertung der derzeitigen Vergussbauweisen und des Wissenstandes, 2. Theoretische Untersuchungen und Grundsatzuntersuchungen für die Stabilität hydraulisch gebundener Steindeckwerke unter idealisierten Randbedingungen, 3. Kleinmaßstäbliche Versuche im Doppelwellenkanal des LWI, 4. Großmaßstäbliche Versuche im GWK, 5. Entwicklung von Bemessungsformeln und -diagrammen, 6. Vergleichsanalyse der Gesamtkosten, Empfehlungen, Abschlussbericht.

ENSURE Plastik: Entwicklung Neuer Kunststoffe für eine Saubere Umwelt unter Bestimmung Relevanter Eintragspfade, Teilprojekt 2

Kunststoffe sind langlebig, leicht und kostengünstig herzustellen. Diese Vorteile im Produktbereich können sich zum Nachteil entwickeln, wenn Kunststoffe oder Teile von Ihnen unkontrolliert oder massenhaft in die Umwelt gelangen. Besonders die große Langlebigkeit und Beständigkeit können zu einer unerwünschten Akkumulation in der Umwelt führen. Hier bilden sowohl Meere als auch Böden eine finale Senke. Ziel des Vorhabens ist es, Kunststoffe mit umweltoptimierten Abbauverhalten zu entwickeln, die bei gleicher Stabilität schneller und umweltverträglicher abgebaut werden können. Ferner sollen mit Blick auf die rezenten Quellen und Senken im terrestrischen Bereich innovative Methoden i) zur Quantifizierung und Charakterisierung der Umweltbelastung, ii) zum biologischen Abbau der relevanten Kunststoffe und iii) zur Analyse und Beeinflussung gesellschaftlicher Wahrnehmungs- und Verhaltensmuster entwickelt werden. Das Umweltbundesamt (UBA) beschäftigt sich in ENSURE insbesondere mit der Nachweisbarkeit von Kunststoffen in Modul 1 und der Abbaubarkeit und Umweltverträglichkeit von Kunststoffen in Modul 3. Im Rahmen der Nachweisbarkeitsuntersuchungen werden in AP 1.3 zunächst das Aufkommen und die Qualität von Kunststoffen in Gär-, Klär- und Kompostanlagen untersucht. Hierzu muss zunächst eine Probenentnahmestrategie entwickelt werden, mit der repräsentativ Proben gewonnen und die anlagenspezifischen Verhältnisse berücksichtigt werden können. Bezüglich der Abbaubarkeit und Umweltverträglichkeit können in AP 3 Freiland-Fließrinnen-Mesokosmen der Fließ- und Stillgewässer-Simulationsanlage des UBA im halbtechnischen Maßstab verschiedene Uferzonen (z.B. Stein, Kies, Sandufer) eingerichtet und ein naturähnlicher Wellenschlag simuliert werden. Außerdem wird in AP 3.2 auch außerhalb des semiterrestrischen Bereichs die Abbaubarkeit und Degradation von Kunststoffen unter definierten Laborbedingungen simuliert (im Festbettreaktor) und anschließend auf reale Bedingungen übertragen.

Untersuchung des Einflusses von Porenwasser auf die Wellenausbreitung in Beton bei hohen Belastungsgeschwindigkeiten (Impakt) - KEK

Ziel des beantragten Forschungsvorhabens ist es, den Einfluss der durch das Porenwasser verursachten Viskositäts- und Impedanzunterschiede auf die Wellenausbreitung im Beton infolge dynamischer Beanspruchung zu untersuchen. Um den Einfluss des Porenwassers auf das globale Betontragverhalten, auf eine Veränderung der Materialimpedanz und auf die Stoßwellenausbreitung im Beton zu klären, sollen verschiedene definiert angebrachte Porenkonfigurationen experimentell untersucht werden. Ein weiteres Ziel ist es, einen Beitrag zur Entwicklung genauerer Materialmodelle für die Simulation von Stoß- und Explosionsbelastungsszenarien zu leisten. Die Ergebnisse dieses Forschungsprojekts sollen zu einem besseren qualitativen und quantitativen Verständnis des Dehnrateneffektes und damit zur Sicherheit von Kernkraftwerken und anderen kritischen Infrastrukturen beitragen.

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