Geschichte

Windkraft an Land und Flugsicherheit: Endet jetzt der Genehmigungsstau?

Eines der zentralen Hemmnisse für die Windenergie an Land in Deutschland ist der große Prüfradius der Deutschen Flugsicherung von 15 Kilometern. International werden stattdessen zehn Kilometer empfohlen. Dank neuer Forschungsergebnisse ist Besserung in Sicht.

Derzeit können 1.000 geplante Windräder mit einer Gesamtleistung von 4.800 MW nicht gebaut werden. Das ergab eine Umfrage der Fachagentur Windenergie an Land. Ursache sind die großen Prüfradien von 15 Kilometern Abstand zu den Drehfunkfeuern (DVOR und VOR) der Deutschen Flugsicherung (DFS), in denen die geplanten Windparks begutachtet werden. Die DFS geht damit deutlich über die Empfehlung der Internationalen Zivilluftfahrtorganisation ICAO hinaus, die zehn Kilometer für ausreichend hält.

Standorte aller VOR Sender in Deutschland | wikimedia | GFDL

Auch für Windparks und Drehfunkfeuer gilt: Abstand halten

Dass Windparks generell einen Abstand zu Sendefunkeinrichtungen wie Drehfunkfeuern einhalten sollen, liegt an deren Funktionsweise. Sie senden ein komplexes Signal aus Radiowellen aus. Steht nun ein Windpark zu dicht an einem VOR oder DVOR stören die Windenergieanlagen die Signale, der entstehende Winkelfehler kann zu einem Fehler bei der Positionsbestimmung führen.

WERAN und WERAN plus: Zwei Forschungsprojekte liefern neue Erkenntnisse

Die Frage, die sich grundlegend stellt, ist: Wie groß ist der Winkelfehler und ist die Störung damit relevant für den sicheren Flugbetrieb?

Mit dieser Frage haben sich die Forschungsprojekte WERAN und WERAN plus an der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) in Braunschweig befasst und kommen zu einem für die Windbranche erfreulichen Ergebnis: Die Wissenschaftler führten so genannte numerische Vollwellensimulationen und drohnenbasierte Vor-Ort-Messungen durch. Sie zeigen, dass die DFS den Einfluss der Winkelfehler bei DVOR um mindestens den Faktor zwei überschätzt hat.

 

Vorgehensweise des Forscherteams

Um zu einer realistischen Einschätzung zu kommen, hat das Forscherteam Drohnen mit Präzisionsnavigation entwickelt. Mit neuartiger Hochfrequenzmesstechnik und speziellen integrierten Antennen konnten die Wissenschaftler präzise erfassen, wie sich die DVOR-Funksignale ausbreiten, an den WEA reflektiert und gestreut werden. Außerdem konnten sie feststellen, wie sich die reflektierten Signale mit den direkten Signalen der DVOR überlagern.

Gleichzeitig wurden Simulationsverfahren entwickelt, um zu ermitteln, wie hoch der durch Windenergieanlagen verursachte Winkelfehler ist. Die Ergebnisse dieser Simulationen wurden dann mit den detaillierten Messdaten aus den Drohnen-Flügen verglichen.

Zudem haben die Wissenschaftler ein verbessertes Prognosewerkzeug für die Planung von Windparks entwickelt, welches mit Hilfe der Vollwellensimulationen und den Vor-Ort-Messungen validiert werden konnte.

Aller guten Dinge sind drei: Vor-Ort-Messungen, Vollwellensimulationen und Prognosetool

„Die Ergebnisse aus Vor-Ort-Messungen, den Vollwellensimulationen und dem verbesserten Prognosetool decken sich sehr gut“, sagt der Forschungsleiter an der PTB, Dr. Thorsten Schrader. So stellten die Wissenschaftler bei Berechnungen mit dem Tool fest, dass 100 in einem Kreis angeordnete Windkraftanlagen mit einer Höhe von 200 Metern und einem Abstand von 5 bis 6 Kilometern vom DVOR einen Winkelfehler von 0,9 Grad verursachten. Das sei deutlich weniger als bisher angenommen.

„Neben dem neuen Prognosetool haben wir uns auch mit weiteren Fehlereinflüssen beschäftigt“, sagt Thorsten Schrader. So erzeugten Hochspannungsleitungen, die dicht an einem DVOR stehen, ebenfalls Winkelfehler. „Diese Fehlerbeiträge scheinen jedoch nicht zu stören, obwohl sie ähnliche Größenordnungen wie die Fehler durch Windkraftanlagen erreichen können.“

Zusammen mit einer neuen Fehlerberechnung und der verbesserten Bestimmung der Vorbelastung gebe es mehr Raum für Windenergieanlagen, ohne den Bereich eines maximalen Winkelfehlers von 3,5 Grad für die langsam veränderlichen Winkelfehler im Raum zu überschreiten, so Schrader. Da aber Vorbelastungen der DVOR und weiterer Fehlerquellen ebenfalls Auswirkungen haben, stünden nach gegenwärtigem Stand der Forschung immer noch rund 1,5 Grad Fehlerbudget für WEA zur Verfügung.

Standard-VOR bei Nienburg | CC BY-SA 2.0 | wikipedia (Herr-K)

Ein Wermutstropfen bleibt: VOR ist nicht gleich DVOR

Einen Wermutstropfen gibt es allerdings: Es gebe bisher keine Entlastung bei konventionellen Drehfunkfeuern (VOR), da hier große Winkelfehler gemessen wurden. Sie sollten daher ‒ wo möglich ‏‒ technisch umgerüstet werden, so Schrader. Das Forscherteam arbeitet aber auch hier an einem verbesserten Prognosetool. „Die Vorbelastung wie bisher aus Kreisflugdaten abzuleiten, ist wegen der großen Messunsicherheit auch hier eigentlich unzulässig.“

 

Bringen die neuen Erkenntnisse eine neue Bewertung?

Welche Auswirkungen die Forschungsergebnisse auf die Genehmigung neuer Windparks haben, ist noch offen. Die PTB spricht von einem „neuen Stand der Technik“. Das könnte von Bedeutung sein, denn das Bundesverwaltungsgericht hat in einem Urteil grundsätzlich die DFS und ihre Position gestützt ‒ so lange bis neue gesicherte wissenschaftliche Erkenntnisse vorliegen oder Fehler nachgewiesen werden können.

 

Nachgefragt: Und was sagt die DFS dazu?

Bei der DFS selbst äußert man sich vorsichtig. Man werde die neue Berechnungsmethode übernehmen, heißt es auf Nachfrage. Mit der Einführung der weiterentwickelten Bewertungsmethode erwarte man eine grundsätzlich günstigere Situation für die Genehmigung von Windkraftprojekten. Ob sich das allerdings auf die Projekte auswirkt, die sich derzeit in der Warteschleife befinden, bleibt unklar. CEO Klaus-Dieter Scheurle sagte während der Jahrespressekonferenz der DFS, man werde jetzt keine Stellungnahmen neu bewerten. Man werde aber DVOR außer Betrieb nehmen, wenn Flugzeuge satellitengesteuert navigieren können.