Technologie

Windräder im Funkfeuer

28.11.2019 - Messkampagne ermittelt den Effekt von Windkraftanlagen auf die Flugsicherheit.

Wer Windenergie­anlagen errichten will, muss zahlreiche Genehmigungsschritte durchlaufen. Unter anderem muss geprüft werden, ob die Anlagen einen störenden Einfluss auf am Boden befindliche Navigations­einrichtungen der Luftfahrt haben. Begleitet durch die Deutsche Flug­sicherung GmbH und das Bundes­aufsichts­amt für Flug­sicherung haben Wissenschaftler der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) mit ihren Partnern im Projekt WERAN plus das bisherige Bewertungsverfahren umfassend geprüft und überarbeitet, mit dem Ziel, klare wissenschaftlich und juristisch belastbare Prognosen für die Störwirkung geplanter Wind­energie­anlagen zu erhalten. Es ist damit weltweit erstmals gelungen messtechnisch aufzuzeigen, wie, in welchem Maße und unter welchen Bedingungen Wind­energie­anlagen Einfluss auf die Arbeit von Flug-Navigations­anlagen haben. Diese Erkenntnisse machen ein Prognose­werkzeug möglich, das bei hunderten im „Genehmigungs­stau“ steckenden Bauanträgen für eine schnellere Entscheidung sorgen könnte.
 

Rund sechzig Navigationsanlagen (Drehfunkfeuer) betreibt die Deutsche Flugsicherung am Boden. Vergleichbar mit Leuchttürmen weisen sie Flugzeugen den Kurs und sorgen so für Sicherheit im Luftraum. Wind­energie­anlagen können das von Navigations­anlagen ausgehende UKW-Funksignal streuen und reflektieren und somit einen Winkelfehler erzeugen. Durch ihn kommt das Signal der Navigations­anlage leicht verfälscht im Flugzeug an. Einer Umfrage der Fachagentur Windenergie zufolge konnten im 2. Quartal 2019 mehr als 1000 Wind­energie­anlagen mit einer Gesamtleistung von 4800 Megawatt nicht realisiert werden, weil sie zu nah an einer Navigationsanlage stehen und ihnen daher ein möglicher Einfluss auf das Drehfunkfeuer entgegen­gehalten wird. 

Um die Störwirkung realistisch einzuschätzen, haben PTB-Forscher mit ihren Projektpartnern sowohl die wissenschaftlichen Grundlagen des bisherigen Bewertungs­verfahrens überprüft als auch eine neue Prognose­methode entwickelt. Im Fokus standen dabei DVOR-Navigations­anlagen (Doppler Very High Frequency Omnidirectional Radio Range), von denen es knapp vierzig in Deutschland gibt. Um das gesamte elektro­magnetische Feld rund um Navigations- und Wind­anlagen zu prüfen, haben die Wissenschaftler Drohnen mit Präzisions­navigation entwickelt, deren acht Rotoren einen stationären Schwebeflug ermöglichen, um Vor-Ort-Messungen in bis zu mehreren hundert Metern Höhe durchzuführen. Mit speziell dafür entwickelter Hoch­frequenz­mess­technik und integrierten Antennen konnten die Forscher so erfassen, wie sich die DVOR-Funksignale ausbreiten, wie sie an den Windrädern reflektiert und gestreut werden und wie sich die reflektierten Signale mit den direkten Signalen der DVOR überlagern. 

Vorannahmen und reale Messdaten von einzelnen Wind­energie­anlagen wurden dann mit einer umfassenden Vollwellensimulation am Großrechner der Universität Hannover verglichen. Hier konnte der durch Wind­energie­anlagen verursachte Winkelfehler auch für große Szenarien mit zahlreichen Wind­energie­anlagen simuliert werden. Die gute Übereinstimmung von Vor-Ort-Messungen in Windparks, den Voll­wellen­simulationen sowie den Ergebnissen der verbesserten Prognosetools stellt einen neuen Stand der Technik dar, der so bisher nicht verfügbar war.

Am Ende steht nun eine einfach zu handhabende Methode zur Prognose des Winkelfehlers zur Verfügung, die nicht mehr wie bisher die Einzelfehler summiert, sondern die einzelnen Wellen überlagert und daraus den resultierenden Winkel­fehler bestimmt. Der letzte noch ausstehende Schritt ist die Überführung des neuen Stands der Technik in die Praxis.

Die Ergebnisse wurden in den Projekten WERAN und WERAN plus erzielt, die vom Bundes­ministerium für Wirtschaft und Energie gefördert wurden und an denen neben der PTB noch diese Partner beteiligt sind: Leibniz Universität Hannover, FCS Flight Calibration Services GmbH, die Jade Hochschule Wilhelmshaven, das Institut Computational Mathematics der TU Braunschweig und steep GmbH. 

PTB / DE
 

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