Abwehrschild für Windparks

Von Denis Dilba

Die Besatzung der „World Bora“ hatte den Aufprall offenbar nicht kommen sehen. Mit rund 37 Kilometern in der Stunde krachte das 30 Meter lange Offshore-Versorgungsschiff Mitte Februar in das Heck des 80-Meter-Frachters „Raba“. Bilanz der Kollision rund neun Kilometer nordöstlich vor Rügen: 15 Verletzte an Bord der „World Bora“, vier davon schwer; ein Seenotkreuzer, zwei Rettungshubschrauber und vier Krankenwagen waren im Einsatz.

Was die genaue Ursache für den Unfall war, ermitteln nun die Behörden. Fest steht aber jetzt schon, dass die Gefahr für solche Zwischenfälle in der Offshore-Windenergie wächst. Denn der Zubringerverkehr zu den Windparks in der Nord- und Ostsee nimmt zu. Kein Wunder: „Offshore-Windparks werden nicht nur für Deutschland immer wichtiger – wegen der gekoppelten Stromnetze steigt ihre Bedeutung auch für ganz Europa stark an“, sagt Dennis Göge, Sicherheitsexperte vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR).

Als Gründungsdirektor des Ende 2018 eröffneten DLR-Instituts für den Schutz maritimer Infrastrukturen in Bremerhaven arbeitet der promovierte Ingenieur daher daran, Offshore-Windparks sicherer zu machen – und so nicht nur Unfälle, wie den der „World Bora“, sondern auch Ausfälle in der Stromversorgung zu verhindern. „Wir wollen die Windparks resilienter machen“, sagt Göge.

Die Gefahren reichen von Naturkatastrophen bis zu Hackerattacken

Dazu müssen sie Bedrohungen zum einen erkennen, zum anderen aber auch abwehren können. Das Spektrum, mit dem sich der 44-Jährige und seine aktuell 25 Mitarbeiter beschäftigen, reicht von Cyberangriffen über direkte physische Terrorangriffe bis hin zu Unfällen aller Art. Auch Naturkatastrophen wie Sturmfluten oder Erdbeben zählen dazu. Dass solche Bedrohungen längst kein Hirngespinst mehr sind, zeigt nicht nur der Unfall vor Rügen: Die dänische Reederei Maersk etwa wurde Mitte 2017 Opfer einer Cyberattacke. Der geschätzte wirtschaftliche Schaden betrug rund 300 Millionen Dollar.

Noch stehen die Wissenschaftler allerdings am Anfang. „Wir arbeiten gerade daran, den Grad der Resilienz aktueller Offshore-Windparks möglichst detailliert messbar machen zu können“, sagt Göge. Sein Kollege Carl Philipp Wrede stellt dazu im Projekt „KÜS – KPI-basierte Überwachung der Sicherheitslage von Offshore-Windparks“ detaillierte System- und Architekturmodelle von bestehenden Anlagen auf. Der Forscher will in der Tiefe verstehen, wie sich die Systeme im regulären Betrieb und bei verschiedensten Störungen verhalten.

Dazu gehören auch das Entstehen von Havarien und die Auswirkungen von Angriffen jeglicher Art. Mithilfe von Simulationen auf Basis der neuen Modelle sollen die neuralgischen Punkte der Windparks erkannt und so Verbesserungsmaßnahmen entwickelt werden. „Das wurde bisher noch nicht systematisch erforscht“, sagt Göge. Daher sei es unseriös zu sagen, Windparks seien unsicher – auch wenn er davon überzeugt ist, dass man den Resilienzgrad verbessern könne und müsse.

In einem ersten Schritt prüfen die Forscher, ob Sensoren, die eigentlich nur dafür gedacht sind, die Betriebssicherheit der Windräder zu überwachen, auch für die Verbesserung der Angriffssicherheit eingesetzt werden können. Göge denkt da an hochaufgelöste Kamerasysteme zur Detektion von Schäden, die mit leichter Modifikation und aktiver Beleuchtung auch einen größeren Bildbereich erfassen könnten. „So ist es vielleicht möglich zu erkennen, wenn sich dort Personen bewegen, die dort nichts zu suchen haben, egal bei welchen Wetterverhältnissen“, sagt der Experte.

Ähnliches ist vermutlich auch mit anderen Technologien möglich. Installierte Beschleunigungssensoren, die das Schwingungsverhalten einer Windkraftanlage registrieren, könnten noch stärker für Risikoanalysen genutzt werden – auch für die Vorhersage von Schadenswahrscheinlichkeiten, die nicht ausschließlich auf Basis von Lebenszyklusuntersuchungen sondern auch auf Grundlage von Event-bezogenen Vorkommnissen berechnet werden. Erst im zweiten Schritt überlegen die DLR-Forscher, ob neue Sensoren eingesetzt werden. Eine der großen Herausforderungen der marinen Industrie seien nämlich die Kosten, sagt Göge: „Selbst bezahlbare Sicherheit verkauft sich ohne Produktivitäts- oder Effizienzzuwachs nur schlecht.“

Auch Künstliche Intelligenz könnte die Sicherheit der Parks verbessern

In seinem neuen Institut, das weltweit einzigartig ist, sei daher neben der wissenschaftlich akkuraten Arbeit auch  unternehmerisches Um-die-Ecke-Denken gefordert. „Wie wir arbeiten, hat starke Parallelen zu einem Start-up“, sagt Göge. Deshalb haben einige seiner Mitarbeiter auch eher ungewöhnliche Werdegänge: Einer habe vorher Antennen gebaut, um Signale aus fernen Galaxien aufzufangen. Was im ersten Moment exotisch klingt, ergibt bei näherer Betrachtung Sinn: „Der Kollege ist versiert im Bau von sensiblen Instrumenten und entwickelt Hochleistungsantennen aus kostengünstig verfügbaren Komponenten, die so interessant für Infrastrukturbetreiber werden“, sagt Göge.

Solche Komponenten seien dann wiederum die Grundlage für die etwas fernere Zukunft, in der die Forscher den Infrastrukturen eine gewisse Intelligenz verleihen wollen. „Back-up-Funktionen, die bei bestimmten Schäden automatisch ablaufen, und robotische Elemente, die auf KI-Basis selbst Entscheidungen treffen, ermöglichen es dann direkt auf Gefahren zu reagieren“, sagt Göge.

„In neuen Offshore-Windparks wird in jedem Fall DLR-Know-how stecken“

Bis dahin ist es aber noch ein weiter Weg. Aktuell wachse das neue Institut pro Monat um einen Mitarbeiter. „Nicht schnell, aber bei unseren Anforderungen und für die Integration ins Team absolut notwendig“, sagt der Gründungsdirektor. In rund sieben Jahren plane man mit ungefähr 60 Mitarbeitern. „In neuen Offshore-Windparks wird dann in jedem Fall DLR-Know-how stecken“, sagt Göge, der die aufgebaute Beratungskompetenz künftig auch vermehrt für Fragen der inneren Sicherheit einbringen möchte. „Wenn wir dazu im Bereich der Sensorik noch den einen oder anderen Technologietransfer gemacht haben, wäre das ein Riesenerfolg. Ich bin aber absolut überzeugt davon, dass wir dieses Ziel erreichen.“