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Genehmigung: Verbesserte Messtechnik für die Beurteilung des Einflusses auf die Flugsicherheit

© PTB
Eine Drohne voller Messtechnik unterstützt die Forschungsarbeit. © PTB

| Kira Crome |

Wissenschaftler der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) haben die mathematischen und messtechnischen Verfahren für die Beurteilung der Störwirkung von Windenergieanlagen im Umfeld von Drehfunkfeuern der Deutschen Flugsicherung verbessert. Damit lassen sich etwaige Interferenzen von geplanten Windenergieanlagen auf die Navigationsanlagen genauer prognostizieren. Das könnte die Entscheidungen für viele im „Genehmigungsstau“ steckende Bauanträge verschnellern.

Funkfeuer dienen der Luftfahrt zur Navigation. Die Navigationsanlagen senden spezielle Funksignale aus und weisen so – wie Leuchttürme in der Schifffahrt – Flugzeugen den Kurs. 59 solcher sogenannten Drehfunkfeuer betreibt die Deutsche Flugsicherung (DFS) am Boden und sorgt so für Sicherheit im Luftraum. Sie werden unterteilt in VOR (Very High Frequency Omnidirectional Radio Range) und DVOR (Doppler-VOR). Windenergieanlagen können das von den DVOR-Anlagen ausgehende UKW-Funksignal stören. Wird es durch die hoch aufragenden Bauwerke abgelenkt, wird ein Winkelfehler erzeugt und das Signal kommt verfälscht im Flugzeug an.

Obwohl bereits viele Flugzeuge satellitengestützt navigieren, werden die bodengestützten Navigationsanlagen weiterhin benötigt, auch um ein Ersatzsystem für den Fall eines Ausfalls des Satellitensystems GPS sicherzustellen, argumentiert die DFS und verweist auf die Vorgaben der Internationalen Zivilluftfahrtorganisation (ICAO). Demnach dürfen in einem Schutzbereich von drei Kilometern rund um Drehfunkfeueranlagen keine Windenergieanlagen gebaut werden. Jenseits dessen prüft die DFS in ihrer gutachterlichen Funktion bei der Genehmigung von neuen Windenergieanlagen jeden geplanten Standort in einem Umkreis von 10 Kilometern um VOR-Anlagen im Einzelfall daraufhin, ob die Anlagen die Flugsicherheit beeinträchtigen könnten oder nicht. Im Falle von DVOR-Anlagen gilt in Deutschland ein erweiterter Prüfbereich von 15 Kilometern. „Jede Anfrage in diesen Gebieten wird im Genehmigungsverfahren von unseren Spezialisten in einer Einzelfallbetrachtung beurteilt, ob eine Baumaßnahme die Flugsicherheit beeinträchtigt und damit möglicherweise unzulässig ist. Ist dies der Fall, so geht für uns die Sicherheit im Luftraum vor“, sagt Klaus-Dieter Scheurle, vorsitzender Geschäftsführer der DFS.

In der Vergangenheit konnten viele Repowering-Vorhaben oder Neubauprojekte aus Gründen der Flugsicherheit nicht umgesetzt werden. 1.140 geplante Windenergieprojekte mit einer Gesamtleistung von 4.789 Megawatt sind derzeit einer Umfrage der Fachagentur Windenergie an Land zufolge im Genehmigungsverfahren blockiert, weil ihnen ein möglicher Einfluss auf eine Drehfunkfeueranlage entgegensteht, 355 Vorhaben davon in Nordrhein-Westfalen. Hier betreibt die DFS insgesamt elf Drehfunkfeuer. Betroffen sind vor allem geplante Vorhaben rund um die DVOR-Anlagen in Nörvenich und Warburg, gefolgt von den Standorten Hamm und Germinghausen.

Methoden zur Beurteilung des Störpotenzials umstritten
Von den knapp 30.000 Windenergieanlagen in Deutschland stehen nach Angaben der DFS aktuell 2.100 in den Schutzbereichen von Drehfunkfeuern. Der Vorwurf, die Beurteilungspraxis der DFS würde den Ausbau der Windenergie blockieren, sei nicht berechtigt, argumentiert Scheurle. Wegen der zunehmenden Verdichtung müsse die Flugsicherung die Errichtung zusätzlicher Windenergieanlagen innerhalb des Schutzbereichs immer öfter ablehnen, wenn dadurch die vorgeschriebene Genauigkeit der Anlagen gefährdet wird. Unterdessen ist der Luftraum über Deutschland so voll wie nie. Rund 3,5 Millionen Flüge betreute die DFS im Jahr 2019, ein neuer Rekord. „Zugeständnisse zu Lasten der Sicherheit kommen für uns nicht infrage. Wir haben einen gesetzlichen Auftrag, den Flugverkehr sicher durch den deutschen Luftraum zu führen“, so Scheurle.

Ob eine geplante Windenergieanlage innerhalb dieses Schutzbereichs die Flugsicherheit tatsächlich gefährden würde, ist ein Streit, der vor allem um die Methoden der Störungsberechnung geführt wird. Im April 2016 hatte das Bundesverwaltungsgericht in einem Rechtsstreit um die Beurteilung der Flugsicherheit die Auffassung der DFS bestätigt und die von der DFS zugrunde gelegte Methodik als wissenschaftlich nicht zu beanstanden bezeichnet (wir berichteten). Windenergieexperten, Gutachter und Juristen kritisieren dagegen, die angewandten Bemessungsmethoden seien zu stark vereinfachend und wissenschaftlich nicht abschließend validiert.

Neue Messtechnik verbessert die Methodik zur Beurteilung des Störpotenzials
Um die Störwirkung realistisch einzuschätzen, haben Wissenschaftler der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) mit ihren Projektpartnern die wissenschaftlichen Grundlagen des bisherigen Bewertungsverfahrens geprüft und überarbeitet. Damit wurden die Forschungserkenntnisse des Projekts WERAN fortgeführt, das Wechselwirkungen zwischen Navigationsanlagen und Windenergieanlagen untersucht hat. Das Ergebnis war eine neu entwickelte Messtechnik. „Weltweit erstmalig konnten wir die Signaländerung von DVOR durch Windenergieanlagen für beide Signalanteile messtechnisch nachweisen und quantifizieren“, erklärt Thorsten Schrader, Wissenschaftler an der PTB. Im Folgeprojekt WERANplus, das vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie gefördert wurde, haben die Wissenschaftler jetzt auf Basis dieser Messtechnik eine neue Prognosemethode entwickelt, die die Störwirkung von Windenergieanlagen genauer beschreibt. Mithilfe dieser Methode könnten viele Windenergieprojekte, die sich derzeit im Genehmigungsverfahren befinden oder bereits abgelehnt wurden, neu beurteilt werden.

Präzisere Bestimmung des Winkelfehlers
Konzentriert haben sich die Wissenschaftler in ihrer Entwicklungsarbeit auf DVOR-Anlagen, von denen es knapp 40 in Deutschland gibt und für die der erweiterte 15-Kilometer-Schutzbereich gilt. Um das gesamte elektromagnetische Feld rund um Navigations- und Windanlagen erfassen und prüfen zu können, haben die Wissenschaftler Drohnen mit Präzisionsnavigation gebaut. Sie können Vor-Ort-Messungen in bis zu mehreren hundert Metern Höhe durchführen. Ausgestattet mit Hochfrequenzmesstechnik, die speziell für diese Zwecke entwickelt wurde, und integrierten Antennen erfassen sie, 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. Auch für Windparks konnte der Winkelfehler, der durch die Ablenkung des Funksignals durch die Windenergieanlagen verursacht wird, simuliert werden. Die neu entwickelte Methodik ist nach Ansicht der PTB-Wissenschaftler ein echter Fortschritt. „Sie summiert nicht mehr wie bisher die Einzelfehler, sondern überlagert die einzelnen Wellen und bestimmt daraus den resultierenden Winkelfehler“, erklärt Schrader. Die Ergebnisse dieses verbesserten Prognosetools stellen einen neuen Stand der Technik dar, der so bisher nicht verfügbar war.

Jetzt steht noch die Überführung der neuen Methodik in die Praxis aus. Wird sie in den Genehmigungsverfahren angewendet, könnten in die Beurteilung der Störwirkung präzise wissenschaftlich und juristisch belastbare Prognosen einfließen. Das könnte die Beurteilung vereinfachen und zu schnelleren Entscheidungen führen, bewertet die PTB das Ergebnis. Die Erarbeitung der neuen Messmethodik wurde durch die Deutsche Flugsicherung und das Bundesaufsichtsamt für Flugsicherung begleitet.