Dipl.-Ing. Detlef Piorr

Transkript

1 Lärmschutzgerechter Betrieb von Windkraftanlagen und messtechnische Überprüfung (Graphik: ) Dipl.-Ing. Detlef Piorr Landesamt für Natur, Umwelt und Verbraucherschutz Nordrhein-Westfalen 7. DEGA-Symposium Energiewende & Lärmschutz am in Düsseldorf

2 Welcher Betriebszustand ist der Beurteilung zugrunde zu legen? A.1 Allgemeine Vorschriften für die Ermittlung der Geräuschimmissionen A.1.2 Ermittlung der Vor-, Zusatz- und Gesamtbelastung Wird die Zusatzbelastung ermittelt, so sind a) diejenige bestimmungsgemäße Betriebsart der Anlage - gegebenenfalls getrennt für Betriebsphasen mit unterschiedlichen Emissionen-, die in ihrem Einwirkungsbereich die höchsten Beurteilungspegel erzeugt, zugrunde zu legen... (TA Lärm) Folie 2 Lärmschutzgerechter Betrieb u. messtechnische Überprüfung

3 Messtechnisch erfassbare Betriebsparameter (s. E. Hau: Windenergieanlagen, Springer-Verlag, 4. Auflage (2008)) Folie 3 Lärmschutzgerechter Betrieb u. messtechnische Überprüfung

4 Geräuschemissionsmessung nach der FGW-Richtlinie und DIN EN/IEC Rotordurchmesser: D Nabenhöhe: H Wind Messung wenigstens im Bereich v 10 = 6 m/s bis 10 m/s Windmessung Abstand 2 D bis 4 D (Seit Rev. 16 sind bei hohen Anlagen andere Messorte zulässig.) Messhöhe: > 10 m Temperatur, Luftdruck R 1 Messung an d. Anlage: elektrische Leistung, Rotordrehzahl* Mikrofon auf schallharter Platte (Korrektur: - 6 db) Geräuschmessung Abstand: H + D/2 *: Messung seit Rev. 14 (Juli 2003) gefordert Blattwinkel braucht nach der FGW seit Nov nicht erfasst zu werden. Seit Rev. 16 (Juli 2005) wird die Windgeschwindigkeit zusätzlich durch das Gondelanemometer erfasst. Folie 4 Lärmschutzgerechter Betrieb u. messtechnische Überprüfung

5 Regelwerke zur Emissionsmessung an Windenergieanlagen DIN EN : Windenergieanlagen Teil 11: Schallmessverfahren, März 2007 [entspricht IEC ed. 2 (2002) mit Änderung A1 aus 2006] Technische Richtlinien für Windenergieanlagen, Teil 1: Bestimmung der Schallemissionswerte, Revision 18, Stand: , Hg: Fördergesellschaft für Windenergie e.v. (-> FGW-Richtlinie ) DIN 45681, Akustik Bestimmung der Tonhaltigkeit von Geräuschen und Ermittlung eines Tonzuschlags für die Beurteilung von Geräuschimmissionen, März 2005 mit Berichtigungen von August 2006 [Hinweis: Die Algorithmen zur Bestimmung der Differenz zwischen dem Tonpegel und dem Pegel des maskierenden Geräusches unterscheiden sich in der IEC und in der DIN Bei Emissionsmessungen an Windenergieanlagen erfolgt die Bestimmung dieser Differenz nach dem IEC-Verfahren. Auf Basis der so ermittelten Pegeldifferenzen wird die Tonhaltigkeit entsprechend der Tabelle 1 der DIN ermittelt.] Noch nicht behördlich eingeführt : E DIN EN : Windenergieanlagen Teil 11: Schallmessverfahren, Sept [entspricht IEC ed. 3 (E Nov. 2012)] Folie 5 Lärmschutzgerechter Betrieb u. messtechnische Überprüfung

6 Tabellarische Darstellung der Messergebnisse nach der FGW-Richtlinie, Teil 1, seit Rev. 14 ( ) 95% P Nenn v 10 [m/s] ,6 P el [kw] n Rot [min. -1 ] 15,9 16,7 17,3 17,7 17,8 17,6 L WA [db] 100,6 102,5 103,2 103,3 102,9 103,4 K TN [db] K I [db] Im Prüfbericht sind außerdem üblicherweise Terzspektren im Bereich von 50 Hz bis 10 khz dokumentiert (Ed. 3: 20 Hz bis 10 khz). Die Messunsicherheit wird im Messbericht angegeben. Antragsteller sollten den Genehmigungsbehörden gesicherte Datenblätter vorlegen, in denen unabhängige Institute das Geräuschverhalten mindestens bis zum Erreichen der Nennleistung belegen. Folie 6 Lärmschutzgerechter Betrieb u. messtechnische Überprüfung (NRW-WKA-Erlass vom )

7 Windgeschwindigkeitsabhängiges Geräuschverhalten einer pitch -gesteuerten Windenergieanlage (P n = 1,8 MW) L A [db] >95% Nennleistung Nach Erreichen der Nennleistung tritt bei pitchgesteuerten Anlagen (in der Regel) keine Erhöhung der Schallemission auf. Windgeschwindigkeit Messung: Kötter Consulting Engineers (2003) Folie 7 Lärmschutzgerechter Betrieb u. messtechnische Überprüfung

8 Betriebsverhalten einer pitch-gesteuerten WEA starke Zunahme der aerodynamischen Geräusche L WA = K lg (n 2 /n 1 ) db geringe Zunahme der mechanischen Geräusche L WA = K + 10 lg (P 2 /P 1 ) db 10% Drehzahländerung : bis zu 2,5 db Pegeländerung 10% Leistungsänderung: ca. 0,4 db Pegeländerung Folie 8 Lärmschutzgerechter Betrieb u. messtechnische Überprüfung

9 L Aeq [db] Drehzahlabhängiges Geräuschverhalten einer pitchgesteuerten Windenergieanlage (P N = 500 kw) typisch: L WA = K lg (V tip ) (siehe: E DIN EN 50376, Nov. 2001, Angabe des Schallleistungspegels und der Tonhaltigkeitswerte bei Windenergieanlagen, Anhang C) L Aeq = 51,7 lg (n) -25,1 db Drehzahl [U/Minute] Messung: LUA NRW, 2001 Folie 9 Lärmschutzgerechter Betrieb u. messtechnische Überprüfung

10 Leistungsabhängiges Geräuschverhalten einer pitchgesteuerten Windenergieanlage (P N = 500 kw) 60 L Aeq = 10,8 lg (P el /kw) + 27,7 db 55 LAeq [db] P el [kw] Messung: LUA NRW, 2001 Folie 10 Lärmschutzgerechter Betrieb u. messtechnische Überprüfung

11 Emissionsminderung durch schalloptimierten Betrieb Pitch-gesteuerte Anlagen weisen durch Drehzahl- u. Leistungsbegrenzungen ein großes Minderungspotential auf. P el [kw] Der schalloptimierte Betrieb ist mit Ertragsverlusten behaftet. L [db(a)] Zeit Zeit Messung: Kötter Consulting Engineers (siehe hierzu: J. Michalk: Auswirkungen von schallreduzierten Betriebsweisen auf die Ertragsfähigkeit von Windenergieanlagen, VDI-Fachkonferenz Schall und Schallemissionen von Windenergieanlagen, Hamburg, ) Folie 11 Lärmschutzgerechter Betrieb u. messtechnische Überprüfung

12 Windgeschwindigkeit [m/s] [Grad] Tags und nachts können sich unterschiedliche Windprofile ausbilden m 175 m 110 m 50 m 10 m Dalpha(50 m m) Windgeschwindigkeit in 110 m Höhe [m/s] tags nachts 0 0:00 6:00 12:00 18:00 0:00 Uhrzeit Mittlerer Jahresgang (2002) der Windgeschwindigkeit für verschiedene Höhen [Datenbasis: Meteorologisches Institut der Universität Hamburg Auswertung: Piorr (2005)] Anmerkung: J. Michalk (2011) zeigt, dass die Ausprägung des Tagesgangs der Höhenabhängigkeit der Windgeschwindigkeit sich im Mittelgebirge und flachen Land unterscheiden (können). Unterschied der in 50 m und 110 m Höhe erfassten Windrichtung (Jahres-Mittelwerte der Windgeschwindigkeitsklassen) LANUV-Fachbericht Nr. 3 (2007): Es konnte keine Auswirkung der Windrichtungsscherung auf die Schallemission einer WEA nachgewiesen werden. Folie 12 Lärmschutzgerechter Betrieb u. messtechnische Überprüfung

13 Überwachung der Betriebsführung der WEA Um richtlinienkonforme Emissionsmessungen zu gewährleisten, muss jede Anlage mit einer kontinuierlichen Aufzeichnung geeigneter Betriebsparameter (z.b. Windgeschwindigkeit in Nabenhöhe, Leistung, Drehzahl) versehen sein. Sofern eine Anlage aus Gründen des Immissionsschutzes nachts... geräuschreduziert betrieben wird, müssen die Betriebsparameter in einer Form gespeichert werden, die rückwirkend für einen Zeitraum von wenigstens 6 Monaten den Nachweis der tatsächlichen Betriebsweise erlauben. (NRW-WEA-Erlass vom ) Auszug Fernüberwachung vom Februar 2007, Anlage 1 1 Seriennummer yyyyyyy am Standort xxxxxx, Betreiber zzzzzzz Datum Stunde Minute Wind mittel Drehzahl mittel Leistung mittel Gondelposition WEA Gondelposition absolut [TT.MM.YY] [hh] [mm] [m/s] [Upm] [kw] [ ] [ ] 01-Feb , Feb ,1 16, Feb ,2 14, Folie 13 Lärmschutzgerechter Betrieb u. messtechnische Überprüfung

14 Abnahmemessungen als Emissionsmessungen Abnahmemessungen sind als Teil des Genehmigungsverfahrens zu betrachten. Der 3 db-messabschlag nach Ziffer 6.9 der TA Lärm ist nicht anzuwenden. (Urteil des BVerG vom ; Az: BVerwG 4 C2.07) Emissionsmessungen zeigten in der Vergangenheit relativ häufig Überschreitungen auf. (304 Emissionsmessungen, 16 Hersteller, 49 WEA-Typen, O. Bunk: 6. Rheiner Windenergie-Forum 2011) Folie 14 Lärmschutzgerechter Betrieb u. messtechnische Überprüfung

15 Immissionsmessungen Fremdgeräuschproblematik (Mikrofon-Anströmgeräusche & windverursachte Fremdgeräusche) Pegel von Vegetationsgeräuschen Wirkung verschiedener Windschirme Reduzierung von Mikrofon-Anströmgeräuschen Einfügungsdämpfung (oben nicht dargestellt) aus: Investigations of Wind Screens, Insertion Loss and Attenuation of Wind Noise DELTA(1997) aus: J. Jakobsen, B. Andersen: Wind Noise, Danish Acoustical Institute, Report No. 108 (1983) Folie 15 Lärmschutzgerechter Betrieb u. messtechnische Überprüfung

16 Immissionsmessungen - Fremdgeräuschproblematik Verbesserung des Fremdgeräuschabstands durch Einsatz eines Grenzflächenmikrofons (O. Fégeant: Immission measurement technique for wind turbine noise: Pseudo-noise and sound diffraction at the measurement board, ISSN (1997) ) Grenzflächenmikrofon aus serienmäßigem Mikrofon und schallharter Platte (siehe auch WEA-Erlass Brandenburg vom ) Folie 16 Lärmschutzgerechter Betrieb u. messtechnische Überprüfung

17 Einsatz einer Dauermessstation im Umfeld einer pitch-gesteuerten WEA Messungen: Ing.-Büro Pies in der Nachbarschaft einer pitchgesteuerten Windenergieanlage Westwind: Gegenwindsituation [Vorsicht: Im Allgemeinen sind auch die windverursachten Fremdgeräusche abhängig von der Windgeschwindigkeit.] Folie 17 Lärmschutzgerechter Betrieb u. messtechnische Überprüfung

18 Immissionsmessungen bei ein- und ausgeschalteten WEA (Auswertung in Abhängigkeit von der Windgeschwindigkeit) Messung am 02./ Alle WEA in Betrieb sowie Gesamtstillstand y = 0,2262x + 38,652 Imissionsmesspunkt LAeq [db] y = 1,5987x + 30, ,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 V Wind (I-Ort) [m/s] v(i-ort) [m/s] ein aus fremdgeräuschkorrigiert L Aeq L Aeq L Aeq,C [db] [db] [db] 1 38,9 32,3 37,8 1,5 39,0 33,1 37,7 2 39,1 33,9 37,5 2,5 39,2 34,7 37,3 3 39,3 35,5 37,0 3,5 39,4 36,3 36,5 4 39,6 37,1 Fremdgeräuschabstand? 35,9 Folie 18 Lärmschutzgerechter Betrieb u. messtechnische Überprüfung

19 Synchrone Emissions- und Immissionsmessungen (bei Betrieb und Stillstand) WEA 4, Betriebsdatenmessung WEA 2 WEA 3 WEA 1 Immissionsort: Geräuschmesspunkt & Windmesspunkt Emissionsmesspunkt Mikrofon & Windmessung WEA 5 1) Unter Ansatz konstanter Ausbreitungsbedingungen gilt: L I,WEA = L E,WEA D; gesucht wird D 2) Gemessen wird emissionsseitig: L E,WEA, [L E,Fremd ] Gemessen wird immissionsseitig L Iges, L IFremd 3) Berechnet wird: L I,ges = energ. Addition L I,WEA & L I,Fremd L I,Fremd = f(v) folgt aus Stillstandsmessung 4) Die Dämpfungskonstante D wird so bestimmt, dass die mittlere quadratische Abweichung zwischen dem Rechenwert (1) und dem Messwert (2) der Gesamtbelastung möglichst klein wird. 5) Windgeschwindigkeitsabhängige Berechnung: L I,WEA = L E,WEA D (1) (2) Messwert Rechenwert Messwert Rechenwert Rechenwert Messwert Differenz^2 L E,WEA Dämpfung D L I,WEA v(i-ort) L I,Fremd L I,ges L I,ges [(1) (2)] 2 Messbeginn [db(a)] [db] [db(a)] [m/s] [db(a)] [db(a)] [db(a)] [db] 22:35 55,0 17,0 38,0 1,6 33,3 39,2 38,9 0,1 22:36 54,6 17,0 37,6 2,1 34,1 39,2 38,9 0,1 Folie 19 Lärmschutzgerechter Betrieb u. messtechnische Überprüfung

20 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! (Graphik: ) Folie 20 Lärmschutzgerechter Betrieb u. messtechnische Überprüfung