Um geeignete Offshore-Standorte für Windenergieanlagen aufzuspüren, nutzen Wissenschaftler reflektierende Schallwellen aus den verschiedenen Schichten des Meeresbodens. Mit Luftdruckkanonen senden sie akustische Signale aus, die von Unterwassermikrofonen aufgenommen werden.
Weithin sichtbar ragen die Windräder aus der Nordsee ­ in scheinbar endlosen Reihen und müssen Wind und Wetter standhalten. Um die besten Standorte für die Windenergieanlagen ausfindig zu machen, sind umfangreiche Untersuchungen des Meeresbodens erforderlich. Schliesslich dürfen sich die Fundamente auch nach Jahren nicht im Sediment lockern. Forscher des Fraunhofer-Instituts für Windenergie und Energiesystemtechnik IWES in Bremerhaven nutzen jetzt den Umstand, dass verschiedene Schichten des Meeresuntergrunds Schallwellen auf spezifische Weise reflektieren, um Offshore-Standorte zu bewerten. Mit Luftdruck- beziehungsweise Schallkanonen erzeugen die Wissenschaftler Signale, die von Unterwassermikrofonen aufgezeichnet werden. Die Messergebnisse über die Beschaffenheit des Bodens sind für die Fundamentplanung entscheidend.

„Um Schallsignale zu erzeugen, verwenden wir für unsere seismischen Messungen ausschliesslich Luftdruckkanonen. Anhand der Schallgeschwindigkeit und der Laufzeit, die das Signal benötigt, um zum Mikrofon zu gelangen, können wir zum einen auf die Tiefenlage der verschiedenen Reflektoren beziehungsweise der Sedimentschichten schliessen. Andererseits werden die Schallwellen an der Oberfläche des Meeresbodens und den darunterliegenden Sedimentschichten unterschiedlich stark zurückgestrahlt. Dort, wo sich die physikalischen Eigenschaften der einzelnen Meeresbodenschichten deutlich voneinander unterscheiden, fallen die Reflektionen besonders stark aus,“ erklärt Florian Meier, Geologe am IWES. Sand habe sich aufgrund seiner Festigkeit als geeignetes Material für Offshore-Gründungen erwiesen. An Standorten mit Tonlagen seien oftmals genauere Untersuchungen notwendig, Böden mit Findlingen oder mächtigen Torflagen eigneten sich hingegen nicht als Baugrund.

Hydrophone, die in einem Streamer hinter einem Messschiff durchs Wasser gezogen werden, zeichnen die Reflektionen auf. Bei dem Streamer handelt es sich um einen bis zu mehrere Kilometer langen, mit Öl gefüllten, wasserdichten Schlauch. Die Hydrophone sind in einem Abstand von einem Meter zueinander angebracht. Eine Software analysiert die aufgezeichneten Signale. Der Rechner befindet sich praktischerweise gleich auf dem Schiff. „Wir sind die ersten, die in der Nordsee in einer Tiefe von 20 bis 100 Metern die Flachwasser-Mehrkanalseismik nutzen, um den Baugrund zu erkunden. Während wir 50 und mehr Hydrophone verwenden, arbeiten andere Forscher oftmals lediglich mit nur einem Kanal. Die Mehrkanalmethode bürgt jedoch unter anderem für eine bessere Signalqualität. Ausserdem werden bei den meisten Vermessungen oft keine Luftdruckkanonen eingesetzt. Mit diesen sind wir aber in der Lage, in tiefere Sedimentschichten bis zum Fundament der Windenergieanlagen vorzudringen,“ sagt Meier. 2009 hat das IWES bereits eine seismische Baugrunderkundung für RWE durchgeführt.

Quelle: Fraunhofer-Gesellschaft