Sind Ertragssteigerungen unter Ausnutzung der Richtcharakteristik von WEA möglich?

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1 6. Branchentag Windenergie NRW 2014 Sind Ertragssteigerungen unter Ausnutzung der Richtcharakteristik von WEA möglich? Dipl.-Ing. Oliver Bunk KÖTTER Consulting Engineers GmbH & Co. KG 1 / 21

2 Die Idee... Messtechnische Untersuchung aus 1988 des damaligen LUA NRW Zu diesem Zeitpunkt üblichen WEA-Größe (20 kw) Gelten bei der heutigen WEA- Größe (Leistung, Rotordurchmesser und Nabenhöhe) die gleichen Ergebnisse? Quelle: DAGA 88, Schallemissionen von Windkraftanlagen, Dipl.-Ing. Detlef Piorr, LANUV NRW (ehemals LUA NRW) 2 / 21

3 1. Schallquellen von WEA Gondel Rotor Turm WEA-Hauptschallquellen: Rotor: Aeroakustische Geräusche durch die Drehbewegung und damit verbundenen Verdrängen von Luft. Zusätzlich auch Schäden auf Oberfläche. Gondel: Abstrahlung von Schallemissionen der innen drehende Bauteile (Generator, Getriebe, Wellen). Aber auch Lüfter, Azimutverstellung und elektronische Bauteile stellen weitere Quellen dar. Turm: Keine eigene Erzeugung von Schall, sondern Weitergabe des entstehenden Körperschalls (Sekundärschall). Große Oberfläche bewirkt gute Abstrahleigenschaften. 3 / 21

4 1. Schallquellen von WEA Akustisch wirksame Fläche je nach Richtung: Mit- / Gegenwind Querwindsituation Quelle: (Stand 03/2013) 4 / 21

5 1. Schallquellen von WEA Heutige nach der FGW-Richtlinie (auf Basis DIN ) ausgeführte schalltechnische Vermessungen an WEA erfolgen im Lee hinter der WEA (Mitwindsituation): e D R 1 H RMP R 0 = H + D/2 S = R 0 + e Prinzipskizze Referenzmesspunkt (RMP) Draufsicht Mikrofon-Messanordnung Quelle: DIN EN : A1: / 21

6 2. Messung Richtcharakteristik Messkampagne zur Ermittlung der Richtcharakteristik: a) Bachelorarbeit M. Humpohl: Untersuchung der Richtcharakteristik verschiedener aktueller Windenergieanlagen, Münster, 08/2010 b) Abweichung Schalldruckpegel vom Referenzmesspunkt Untersuchung der verschiedenen Sektoren Anlagenspezifische Unterschiede c) Abweichung verschiedener Frequenzen d) Ermittlung durchschnittlich Pegelabweichung bei Nennleistung e) Insgesamt sieben Messungen an fünf verschiedenen WEA-Typen (alles pitchgeregelte WEA) 6 / 21

7 2. Messung Richtcharakteristik Verteilung der Messpunkte: MP6-180 Windrichtung MP5-150 MP4-120 Ein Referenzmesspunkt im Lee der WEA, zusätzlich sechs weitere Messpunkte Anordnung auf Kreisbahn R 0 im gleichen Abstand MP3-90 Auf 80 % verkürzter Abstand zur Minimierung der Störgeräuscheinflüsse R 0 α MP2-60 Versatz der Messpunkte auf Kreisbahn um jeweils α = 30 MP1-30 MP0 - Referenzmesspunkt Quelle: Untersuchung der Richtcharakteristik verschiedener aktueller Windenergieanlagen, Matthias Humpohl, Münster, August / 21

8 2. Messung Richtcharakteristik Beispielmessung - Regressionen der Schalldruckpegel: MP 6 MP 0 MP 3 HG 3 HG 6 HG 0 Quelle: Untersuchung der Richtcharakteristik verschiedener aktueller Windenergieanlagen, Matthias Humpohl, Münster, August / 21

9 2. Messung Richtcharakteristik Beispielmessung - Abweichung der Schallleistungspegel: MP3 MP4 MP MP6 2 0 db(a) WEA Wind MP2 MP1 Ref 6,0 m/s 6,5 m/s 7,0 m/s 7,5 m/s 8,0 m/s 8,5 m/s Nulllinie Quelle: Untersuchung der Richtcharakteristik verschiedener aktueller Windenergieanlagen, Matthias Humpohl, Münster, August / 21

10 2. Messung Richtcharakteristik Beispielmessung - Vergleich Terzbandpegel bei 8,0 m/s: ) Schalldruckpegel in db(a , k 1,25k 1,6k 2k 2,5k 3,15k 4k 5k 6,3k 8k 10k Terzmittenfrequenz [Hz] MP0 MP1 MP2 MP3 MP4 MP5 MP6 Quelle: Untersuchung der Richtcharakteristik verschiedener aktueller Windenergieanlagen, Matthias Humpohl, Münster, August / 21

11 2. Messung Richtcharakteristik Richtcharakteristik bei maximaler Schallleistung: MP4 MP5 MP db(a) Wind Betrachtung des maximalen Schallleistungspegels für z. B. Ausbreitungsberechnungen MP WEA Arithmetische Mittelung aller ermittelten Richtcharakteristika MP2 Größte Reduzierung am MP 3 (90, Querwind) im Mittel 4 db MP1 Ref Subjektiv Unterschied deutlich wahrnehmbar LWA max Nulllinie Quelle: Untersuchung der Richtcharakteristik verschiedener aktueller Windenergieanlagen, Matthias Humpohl, Münster, August / 21

12 3. Anwendung der Ergebnisse Grundsätzliche Überlegungen zur Ausbreitungsberechnung: a) Welche Sektoren kann ich wie weit geöffnet nutzen? Aus den jetzigen Erkenntnissen nur Sektoren quer zur Windrichtung Eingrenzung der Sektorenbreite anhand des Pegelanstieges zwischen Messpunkten b) Wann ergeben sich welche Pegelreduktionen? Abhängigkeit der Reduktion des Schallleistungspegels von der Windgeschwindigkeit prüfen c) Sind die Ergebnisse übertragbar auf gleichen WEA-Typ an anderen Standorten??? (vermutlich nicht..., individuelle Prüfung empfohlen) 12 / 21

13 3. Anwendung der Ergebnisse Überlegungen zur Sektorenweite: - 2 db - 4 db MP MP4 MP2 MP5 MP MP6 2 0 db(a) WEA Ref 6,0 m/s 6,5 m/s 7,0 m/s 7,5 m/s 8,0 m/s 8,5 m/s Nulllinie Wind Grad der Reduzierung bestimmt Öffnungswinkel des Sektors Äußeren Ränder des Sektors sind Grenzwerte Randwerte ansehen, ggf. Unterschiede. Kleinsten Wert der Reduzierung verwenden Quer zur Windrichtung (MP 3) höhere Reduzierung als Ränder, daher noch Sicherheit 13 / 21

14 3. Anwendung der Ergebnisse Anwendung im Berechnungsfall mit einer WEA: N 14 / 21

15 3. Anwendung der Ergebnisse Anwendung im Berechnungsfall mit einer WEA: Ausgangssituation IO Teilpegel WEA 1 WEA 2 Gesamtpegel 1 42,4 42,4 45,4 2 41,9 35,1 42,7 3 39,4 32,5 40,2 4 41,9 34,3 42,6 5 39,7 42,4 44,3 Alle Angaben in db(a) Erhöhung + 2,0 Resultat Teilpegel WEA 1 WEA 2 Gesamtpegel 42,4 42,4 45,4 43,9 35,1 44,4 41,4 32,5 41,9 43,9 34,3 44,4 41,7 42,4 45,1 Angaben Resultat nur für vorgegebene Windsektoren Ergebnis = Einhaltung mit 2 db Erhöhung, IO-1 erhöht sich nicht, an allen anderen Immissionsorten ist genug Reserve Werte gelten nur für die angegebenen Windsektoren und Da IO-5 teilweise ebenfalls im Windsektor liegt, kommen hier sogar noch niedrigere Werte an 15 / 21

16 3. Anwendung der Ergebnisse Anwendung im Berechnungsfall mit zwei WEA: 16 / 21

17 3. Anwendung der Ergebnisse Anwendung im Berechnungsfall mit zwei WEA: 17 / 21

18 3. Anwendung der Ergebnisse Anmerkung zur Häufigkeitsverteilung Windrichtung: ,0 % 15,0 % N 0 30 Hauptwindrichtung in der Regel SW und W W ,0 % 5,0 % 0,0 % O Wenn Abweichungen Hauptwindrichtungen, dann lokaler Natur S Gegenüberstellung Aufwand Schallmessung und Nutzen hinsichtlich Ertrag Häufigkeit 100 m 18 / 21

19 4. Fazit Aus den Messungen lassen sich folgende Schlüsse ziehen: a) Richtcharakteristik ist im Nahbereich hoher WEA vorhanden b) Im Luv ist die WEA nicht leiser als in Lee c) Ebenso auf den jeweils ersten 30 der Windströmungsrichtung d) Die Schallleistung in Rotorebene (MP 3) ist deutlich reduziert e) Hinsichtlich der Reduzierung besteht eine Abhängigkeit von der Windgeschwindigkeit f) Zusätzliche zum Lee (MP 0) sind Messungen vor der WEA (MP 6) und in Querrichtung (MP 2 bis MP 4) auszuführen. Die Messpunkte MP 1 und MP 5 können vernachlässigt werden. Sektoren werden definiert durch MP 2 und MP / 21

20 4. Fazit Aus den Berechnungen lassen sich folgende Schlüsse ziehen: a) Basis zur Berechnung bilden direkte Vermessung der betreffenden WEA b) Die Reduzierungen beziehen sich nur auf kleine Sektoren c) Liegen die betreffenden Sektoren quer zur Hauptwindrichtung, ist ein Ertragsplus möglich. Liegen die Sektoren dagegen quer zu Nebenwindrichtungen, ist der Aufwand zu überdenken d) Lärmtechnische Situation stark abhängig von Aufstellung der WEA in Bezug auf den Immissionsort e) Die zu betreibenden WEA müssen mit einer entsprechenden Sektorensteuerung ausgestattet sein 20 / 21

21 Ja, Ertragssteigerungen sind unter Ausnutzung der Richtcharakteristik mit entsprechendem Aufwand möglich Dipl.-Ing. Oliver Bunk KÖTTER Consulting Engineers Projektmanager Windenergie Tel: / 21