30. März 2020

Einfluss von Windenergieanlagen auf Flug-Navigationsanlagen bestimmen

Forschende entwickeln ein Prognosewerkzeug, das den Einfluss von Windenergieanlagen auf Navigationshilfen der Luftfahrt berechnet.

Welchen Einfluss haben Windenergieanlagen (WEA) auf Navigationseinrichtungen der Luftfahrt? Wie groß ist ihre Störwirkung tatsächlich? Und wie kann diese präzise gemessen werden? Der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) ist es nun weltweit erstmals gelungen, diese Fragen messtechnisch genau zu beantworten. Die Erkenntnisse ermöglichen die Entwicklung eines Prognosewerkzeugs, das in Zukunft klare wissenschaftlich und juristisch belastbare Vorhersagen für die Störwirkung geplanter Windparks liefern kann.

Rund 60 Navigationsanlagen, so genannte Drehfunkfeuer, betreibt die Deutsche Flugsicherung (DFS). Diese flachen Bodenstationen mit Antennen senden permanent UKW-Funksignale. Vergleichbar mit Leuchttürmen weisen sie Flugzeugen den Kurs und sorgen für Sicherheit im Luftraum. WEA können die störungsfreie Übertragung der UKW-Wellen und damit die Genauigkeit der Richtungsbestimmung beeinflussen. Denn die Funkwellen können an den Oberflächen der WEA streuen und reflektiert werden und damit einen so genannten Winkelfehler erzeugen. Durch ihn kommt das Signal der Navigationsanlage leicht verfälscht im Flugzeug an.

Schnellere und genauere Entscheidungen bei Bauanträgen

Laut einer Umfrage der Fachagentur Windenergie im 2. Quartal 2019 können derzeit mehr als 1000 WEA mit einer Gesamtleistung von 4800 Megawatt nicht gebaut werden, weil sie zu nah an einer Navigationsanlage geplant seien und daher möglicherweise das Drehfunkfeuer stören könnten. Bei möglicher Störwirkung wird die Installation der WEA nicht genehmigt. Der Ausbau der Windenergie stockt, da nicht genügend Projekte eine Genehmigung erhalten. Mit der neu entwickelten Prognosemethode der PTB könnte in Zukunft schneller und genauer über Bauanträge entschieden werden.

In dem vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) geförderten Projekt „WERAN“ hat die PTB mit ihren Projektpartnern die wissenschaftlichen Grundlagen der bisherigen Bewertungsverfahren untersucht. Im aktuell laufenden Nachfolgeprojekt „WERAN plus“ erarbeiten die Forscherinnen und Forscher nun eine neue Prognosemethode, um die mögliche Störwirkung von WEA auf Drehfunkfeuer bereits im Vorhinein realistisch einschätzen zu können. Im Fokus stehen dabei so genannte DVOR-Navigationsanlagen (Doppler Very High Frequency Omnidirectional Radio Range).

Drohnen mit präziser Navigation

Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler haben Drohnen mit Präzisionsnavigation entwickelt, deren acht Rotoren einen stationären Schwebflug ermöglichen (Oktokopter). So können sie Vor-Ort-Messungen in bis zu mehreren hundert Metern Höhe durchführen. Mit speziell dafür entwickelter Hochfrequenzmesstechnik und integrierten Antennen konnten die Forscherinnen und Forscher 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 haben die Projektpartner an der Leibniz Universität Hannover Simulationsverfahren entwickelt, anhand derer am Großrechner ermittelt werden kann, wie hoch der durch WEA verursachte Winkelfehler ist. Die Ergebnisse dieser Simulationen haben die Forscherinnen und Forscher mit den detaillierten Messdaten aus den Oktokopter-Flügen verglichen. Außerdem haben die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler ein verbessertes Prognosewerkzeug entwickelt. All diese Arbeiten erfolgen in enger Abstimmung mit der DFS.

Die gute Übereinstimmung von Vor-Ort-Messungen in Windparks, den Simulationen sowie den Ergebnissen des verbesserten Prognosewerkzeugs stellt einen neuen Stand der Technik dar. Dieser soll nun in die Praxis umgesetzt werden. Im Dezember 2019 hat die PTB die Ergebnisse den entsprechenden Fachkreisen auf wissenschaftlichen Tagungen und Anwendertreffen vorgestellt. Im ersten Halbjahr 2020 wird die PTB ihre verbesserte Methode der Öffentlichkeit vorstellen. So können die in Forschungsprojekten gewonnenen Ergebnisse direkt angewendet werden.

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