Das Projekt "BAW seit sechs Jahren auch 'offshore' aktiv - Die Sicherheit der Windenergieanlagen auf dem Meer muss gewährleistet sein" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Bundesanstalt für Wasserbau durchgeführt. 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.
Das Projekt "Teilprojekt 2" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Umweltbundesamt durchgeführt. 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.
Das Projekt "Teilprojekt 2" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von SEBA Hydrometrie GmbH & Co. KG durchgeführt. Die Erfassung von Pegelständen, Strömungsgeschwindigkeiten und Wellenausbreitung ist von großer Bedeutung für den Hochwasserschutz und für koordinierte Maßnahmen im Katastrophenfall. Deutschland verfügt über ein solides Netz an Überwachungsstationen, es besteht jedoch großer Bedarf an mobilen Lösungen für Wartungsarbeiten und zur Unterstützung im Hochwasserfall, wenn Messstationen ausfallen. Im vorliegenden Projekt wird ein autonomes, energieautarkes Messsystem entwickelt, welches Daten erfassen und weiterleiten kann. Neben den Anwendungsfeldern in Deutschland, besteht auch international ein großer Bedarf für ein solches System, womit sich für die beteiligten Firmen ein großer Absatzmarkt ergibt. Im Zuge der Entwicklung eines Messsystems mit autarker Energieversorgung zeichnet die Fa. SEBA Hydrometrie GmbH & Co. KG für die Auswahl repräsentativer Messstandorte verantwortlich, um die natürlich zur Verfügung stehenden Beschleunigungsanregungen in Gewässern oder in der Luft durch Testmessungen zu erfassen. Diese Voruntersuchungen dienen als Grundlage für die Entwicklung eines Pendelwandler-Systems durch die JuB und MST. Wichtige Arbeitsanteile des Antragstellers am Gesamtprojekt umfassen: die Entwicklung eines angepassten Online-Sensor-Konzepts zur stationären Messung der hydrologischen Leitparameter (Wasserstand, Wassertemperatur sowie elektrische Leitfähigkeit) sowie die Entwicklung und Systemintegration eines Telemetrie-Interface, welches sich für moderne Datenübertragungstechnologien (3G/LTE) bei gleichzeitiger geringer Energieverfügbarkeit eignet.
Das Projekt "Vorhaben: Konzept und Konstruktion von teilbaren Standbeinen für den Einsatz im Semi-Jack-Up" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von INNOVEN GmbH durchgeführt. Definition von Entwurfsvorgaben und Grundkonzept für ein innovatives Mehrzweck-Service-Schiff für Offshore-Windenergieanlagen. Auslegung der Maschinenanlage und des Jack-up Systems mit segmentierten Hubbeinen, sowie energetische Optimierung des Schiffsentwurfs. Das Verbundprojekt besteht aus 8 Arbeitspaketen. An 5 dieser Arbeitspakete hat die INNOVEN GmbH einen wesentlichen Anteil. Diese belaufen sich auf die Konzepterstellung für das Mehrzweck-Service-Schiff, die konstruktiven Aspekte der segmentierten Standbeine und die energetische Optimierung des Gesamtentwurfs.
Das Projekt "Bemessung von Seedeichen mit Grasböschung im Hinblick auf die Wellenbelastung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Dresden, Institut für Wasserbau und Technische Hydromechanik durchgeführt. Veranlassung und Zielstellung: Deiche stellen ein wesentliches Element zum Schutz der Außenküsten vor Landverlust und Überschwemmung bei Sturmfluten in Mecklenburg- Vorpommern dar. In erster Linie gelten ÜDeiche dem Schutz von im Zusammenhang bebauten Gebieten mit nur geringer Höhe über dem ÜMeeresspiegel und damit der Sicherheit der dort lebenden Menschen. Desweiteren können Deiche der Vermeidung schwerer materieller Verluste sowie unter Umständen zusätzlich oder ausschließlich dem Hochwasser- und Sturmflutschutz landwirtschaftlicher Nutzflächen dienen. Die Qualität der Grasnarbe als wesentlicher Bestandteil eines Grasdeiches sowie sein Aufbau und seine Geometrie bestimmen maßgeblich die Funktionalität bei der Abwehr von Sturmfluten. Sowohl die Beurteilung der Belastbarkeit des Deiches, die hauptabhängig vom Schutzvermögen der Grasnarbe ist, als auch die wellendämpfende Wirkung des Vorlandes sind bis heute mit einigen Unsicherheiten verbunden. Bearbeitungsschwerpunkte: Zunächst ist es erforderlich, theoretische Grundlagen zur Beschreibung aller relevanten, am Deich auftretenden Belastungsgrößen aus dem derzeitigen wissenschaftlichen Kenntnisstand herauszuarbeiten und auf die im betrachteten Küstengebiet vorhandenen Bedingungen anzuwenden. Desweiteren sollen auf der Grundlage von Untersuchungen der Grasnarbe verschiedener Deichabschnitte östlich von Warnemünde Aussagen zum derzeitigen Zustand der Deiche und eine Möglichkeit zur Klassifizierung der Wehrhaftigkeit bzw. des Schutzvermögens der Grasnarbe dieser Deiche erarbeitet werden. Dazu werden an jedem Untersuchungsabschnitt Bodenproben bis 1 m tief genommen sowie die auf der Böschung vorhandenen Grasarten bestimmt, um daraus Aussagen bezüglich ihrer Eignung abzuleiten.
Das Projekt "Entwicklung eines Turmkopfmodelles für die Nutzung auf einer schwimmenden Plattform" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von aerodyn engineering gmbh durchgeführt. Für das Verbundprojekt HyStOH soll eine Windenergieanlage angepasst bzw. so umkonstruiert werden, dass sie auf einem schwimmenden Fundament eingesetzt werden kann. Hierzu bedarf es einiger neuer Ansätze. Es gibt erhebliche Unterschiede im Vergleich zu heutigen Anlagen. Zu nennen wären ein ovaler Turmanschluss für den Turbinenkopf, die azimutlose Verbindung zwischen Turm und Turbinenkopf sowie die Anpassung der Anlage an die zusätzlichen Beschleunigungen durch die resultierenden Kräfte aus Wind, Welle und Strömung. Hierzu müssen mit einem Zertifizierer zunächst die Lastfälle erarbeitet werden, die für die Auslegung der Anlage entscheidend sind. Hieraus werden dann die entsprechenden FEM und Lebensdauerberechnungen erstellt sowie die Komponenten an die besonderen Bewegungen und Beschleunigungen angepasst. Als Basis dient die SCD 6.0 MW von aerodyn. Zum Teil können Bauteile aus dem vorhandenen System in diese neue Anlage einfließen. In diesem Fall werden die Teile auf Verwendbarkeit überprüft bzw. wenn notwendig neu spezifiziert. Neue Komponenten werden entsprechend spezifiziert. Das Ziel ist ein CAD-Modell einer Windenergieanlage welches auf das HyStOH-Fundament angepasst ist. Dies Modell enthält alle wesentlichen Parameter wie z. B. Materialauswahl oder Normen für eine spätere Erstellung von Fertigungsunterlagen.
Das Projekt "Teilprojekt 2: Einwirkungen Wind und Welle" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Hannover, Ludwig-Franzius-Institut für Wasserbau, Ästuar- und Küsteningenieurwesen durchgeführt. An dem themenübergreifenden Verbundprojekt 'Probabilistische Sicherheitsbewertung von Offshore-Windenergieanlagen' sind zahlreiche Institute aus den Bereichen des Bauwesens, der Elektrotechnik und des Maschinenbaus beteiligt. Es soll die für den Bemessungsprozess zentrale Frage der Versagenswahrscheinlichkeit in den aktuellen Bemessungen von OWEA geklärt werden. Darüber hinaus sollen Möglichkeiten zur Optimierung des baulichen Designs aufgezeigt werden. Hierfür werden mit Hilfe von probabilistischen Methoden Versagenswahrscheinlichkeiten für die Grenzzustände berechnet. Die vorhandenen Versagensarten der Tragstruktur werden in einer Fehlerbaumanalyse zusammengeführt und die wahrscheinlichste Versagensart sowie die resultierende Versagenswahrscheinlichkeit können bestimmt werden. Aufgrund dieses Vorgehens wird eine zielorientierte Veränderung der Tragstruktur möglich, so dass eine Optimierung der Zuverlässigkeit und Wirtschaftlichkeit erwartet werden kann. Neben der Bestimmung von Sicherheitselementen für das Bauwesen sollen Sicherheits- und Zuverlässigkeitsbetrachtungen der mechanischen und elektronischen Anlagenteile einer OWEA berücksichtigt werden. Das Franzius-Institut ist am Teilprojekt 2 (Welleneinwirkungen) beteiligt. Im TP 2 sollen die hydrodynamischen Lasteinwirkungen aus brechenden Wellen hergeleitet werden, die als Beanspruchungen auf die Tragkonstruktion und die Anlagenteile wirken. Die hydrodynamischen Lasteinwirkungen auf OWEA resultieren aus brechenden Wellen und erzeugen maximale Struktureinwirkungen, die an Tragstrukturen sowohl erhebliche singuläre Materialbeanspruchungen verursachen als auch die Gesamtstruktur in Schwingungen versetzen und unter Lebenszyklusbetrachtungen zur diskontinuierlichen Degradation der Tragstruktur beitragen können. Bemessungsrelevante Einwirkungen hängen maßgeblich vom vorherrschenden Seegangsklima, bspw. von der Geometrie einer brechenden bzw. gebrochenen Welle in einem Sturmereignis ab. Sämtliche Einflussparameter unterliegen im natürlichen Seegang großen Schwankungen. Für eine effiziente Auslegung von OWEA müssen dominierende und signifikante Seegangsparameter sowie Wiederkehrintervalle von Extremereignissen und Methoden zur Bestimmung der Überschreitungswahrscheinlichkeiten bestimmt werden. Dabei werden genauere Kenntnisse über die Streuungen der Einflussparameter benötigt. Somit können probabilistische Verfahren zur lokalen und zeitlich hochaufgelösten Abschätzungen von Strömungs- und Wellenverhältnissen ermittelt werden, mit dem Ziel der Ermittlung von Installations- und Wartungszeiträumen von OWEA. Es sollen saisonale Effekte und Trends in Extremereignissen unter sich ändernden Randbedingungen in Zeiträumen von Jahrzehnten prognostiziert werden. Hierzu sind Validierungen mit gemessenen und berechneten hindcast Datensätzen (coastDat, GKSS) notwendig sowie Analysen im labortechnischen Maßstab unumgänglich. (Text gekürzt)
Das Projekt "Teilprojekt 3: Entwicklung einer universellen Verankerung von mobilen Buhnen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von SIBAU Genthin GmbH & Co. KG durchgeführt. Ziel des Teilprojektes ist die Entwicklung einer Verankerung von mobilen Buhnen in einem Fließgewässer. Die Verankerung soll dabei ebenso flexibel wie die mobile Buhne in den Fluss eingebracht und wieder zurückgebaut werden können. Je nach Art der zu entwickelnden mobilen Buhne wie zum Beispiel 'Textilschlauchbuhne' oder 'Klappbuhne' soll eine passende Verankerungstechnologie entwickelt werden. Ein Ansatz ist, die Buhne nicht zentral mit einem schweren Anker, sondern dezentral mit mehreren Ankermodulen zu verankern. Sobald mehrere Bauteile in den Fluss eingebracht werden kommt es aber zu vermehrten Wechselwirkungen mit dem Wasser das die Bauteile überströmt. Die durch die mobile Buhne gelenkten Strömungen dürfen durch die Verankerungselemente nicht negativ beeinflusst werden. Nach einer Anforderungsanalyse der Gewässergründungen und der zu verankernden flexiblen Buhnen werden Funktionsmuster von Verankerungen entwickelt und maßstäblich prototypisch umgesetzt. Die Funktionsmuster werden zusammen mit den Funktionsmustern der Buhnen in einem realen Umfeld getestet. Aus den Ergebnissen der Tests wird die Verankerungstechnologie als ein Prototyp entwickelt, der den Anforderungen am Besten gerecht wird. Diese Technologie wird dann mit der prototypischen flexiblen Buhne ebenfalls im realen Fluss installiert, getestet und optimiert.
Das Projekt "Vorhaben: Entwicklung und Durchführung von Laborversuchen zu grünen Seedeichen und Deckwerken" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Carolo-Wilhelmina zu Braunschweig, Leichtweiß-Institut für Wasserbau durchgeführt. Deckwerke, See- und Ästuardeiche an der Deutschen Küste werden entsprechend der geltenden Anforderungen für einen sicheren und nachhaltigen Sturmflutschutz geplant, bemessen und gebaut. Ökosystemare Aspekte finden bislang bei diesem Prozess kaum Beachtung. Hauptziel des Forschungsvorhabens ist die Steigerung des ökosystemaren Werts von Deichen und Deckwerken unter gleichzeitiger Beachtung der Deichsicherheit. Hierzu ist es erforderlich, Deiche und Deckwerke nicht nur als Küstenschutzbauwerk, sondern auch als Ökosystem zu verstehen und die komplexen Wechselwirkungen zwischen 'grünem Deich' und Meer zu begreifen und durch begleitende intelligente und innovative Maßnahmen des Monitorings und der Deichunterhaltung die Deichsicherheit im Rahmen einer integrierten risikobasierten Strategie zu erhalten bzw. möglichst zu steigern.
Das Projekt "Verifikation von Offshore-WEA (OWEA)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Stuttgart, Institut für Flugzeugbau (IFB), Stuttgarter Lehrstuhl für Windenergie durchgeführt. In diesem Verbundprojekt werden in vier inhaltlichen Arbeitspakete essentielle Aspekte der Offshore-WEA (d.h. Rotor-Gondeleinheit und Tragstruktur) und der untrennbar mit der Anlagendynamik verbunden Belastungen und Betriebseigenschaften um Windpark untersucht. Das beantragte Projekt befasst sich speziell mit den Offshore-Windenergieanlagen und untersucht deren Leistungskurven als Einzelanlage und im Windpark unter Offshore-Bedingungen, ihre Dynamik einschließlich Wind-, Wellen- und Windparkbelastungen und die Entwicklung von Monitoring-Verfahren zur Überwachung des Betriebsverhaltens. Ingesamt sind zehn Partner an diesem Forschungsvorhaben beteiligt, wobei die Universität Stuttgart, die Universität Oldenburg, die Universität Hannover, das Deutsche Windenergie-Institut, die Multibrid Entwicklungsgesellschaft und die REpower Systems AG jeweils mit eigenen Anträgen vertreten sind. Die Projektlaufzeit beträgt zweieinhalb Jahre. Folgende Arbeitspakete sind vorgesehen: 1. Leistungskurve offshore - Bestimmung und atmosphärische Einflüsse. 2. Verifikation der Strömungsbedingungen und Nachlaufbelastungen in Offshore-Windparks. 3. Verifikation der Anlagendynamik und der Belastungen. 4. Online-Monitoring des Belastungsverhaltens.
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