Ungedämpfte hydraulische Schlagrammungen von 8 bis 11 Meter dicken Offshore-Wind-Monopiles erzeugen unter Wasser Spitzenschalldruckpegel (Null-zu-Spitze) von 208 bis 222 dB re 1 uPa sowie Einzelschlag-Schallexpositionspegel (SELss) von 183 bis 194 dB re 1 uPa2s in 750 Metern Entfernung. Um Schweinswale und gefährdete Bartenwale unter der gesetzlichen deutschen BSH-Obergrenze von 160 dB SEL / 190 dB Lpk und den Grenzwerten für permanente Hörschwellenverschiebung (PTS) der NOAA Fisheries zu schützen, setzen Offshore-Projektentwickler gekoppelte Systeme aus pfahlnahen Hydroschalldämpfern (HSD) und fernfeldseitigen doppelten großen Blasenschleiern (DBBC) ein, die eine breitbandige akustische Dämpfung von 18 bis 24 dB erzielen (eine Reduzierung der abgestrahlten Schallenergie um 98,4 % bis 99,6 %). Die nachstehenden Zahlen stammen vom US Bureau of Ocean Energy Management (BOEM), dem deutschen Bundesamt für Seeschifffahrt und Hydrographie (BSH), der NOAA Fisheries (NMFS) sowie aus Felddatensätzen von Marine Environmental Research.
TL;DR
- Ungedämpfter Einzelschlag-SEL eines XL-Monopiles (8-11 m Durchmesser) in 750 m: 183 bis 194 dB re 1 uPa2s (BSH / BOEM Field Monitoring)
- Ungedämpfter Spitzenpegel (Lpk) eines XL-Monopiles in 750 m: 208 bis 222 dB re 1 uPa (BSH / Marine Environmental Research)
- Gesetzlicher deutscher BSH-Unterwasserlärmgrenzwert in 750 m: 160 dB re 1 uPa2s (SEL05) und 190 dB re 1 uPa (Lpk) (BSH Standard)
- Breitbandige Dämpfung durch einfachen großen Blasenschleier (BBC): 10 bis 15 dB in 750 m (BOEM / North Sea Wind Trials)
- Breitbandige Dämpfung durch doppelten großen Blasenschleier (DBBC): 14 bis 19 dB in 750 m (BSH / Marine Environmental Research)
- Kombinierte Dämpfung aus pfahlnahem System (HSD / IHC NMS) + DBBC: 18 bis 24 dB breitbandig (BSH Certified Construction Logs)
- Erforderliches Druckluftvolumen für einen wirksamen DBBC-Betrieb: 0,30 bis 0,50 m3/min pro laufendem Meter Düsenschlauch (BOEM Technical Report)
- Rammenergie für Monopiles der nächsten Generation (12-15-MW-Turbinen): 3.500 bis 5.500 kJ pro Schlag bei 30-45 Schlägen/Minute (BOEM / Offshore Wind Data)
- Gesamtzahl der erforderlichen Rammschläge pro Offshore-Monopile-Fundament: 2.500 bis 5.200 Schläge über 2,5 bis 4,5 Stunden (BSH / BOEM)
- NOAA Fisheries PTS-Schwellenwert für Bartenwale (impulsiv): 183 dB SELcum (LF-gewichtet) / 219 dB Lpk (NOAA NMFS Guidance)
- NOAA Fisheries PTS-Schwellenwert für Schweinswale (impulsiv): 155 dB SELcum (VHF-gewichtet) / 202 dB Lpk (NOAA NMFS Guidance)
- Verhaltensbedingter Meidungsradius von Schweinswalen (ungedämpft vs. DBBC+HSD): Sinkt von 22-30 km auf 1,5-3,8 km (Marine Environmental Research)
1. Quellpegel beim ungedämpften Monopile-Schlagrammen und Schallpegel in 750 Metern
Wenn ein hydraulischer Schlaghammer mit einer Energie von 2.500 bis 5.500 Kilojoule auf den Kopf eines Offshore-Stahlmonopiles trifft, schickt er eine überschallschnelle Kompressionsspannungswelle mit ~5.100 m/s die Pfahlwand hinab. Da sich diese strukturelle Poisson-Querdehnung schneller ausbreitet als die Schallgeschwindigkeit im Meerwasser (~1.500 m/s), strahlt sie in einem Winkel von rund 17 Grad eine kegelförmige Mach-Welle in die Wassersäule ab und regt im Meeresboden seismische Rayleigh-Wellen an, die wiederum in das Wasser zurückstrahlen. Während Rammungen an Land in den Statistiken zu Lärm und Vibrationen bei Pfahlrammungen im städtischen Bauwesen behandelt werden, koppeln eingetauchte Offshore-Monopiles in flachen Schelfgewässern (25 bis 50 Meter Tiefe) bei minimalen geometrischen Ausbreitungsverlusten direkt an die hochimpedante Meeresumwelt an.
| Fundamenttyp und Monopile-Durchmesser | Typische Rammenergie (kJ) | Ungedämpfter Einzelschlag-SEL in 750 m (dB re 1 uPa2s) | Ungedämpfter Spitzenpegel (Lpk) in 750 m (dB re 1 uPa) | Quelle |
|---|---|---|---|---|
| Vierbeinige Jacket-Pin-Piles (2,4 - 3,5 m Durchmesser) | 800 - 1.800 kJ | 172 - 179 dB | 196 - 204 dB | BOEM / BSH Monitoring |
| Standard-Monopile (5,0 - 6,5 m, 4-6-MW-Turbinen) | 1.500 - 2.500 kJ | 177 - 184 dB | 202 - 210 dB | BSH North Sea Dataset |
| Großer Monopile (7,5 - 9,0 m, 8-10-MW-Turbinen) | 2.500 - 4.000 kJ | 183 - 189 dB | 208 - 216 dB | Marine Environmental Research |
| XL-Monopile (9,5 - 11,5 m, 12-15-MW-Turbinen) | 4.000 - 5.500 kJ | 187 - 194 dB | 213 - 222 dB | BOEM / US Atlantic & North Sea |
| Kumulativer SEL (SELcum, 3.500 Schläge ungedämpft in 750 m) | 3.000 - 4.500 kJ | 217 - 226 dB (kumulativ) | — | NOAA NMFS / BOEM Modeling |
| Gesetzliche deutsche BSH-Obergrenze in 750 m (95. Perzentil SEL05) | Alle kommerziellen Installationen | <= 160 dB SEL05 | <= 190 dB Lpk | German BSH Noise Standard |
Quelle: US Bureau of Ocean Energy Management (BOEM) Acoustic Monitoring und German BSH Offshore Noise Standard
2. Dämpfung durch Blasenschleier und pfahlnahe Minderungssysteme
Um die Lücke von 23 bis 34 dB zwischen dem ungedämpften Lärm eines XL-Monopiles und dem gesetzlichen Grenzwert von 160 dB SEL05 zu überbrücken, setzen Bauunternehmen zweistufige akustische Barrieren ein. Fernfeldseitige doppelte große Blasenschleier (DBBC) verlegen zwei konzentrische perforierte Düsenschläuche in Radien von 60 bis 150 Metern um den Pfahl auf dem Meeresboden und erzeugen so eine aufsteigende Wand aus Luftblasen, die einen starken akustischen Impedanzsprung und resonante Streuung bewirkt. Da Gezeitenströmungen über 0,7 m/s die Blasenfahne nahe der Wasseroberfläche verdriften und öffnen können, kombinieren Entwickler den DBBC mit einem strömungsunabhängigen pfahlnahen System wie einem Hydroschalldämpfer-Netz (HSD) aus schaum-/gasgefüllten Resonanzelementen oder einem gekapselten IHC Noise Mitigation Screen (NMS).
| Konfiguration des Schallminderungssystems | Breitbandige SEL-Dämpfung in 750 m (dB) | Reduktion des Spitzenpegels (Lpk) in 750 m (dB) | Dominantes Frequenzband höchster Wirksamkeit | Quelle |
|---|---|---|---|---|
| Einfacher großer Blasenschleier (BBC, >= 0,3 m3/min/m Luft) | 10 - 15 dB | 12 - 17 dB | 125 Hz - 4.000 Hz | BSH / Marine Environmental Research |
| Doppelter großer Blasenschleier (DBBC, konzentrische Ringe) | 14 - 19 dB | 16 - 22 dB | 80 Hz - 8.000 Hz | BOEM / BSH Field Logs |
| Pfahlnahes Resonanznetz Hydro-Sound Damper (HSD) allein | 10 - 13 dB | 11 - 15 dB | 63 Hz - 2.000 Hz | Marine Environmental Research |
| IHC Noise Mitigation Screen (NMS, doppelwandiges Stahlrohr) | 13 - 17 dB | 14 - 19 dB | 50 Hz - 5.000 Hz | BSH Certified Trial Reports |
| AdBm Unterwasser-Akustikresonator-Array (Helmholtz-Paneele) | 11 - 15 dB | 12 - 16 dB | 60 Hz - 1.000 Hz | BOEM / North Sea Trials |
| Kombiniertes System aus pfahlnahem HSD + Fernfeld-DBBC (Tandem) | 18 - 24 dB | 20 - 27 dB | 50 Hz - 10.000 Hz | BSH / BOEM US Atlantic |
| Kombiniertes System aus IHC NMS + Fernfeld-DBBC (Tandem) | 20 - 25 dB | 22 - 28 dB | 40 Hz - 10.000 Hz | BSH / Marine Environmental Research |
Quelle: Marine Environmental Research Offshore Pile Driving Abatement Studies
3. Frequenzabhängige Dämpfung und Grenzen durch Meeresboden-Flankenübertragung
Eine entscheidende technische Einschränkung von Schallbarrieren in der Wassersäule ist die seismische Flankenübertragung über den Meeresboden (Seabed Flanking). Selbst wenn ein Blasenschleier 99,9 % des direkten wassergebundenen Mach-Kegels blockiert, breiten sich Kompressions- und Scherwellen, die von der im Boden eingebetteten unteren Hälfte des Monopiles abgestrahlt werden, durch das Meeressediment nach außen aus und treten außerhalb des Blasenschleierrings wieder in die Wassersäule ein. Ebenso wie tieffrequente Bodenwellen in den Statistiken zu erschütterungsbedingten Vibrationen und Rumpelgeräuschen durch U-Bahnen Oberflächenbarrieren umgehen, begrenzt die Flankenübertragung im Meeresboden die maximal erreichbare Unterwasserdämpfung unterhalb von 63 Hz unabhängig von der Luftkompressorkapazität auf 8 bis 14 dB.
| Terz-Frequenzband | Energieanteil ungedämpfter XL-Monopile | Dämpfung einzelner BBC (dB) | Tandem-Dämpfung HSD + DBBC (dB) | Begrenzender physikalischer Mechanismus |
|---|---|---|---|---|
| 16 Hz - 50 Hz | 12 % - 18 % | 4 - 7 dB | 8 - 12 dB | Rayleigh-Wellen-Flankenübertragung im Boden außerhalb des Rings |
| 63 Hz - 125 Hz | 35 % - 45 % (Primäres Spektralmaximum) | 9 - 13 dB | 16 - 21 dB | Resonanz der HSD-Schaumelemente + Blasenwand |
| 160 Hz - 315 Hz | 28 % - 35 % (Sekundäres Maximum) | 13 - 18 dB | 21 - 26 dB | Impedanzsprung der Blasenwolke |
| 400 Hz - 1.000 Hz | 8 % - 12 % | 18 - 25 dB | 25 - 32 dB | Minnaert-Blasenresonanzabsorption |
| 1.250 Hz - 10.000 Hz | < 3 % | 22 - 30 dB | 28 - 35 dB | Hochfrequenzstreuung + Meerwasserdämpfung |
Quelle: BOEM Technical Report on Low-Frequency Seabed Propagation and Flanking
4. Alternative lärmarme Rammhämmer und schlagfreie Installationsverfahren
Um die Abhängigkeit von großen Kompressorschiffsflotten zu verringern (die allein für den Betrieb von 12 bis 18 Deckkompressoren eines DBBC rund 15.000 bis 28.000 Liter Schiffsdiesel pro Monopile verbrauchen), haben Ingenieurkonsortien Impulsverlängerungshämmer und Vibrationsinstallationssysteme entwickelt. Indem die Schlagdauer des Hammers mithilfe von Dämpfungskammern oder Wasserstrahldämpfern von 4 Millisekunden auf 15 bis 30 Millisekunden gestreckt wird, verlagern impulsformende Hämmer die akustische Energie aus dem 100-300-Hz-Band heraus und senken die Spitzenpegel direkt an der Quelle um 6 bis 11 dB.
| Fundament-Installationstechnologie | Breitbandige SEL-Reduktion ggü. Schlaghammer | Reduktion des Spitzenpegels (Lpk) | Operative / Geotechnische Einschränkung | Quelle |
|---|---|---|---|---|
| Impulsverlängernder Hydraulikhammer (IQIP PULSE / MENCK MNRU) | 4 - 8 dB | 6 - 11 dB | Senkt Spitzenamplitude durch gedämpften 20-ms-Schlag | BSH / Manufacturer Trials |
| Vibrationsrammung (Axialer Vibrationsbär) | 15 - 20 dB | 18 - 25 dB (Kontinuierlich) | Rammwiderstand in dichtem Geschiebemergel; erfordert Endrammung | BOEM / North Sea Demos |
| Gentle Driving of Piles (GDP, axial + hochfrequente Torsion) | 16 - 22 dB | 20 - 26 dB | An mittleren Pfählen erprobt; Skalierung auf 10 m XL | Carbon Trust / TUD GDP |
| Wasserstrahl-unterstützte Innenpfahlrammung | 8 - 14 dB | 9 - 15 dB | Reduziert innere Mantelreibung des Bodenpfropfens um 40 %-60 % | Marine Environmental Research |
| Suction-Bucket-Jacket / Mono-Bucket-Fundament | 25 - 35 dB (Nur Pumpenlärm) | > 35 dB (Keine Rammschläge) | Beschränkt auf homogenen Sand/Ton ohne Findlinge | BSH / Dogger Bank & Borkum Riffgrund |
Quelle: German BSH and Offshore Wind Industry Low-Noise Foundation Trials
5. PTS/TTS-Schwellenwerte für Meeressäuger und Radien von Ausschlusszonen
Die behördliche Genehmigung in Europa und den Vereinigten Staaten dreht sich darum, eine permanente Hörschwellenverschiebung (PTS, irreversible Schädigung der Haarzellen im Innenohr) zu verhindern sowie eine temporäre Hörschwellenverschiebung (TTS) und Lebensraumvertreibung bei der Meeresfauna zu minimieren. Ergänzend zu den kontinuierlichen Schifffahrtslärm-Basiswerten in den Statistiken zu Schiffsschraubenkavitation und Unterwasserlärm legt die NOAA Fisheries (NMFS) frequenzgewichtete Doppelkriterien für impulsive Pfahlrammungen fest. Im US-Atlantik erfordert der Schutz des vom Aussterben bedrohten Nordkapers (Nordatlantischer Glattwal) den Einsatz von Bojen zur passiven akustischen Überwachung (PAM) sowie visuelle Beobachter, um während unzeitgemäßer oder hochenergetischer Rammungen Freihaltezonen von bis zu 10 km aufrechtzuerhalten.
| Hörgruppe der Meeressäuger (NOAA NMFS) | Impulsiver PTS-Beginn (Gewichteter SELcum / Ungewichteter Lpk) | Impulsiver TTS-Beginn (Gewichteter SELcum / Ungewichteter Lpk) | PTS-Risikoradius: Ungedämpft vs. 20 dB Minderung | Quelle |
|---|---|---|---|---|
| Tieffrequente Wale (Glatt-, Buckel-, Finnwale) | 183 dB SELcum / 219 dB Lpk | 168 dB SELcum / 213 dB Lpk | Sinkt von 3,2 - 5,8 km auf 180 - 420 m | NOAA Fisheries (NMFS) / BOEM |
| Hochfrequente Wale (Delfine, Grind-, Schnabelwale) | 185 dB SELcum / 230 dB Lpk | 170 dB SELcum / 224 dB Lpk | Sinkt von 120 - 250 m auf < 30 m | NOAA Fisheries (NMFS) |
| Sehr hochfrequente Wale (Schweinswale) | 155 dB SELcum / 202 dB Lpk | 140 dB SELcum / 196 dB Lpk | Sinkt von 4,5 - 8,2 km auf 250 - 600 m | NOAA NMFS / BSH Porpoise Studies |
| Hundsrobben im Wasser (Seehunde und Kegelrobben) | 185 dB SELcum / 218 dB Lpk | 170 dB SELcum / 212 dB Lpk | Sinkt von 1,1 - 2,4 km auf 80 - 190 m | NOAA Fisheries (NMFS) |
| Verhaltensstörungs- / Meidungsradius beim Schweinswal | ~140 - 145 dB SELss (ungewichtet) | — | Sinkt von 22 - 30 km auf 1,5 - 3,8 km | Marine Environmental Research |
| Soft-Start- / Ramp-Up-Vergrämungsprotokoll (10 %-20 % Energie) | 20 - 30 Minuten vor Volllast | Senkt Nahbereichs-PTS-Exposition um >85 % | Ermöglicht mobilen Walen das Verlassen der inneren 1-km-Zone | BOEM / BSH Permit Conditions |
Zusammenfassung: Offshore-Wind-Rammungen und Blasenschleier-Dämpfung in Zahlen
| Metrik | Wert | Quelle |
|---|---|---|
| Ungedämpfter XL-Monopile (9,5-11,5 m) SELss in 750 m | 187 - 194 dB re 1 uPa2s | BOEM / BSH Monitoring |
| Ungedämpfter XL-Monopile Spitzenpegel (Lpk) in 750 m | 213 - 222 dB re 1 uPa | BOEM / BSH Monitoring |
| Standard-Monopile (5,0-6,5 m) ungedämpfter SELss in 750 m | 177 - 184 dB re 1 uPa2s | BSH North Sea Dataset |
| Jacket-Pin-Pile (2,4-3,5 m) ungedämpfter SELss in 750 m | 172 - 179 dB re 1 uPa2s | BOEM / BSH Monitoring |
| Gesetzlicher deutscher BSH-Lärmgrenzwert in 750 m (SEL05 / Lpk) | 160 dB re 1 uPa2s / 190 dB re 1 uPa | German BSH Noise Standard |
| Breitbandige SEL-Reduktion durch einfachen Blasenschleier (BBC) | 10 - 15 dB | BSH / Marine Environmental Research |
| Breitbandige SEL-Reduktion durch doppelten Blasenschleier (DBBC) | 14 - 19 dB | BOEM / BSH Field Logs |
| Eigenständige breitbandige SEL-Reduktion durch Hydro-Sound Damper (HSD) | 10 - 13 dB | Marine Environmental Research |
| Eigenständige SEL-Reduktion durch IHC Noise Mitigation Screen (NMS) | 13 - 17 dB | BSH Certified Trial Reports |
| Tandem-SEL-Reduktion Pfahlnah (HSD/NMS) + Fernfeld-DBBC | 18 - 25 dB | BSH / BOEM US Atlantic |
| Dämpfungsobergrenze durch Meeresboden-Flankenübertragung unter 50 Hz | 8 - 12 dB maximal | BOEM Technical Report |
| Erforderliche Druckluftzufuhr für DBBC-Schlauchringe | 0,30 - 0,50 m3/min pro Meter | BOEM / BSH Best Practice |
| Quellreduktion durch impulsverlängernden Hydraulikhammer | 4 - 8 dB SEL / 6 - 11 dB Lpk | BSH / Manufacturer Trials |
| Lärmminderung durch Vibrationsrammung / Gentle Driving of Piles (GDP) | 15 - 22 dB SEL | Carbon Trust / BOEM |
| Impulsiver PTS-Schwellenwert der NOAA NMFS für Bartenwale | 183 dB SELcum / 219 dB Lpk | NOAA Fisheries (NMFS) |
| Impulsiver PTS-Schwellenwert der NOAA NMFS für Schweinswale | 155 dB SELcum / 202 dB Lpk | NOAA Fisheries (NMFS) |
| PTS-Risikoradius für Bartenwale (ungedämpft vs. 20 dB Minderung) | Sinkt von 3,2-5,8 km auf 180-420 m | NOAA NMFS / BOEM |
| Meidungsradius für Schweinswale (ungedämpft vs. DBBC+HSD) | Sinkt von 22-30 km auf 1,5-3,8 km | Marine Environmental Research |
Methodik und Quellen
Die in diesem Bericht zusammengestellten Daten stammen aus gesetzlich vorgeschriebenen Offshore-Bauüberwachungsdatenbanken, nationalen Meeresenergiebehörden und begutachteter Fachliteratur zur Unterwasserakustik:
- US Bureau of Ocean Energy Management (BOEM): Offshore Wind Energy Acoustic Monitoring Reports and Low-Frequency Seabed Propagation Studies, einschließlich Feldmessungen aus den Projekten Block Island, Coastal Virginia, Vineyard Wind und South Fork.
- German Federal Maritime and Hydrographic Agency (BSH): Standard Investigation of the Impacts of Offshore Wind Turbines on the Marine Environment (StUK4) and Noise Mitigation Concept Guidelines.
- NOAA Fisheries (National Marine Fisheries Service — NMFS): Technical Guidance for Assessing the Effects of Anthropogenic Sound on Marine Mammal Hearing.
- Marine Environmental Research: Empirical field evaluations of Big Bubble Curtains, Hydro-Sound Dampers, and harbor porpoise passive acoustic monitoring (C-POD/F-POD) across North Sea wind farms.
- Hinweis zu den Daten: Der Einzelschlag-Schallexpositionspegel (SELss, in dB re 1 uPa2s) integriert die akustische Energie über die Dauer eines einzelnen Hammerschlagimpulses normiert auf 1 Sekunde, wohingegen der kumulative SEL (SELcum) die Energie über alle 2.500 bis 5.200 Schläge summiert, die zum Einrammen eines Pfahls erforderlich sind (SELcum = SELss + 10 * log10(N) für stationäre Empfänger). Da Meeressäuger während der Installation wegschwimmen, liefert eine realistische Expositionsmodellierung mit Tierbewegung eine um 6 bis 12 dB niedrigere kumulative Belastung als Gleichungen für stationäre Empfänger.
Letzte Aktualisierung: 19. Oktober 2026. Wir überprüfen und aktualisieren diese Statistiken vierteljährlich, sobald neue BOEM-Bauberichte aus dem US-Atlantik und europäische Nordsee-Schallminderungsprotokolle für XL-Monopiles veröffentlicht werden.