Die Offshore Windenergie ist ebenfalls ein strategischer Baustein der internationalen Energie- und Klimapolitik. Allein in deutschen Gewässern sollen bis zum Jahr 2030 mindestens 15.000MW Windenergieleistung errichtet werden.
Die Vorteile der Errichtung von Windkraftanlagen auf See liegen insbesondere in den dort vorherrschenden höheren und konstanteren Windgeschwindigkeiten. Dadurch können Offshore Windanlagen doppelt so viel Strom produzieren wie vergleichbare Anlagen an Land. Allerdings ist die Errichtung von Anlagen auf See deutlich komplexer und aufwendiger als an Land. Dies ist neben der Entfernung zum Land besonders auf die extremen Umweltbedingungen wie Stürme und hohen Wellengang zurückzuführen. Um sicher für einige Jahre zu stehen, muss die Gründung als wesentlicher Bauschritt den Einwirkungen aus Wind und Wellen trotzen.
Neben den verschiedenen Formen von im Boden verankerten Offshore Windanlagen gewinnen schwimmende Offshore Windanlagen an Attraktivität. Diese haben insbesondere den Vorteil, dass noch tiefere Gewässer genutzt werden können. Durch das Erschließen dieser neuen Regionen kann ein erhöhter Ertrag generiert werden, da mit der Entfernung zur Küste in der Regel auch die Windstärke zunimmt. Darüber hinaus findet bei schwimmenden Windanlagen ein geringerer Eingriff in die Meeresumwelt statt. Dies gilt für die Errichtung ebenso wie für den Betrieb und Rückbau der Anlagen.
Der Energiebedarf ist in den letzten Jahrzehnten stetig gestiegen. In Bezug auf den Klimawandel gewinnt die Stromerzeugung mittels verschiedener Formen erneuerbarer Energie zunehmend an Bedeutung. Die aktuelle Bundesregierung erkennt den menschengemachten Klimawandel als eine der größten Herausforderungen unserer Zeit und setzt sich zum Ziel, den Ausbau der erneuerbaren Energie drastisch zu beschleunigen und zu einem zentralen Projekt der Regierungsarbeit zu machen.
Der Anteil der Ausgaben für Forschung und Entwicklung soll bis 2025 auf 3,5% des BIP erhöht werden, die Sicherstellung sauberer Energiegewinnung und -versorgung soll dabei ein zentrales Forschungsziel darstellen. Der Ausbau erneuerbarer Energie soll technologieoffen gefördert werden.
Durch die Interaktion zwischen Seegang, Strömung, dem Meeresboden und der Struktur selbst kommt es bei am Meeresboden verankerten Gründungsstrukturen, wie Monopiles, häufig zur Ausbildung von Kolken. Hierunter versteht man das Aus- oder Unterspülen der Tragstruktur, welches kritische Auswirkungen auf die Standfestigkeit der Anlage hat.
Mit Hilfe verschiedener Berechnungsansätze bestimmen wir die am Fuß der Gründung wirkenden Kräfte. Hierbei berücksichtigen wir den individuellen Seegang und Bodenparameter vor Ort. Anhand dessen berechnen wir die zu erwartende Kolktiefe und geben Empfehlungen für geeignete Maßnahmen zum Kolkschutz.
Eine ähnliche Problematik ergibt sich für die Verkabelung der Windparks. Beim Verlegen der Kabel muss die Lage gesichert werden. Außerdem gilt es zu verhindern, dass die Kabel durch große Unebenheiten am Boden abknicken.
Eine FPV-Anlage besteht grundsätzlich aus einer schwimmenden Unterkonstruktion (Float) und dem darauf montierten Solarmodul (PV-Modul). Die Installation der Floats mit PV-Modulen erfolgt verschaltet in einer Anordnung als schwimmender Teppich. Die gesamte Anlage wird durch Verankerungssysteme (Anker und Ankerleinen) in Position gehalten.
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Schwimmende Photovoltaikanlagen (FPV-floating photovoltaic) bieten einige Vorteile gegenüber den Systemen an Land. Durch den kühlenden Effekt erhöht sich der Flächennutzungskoeffizient um etwa 33% gegenüber dem von Landsystemen von 1,0MWp/ha auf 1,33MWp/ha. Zusätzlich reduziert die Verschattung die Verdunstungsrate der Wasserfläche, welches insbesondere bei Stauseen und in warmen Regionen von großer Relevanz ist. Des Weiteren ist die Verfügbarkeit von Flächen, auf denen die schwimmenden PV-Anlagen errichtet werden können, sehr groß. Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE) ermittelte 2020 in einer Potentialabschätzung, dass es eine potenzielle Gesamtleistung von 2,74GWp allein auf deutschen Braunkohle Tagebauseen gibt. Neben den Seen aus dem Braunkohleabbau, gibt es Wasserflächen auf weiteren Seen in Deutschland, welche im Gegensatz zu Landflächen geringeren Nutzungskonflikten unterliegen. Das globale
Potential liegt bei etwa 400 GWp von dem bisher weniger als 1 % ausgeschöpft sind.
Mithilfe einer Umweltanalyse können die Umgebungsparameter Wind und Welle bestimmt werden. Der Winddruck wird entsprechend der lokalen Windzone und geltenden Normen errechnet. Ein Windkanalgutachten ermöglich außerdem eine präzise Windkraftberechnung auf das System.
Wellenlasten sind von der maximalen Windgeschwindigkeit, Einwirkdauer und -länge sowie Wassertiefe abhängig. Mithilfe von SWAN können die auftretenden maximalen Wellenhöhen und daraus resultieren Wellenlasten auf das System ermittelt werden. Standortbezogen wird außerdem der Einfluss von Schneefall auf das System untersucht.
Je nach Verankerungsart werden außerdem weitere Parameter wie Wassertiefen, Uferlinie, Einschränkungen beispielsweise durch die Bodenzusammensetzung analysiert und in das Verankerungskonzept mit einbezogen.
Unter Aquakultur versteht man die kontrollierte Aufzucht insbesondere von Fischen, Muscheln und Algen für die Nahrungsmittelindustrie. Besonders aufgrund der vorherrschenden Überfischung der Weltmeere gewinnt die Aquakultur zunehmend an Bedeutung. Fast die Hälfte aller verspeisten Fischereiprodukte weltweit stammt aus Aquakulturhaltung. Damit besteht die Hoffnung, die wachsende Bevölkerung mit einem deutlich geringeren Ressourceneinsatz und Treibhausgasausstoß mit tierischem Eiweiß zu versorgen als in der Tierzucht an Land. Das Potential von Süßwasseraquakultur ist zwar bereits nahezu ausgeschöpft, aber Küstengewässer bieten Platz und geeignete Bedingungen für die Zucht von Muscheln und Algen. Beide Arten haben den Vorteil, dass für ihre Aufzucht kein Futter oder Dünger verwendet werden muss. Großalgenwälder binden durch ihre Photosynthese zusätzlich Kohlenstoff. Sie gelten daher als umweltfreundliche Methode der Lebensmittelproduktion.
Die Aquakultur bietet ein breites Spektrum an unterschiedlichen Systemen, welche individuell auf Basis der Aufzuchtanforderungen ausgewählt wird. Abhängig von der Systemart werden verschiedenen Ansätze gewählt, die auf die entscheidenden Parameter angepasst sind:
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Aquakulturkäfige für die Aufzucht von Fischen muss auf ihre strukturelle Stabilität untersucht werden. Die Modellierung des durchlässigen Membran-Netzes spielt dabei eine entscheidende Rolle. Der Anbau von Muschel-Langleinen erfordert die Berücksichtigung der Muschelgeometrie, was die Durchmesser und Rauheit der Langleinen stark verändert. Seetang ist hingegen ein hoch flexibles viskoelastisches Material, weshalb die Simulation von diesem besonderen Anforderungen unterliegt.
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Mechanische Eigenschaften können abhängig von den Umweltbedingungen und der gewählten Spezies variieren. Die korrekte Wahl dieser ist jedoch auschlaggebend für eine korrekte Bestimmung der auf die Farm wirkenden Lasten. Wir unterstützen Sie bei der Ermittlung hydrodynamischer Belastungen für jegliche Systemarten.