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Zielstellung
Das Ziel des Forschungsvorhabens FINO 2 bestand im Aufbau und in der Errichtung einer Forschungs- und Messplattform (FMP) in der westlichen Ostsee in Zusammenhang mit den geplanten Offshore-Windparks, um eine effiziente, umweltverträgliche und verkehrstechnisch angepasste Gestaltung der windenergetischen Nutzung von Offshoregebieten zu ermöglichen. Im Zuge der Errichtung der Plattform wurden ökologische, meteorologische und technische Begleitforschungen durchgeführt, für die innerhalb des Projektes entsprechende Konzepte zu entwickeln und technisch umzusetzen waren.
Methode
Es wurde eine autarke Forschungs- und Messplattform konzipiert, die es ermöglicht interdisziplinäre Untersuchungen im quasi ungestörten Bereich im Überwasserbereich in verschiedenen Höhen von +0,00 m NN bis +101 m NN sowie im Unterwasserbereich in verschiedenen Tiefen von +0,00 m NN bis -24,5 m NN vorzunehmen. Zur Installation von Mess- und Sensortechnik wurde die Plattform mit Podesten, klappbaren Auslegern, Halteseilen, Winden, Aufstiegshilfen etc. ausgestattet. Eine eigenständige Energieversorgung sowie die Möglichkeit der Datenfernübertragung und Datenfernüberwachung per Satellit erlauben eine kontinuierliche 24-stündige Erfassung, Monitoring und Übertragung der Daten zur Landstation für Auswertungen und Analysen.
Zur Realisierung der Begleitforschungen wurden Verfahren entwickelt bzw. an die Bedingungen im Offshorebereich sowie an die spezifischen Aufgabenstellungen angepasst. Bevor die Sensor- und Messsysteme offshoreseitig installiert wurden, wurden diese in den Laboratorien aufgebaut und intensiven Testreihen unterzogen. In Langzeituntersuchungen werden zukünftig fundierte Analysen und Bewertungen vorgenommen.
Untersuchungsschwerpunkte
Die Schwerpunkte der wissenschaftlichen Untersuchungen lagen in der Konzeptentwicklung für eine multifunktionale Forschungsplattform einschließlich der Feinkonzeptionisierung insbesondere unter Beachtung von Synergien durch die gemeinschaftliche Nutzung unterschiedlicher Ausrüstungen durch verschiedene Wissenschaftsdisziplinen.
Aus dieser Arbeit heraus entstand im Ergebnis ein Konzept zur autarken Funktionsweise der Forschungsplattform zur Realisierung von interdisziplinären wissenschaftlichen Forschungsprogrammen im längerfristigen Betrieb. Zur Umsetzung der Forschungsaufgaben wurden die folgenden Konzeptionen erarbeitet:
- Ein meteorologisches Gesamtkonzept für die Erforschung vorherrschender Windkapazitäten in der südlichen Ostsee wurde entwickelt, um anhand von realen Messdaten Aussagen zur Dimensionierung von zukünftigen Offshore-Windenergieanlagen sowie zu deren Effizienz zu machen.
- Ein ökologisches Gesamtkonzept für die Erforschung der Auswirkungen auf die Meeresumwelt war zu entwickeln, neue Technologien einzuführen und Messdaten zu erheben, die eine Beurteilung von Umweltauswirkungen von Windparks in der südlichen Ostsee zulassen.
- Ein verkehrstechnisches Gesamtkonzept für die Erforschung der Auswirkung von Offshorewindparks auf den Schiffsverkehr, die technischen Anforderungen an die Ausrüstung von zukünftigen Offshorewindparks zur Signalisierung und Informierung der Schifffahrt war zu entwickeln, wobei seefahrtsspezifische Technologien zum Einsatz kamen.
Weitere Schwerpunkte des Vorhabens FINO 2 waren die Vorbereitung, Planung, Durchführung und Begleitung der Maßnahmen beim Bau und der Errichtung der Forschungsplattform FINO 2. Es erfolgte eine herstellerunabhängige Planung der FINO 2-Konstruktion, die Bauüberwachung und Koordinierung, um die wissenschaftliche Leistungsfähigkeit der zukünftigen Plattform sicherzustellen. Vor der Umsetzung der Baumaßnahme wurden die Konstruktionsunterlagen zur Erstellung der Forschungsmessplattform von einer Klassifizierungsgesellschaft geprüft.
Am geplanten Standort FINO 2 in der westlichen Ostsee, Bereich Kriegers Flak im Dreiländereck Deutschland – Dänemark - Schweden wurden erfolgreich geophysikalische Baugrunduntersuchungen vorgenommen.
Diese Untersuchungen lieferten Ergebnisse über die Beschaffung des Baugrundes und damit die Grundvoraussetzung, ob eine Realisierung des Vorhabens am geplanten Standort möglich ist. Gleichzeitig dienten die Ergebnisse der baugrundspezifischen Dimensionierung des Großrohres für den Monopile. Die FINO 2 wurde im Juni 2007 an der Lokalisation 55°00’24,94’’ N; 13°09’15,08’’ O errichtet.
Aufbau und Konstruktion
FINO 2 setzt sich im Wesentlichen aus folgenden Stahlbaueinheiten zusammen:
- einem Monopile: 50 m langes Stahlrohr mit einem konischen Durchmesser von 3,30 m bis 2,7 m; Wandstärke bis 63 mm, wurde zuzüglich Kolkzuschlag 25 m tief in den Meeresgrund eingebracht
- einem Offshore auf das Monopile aufgesetzten und vergroutetem Transitionpiece: 15 m lang, Durchmesser 2,8 m, Wandstärke 40 mm, Onshore mit Plattformdeck, Anleger und Ausrüstung komplettiert)
- Plattformdeck: Onshore hergestellte und ausgerüstete Trägerrost-konstruktion auf 10 m ü NN, Kantenlänge ca.12,20 x 12,20 m mit Zwischenabstützungen als Raumtragwerk
- Schiffsanleger: Onshore hergestelltes Raumtragwerk auf 2,50 m ü NN, bestehend aus zwei Bootsanlegerkonstruktionen mit ca. 1,50 x 2,0 m Podestflächen
- 90 m hoher Gittermast aus Rohrprofilen: Offshore auf Plattformdeck montiert, Onshore in 4 Schüssen vorgefertigt, Grundfläche 4,50 x 4,50 m, Fläche an der Spitze 100 m ü NN: 0,90 x 0,90 m.
Die Stahlbaukonstruktionen wurden in verschiedenen Produktionsprozessen an Land hergestellt und ausrüstungstechnisch vorinstalliert. Die seeseitige Errichtung von FINO 2 gliederte sich in zwei Offshore-Einsätzen. Zuerst wurde der Monopile gerammt. Im 2. Einsatz erfolgten das Aufsetzen des kompletten Plattformsegments sowie die anschließende Montage des vierteiligen Gittermastes.
Ausrüstung von FINO 2
Es wurde ein Ausrüstungskonzept entwickelt, um wissenschaftliche Messungen und Untersuchungen aus verschiedenen interdisziplinären Wissensdomänen zur Erforschung der westlichen Ostsee für eine langfristige windenergetische Nutzung kontinuierlich und im autarken Betrieb durchführen zu können. Es gliedert sich in die folgenden Komponenten:- Signalisierungskonzept gegenüber der Schifffahrt und der Luftfahrt im Maximalansatz mittels:
- Hinderniskennzeichnung durch Befeuerung zur lichttechnischen und gleichzeitig zur optischen Kennung des Offshore-Windparks gegenüber allen Schiffen und Luftfahrzeugen
- RADAR BEACON (RACON) als Radarantwortbarke zur Lokalisation gegenüber den mit radarausgerüsteten Hochseefahrzeugen als abstandsreferenzierte Kennung
- Automatic Identification System (AIS) zur funktechnischen Kennung gegenüber AIS- ausgerüsteter Schiffe als georeferenzierte Kennung
- Online-Sicherungskonzept
- Verkehrstechnische Sicherung vor unzulässiger Annäherung durch Fahrzeuge, Fahrzeugerfassung mittels Radar und AIS
- Vandalismusschutz: Schutz vor unerlaubtem Betreten der Plattform durch Onlineüberwachung mit Bewegungsmelder, Öffnungskontakte, Kamerasysteme
- Zustandsüberwachung, Erkennen von ungültigen Systemzuständen durch Fernüberwachung von wesentlichen Zustandsparametern
- Datenmanagementkonzept
- Aufbau eines plattforminternen Daten- und Kommunikationsnetzwerkes, an dem alle Nutzer angeschlossen sind
- Datenfernübertragung mittels Satellitenkommunikation, die redundant ausgelegt ist bzgl. Kanal- und Satellitensystemen (Default- und Backup-Channel)
- Ausrüstungskonzept
- Energieversorgungssystem bestehend aus 2 Stromerzeugungsaggregaten – ein 27-kVA- und ein 75-kVA-Aggregat mit interner Energieversorgung
- Notstromversorgungssystem mit unterbrechungsfreier Stromversorgung
- Nutzstromversorgungssystem (Windkraft, Solareinspeisung vorbereitet)
- Bordkran
- Dieseltreibstofftanksystem mit 10 m³ Lageranlage
- Klimatisierungssystem für Datensammelknoten
- Klimatisierte Container für Ausrüstungs-, Mess-, Daten- und Servertechnik
- Ökologische Umweltanalysekonzept bestehend aus
- Benthosökologische Untersuchungen (Infauna, Epifauna) mittels Remotely Operated Vehicle, Unterwasservideoaufzeichnungen und Aufwuchsplatten in unterschiedlichen Wassertiefen
- Untersuchungen zum Vogelzug und Vogelflug mittels Vertikal-Radarmessungen
- Optische und akustische Erfassung von Fischen bzw. Schweinswalen
- Meteorologisches Umweltanalysekonzept
- Messung von Windgeschwindigkeit, Windrichtung
- Messung von Lufttemperaturen, Luftfeuchte, Luftdruck, Niederschlag
- Messung von Globalstrahlung, UV A und B-Strahlung, Wasseroberflächentemperatur.
Ergebnisse AIS-Messungen
Auf FINO 2 wurde eine AIS-Station installiert, die es ermöglicht, den Schiffsverkehr 24 Stunden in der Umgebung von FINO 2 in ca. 24 NM zu beobachten und zu analysieren. Alle in dem genannten Umkreis vorhandenen AIS-ausgerüsteten Fahrzeuge werden von der FINO2-AIS-Station erfasst und per DFÜ zur Landstation übertragen.
Die Abbildung 5 zeigt eine Aufzeichnung realer AIS-Ziele im Bereich von 24 NM mit dem auf FINO 2-installierten AIS-System und deren erste Auswertung in Bezug auf die Bewegungsrichtungen der Schiffe. In der dargestellten Tagessequenz wurden 243 Schiffe erfasst. Basierend auf diesen Daten können Analysen zur Bestimmung der Passierabstände der Schiffe zur FINO 2-Station vorgenommen werden, um festzustellen, ob sich Schiffe der Plattform unerlaubt und zu dicht annähern.
Ergebnisse Windmessungen
Am Standort FINO 2 wurde im Zeitraum 01.08.2007 bis 31.12.2007 in 100 m ü.SKN. eine mittlere Windgeschwindigkeit von vm = 9.7 m/s und eine maximale Windgeschwindigkeit (10-Minuten-Mittel) von vmax = 26.5 m/s gemessen. Die mittlere Windleistung in 100 m ü.SKN. beträgt 934 W/m², der Skalenparameter A ist 11.2 m/s, der Formparameter k ist 2.58 (Stundenmittel).
Schlussfolgerungen
Mit der Errichtung der Forschungsplattform steht eine autarke Forschungs- und Messplattform für wissenschaftliche, interdisziplinäre Untersuchungen in einer realen Umgebung zur Verfügung. Damit ist die Grundlage vorhanden für die Durchführung von Langzeituntersuchungen (technisch, meteorologisch, ökologisch, verkehrstechnisch, marine) unter quasi ungestörten Umgebungsbedingungen.
Die Ergebnisse der verkehrstechnischen und technischen Begleitforschung liefern fundierte Anforderungen für die Ausstattung zukünftiger Offshore-Windparks mit Sicherungs- und Signalisierungstechnik sowie Datenkommunikationstechnik. Anhand der meteorologischen Messdaten sind verlässliche Effizienzbewertungen zur Windausbeute erhältlich. Damit lassen sich Rückschlüsse auf die optimale technische Auslegung von zukünftigen Offshore-WEA in diesem Gebiet ziehen. Die Ergebnisse der ökologischen Forschungen liefern Informationen, um Offshore-WEA umweltschonend in die natürliche Umgebung zu integrieren.
Weiterführende Untersuchungen auf diesen Gebieten werden als sinnvoll und vielversprechend charakterisiert, da in den nächsten Jahren mit dem Bau von Offshore-WEA in deutschen Seebereichen begonnen wird. Die Windmessdaten von FINO 2 werden in einer Datenbank des BSH gespeichert, so dass diese neben den wissenschaftlichen Bewertungen auch für Analysezwecke von Betreibern und Investoren von zukünftigen Offshore-WEA genutzt werden können.
Die Forschungs- und Messplattform FINO 2 kann auch als Ausgangspunkt für universelle wissenschaftliche Untersuchungen, für Tests von Verfahren und Geräten im ungestörten Bereich (Galileo, Navigationstechnik, Sensorik) aber auch für Trainings- und Schulungszwecke von zukünftigem Servicepersonal von Offshore-WEA unter Offshorebedingungen dienen. Gerade für den Offshorebereich bietet FINO 2 vielfältige Nutzungs- und Einsatzmöglichkeiten (u.a. Test von Anlegertechnik, Hebetechnik, Kommunikationstechnik).
Projektpartner
 | Schiffahrtsinstitut Warnemünde e.V.
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| Institut für Angewandte Ökologie GmbH; Neu Brodersdorf
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| Ingenieurgesellschaft für umweltschonende Energieumwandlung mbH, Bargeshagen
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| INROS-Lackner AG Rostock
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Projektdetails
Laufzeit: Februar 2005 – Dezember 2011
Projektträger: PtJ
Finanzierung:
| Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU) (71,94 %)
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| Land Mecklenburg-Vorpommern (28,06%)
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Homepage: FINO2
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Abbildung 1: Messplattform FINO 2
Abbildung 2: Standort FINO 2 - Südliche Ostsee, Bereich Kriegers Flak
Abbildung 3: Rammung Monopile (linkes Bild) und Aufsetzen des Plattformsegments (rechtes Bild)
Abbildung 4: Aufsetzen 1. Mastschuss
Abbildung 5: AIS-Datenaufzeichnung im 24 NM-Beich von FINO 2
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Öffentlich finanzierte Forschungsprojekte 
für Projekte
hs-wismar.de
