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Windenergieanlagen und Flugsicherheit

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23.11.2023

Es machte Schlagzeilen: Das PTB-Projekt WERAN hat auf einen Schlag sehr viele neue potenzielle Flächen für Windenergieanlagen freigemacht. In dem Projekt wurde gezeigt, dass Windenergieanlagen weniger Einfluss auf Funksignale haben als davor angenommen. Daher hat die DFS Deutsche Flugsicherung GmbH Anfang 2023 die Schutzbereiche rund um einige ihrer Flugsicherungsanlagen verkleinert: Der Anlagenschutzbereich von Drehfunkfeuern (innerhalb dessen zu prüfen ist, ob Windenergieanlagen die Funknavigation beeinflussen) beträgt jetzt nicht mehr 15 km, sondern nur noch 7 km. Das ergab mehr als 21 000 Quadratkilometer neue Flächen für Windenergieanlagen. Jetzt geht die Forschung noch weiter, ist aber nicht mehr primäre Aufgabe eines nationalen Metrologieinstitutes: Ein neues An-Institut an der Jade-Hochschule Wilhelmshaven übernimmt den Staffelstab.  

Ein Flugzeug vor einer Windenergieanlage (Foto: scharfsinn86/Adobe Stock)

Ein Doppler-Drehfunkfeuer in Sulz (Foto: Robert Schneider/Adobe Stock)

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Am Anfang war eine Drohne der PTB, jetzt macht in der Erprobungsphase ein Motorsegler der Jade Hochschule Wilhelmshaven weiter (und später im Regelbetrieb der Flugvermessung die FCS Flight Calibration Services GmbH). Das neue Institut wurde von Beteiligten der Jade Hochschule und der PTB am 8. November einigen Behörden aus dem Bereich der Flugsicherung und der Fachöffentlichkeit vorgestellt. Es wird getragen durch den gemeinnützigen Verein „Institut für angewandte Hochfrequenztechnik in Funk und Radar e. V.“ (IHFR) und hat kürzlich den Status eines An-Institutes an der Jade Hochschule bekommen. Hier sollen in Zukunft die weiteren Forschungsfragen bearbeitet werden, die sich laufend rund um die Themen Windenergie und Anlagen der Flugsicherung ergeben. „Wir als nationales Metrologieinstitut sind jetzt nicht mehr primär zuständig. Wir haben das gemacht, was typischerweise unsere Aufgabe ist: Die grundlegenden Messmöglichkeiten und ein komplett neues Bewertungsschema zu erschaffen und dies sogar in die operationelle Nutzung zu überführen“, erläutert der Leiter der Projekte WERAN und WERAN plus in der PTB, Thorsten Schrader.

Zu Beginn der Arbeiten rüsteten Schrader und seine Mitarbeitenden eine Drohne mit spezieller Messtechnik aus und ließen diese immer wieder um die Rotoren von Windenergieanlagen, terrestrische Funknavigations- und Radaranlagen kreisen. So bekamen sie jede Menge Daten darüber, ob und wie stark die Windenergieanlagen Funksignale beeinträchtigen können.

Es geht um die Analyse sogenannter Winkelfehler – also um die Frage: Inwieweit können Windenergieanlagen die richtungsgebenden Signale der Drehfunkfeuer verfälschen? Die DFS Deutsche Flugsicherung betreibt in Deutschland ein ganzes Netz solcher Drehfunkfeuer, die eine ähnliche Funktion haben wie Leuchttürme für Schiffe: Ein Drehfunkfeuer sendet ein spezielles Signal aus, das einem Empfänger im Flugzeug die Richtung zum Funkfeuer zeigt. Rund 40 Doppler-Drehfunkfeuer (die modernere und genauere Variante der Drehfunkfeuer) gibt es derzeit in Deutschland. Ihr sogenannter Anlagenschutzbereich lag bis vor wenigen Monaten bei einem Radius von 15 Kilometern: Innerhalb dieser Fläche mussten Bauanträge für neue Windenergieanlagen gründlich geprüft werden, damit der sichere Luftverkehr jederzeit gewährleistet ist. Im Zweifel bedeutete das in Schutzbereichen bisher ein „Nein“ zu neuen Windenergieanlagen. Durch die innovative PTB-Messtechnik und neue Simulationsmethoden von der Leibniz Universität Hannover kann man jetzt die Wechselwirkungen zwischen Doppler-Drehfunkfeuern und Windenergieanlagen viel genauer bestimmen. Die Daten aus Messungen an verschiedenen Windparks ließen die Schlussfolgerung zu: Ein Schutzbereich von 7 Kilometern reicht aus.

Die Forschenden der PTB haben präzise Vor-Ort-Messtechnik entwickelt und können die Ausbreitung der Funksignale zusätzlich auf einem Großrechner an der Leibniz Universität simulieren. Das im Projekt WERAN plus entwickelte Prognoseverfahren funktioniert auch auf einem normalen Büro-PC und sagt die Wechselwirkung zwischen Drehfunkfeuern und Windenergieanlagen oder einem Windpark präzise voraus. Im Rahmen des Projekts wurde das Ergebnis an bestehenden Windparks jeweils mit Vor-Ort-Messungen und Simulationen auf dem Großrechner validiert. Dabei spielen auch andere bodennahe Objekte wie Gebäude, Bäume oder Hochspannungsanlagen eine wichtige Rolle. Auch sie können Funksignale reflektieren oder ablenken. Um all das genau messtechnisch erfassen zu können, haben die Forschenden ein neues Verfahren entwickelt – die sogenannte Doppler-Kreuzpeilung.

Mit ihrer Hilfe erfassen sie den Ort der jeweiligen Störer und die Intensität, mit der ein bestimmtes Objekt Funksignale reflektiert. Die so identifizierten Objekte können dann auf einer Karte lokalisiert werden und werden als Vorbelastung im Gebiet eines geplanten Windparks berücksichtigt. Aus den Messdaten entsteht eine komplette „Clutter-Map“ („Karte der Unordnung“), auf der die Störungen sichtbar sind. Neue Windenergieanlagen können dann vorab in der am Computer simulierten Karte hinzugefügt werden. So zeigt sich, wie neu beantragte Windenergieanlagen in die Umgebung passen. Eventuelle Störungen der Funksignale von Drehfunkfeuern können genau vorhergesagt werden. Durch die Berücksichtigung aller Störobjekte in der Vorbelastung wird die Flugsicherheit sogar verbessert.

Auch nach Auslaufen der Forschungsförderung besteht bei Behörden und Organisationen des Bundes ein stetiger Bedarf, die Ergebnisse nachhaltig und für den Anlagenschutz von Funk- und Radaranlagen zu nutzen und fortzuentwickeln. Das macht jetzt das neue An-Institut an der Jade-Hochschule: „Wir haben das notwendige Know-how und können im IHFR diese Aufgaben kontinuierlich wahrnehmen und Ansprechpartner für Behörden sein“, sagen Jochen Bredemeyer und Jens Werner als Vertreter des Instituts.
es/ptb

 

Kontakt an der PTB
Dr. Thomas Kleine-Ostmann, Leiter des Fachbereichs 2.2 Opens internal link in current windowHochfrequenz und Felder, Telefon (0531) 592-2200, E-Mail: Opens local program for sending emailthomas.kleine-ostmann(at)ptb.de

Dr. Thorsten Schrader Leiter der Abteilung 1 Opens internal link in current windowMechanik und Akustik, Telefon: (0531) 592-1010, E-Mail: Opens local program for sending emailthorsten.schrader(at)ptb.de



Kontakt an dem neuen Institut
Institut für angewandte Hochfrequenztechnik in Funk und Radar (IHFR) an der Jade Hochschule, Friedrich-Paffrath-Str. 101, 26389 Wilhelmshaven
Prof. Dr.-Ing. Jens Werner
Prof. Dr.-Ing. Jochen Bredemeyer
Telefon: (04421) 985-2255
E-Mail: Opens local program for sending emailinfo(at)ihfr.de

 

Publikation zu den WERAN-Projekten
T. Schrader et al.: Bericht zur Wechselwirkung von Windenergieanlagen mit terrestrischer Navigation/Drehfunkfeuern – Erkenntnisse und Empfehlungen aus den Projekten WERAN und WERAN plus, Physikalisch-Technische Bundesanstalt, Braunschweig, 21.03.2022, Opens external link in new windowdoi.org/10.7795/120.20220401

 

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