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.
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.
Die Grundlage für die Planung und Entwicklung eines Offshore-Windparks bildet die Design Basis. Diese ist gemäß des Standards Konstruktion des BSH am Projektanfang zur ersten Freigabe einzureichen. In der Design Basis sind neben der anzuwendenden Normenhierarchie die standortspezifischen Umweltbedingungen und der Baugrund beschrieben, und es ist eine erste Abschätzung der Lasten zu geben. Die existierenden Modelle, nach denen in Deutschland das Design von Offshore-Windenergieanlagen zertifiziert wird, weisen in bestimmten Bereichen der Umgebungsmodelle für die Lastanalyse konservative Abschätzungen aufgrund fehlender Kenntnisse auf, was zu Mehrkosten bei der Realisierung führt. Das Ziel des Projekts 'OptiDesign' ist daher die Entwicklung einer erweiterten Offshore-Design Basis, durch die ein Beitrag zu folgenden großen Herausforderungen geleistet werden soll: - Kostenreduktion für Tragstrukturen - Risikominimierung für große Rotoren Hierzu werden die existierenden und als konservativ betrachteten Umgebungsmodelle in 'OptiDesign' anhand einer durch Messdaten erweiterten Offshore-Design Basis überprüft. Es werden die Effekte analysiert, welche auf die Auslegung von Windturbine und Tragstruktur zurückwirken. Dies wird auf dem direkten Weg über eine Berechnung der Lasten vorgenommen, welche schlussendlich das Design festlegen. Potentiale und Unsicherheiten werden aufgezeigt und diskutiert. Verbesserungsvorschläge für die bestehenden Regelwerke (DIN EN und IEC sowie GL) werden abgeleitet. In diesem Rahmen wird sich 'OptiDesign' mit folgenden Themen bzw. Problemstellungen genauer befassen: - lokale Windmessungen bis in große Höhen (inkl. Windscherung und Turbulenz) - Weiterentwicklung des Lösungsansatzes zur Berechnung von Turbulenz aus Lidar-Messungen - lokale Messungen der Meeresströmung und des Seegangs - Überprüfung von Umgebungsmodellen zur Lastsimulation - Weiterentwicklung von Umgebungsmodellen zur Lastsimulation.
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.
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.
Die Wellenauflaufhöhe ist einer der wichtigsten Parameter zur Bemessung von Deichen und Deckwerken, da sie die Kronenhöhe des Deichs vorgibt und zusammen mit dem Wellenablauf den Bereich definiert, in dem die größten Belastungen des Deckwerks infolge Wellenbelastung auftreten. Daher ist es vorteilhaft und wirtschaftlich geboten, die Wellenauflaufhöhe so weit wie möglich zu reduzieren. Dies geschieht, indem raue und / oder poröse Deckwerke angeordnet werden. Zur Abschätzung der Wellenauflaufhöhe bei Deckwerken existieren Gleichungen, die allerdings nur für den jeweiligen speziellen Deckwerkstyp formuliert wurden und die unterschiedlichen möglichen Einflussfaktoren auf den Wellenauflauf wie Rauheit, Porosität und Durchlässigkeit nicht explizit berücksichtigen. Das Ziel des vorliegenden Projekts ist daher die getrennte Ermittlung der Einflüsse der Deckschichtparameter Rauheit, Porosität und Durchlässigkeit auf den Wellenauflauf.
1. Motivation und Zielsetzung: Sandaufspülungen gelten als wirksame Maßnahme zur Klimaanpassung an weichen Küsten. Sie werden seit einigen Jahrzehnten weltweit und auch in Deutschland zum Schutz sandiger Küsten vor Sturmerosion und als Gegenmaßnahme zur strukturellen Erosion der Küstenlinie eingesetzt. Im Allgemeinen werden sie im Vergleich zum Einsatz von starren Bauwerken als wesentlich system- und naturverträglichere Küstenschutzmaßnahme angesehen, die insbesondere die Sanddefizite infolge des prognostizierten Meeresspiegelanstiegs ausgleichen können. Aktuelle Küstenschutzstrategien erfordern eine ganzheitliche, interdisziplinäre Betrachtung im Rahmen eines integrierten Küstenzonenmanagements (IKZM) und ökosystembasierten Managementansatzes (EAM). Das BMBF-geförderte Verbundprojekt STENCIL hat zum Ziel einen ersten Schritt in Richtung der Erarbeitung von Strategien und Werkzeugen für Sandaufspülungen zur Umsetzung eines IKZM und eines EAM zu machen. 2. Arbeitsprogramm und Methodik: Das Projekt gliedert sich in sechs Arbeitspakete (AP). Die Zusammenführung zur Strategie für Sandaufspülungen erfolgt im Arbeitspaket 1 unter Mitarbeit aller Projektpartner (vgl. Abb. 1). Die übrigen fünf Arbeitspakete befassen sich mit der Entwicklung und der Verbesserung von Vorhersage Werkzeugen und Methoden für die einzelnen Fachbereiche. Dies umfasst die Modellierung hydrodynamischer Prozesse (AP 2), die Analyse morphologischer Prozesse auf der Meso-Skala (AP 3) sowie des küstennahen Sedimenttransports (AP 4), die Untersuchung hydrotoxikologischer Auswirkungen von Sandaufspülungsmaßnahmen (AP 5) und das Monitoring der Sedimenteigenschaften sowie der benthischen Habitate an Entnahme- und Aufspülgebieten (AP 6). Die zuverlässige Vorhersage der Sturmfluten, lokalen Wellenbedingungen, Strömungsfelder und der resultierenden Wasserstände führt zur wesentlichen Erhöhung der Effektivität und Verweildauer einer Sandaufspülung. Das Leichtweiß-Institut für Wasserbau (LWI) bearbeitet daher schwerpunktmäßig das Arbeitspaket 2, die Modellierung der hydrodynamischen Randbedingungen und Wechselwirkungen für Sandaufspülungen. Das Arbeitspaket ist systematisch untergliedert in: - AP 2.1:Analyse des Wissenstandes und bestehender Modellansätze, - AP 2.2:Datenerfassung und -auswertung von Naturmessdaten für ausgewählte Pilotstudien, - AP 2.3:Hydrodynamisches Modellierungssystem für Sandaufspülungen, - AP 2.4:Anwendung des Modellsystems für ausgewählte Pilotstudien. 3. Geplante Ergebnisse: Der Fokus des AP 2 liegt auf der frühzeitigen Identifizierung potentieller 'Erosion Hot Spots' auf regionaler Skala unter Betrachtung von Langzeitprozessen und episodischen Sturmflutereignissen. Es soll damit einen Beitrag zur Strategie im Rahmen eines IKZM und EAM für Sandaufspülungen leisten.
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.
| Organisation | Count |
|---|---|
| Bund | 65 |
| Europa | 1 |
| Kommune | 1 |
| Land | 1 |
| Wissenschaft | 41 |
| Zivilgesellschaft | 2 |
| Type | Count |
|---|---|
| Förderprogramm | 65 |
| License | Count |
|---|---|
| Offen | 65 |
| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 62 |
| Englisch | 7 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Keine | 32 |
| Webseite | 33 |
| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 50 |
| Lebewesen und Lebensräume | 52 |
| Luft | 49 |
| Mensch und Umwelt | 65 |
| Wasser | 53 |
| Weitere | 65 |