WINSENT Large-N Experiment
Ein groß angelegtes Messexperiment zu Bodenbewegungen am Windenergie-Testfeld
Windenergieanlagen sind eine tragende Säule der Energiewende. Moderne Anlagen erreichen Turmhöhen von bis zu 170 Metern; ihre tonnenschweren Rotoren überstreichen Flächen von mehreren tausend Quadratmetern. Im Betrieb entstehen erhebliche dynamische Kräfte, die über das Fundament in den Untergrund eingeleitet werden. Dort regen sie wellenförmige Bodenbewegungen an, die sich – abhängig von den geologischen Bedingungen – über mehrere Kilometer ausbreiten können.
Diese Schwingungen liegen deutlich unterhalb der menschlichen Wahrnehmungsschwelle. Hochempfindliche Instrumente wie Seismometer können sie jedoch präzise erfassen. Für besonders sensible Forschungsinfrastrukturen können selbst kleinste Bodenbewegungen relevant sein – etwa im Kontext des geplanten Einstein-Teleskop. Diese künftige europäische Großforschungsanlage soll Gravitationswellen messen – winzige Verzerrungen der Raumzeit mit Amplituden unterhalb der Größe von Atomkernen. Um die dafür notwendige extreme Messgenauigkeit zu erreichen, sind unterirdische Tunnelanlagen von rund zehn Kilometern Länge in etwa 200 Metern Tiefe vorgesehen. Ziel ist eine möglichst erschütterungsfreie Messumgebung.
Vor diesem Hintergrund untersucht das Projekt WINSENT Large-N systematisch die von Windenergieanlagen ausgehenden seismischen Emissionen.
Das WINSENT Testfeld als einzigartige Forschungsinfrastruktur
Das Experiment wurde am Windenergietestfeld WINSENT auf der Schwäbischen Alb durchgeführt, das vom Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW) betrieben wird. Auf dem Gelände stehen zwei speziell für Forschungszwecke konzipierte Windenergieanlagen (FWEA), an denen wissenschaftliche Experimente unter kontrollierten Bedingungen möglich sind.
Die Forschungswindenergieanlagen sind umfassend instrumentiert:
Dehnungsmesstreifen und Beschleunigungsaufnehmer erfassen die strukturellen und dynamischen Belastungen in den Türmen.
Sohldruckgeber und Extensometer messen Spannungen und Deformationen im Bereich der Fundamente.
Diese außergewöhnlich dichte Sensorik erlaubt es, nicht nur die Reaktion der Bauwerke selbst, sondern auch deren Wechselwirkung mit dem Untergrund detailliert zu untersuchen.
Über 560 Seismometer: Das Large-N-Experiment
Um die von den FWEA emittierten Bodenbewegungen systematisch zu erfassen, installierten Geophysiker des Karlsruher Institut für Technologie (KIT) gemeinsam mit Partnern der Ludwig-Maximilians-Universität München, der Universität Liège sowie dem Königliches Observatorium der Niederlande ein außergewöhnlich umfangreiches seismologisches Messexperiment.
Insgesamt wurden über 560 Seismometer ringförmig und rasterförmig um die beiden Windenergieanlagen verteilt - zusätzlich zu den drei permanent messenden Seismometern in 5m tiefen Bohrlöchern am Testfeldstandort. Seismologische Experimente mit einer derart großen Anzahl an Messgeräten werden als Large-N-Messungen bezeichnet – daher der Name „WINSENT Large-N“.
Während der Messkampagne von Anfang Dezember 2024 bis Mitte Januar 2025 zeichneten die Sensoren kontinuierlich Bodenbewegungen mit einer Abtastrate von 200 Messwerten pro Sekunde auf. Zusätzlich wurden Seismometer und hochpräzise Rotationssensoren direkt in den Fundamenten der Windenergieanlagen installiert. Dadurch konnte erstmals nicht nur das abgestrahlte Wellenfeld im Untergrund, sondern auch die Bewegung der Fundamente selbst direkt gemessen werden.
Von der Messung zur Modellvalidierung
Die enorme Datenmenge wird nun in den kommenden Monaten detailliert ausgewertet. Ziel ist es, die gesamte Übertragungskette zu verstehen:
von der Turmbewegung über die Fundamente, welche direkt auf Fels gegründet sind, bis hin zur Ausbreitung der seismischen Wellen im Untergrund.
Erstmals soll damit die Bewegung der Fundamente sowie die räumlich-zeitliche Wellenausbreitung hochaufgelöst sichtbar gemacht werden. Die Ergebnisse ermöglichen es, numerische Simulationsmodelle zu validieren, die das abgestrahlte seismische Wellenfeld und dessen Ausbreitung im Untergrund berechnen.
Validierte Modelle sind ein entscheidender Baustein für die Standortbewertung des Einstein-Teleskops. Sie erlauben es, potenzielle Störeinflüsse durch Windenergieanlagen an geplanten Standorten frühzeitig zu identifizieren und gegebenenfalls Minderungsstrategien zu entwickeln.
Förderung im Rahmen von ET-Geo
Das WINSENT Large-N-Experiment wird vom Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt im Rahmen der Vorarbeiten für das Einstein-Teleskop gefördert. Es ist Teil des Projekts ET-Geo, das die geowissenschaftlichen Grundlagen für eine mögliche Realisierung dieser europäischen Großforschungsinfrastruktur schafft.
Mit WINSENT Large-N entsteht damit eine weltweit einzigartige Datengrundlage, um die Wechselwirkungen zwischen Windenergieanlagen und hochsensibler Grundlagenforschung quantitativ zu erfassen – und so die Vereinbarkeit von Energiewende und internationaler Spitzenforschung wissenschaftlich fundiert zu gestalten.