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Schwerpunktprogramm (SPP) 527: Bereich Infrastruktur - International Ocean Discovery Program, Teilprojekt: Globale Relevanz von Gashydrat-gefüllten Rissen für Hangstabilität

Submarine Hangrutschungen stellen ein bedeutendes Risiko für Offshore-Infrastrukturen und Küstengebiete dar, da sie zum Beispiel gefährliche Tsunamis auslösen können, wie der Storegga Slide vor der Küste Norwegens. Neben anderen Präkonditionierung für Hangrutschungen, wie steile Hangneigung oder Überdruck in den Porenräumen der Sedimente verursach im Zusammenhang mit Eiszeiten, wurde die Auflösung von Gashydraten in vielen Studien diskutiert. Die weltweite räumliche Überscheidungen von submarinen Hangrutschungen und Gashydratvorkommen hat zu der Hypothese geführt, dass die Auflösung von Gashydraten in Zeiten von Meeresspiegelsenkung oder Erderwärmung eine Hangrutschung auslösen kann. Dieser Prozess entfernt die zementierenden Gasyhdrate aus den Porenräumen und das frei werdende Gas verursacht zusätzlichen Überdruck . Obwohl Studien mithilfe von numerischen Modellierungen gezeigt haben, dass diese Hypothese realistisch ist, konnte die Forschung keine geologischen oder geophysikalischen Beweise dafür finden, dass dieser Prozess wirklich eine Hangrutschung ausgelöst hat. Außerdem zeigen verschiedene Studien, dass viele submarine Hangrutschungen retrogressiv sind und auf dem mittleren bis unteren Kontinentalhang ausgelöst werden. Diese Beobachtung lässt vermuten, dass andere Prozesse die Rutschungen auslösen. Davon abgesehen gibt es keinen Zweifel, dass Gashydrate die geotechnischen Eigenschaften von Sedimenten stark beeinflussen. Daher ist es wichtig ihren Einfluss auf die Hangstabilität weiter zu untersuchen und neue Hypothesen zu testen. Das übergeordnete wissenschaftliche Ziel dieses Antrags ist es, (1) die globale Relevanz von Gashydratgefüllten Rissen für Hangstabilität zu ergründen und (2) den Einfluss von Scherfestigkeitsvariationen auf Störungsverläufe und Stressmerkmale, wie z.B. Bohrlochausbrüche, zu verstehen. Bis jetzt war es nicht möglich gewesen, den Zusammenhang zwischen Gashydraten und Hangstabilität herzustellen, da ein umfangreicher Datensatz aus geotechnischen, geologischen und geophysikalischen Daten aus einem Gebiet mit Gashydrate verursachten Rutschungen nicht verfügbar war. Die IODP Expedition 372 hat dies geändert. Uns stehen jetzt Logging-While-Drilling Daten und Sedimentkerne von dieser Expedition zur Verfügung, genauso wie ein hochauflösender 3D Seismik Datensatz, der mit dem GEOMAR P-Cable System im Jahre 2014 aufgezeichnet wurde. Diese Daten im Zusammenhang mit einer Scherzelle für Gashydrathaltige Sedimente auf dem neusten Stand der Technik am GEOMAR, die es erlaubt die Deformation der Probe live mit einem 4D X-ray CT zu beobachten, wird es uns ermöglichen, einen Entscheidenden Schritt vorwärts in der Gashydrat- und Hangstabilitätsforschung zu machen.

Nachhaltige Biomasseproduktion im Meer: Machbarkeitsstudie zur offshore-Kultur von Makroalgen für eine landseitige Verwertung

Zielsetzung und Anlass: Die Eutrophierung stellt eine der größten ökologischen Bedrohungen der Ostsee dar, was sich aktuell in einer riesigen Todeszone (Sauerstoffmangel) am Meeresboden der tiefen Becken wiederspiegelt. Deshalb soll in dieser Machbarkeitsstudie eine nachhaltige marine Biomasse-Produktion des Blasentangs (Fucus vesiculosus) in Freilandversuchen in der Ostsee durchgeführt werden, um mit Hilfe dieser Makroalge eine Abreicherung von überschüssigen Nährstoffen herbeizuführen. In mehreren Schritten werden wir untersuchen inwiefern eine Hochskalierung vom Labor- zum offshore-Maßstab möglich und wie groß das Potenzial von großflächigen offshore-Freilandkulturen von Makroalgen ist. Weiterhin untersuchen wir ob die Biomasse umweltschonend produziert und als Wertstoff (Kosmetik), organischer Dünger, und/oder Biogas-Rohstoff (Energieträger) genutzt werden kann. Das Gesamtziel des Vorhabens in diesem Konsortium ist somit die Beurteilung der Chancen und Möglichkeiten von großflächigen Makroalgen-Freilandkulturen hinsichtlich: I. Schaffung eines regional möglichst geschlossenen Nährstoffkreislaufs zur Reduzierung der Nährstoffanreicherung in der südwestlichen Ostsee, II. Produktion von nachhaltigen Rohstoffen ohne dünge-, pflanzenschutz- und wasser-intensiven Landverbrauch, sowie III. Prüfung zusätzlicher Ertragsmöglichkeiten für Fischer und Einsparmöglichkeiten für Landwirte. Das vielfältige Potenzial der Ökosystemdienstleistungen von Blasentang-Freilandkulturen wird somit erstmalig experimentell in der Ostsee untersucht, und trägt zu den UN Nachhaltigkeitszielen bei. Das Projekt wird in enger Zusammenarbeit zwischen Wissenschaft und regionalen Stakeholdern (Fischer, Windparkbetreiber, Landwirte, Anlagenbetreiber für Biogas) durchgeführt. Arbeitsschritte und Methoden: Während der Projektdauer von drei Jahren bearbeiten wir vier Schwerpunkte: I. Kultivierung, II. Biomassecharakterisierung, III. Ernte und IV. Nutzung des Blasentangs. I. die bereits etablierte Nachzucht von Blasentang auf für die Freilandkultur geeignete Substrate wird optimiert. Danach wird die gut funktionierende Algenkultivierung vom Labor- und Mesokosmen-Maßstab zu mittleren Feldkulturen in der Eckernförder Bucht ( Prototyp einer Offshore-Kultur) heraufskaliert. Während all der Stufen der Hochskalierung werden die Effekte auf die Umwelt (abiotisch: Nährstoffgehalte, Sauerstoffkonzentration, pH; biotisch: Biodiversität organismisch und per eDNA) detailliert untersucht. Weiterhin soll die Zusammenarbeit mit Fischern und Windanlagenbetreibern als auch Genehmigungsbehörden (BSH, LLUR etc.) als Stakeholdern in Anspruch genommen werden, zu denen bereits intensive Kontakte bestehen. II. Die erzeugte Blasentasng-Biomasse wird ökophysiologisch und biochemisch charakterisiert, um bspw. Überlebensgrenzen, optimale Erntezeitpunkte und vielversprechende Wertstoffe zu identifizieren. III. Die Erntemethodik und Erstbehandlung an Land muss sorgfältig untersucht werden. Hier ist zum einen die Expertise von Fischern gefragt, die zumindest partiell von Fischfang auf die Wartung der Algenkulturen und die Algenernte umsteigen wollen. Der Schwerpunkt liegt auf der Nutzung der Biomasse an Land. Eine energieaufwändige Trocknung soll als Vorbehandlung vermieden werden. IV. Aus den biochemischen Analysen unter II. lassen sich bereits interessante Wertstoffe (Naturstoffe) z.B. für die kosmetische Industrie ableiten. Ansonsten ist die einfachste und bereits bewährte Nutzungsmöglichkeit das Einarbeiten der Algenbiomasse nach vorheriger Extraktion von Wertstoffen als Ersatz für mineralische Kunstdünger. Vor einer großflächigen und langfristigen Nutzung der Algenbiomasse als natürlicher Mineraldüngerersatz muss deren Belastung mit Schadstoffen, z.B. Schwermetallen, geprüft werden. (Text gekürzt)

Windkraftanlagen (Küstenländer)

Dieser Datensatz enthält Windkraftanlagen der Küsten-Bundesländer. Hierfür werden wöchentlich aktuelle Daten der Stromerzeugungseinheiten aus dem Marktstammdatenregister (MaStR) heruntergeladen und als Geodaten-Dienst (WMS und WFS) bereitgestellt. Der Energie-Anlagen-Dienst enthält außerdem Windkraftanlagen Offshore und an Land (5 km landeinwärts) und PV-Anlagen (Küste). Alle Anlagen werden erst ab einer bestimmten Zoom-Stufe sichtbar. Quelle: MaStR. In den Anlagen-Attributen ist auch die MaStR-Nr. (SEE) enthalten, mit welcher unter folgender URL (über die "Schnellsuche") weitere Anlagen-Informationen angezeigt werden können: https://www.marktstammdatenregister.de/MaStR. Bei Daten-Fehlern wenden Sie sich bitte an die Bundesnetzagentur (BNetzA).

Windkraftanlagen (Offshore und Küste)

Dieser Datensatz enthält Windkraftanlagen Offshore und an Land (5 km landeinwärts). Hierfür werden wöchentlich aktuelle Daten der Stromerzeugungseinheiten aus dem Marktstammdatenregister (MaStR) heruntergeladen und als Geodaten-Dienst (WMS und WFS) bereitgestellt. Die Offshore-WEA werden auch geclustert mit der Anlagen-Anzahl angezeigt. Alle Anlagen werden erst ab einer bestimmten Zoom-Stufe sichtbar. Der Energie-Anlagen-Dienst enthält ausserdem WEA der Küstenländer und PV-ANlagen. Quelle: MaStR. In den Anlagen-Attributen ist auch die MaStR-Nr. (SEE) enthalten, mit welcher unter folgender URL (über die "Schnellsuche") weitere Anlagen-Informationen angezeigt werden können: https://www.marktstammdatenregister.de/MaStR. Bei Daten-Fehlern wenden Sie sich bitte an die Bundesnetzagentur (BNetzA).

PV-Anlagen (Küste)

Dieser Datensatz enthält PV-Anlagen-Layer mit einer Leistung > 100kWh an der Küste. Hierfür werden wöchentlich aktuelle Daten der Stromerzeugungseinheiten aus dem Marktstammdatenregister (MaStR) heruntergeladen und als Geodaten-Dienst (WMS und WFS) bereitgestellt. Der Energie-Anlagen-Dienst enthält außerdem Windkraftanlagen (WEA) Offshore und an Land (5 km landeinwärts) sowie WEA der Küsten-Bundesländer. Alle Anlagen werden erst ab einer bestimmten Zoom-Stufe sichtbar. Quelle: MaStR. In den Anlagen-Attributen ist auch die MaStR-Nr. (SEE) enthalten, mit welcher unter folgender URL (über die "Schnellsuche") weitere Anlagen-Informationen angezeigt werden können: https://www.marktstammdatenregister.de/MaStR. Bei Daten-Fehlern wenden Sie sich bitte an die Bundesnetzagentur (BNetzA).

Energie-Anlagen (WMS)

Dieser Dienst stellt Windkraftanlagen (Offshore und Küste) sowie PV-Anlagen dar. Hierfür werden wöchentlich aktuelle Daten der Stromerzeugungseinheiten aus dem Marktstammdatenregister (MaStR) heruntergeladen und als Geodaten-Dienst (WMS und WFS) bereitgestellt. Der Dienst beinhaltet einen Layer mit Windkraftanlagen (WEA) Offshore und an Land (5 km landeinwärts) sowie einen Layer mit allen Windkraftanlagen der Küsten-Bundesländer. Die Offshore-WEA werden auch geclustert mit der Anlagen-Anzahl angezeigt. Zusätzlich gibt es einen PV-Anlagen-Layer mit einer Leistung > 100kWh. Alle Anlagen werden erst ab einer bestimmten Zoom-Stufe sichtbar. Quelle: MaStR. In den Anlagen-Attributen ist auch die MaStR-Nr. (SEE) enthalten, mit welcher unter folgender URL (über die "Schnellsuche") weitere Anlagen-Informationen angezeigt werden können: https://www.marktstammdatenregister.de/MaStR. Bei Daten-Fehlern wenden Sie sich bitte an die Bundesnetzagentur (BNetzA).

Modellierung virtueller Offshore Windparks zum flexiblen Betrieb sowie zur Last- und Performanceoptimierung, Teilvorhaben: Modellierung virtueller Offshore Windparks zur Betriebs-, Last und Performanceoptimierung

Der Status quo in der Regelung von Windparks ist die Maximierung des Ertrags. Dies liegt einerseits an einer festen Einspeisevergütung nach EEG für Windparks in den ersten Betriebsjahren, zum anderen existieren keine zertifizierten Regler, die einen Betrieb bspw. in Abhängigkeit der ertragenen Lasten von Windenergieanlagen (WEA) zulassen. In diesem Projekt baut das IWES eine Echtzeitsimulation für Windparks auf, sodass die Windparkregelung effizient angepasst werden kann, dass ein Optimum aus Betriebslasten und Ertrag zu erzielt wird. Die Echtzeitsimulation erlaubt es hierbei, ohne Eingriff in einen realen Park, die Funktionsweise der Regelung zu testen und somit bspw. den Einfluss von 'Wake-Steering' oder Abregelung der Leistung einzelner WEA zu untersuchen. Hierbei wird durch die Echtzeitsimulation auch ein Abschätzen der bereits ertragenen Lasten eines Windparks ermöglicht. Dadurch kann der Betrieb der Turbinen so angepasst werden, dass stärker belastete WEA durch Lastreduzierung geschont und schwachbelastete WEA durch eine erhöhte Ertragsvorgabe mehr belastet werden. Hierbei kann durch die Echtzeitsimulation vom IWES dynamisch auf sich ändernde Umgebungsbedingungen des Windparks reagiert und ein Windparkregler getestet werden. Somit wird durch den digitalen Windparkzwilling ein Optimum aus Lasten und Ertrag ermöglicht.

INSPIRE: Information system salt structures: planning basis, selection criteria and estimation of the potential for the construction of salt caverns for the storage of renewable energies (hydrogen and compressed air) (InSpEE) (WMS)

The WMS InSpEE (INSPIRE) provides information about the areal distribution of salt structures (salt domes and salt pillows) in Northern Germany. Contours of the salt structures can be displayed at horizontal cross-sections at four different depths up to a maximum depth of 2000 m below NN. The geodata have resulted from a BMWi-funded research project “InSpEE” running from the year 2012 to 2015. The acronym stands for "Information system salt structures: planning basis, selection criteria and estimation of the potential for the construction of salt caverns for the storage of renewable energies (hydrogen and compressed air)”. Taking into account the fact that this work was undertaken at a scale for providing an overview and not for investigation of single structures, the scale of display is limited to a minimum of 1:300.000. Additionally four horizontal cross-section maps display the stratigraphical situation at a given depth. In concurrence of maps at different depths areal bedding conditions can be determined, e.g. to generally assess and interpret the spread of different stratigraphic units. Clearly visible are extent and shape of the salt structures within their regional context at the different depths, with extent and boundary of the salt structures having been the main focus of the project. Four horizontal cross-section maps covering the whole onshore area of Northern Germany have been developed at a scale of 1:500.000. The maps cover the depths of -500, -1000, -1500, -2000 m below NN. The four depths are based on typical depth requirements of existing salt caverns in Northern Germany, mainly related to hydrocarbon storage. The shapes of the structures show rudimentary information of their geometry and their change with depths. In addition they form the starting point for rock mechanical calculations necessary for the planning and construction of salt caverns for storage as well as for assessing storage potentials. The maps can be used as a pre-selection tool for subsurface uses. It can also be used to assess coverage and extension of salt structures. Offshore areas were not treated within the project. All horizontal cross-section maps were adjusted with the respective state geological survey organisations. According to the Data Specification on Geology (D2.8.II.4_v3.0) the WMS InSpEE (INSPIRE) provides INSPIRE-compliant data. The WMS InSpEE (INSPIRE) contains two group layers: The first group layer “INSPIRE: Salt structures in Northern Germany“ comprises the layers GE.Geologic.Unit.Salt structure types, GE.GeologicUnit.Salt pillow remnants, GE.GeologicUnit.Structure-building salinar and GE.GeologicUnit.Structural outlines. The layer GE.GeologicUnit.Structural outlines contains according to the four depths four sublayers, e.g. GE.GeologiUnit.Structural outlines 500 m below NN. The second group layer „INSPIRE: Horizontal cross-section maps of Northern Germany“ comprises according to the four depths four layers, e.g. Horizontal cross-section map – 500 m below NN. This layer, in turns, contains two sublayers: GE.GeologicFault.Relevant fault traces and GE.GeologicUnit.Stratigraphic Units. Via the getFeatureInfo request the user obtains additional information on the different geometries. In case of the GE.Geologic.Unit.Salt structure types the user gets access to a data sheet with additional information and further reading in German for the respective salt structure via the getFeatureInfo request.

INSPIRE: The 1:5 Million International Geological Map of Europe and Adjacent Area (IGME5000-EU)

The IGME5000-EU (INSPIRE) represents the pre-quaternary bedrock geology (onshore and offshore) of the European map on a scale of 1:5,000,000. According to the Data Specification on Geology (D2.8.II.4_v3.0) the content of the geological map is stored in two INSPIRE-compliant GML files: IGME5000-EU_GeologicUnit.gml contains the geologic units and IGME5000-EU_GeologicStructure.gml comprises the faults. The GML files together with a Readme.txt file are provided in ZIP format (IGME5000-EU-INSPIRE.zip). The Readme.text file (German/English) contains detailed information on the GML files content. Data transformation was proceeded by using the INSPIRE Solution Pack for FME according to the INSPIRE requirements.

INSPIRE: Information system salt structures: planning basis, selection criteria and estimation of the potential for the construction of salt caverns for the storage of renewable energies (hydrogen and compressed air) (InSpEE)

InSpEE (INSPIRE) provides information about the areal distribution of salt structures (salt domes and salt pillows) in Northern Germany. Contours of the salt structures can be displayed at horizontal cross-sections at four different depths up to a maximum depth of 2000 m below NN. The geodata have resulted from a BMWi-funded research project “InSpEE” running from the year 2012 to 2015. The acronym stands for "Information system salt structures: planning basis, selection criteria and estimation of the potential for the construction of salt caverns for the storage of renewable energies (hydrogen and compressed air)”. Additionally four horizontal cross-section maps display the stratigraphical situation at a given depth. In concurrence of maps at different depths areal bedding conditions can be determined, e.g. to generally assess and interpret the spread of different stratigraphic units. Clearly visible are extent and shape of the salt structures within their regional context at the different depths, with extent and boundary of the salt structures having been the main focus of the project. Four horizontal cross-section maps covering the whole onshore area of Northern Germany have been developed at a scale of 1:500.000. The maps cover the depths of -500, -1000, -1500, -2000 m below NN. The four depths are based on typical depth requirements of existing salt caverns in Northern Germany, mainly related to hydrocarbon storage. The shapes of the structures show rudimentary information of their geometry and their change with depths. In addition they form the starting point for rock mechanical calculations necessary for the planning and construction of salt caverns for storage as well as for assessing storage potentials. The maps can be used as a pre-selection tool for subsurface uses. It can also be used to assess coverage and extension of salt structures. Offshore areas were not treated within the project. All horizontal cross-section maps were adjusted with the respective state geological survey organisations. According to the Data Specification on Geology (D2.8.II.4_v3.0) the content of InSpEE (INSPIRE) is stored in 15 INSPIRE-compliant GML files: InSpEE_GeologicUnit_Salt_structure_types.gml contains the salt structure types (salt domes and salt pillows), InSpEE_GeologicUnit_Salt_pillow_remnants.gml comprises the salt pillow remnants, InSpEE_GeologicUnit_Structure_building_salinar.gml represents the structural salinar(s), the four files InSpEE_Structural_outlines_500.gml, InSpEE_Structural_outlines_1000.gml, InSpEE_Structural_outlines_1500.gml and InSpEE_Structural_outlines_2000.gml represent the structural outlines in the corresponding horizontal cross-sections, the four files InSpEE_GeologicUnit_Cross_Section_500, InSpEE_GeologicUnit_Cross_Section_1000, InSpEE_GeologicUnit_Cross_Section_1500 and InSpEE_GeologicUnit_Cross_Section_2000 display the stratigraphical situation in the corresponding horizontal cross-sections and the four files InSpEE_GeologicStructure_500.gml, InSpEE_GeologicStructure_1000.gml, InSpEE_GeologicStructure_1500.gml and InSpEE_GeologicStructure_2000.gml comprise the relevant fault traces in the corresponding horizontal cross-sections. The GML files together with a Readme.txt file are provided in ZIP format (InSpEE-INSPIRE.zip). The Readme.text file (German/English) contains detailed information on the GML files content. Data transformation was proceeded by using the INSPIRE Solution Pack for FME according to the INSPIRE requirements.

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