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Ansätze zur Problemlösung bei der Befeuerung von Windenergieanlagen

Erstellt am: 16.03.2013 | Stand des Wissens: 17.05.2021
Synthesebericht gehört zu:
Ansprechpartner
Technische Universität Hamburg, Institut für Maritime Logistik, Prof. Dr.-Ing. C. Jahn

Um eine größere Akzeptanz der Befeuerung von Windenergieanlagen zu erzielen, sieht das Energiekonzept der Bundesregierung aus dem Jahr 2010 die Minimierung der Lichtemissionen an Windenergieanlagen vor [BWE15a]. Dies ist mit den aktuellen Vorschriften zur Kennzeichnungspflicht grundsätzlich möglich.  Forschungsvorhaben zum Thema, wie beispielsweise die "Entwicklung eines Hindernisbefeuerungskonzeptes zur Minderung der Lichtemissionen an On- und Offshore-Windenergieparks und -anlagen unter besonderer Berücksichtigung der Vereinbarkeit der Aspekte Umweltverträglichkeit sowie Sicherheit des Luft- und Seeverkehrs" [HIWUS08] des Bundesverbands WindEnergie (BWE) sowie das Projekt des Bundesumweltministeriums "Akzeptanz und Umweltverträglichkeit der Hinderniskennzeichnung von Windenergieanlagen", haben sich zum Ziel gesetzt, die Lichtemissionen der Windenergieanlagen zu reduzieren, um so die Akzeptanz für Windenergieanlagen in der Bevölkerung zu erhöhen.

Die Projektergebnisse zeigen verschiedene Maßnahmen auf, mit denen die Lichtemissionen verringert werden können, ohne die Sicherheit des Luftverkehrs oder der Seefahrt zu gefährden. Hieraus ableitend finden in der Praxis folgende akzeptanzsteigernde Maßnahmen teilweise heute bereits ihre Anwendung [BWE15a], [HIWUS08], [DStGB12]:
  • Abschirmung der Befeuerung nach unten,
  • Synchronisierung der Schalt- und Taktfolgen innerhalb von Windparks und zu benachbarten Windparks,
  • Blockbefeuerung (Feuer nur bei den äußeren Windenergieanlagen eines Windparks),
  • Einsatz von LED-Leuchten oder farblicher Flügelblattmarkierung statt Xenon-Leuchten,
  • Einsatz von Sichtweitenmessgeräten (sichtweitengeregelte Befeuerung zur Senkung der Nennlichtstärke),
  • Einsatz von Primär- und/oder Sekundärradarsystemen für die bedarfsgerechte Befeuerung.
Bei der sichtweitengeregelten Befeuerung spielt für die Bestimmung der Lichtintensitäten das Verhältnis von der am Auge eintreffenden Beleuchtungsstärke (Einheit: Lux) zu der Schwellenbeleuchtungsstärke eine entscheidende Rolle. Ist dieses Verhältnis größer gleich eins, so ist eine Befeuerung mit Sicherheit erkennbar. Somit ergeben sich beim Feuer W Rot folgende effektive Lichtstärken [BWE08]:
  • 100 Prozent der Lichtstärke (100 Candela) werden benötigt bei 800 Meter Sichtweite,
  • 30 Prozent der Lichtstärke (30 Candela) werden benötigt bei 5.000 Meter Sichtweite,
  • 10 Prozent der Lichtstärke (10 Candela) werden benötigt bei 10.000 Meter Sichtweite.
In Abbildung 1 sind die Erfassungsbereiche des Feuers W Rot in Abhängigkeit der meteorologischen Sichtweiten grafisch dargestellt. Demnach hat der Erfassungsbereich des Feuers W Rot bei 5.000 Meter beziehungsweise 10.000 Meter Sicht in einer Entfernung von 2.550 Meter zum Feuer die größte vertikale Ausdehnung. Sie beträgt an dieser Stelle 900 Meter. Der maximale Erfassungsbereich des Feuers W Rot beläuft sich auf 3.900 Meter bei 5.000 Meter beziehungsweise 10.000 Meter Sicht und auf 1.450 Meter bei 800 Meter Sicht. Eine ausreichende Reaktionszeiten sind bei allen vorgestellten Erfassungsbereichen somit gegeben [BWE08].  

Abbildung 1: Grafische Darstellung der Erfassungsbereiche des Feuers W Rot in Abhängigkeit der meteorologischen Sichtweite [BWE08
Die  bedarfsgerechte Befeuerung ist als Aktivierung der Feuer zu verstehen, welche einsetzt, sobald sich ein Luftfahrzeug im Umfeld einer Windenergieanlage befindet. Hierfür kommen Primär- und/oder Sekundärradarsysteme zum Einsatz. Dazu werden entsprechende Radarantennen an die Windenergieanlage montiert. Wird das Transpondersignal eines näherkommenden Luftfahrzeuges empfangen, so wird die Befeuerung automatisch und nur für einen bestimmten Zeitraum aktiviert. Die Transpondersignale eines Luftfahrzeuges werden durch folgende Aktionen hervorgerufen [BWE08]:
  • selbstständiges Absetzten von Mode S,
  • Abfragen einer Mode S Bodenstation,
  • Abfragen einer Mode A/C Bodenstation,
  • Abfragen eines Kollisionswarn-Systems.
Aufgrund von Abschattungen sowie der Erdkrümmung bestehen Empfangslücken von Mode S-Signalen unterhalb von 1.000 Fuß. Erst oberhalb dieser Höhe ist die Mode S-Abfrage in Deutschland flächendeckend. Trotzdem ist es möglich, dass ein Luftfahrzeug, welches sich innerhalb einer Empfangslücke befindet, ein Mode S-Signal ohne Höheninformation sendet. Problematisch wird es erst, wenn der Transponder des Luftfahrzeuges ausfällt. In diesem Fall, würde keine Aktivierung der Hindernisbefeuerung erfolgen. Um diese sicherheitskritischen Szenarien zu vermeiden, werden die nachfolgenden redundanten Backup-Systeme eingesetzt, wobei immer eins aktiv sein muss:
  1. Backup-System "Hindernisfeuer" ICAO Low Intensity Type A: zwei Feuer mit geringer Intensität sind permanent aktiv, auch wenn kein Luftfahrzeug in der näheren Umgebung der Windenergieanlagen ist,
  2. Backup-System "Primärradar": ein zusätzliches Radarsystem nach dem passiven Ortungsprinzip.
Der Erfassungsbereich der Radarantennen orientiert sich an den Sichtweiten der sichtweitengeregelten Befeuerung. Demnach ist es nicht notwendig, dass die Befeuerung aktiviert wird, wenn sich das Luftfahrzeug außerhalb des Sichtweitenbereiches aufhält. Abbildung 2 zeigt das Funktionsprinzip einer bedarfsgerechten Befeuerung [BWE08].

Abbildung 2: Prinzip einer bedarfsgerechten Befeuerung

Die Bundesregierung unterstützt den Einsatz der bedarfsgesteuerten Befeuerung. Seit dem Jahr 2013 wurden in Deutschland erstmals Primärradarsysteme zur bedarfsgesteuerten Befeuerung in den Probebetrieb aufgenommen. Ist dieser erfolgreich, sollen weitere Windparks mit dieser Radartechnik ausgerüstet [BWE15a] und die rechtlichen Rahmenbedingungen zu einer verpflichtenden bedarfsgerechten Nachtkennzeichnung geschaffen werden. Zudem plant das Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur (BMVI) die Einführung der Transponderpflicht während der luftfahrtrechtlichen Nachtzeiten. Derzeit besteht für die unkontrollierten Lufträume F und G keine Transponderpflicht [BWE08]. In diese bodennahen Lufträume ragen jedoch die Windenergieanlagen in der Regel hinein, so dass eine Transponderpflicht sinnvoll ist.
Ansprechpartner
Technische Universität Hamburg, Institut für Maritime Logistik, Prof. Dr.-Ing. C. Jahn
Zugehörige Wissenslandkarte(n)
Befeuerung an Windenergieanlagen (Stand des Wissens: 17.05.2021)
https://www.forschungsinformationssystem.de/?475771
Literatur
[BWE08] Gerd Möller, Konrad Alles, Klaus H. Eichel, Michael Frost, Stephan Harms, Andreas Kunte, André Mehlhorn, Olaf Schutz, Werner Schweizer Konzept für die sachgemäße Einhaltung sicherheitsrelevanter Anforderungen einer bedarfsorientierten Schaltung der Luftfahrthinderniskennzeichnung während der luftfahrtrechtlichen Nachtzeiten, 2008/10/08
[BWE15a] Bundesverband WindEnergie e.v. (Hrsg.) Bundesverband Windenergie: A bis Z - Fakten zur Windenergie, Bundesverband WindEnergie e.V. Neustädtische Kirchstraße 6 10117 Berlin, 2015
[DStGB12] Bernd Neddermann, Christian Brietzke, Marcel Raschke, Gundula Hübner, Professor Dr. Willhelm Söfker, Hans-Ludwig Rau, Jürgen Stahl, Bettina Bönisch Kommunale Handlungsmöglichkeiten beim Ausbau der Windenergie unter besonderer Berücksichtigung des Repowering , 2012/09
[FWLa19a] Fachagentur Windenergie an Land (Hrsg.) Bedarfsgerechte Befeuerungstechnologien, 2019
[HIWUS08] Klaus Helfenrath, Gerd Möller, Roland Hagendorff, Dr. Oliver Frank, Dr. Johannes Pohl , Dr. Gundula Hübner, Carlo Reeker, Thomas Herrholz, Katrin Hill, Dr. Hauke Ballasus, Dr. Ommo Hüppop, Dr. Helmut Wendeln Entwicklung eines Hindernisbefeuerungskonzeptes zur Minimierung der Lichtemission an On- und Offshore-Windenergieparks und -anlagen, 2008/09
Glossar
BMDV
Bundesministerium für Digitales und Verkehr (bis 10/2005 BMVBW, bis 12/2013 BMVBS und bis 11/2021 BMVI)
ICAO
Die International Civil Aviation Organization (ICAO) ist die Internationale Zivilluftfahrtorganisation zur Vereinheitlichung und Regelung der Zivilluftfahrt durch Veröffentlichungen von Richtlinien und Empfehlungen.
Szenarien Ein Szenario ist ein Bild der Zukunft, das sich aus einer bestimmten Kombination von relevanten Einflussfaktoren und Rahmenbedingungen entwickelt. Das grundsätzliche Anliegen von Szenarien besteht darin, verschiedene Handlungsoptionen zu verdeutlichen und ihre Folgewirkungen transparent zu machen.

Auszug aus dem Forschungs-Informations-System (FIS) des Bundesministeriums für Verkehr und digitale Infrastruktur

https://www.forschungsinformationssystem.de/?407804

Gedruckt am Mittwoch, 25. Mai 2022 00:22:31