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Anwendungsorientierte Sensordatenfusion für die In-Situ Rotorblatt-Strukturüberwachung, Teilvorhaben: Entwicklung der Radarsensorik

Mit dem 2019 ins Leben gerufenen europäischen Green Deal und den damit verbundenen nationalen Programmen wurde ein Maßnahmenpaket beschlossen, welches einen Transformationsprozess der europäischen Wirtschaft mit dem Ziel eines nachhaltigen und integrativen Wachstums vorsieht. In diesem Zusammenhang kommt der Energiegewinnung aus Windkraft eine herausragende Bedeutung zu. In Deutschland schlägt sich dies im Koalitionsvertrag der Bundesregierung nieder, in dem ambitionierte Ziele für den Ausbau der Windenergie sowohl onshore als auch offshore verfolgt werden. Um dem hohen Kostendruck in der elektrischen Energieerzeugung zu begegnen, wurden in der Windenergie in den letzten Jahren bereits große Erfolge erzielt und die Energieentstehungskosten konnten signifikant gesenkt werden. Bei Fortschreiten dieses Wegs kommt den Rotorblättern eine Schlüsselrolle zu, da sie die Windenergie in mechanisch nutzbare Energie überführen, mit rund 20% direkt zu den Anlagenkosten beitragen und die mechanischen Anlagenlasten signifikant beeinflussen. Für die optimierte Betriebsführung der Windenergieanlagen (WEA) sind jedoch neuartige Ansätze des 'Structural Health Monitorings (SHM)' erforderlich. Insbesondere bei der anwendungsorientierten Entwicklung solcher Systeme gibt es hohen Entwicklungsbedarf! IMST beteiligt sich am Verbundprojekt mit seinem Know-how im Bereich der Radarelektronik. Gemeinsam mit dem Partner TUHH wird ein bestehender Sensorknoten mit 60 GHz Radartechnik erweitert. Dazu gab es bereits Voruntersuchungen der Partner TUHH und GUF auf deren Basis der Radarsensor entwickelt wird. Die neue Antenne soll einen breiteren Beam ermöglichen, um mehr Fläche des Rotorblatts abzudecken. Ziel ist es, mit 4 Sensorknoten ein Rotorblatt zu erfassen. IMST entwickelt neben der Radarelektronik eine passende Antenne und ein Gehäuse, in dem alle elektrischen Komponenten des Sensorknotens eingebaut werden. Für einen Feldversuch in 3 WEAs wird IMST 44 Sensorknoten mit Radar aufbauen.

Reduzierung der Fertigungs- und Wartungskosten von Offshore Windenergieanlagen mittels Inline-Inspektion und maschineller Lernverfahren, Vorhaben: Quantifizierung lokaler Einflussgrößen auf die Lebensdauer von Schweißverbindungen

Schwerpunktprogramm (SPP) 527: Bereich Infrastruktur - International Ocean Discovery Program, Teilprojekt: Deformationsmechanismen in Sedimenten kurz vor Eintritt in einen Subduktionskomplex zu flachen seismischen Bewegung

Erdbeben vorherzusagen ist enorm schwierig, jedoch sind solche Vorhersagen für unsere Gesellschaft wichtig, um die Risiken abzuschwächen, die von Erdbeben ausgehen. Durch immer besseres Erkennen der großen Vielfalt seismischer Ereignisse, die von massiven, zerstörerischen Beben wie etwa dem 2004 Sumatra Beben, bis zu langsamen Beben reicht, erhöht sich der Anspruch die geologischen Ursachen hinter Erdbeben zu verstehen. Deshalb wurde in der IODP Expedition 362 die Bengal/Nicobar Fächersequenz bis in die ozeanische Kruste erbohrt und beprobt, um die Materialien zu untersuchen, die in die Subduktionszone gelangen und dort zu extremen Beben beitragen werden. Das Sumatrabeben ist von spezieller Bedeutung, da es näher als vermutet am Tiefseegraben auftrat, was zu einem besonders starken Beben und Tsunami beitrug. Ein kürzlich veröffentlichter Artikel argumentiert, dass das flache Beben im Offshore-Bereich Sumatras durch diagenetisches Verfestigen von tief versenkten störungsbildenden Sedimenten verursacht wurde. Dieses Verfestigen wird mit kompletter Entwässerung der Silikate vor der Subduktion in Verbindung gebracht, was konventionellen Modellen widerspricht. Um zum besseren Verständnis dieser atypischen flachen seismischen Bewegung beizutragen, schlagen wir vor, die Mirko- und Poren-Strukturen von Kernproben, die während der Expedition in LN2 gefroren wurden, zu charakterisieren um (1) Anomalien in den Mikrostrukturen zu erkennen, die in Kombination mit Daten zu seismischen und physikalischen Eigenschaften, auf Horizonte zukünftiger Störungslokalisierung und Bildung von Abscherflächen hinweisen und (2) Deformationsmechanismen während der Versenkung und kleinmaßstäbliche Faltung zu erkennen, die helfen werden, die mechanischen Eigenschaften der Gesteine von ihrer derzeitigen Position in den Sumatra-Subduktions-Komplex zu extrapolieren. Um diese Zielvorgaben zu erreichen, werden wir zunehmend verfestigte und wenig deformierte Proben, die vor Ort unter kryogenen Bedingungen genommen wurden (d.h. keine Veränderung der Struktur durch Austrocknen des Probenwassers) und mehrere langsam getrocknete Proben mit (kryogenem) Broad Ion Beam Polieren und (kryogener) Rasterelektronenmikroskopie untersuchen. Wir werden diese Ergebnisse mit Mikrostrukturen von Kernproben vergleichen, für die die Spannungs-Verformungs-Kurve im Labor gemessen wird, um Hypothesen zu testen, wie die Sedimentsäule auf zusätzliche Versenkung oder Scherung reagiert, die sie in der Subduktionszone erfährt.

Nachbewilligung zur Dritten Phase des Projektes: Entwicklung eines zweistufigen biologischen Verfahrens zur Reinigung von Deponiesickerwasser und industriellen Abwässern mit komplexen Stoffgemischen

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens: Ziel der letzten Projektphase war es, mit einer Langzeit-Praxiserprobung das zweistufige biologische Verfahren zur Deponiesickerwasserreinigung als Stand der Technik zu etablieren und zu bilanzieren. Nach der Inbetriebnahme des Technikums am Deponiestandort Schöneiche ging es in der zwölfmonatigen Laufzeit des Projektes AZ 14996/04 in den Langzeitversuchen um die Validierung der Laborergebnisse im technischen Maßstab, die verfahrenstechnische Optimierung der Anlage und um eine damit verbundene mögliche Kostenreduzierung des Systems. Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten Methoden: Nach dem ersten Technikums-Probebetrieb wurde eine Reihe von Optimierungsmaßnahmen durchgeführt: - der Umbau des Rohsickerwasserzulaufs, - die Verwendung von Soda statt Bicarbonat für die Ammoniumoxidation in Reaktor 2, - der Einsatz von Membrandosierpumpen mit integrierten Rückschlagventilen für die Zugabe von Soda und Essigsäure, - der Einbau von zusätzlichen Polyurethan-Festbetten zur Vergrößerung der Oberfläche für die Besiedlung mit Mikroorganismen, - die Einstellung des Sollwerts für Reaktor 4 auf einen pH-Wert von 6,5, - ein Update der SPS-Steuerung der Nanofiltration zur freien Programmierung der Spülzyklen, - der Einbau eines Absperrhahns vor den Nanofiltrations-Vorfilter - und die Trennung des Nanofiltrationsablaufs vom Reaktoren-Sammelablauf zur Behälterleerung. Es wurde sowohl Rohsickerwasser der MEAB-Deponie Schöneiche als auch Sickerwasserkonzentrat der Deponie Vorketzin behandelt. Fazit: Wegen der durchgeführten Optimierungsmaßnahmen ist es prinzipiell gelungen, das Schöneicher Rohsickerwasser gemäß Anhang 51 der Abwasserverordnung aufzureinigen. In Vorketzin wurde die organische Belastung über 70% und Stickstoff über 80% reduziert. Nach Rückgang der Calciumfracht sollte es zukünftig möglich sein, mit der Zweistufen-Biologie das Sickerwasserkonzentrat ausreichend zu reinigen, da organische Belastung und Stickstoffgehalt geringer als im Schöneicher Rohsickerwasser sind. Um das Verfahren als Stand der Technik, vor allem für die Behandlung von Sickerwasserkonzentraten, zu etablieren, müssten die Laborvorgaben mit den Erfahrungen des Technikumsbetriebs kombiniert und in einer weiteren Versuchsreihe unter optimierten Bedingungen verifiziert werden.

Neue robotische Handhabungstechniken und KI-Algorithmen zur präzisen Handhabung von Objekten im Meer am Beispiel von Munitionsaltlasten

Geflügelte Geister der Ozeane: die globale räumliche Ökologie und Schutz der kleinsten und schwer erfassbaren Seevögel der Welt, der Sturmschwalben (Hydrobatidae & Oceanitidae), im Mittelmeer und im Nordostatlantik

Bei den globalen Veränderungen und deren Mitigation durch Umstellung auf erneuerbare Energiequellen (z. B. Offshore-Wind- und Solarparks) müssen nachteilige Auswirkungen auf die Lebensräume im Meer besser erkannt und vermieden werden. So hat die internationale Fischereipolitik in letzter Zeit der marinen Aquakultur Vorrang eingeräumt, um die globale Nahrungsmittel- und Ernährungssicherheit vieler Staaten zu gewährleisten, ohne deren tatsächliche Auswirkungen auf die Meeresumwelt zu kennen. Das Verständnis der räumlichen Ökologie freilebender Tiere, einschließlich ihrer Verbreitung, Bewegungen und Wanderungen, ihrer Phänologie und ihrer Ernährung, führt zu einer besseren Bewirtschaftung und Erhaltung. So können beispielsweise Bemühungen zur Erhaltung wandernder Populationen, die sich ausschließlich auf Brutgebiete konzentrieren, diese Populationen nicht vor Bedrohungen entlang der Wanderrouten oder in Nicht-Brutgebieten schützen. Tierbewegungen und Wanderungen sind auch deshalb wichtig, weil sie das Verhalten, die Lebensweise und sogar die Anatomie vieler Arten beeinflussen. Darüber hinaus kann sich das Wander- und Ernährungsverhalten innerhalb und zwischen den Arten und Populationen unterscheiden. Daher ist es von entscheidender Bedeutung, die auf jeder dieser Ebenen genutzten Routen und Nichtbrutgebiete zu ermitteln, zumal sie auch mit unterschiedlichen Bedrohungen verbunden sein können. Darüber hinaus kann die Untersuchung verschiedener Populationen auch dazu beitragen, zu verstehen, ob die räumliche Ökologie der Art durch genetischen und/oder Umweltvariablen bestimmt wird. Eine Möglichkeit, die Bewegungen und die Verteilung außerhalb der Fortpflanzungszeit bei wandernden Arten zu bestimmen, und zwar neuerdings auch bei den kleinsten Arten, ist der Einsatz von Geolokatoren auf Lichtniveau. Darüber hinaus können feinräumige Bewegungen mit dem kleinsten GPS-Gerät von nur 0,95 g verfolgt werden. Sturmschwalben (Familien Hydrobatidae und Oceanitidae) sind die kleinsten Seevögel und für die Forscher normalerweise nur zugänglich, wenn sie während der Brutzeit in den Kolonien an Land sind. Daher ist es besonders schwierig, sie außerhalb dieses Zeitraums zu untersuchen, wenn sie sich irgendwo auf dem Meer aufhalten und während dieser Zeit wandern und normalerweise ihr Gefieder mausern. Von den meisten Arten ist bekannt, dass sie sich während der Brutzeit bevorzugt von Ichthyoplankton und Zooplankton ernähren, und oft wird diese Beute zusammen mit einem relevanten Anteil an Mikroplastik verzehrt. Obwohl die Interaktion von Sturmschwalben mit anthropogenen Offshore-Aktivitäten teilweise untersucht wurde, zielt der vorliegende Vorschlag darauf ab, wichtige Erkenntnisse über die globale räumliche Ökologie dieser wenig erforschten Taxa zu sammeln und dazu beizutragen, Wissenslücken in Bezug auf die biologische Vielfalt der Meere und die anthropogenen Einflüsse auf sie entlang der europäischen Meere zu bewerten.

Material- und Reparaturinnovationen für Offshore Leading Edge Protection Systeme

Eine der häufigsten Gründe für Ertragsverluste und für Reparaturen an Rotorblättern (RB) von Windenergieanlagen (WEA) sind die Degradation und die Beschädigung von Beschichtungen. Insbesondere werden im Betrieb von offshore Anlagen häufiger und signifikantere Schäden beobachtet als an onshore Standorten. Ursachen werden u.a. in den höheren Blattspitzengeschwindigkeiten, der höheren Anzahl an Volllaststunden und den anspruchsvolleren Witterungsbedingungen gesehen. Innerhalb des MARiLEP Vorhabens werden Ursachen für verstärkte Erosionserscheinungen an offshore Anlagen untersucht, Materialinnovationen entwickelt und Verfahren zur effizienten Vorortreparatur von offshore Anlagen erprobt. Mit klassischen Beschichtungssystemen auf Polymerbasis und mit zusätzlichen Selbstheilungseigenschaften, polymeren Halbzeugen und metallischen Schutzsystemen werden drei unterschiedliche Technologien verfolgt. Dabei wird ein besonderer Fokus auf der Erosionsbeständigkeit nach Bewitterung und einer hohen Reparaturfähigkeit gelegt, da heute verfügbare Systeme oft nur unter idealen Bedingungen gute Erosionsbeständigkeiten zeigen. Innerhalb des Verbundvorhabens MARiLEP arbeiten international anerkannte Partner aus dem Anlagenbetrieb, der Materialentwicklung und der Forschung eng zusammen um technische Lösungen für die Offshore Windindustrie zu entwickeln.

Reduzierung der Fertigungs- und Wartungskosten von Offshore Windenergieanlagen mittels Inline-Inspektion und maschineller Lernverfahren, Vorhaben: Entwicklung einer Entwurfsumgebung zur Bewertung der Schwingfestigkeit und Qualität von Schweißnähten mittels künstlicher neuronaler Netze

Entwicklung und Offshore-Test eines neuartigen Pumpspeichersystems, Teilvorhaben: Auslegung der Unterwassermotor-Pumpturbine und Erforschung im Offshore Test

Im Teilvorhaben wird eine Unterwassermotorpumpenturbine für den beschriebenen Anwendungsfall entwickelt und hinsichtlich des speziellen Einsatzes als Turbine optimiert. Aufgrund der Spezialanwendung im Off-Shore Bereich sind mit numerischen und experimentellen Untersuchungen die in der Fachliteratur für den Standarteinsatz definierten Auslegungsmethoden zu validieren und ggf. anzupassen. Konkret sind Kavitation, große Druckunterschiede und eventuell daraus resultierende transienten Vorgänge genau zu beachten. Zur Optimierung des Designs muss die Geometrie und Anordnung der strömungsmechanischen Bauteile der Pumpturbine an den Anwendungsfall angepasst werden.

H2Mare-VB2, Teilvorhaben: Auslegung eines Batteriespeichers für die offshore PtX-Forschungsplattform, Korrosionsuntersuchungen an Materialien unter maritimer Belastung und Analysen zu Wasserstoffpermeation und -versprödung

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