Dipl.-Ing. Detlef Piorr

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1 Landesamt für Natur, Umwelt und Verbraucherschutz Nordrhein-Westfalen Dipl.-Ing. Detlef Piorr Ist oder bleibt ein tonhaltiger Windpark genehmigungsfähig? Gliederung: - Tonhaltigkeit & TA Lärm - Geräuschentstehung bei WEA - Hören und Messen - WEA-Erlass - Sonderfälle Bild: Thilo Krapp Tonhaltigkeit & Genehmigungsfähigkeit von WEA

2 Beurteilungspegel und Tonhaltigkeit in der TA Lärm A Zuschlag für Ton- und Informationshaltigkeit K T (in der Prognose) Für die Teilzeiten, in denen in den zu beurteilenden Geräuschimmissionen ein oder mehrere Töne hervortreten... ist für den Zuschlag K T je nach Auffälligkeit der Wert 3 oder 6 db anzusetzen. Bei Anlagen, deren Geräusche nicht ton- oder informationshaltig sind, ist K T = 0 db. Falls Erfahrungswerte von vergleichbaren Anlagen und Anlagenteilen vorliegen, ist von diesen auszugehen. A Zuschlag für Ton- und Informationshaltigkeit (bei einer Messung) Treten in einem Geräusch während bestimmter Teilzeiten Tj ein oder mehrere Töne hörbar hervor... So beträgt der Zuschlag für Ton- und Informationshaltigkeit für diese Teilzeiten je nach Auffälligkeit 3 oder 6 db. Die Tonhaltigkeit eines Geräusches kann auch messtechnisch bestimmt werden (DIN 45681, Entwurf Ausgabe Mai 1992). Folie 2 Tonhaltigkeit & Genehmigungsfähigkeit von Windenergieanlagen

3 Geräuschentstehung (aus: Wagner, Bareiß, Guidati: Wind Turbine Noise, Springer (1996)) L WA [db] Aerodynamische Geräusche 99,2 Getriebe (Körperschall) 97,2 Blätter (Körperschall) 91,2 Nabe (Körperschall) 89,2 Generator (Luftschall) 87,2 Getriebe (Luftschall) 84,2 Sonstiges (Luftschall) 76,2 Turm (Körperschall) 71,2 Gesamte Anlage 102,2 Folie 3 Tonhaltigkeit & Genehmigungsfähigkeit von Windenergieanlagen

4 Aerodynamische Geräuschentstehung bei Windenergieanlagen Brooks, Pope, Marcolini: Airfoil Self-Noise and Prediction, NASA (1989) Petitjean, Drobietz, Kinzie: Wind Turbine Blade Mitigation Technologies, Fourth International Meeting on Wind Turbine Noise (2011) Das von den Rotorblättern erzeugte aerodynamische Geräusch ist insgesamt in der Regel ein breitbandiges (nicht einzeltonhaltiges) Rauschen. Folie 4 Tonhaltigkeit & Genehmigungsfähigkeit von Windenergieanlagen

5 Maschinengeräusche bei Windenergieanlagen Wagner, Bareiß, Guidati: Wind Turbine Noise, Springer (1996)) Typisches Geräusch einer Windenergieanlage (1992) [177]: Pinder, J.N.: Mechanical Noise from Wind Turbines, Wind Engineering (1992) Maschinengeräusche (Zahneingriffsfrequenzen von Getrieben, Eigenschwingungen von Bauteilen) können dazu führen, dass die Gesamtemissionen von WEA einzeltonhaltig sind. Folie 5 Tonhaltigkeit & Genehmigungsfähigkeit von Windenergieanlagen

6 Beispiel für das tonale Geräusch einer WEA mit Getriebe 40 A-bewerteter Schalldruckpegel [db(a)] Frequenz [Hz] (Anmerkung: Die Frequenz des Einzeltons verändert sich in Abhängigkeit von der Rotordrehzahl.) Folie 6 Tonhaltigkeit & Genehmigungsfähigkeit von Windenergieanlagen Messung: LIS/LANUV (1995)

7 Beispiel für das tonale Geräusch einer getriebelosen WEA 50 A-bewerteter Schalldruckpegel [db(a)] Frequenz [Hz] (Anmerkung: Die Tonhaltigkeit trat nur unter bestimmten Betriebsbedingungen auf.) Folie 7 Tonhaltigkeit & Genehmigungsfähigkeit von Windenergieanlagen Messung: LIS/LANUV (1996)

8 Einzeltonhaltigkeit der WEA-Geräusche: Zeitliche Entwicklung Ca. 1995: In die Berechnung der Fördermittel für neue Windenergieanlagen wird in den norddeutschen Küstenländern eine vorhandene Tonhaltigkeit als Malus eingeführt. Dieses bewirkte verstärkte Anstrengungen der Hersteller, Anlagen zu entwickeln, deren Geräusche nicht einzeltonhaltig sind. 2003: Die Geräusche eines bestimmten neuen Anlagentyps sind akustisch auffällig geworden. Intensive Gespräche mit der Herstellerfirma. (-> Aufnahme Tonhaltigkeit in WEA-Erlass: 2005) Bei vielen Windkraftanlagen, insbesondere bei kleinen, wird das aerodynamische Laufgeräusch von den mechanischen Geräuschen des Triebstrangs übertönt. Da diese im Gegensatz zu den aerodynamischen Geräuschen vermieden oder stark gedämpft werden können, müssen sie als Zeichen mangelhafter Konstruktion gewertet werden. Die Vermeidung mechanischer Geräusche erfordert allerdings eine gewisse Aufmerksamkeit und eventuell auch zusätzliche Kosten für Schalldämmmaßnahmen oder Körperschallisolierungsmaßnahmen. (Erich Hau: Windkraftanlagen, 4. Auflage, Springer (2008), S. 608) Folie 8 Tonhaltigkeit & Genehmigungsfähigkeit von Windenergieanlagen

9 Geräuschemissionsmessung nach der FGW-Richtlinie & DIN IEC ed. 2 Rotordurchmesser: D Nabenhöhe: H Edition 3 der IEC liegt als DIN IEC seit Sept vor, ist behördlich aber noch nicht in Deutschland eingeführt. Wind Messung ab wenigstens v s = 6 m/s bis wenigstens v s = 10 m/s R 1 Windmessung Abstand 2 D bis 4 D (Seit Rev. 16 sind bei hohen Anlagen andere Messorte zulässig.) Messhöhe: > 10 m Temperatur, Luftdruck Messung an d. Anlage: elektrische Leistung, Rotordrehzahl* Mikrofon auf schallharter Platte 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 ( ) wird die Windgeschwindigkeit zusätzlich durch das Gondelanemometer erfasst. Folie 9 Tonhaltigkeit & Genehmigungsfähigkeit von Windenergieanlagen

10 Tabellarische Darstellung der Messergebnisse nach der FGW-Richtlinie, Teil 1, seit Rev. 14 ( ) Anmerkungen: - Prinzipiell können relevante Tonhaltigkeiten auch bei Windgeschwindigkeiten < 6 m/s auftreten. - Die Tonhaltigkeit wird nach IEC und nach DIN unterschiedlich ausgewertet. Folie 10 Tonhaltigkeit & Genehmigungsfähigkeit von Windenergieanlagen

11 Einzeltonhaltigkeit - Datenlage, die dem NRW-WKA-Erlass aus 2005 zugrunde lag NRW-WEA-Erlass vom : K TN < 2 db -> K T = 0 db 1 < K TN < 4 db -> K T = 3 db K TN > 4 db > K T = 6 db Neuanlagen mit K TN > 2 db entsprechen nicht dem Stand der Technik. Anzahl der Messberichte Auswertung von 50 WEA-Messberichten aus dem Zeitraum von Nov bis 2005, die bei den Genehmigungsbehörden in NRW eingereicht wurden Auswertung von 50 Messberichten aus dem Zeitraum Nov Nov Tonhaltigkeit K TN [db] K TN = 2 db ist nach Erfahrung des LANUVs beschwerdeträchtig. Es wird empfohlen, den oberen Bereich der Emissionswerte bei 80% bis 90% der Summenhäufigkeit der zugrunde liegenden Emissionswerte durch (L1) abzugrenzen; damit soll verdeutlicht werden, dass die Geräuschemissionen oberhalb von (L1) im Allgemeinen vermeidbar sind. (VDI-ETS-HS 1988) Folie 11 Tonhaltigkeit & Genehmigungsfähigkeit von Windenergieanlagen

12 Derzeit (in NRW) gültiger Windenergie-Erlass vom Tonhaltigkeiten von Windenergieanlagen werden wie folgt bewertet: K TN : K T : 0 K TN 1 Tonzuschlag K T von 0 db 1 < K TN 4 Tonzuschlag K T von 3 db K TN > 4 Tonzuschlag K T von 6 db Tonhaltigkeit bei Emissionsmessungen im Nahbereich nach der Technischen Richtlinie FGW gemessen in Abhängigkeit vom K TN ab einer Entfernung von 300 m für die Immissionsprognose anzusetzende Tonzuschläge Neu zu errichtende Anlagen, deren Tonzuschlag K T = 3 db oder K T = 6 db beträgt, entsprechen nicht dem Stand der Technik. Eine Genehmigung... ist... nur zu erteilen, wenn sichergestellt ist, dass... Vorsorge gegen schädliche Umwelteinwirkungen getroffen wird, insbesondere durch die dem Stand der Technik zur Lärmminderung entsprechenden Maßnahmen zur Emissionsbegrenzung. (TA Lärm, Abschnitt 3.1) Folie 12 Tonhaltigkeit & Genehmigungsfähigkeit von Windenergieanlagen

13 Derzeit (in NRW) gültiger Windenergie-Erlass vom Neu zu errichtende Anlagen, deren Tonzuschlag K T = 3 db oder K T = 6 db beträgt, entsprechen nicht dem Stand der Technik. In Ausnahmefällen kann eine Anlage mit einem K TN = 2 db auch dann genehmigt werden, wenn sie nachts so schallreduziert betrieben wird, dass die Tonhaltigkeit im Nahbereich K TN weniger als 2 db beträgt. Der nächtliche schallreduzierte Betrieb kann aufgehoben werden, wenn nach Fertigstellung durch Messung an repräsentativen Immissionsorten der Nachweis geführt wird, dass auch im Normalbetrieb keine Tonhaltigkeit an den Immissionsorten (Wohngebäude, etc.) auftritt. Folie 13 Tonhaltigkeit & Genehmigungsfähigkeit von Windenergieanlagen

14 Sonderfall: hochfrequente Einzeltöne Tabellarische Darstellung der Luftdämpfung des Schalls [db/km] T[ o C] F [%] 125 Hz 500 Hz 2 khz 4 khz 8 khz ,4 1,9 9,7 32, ,3 1,0 12,7 23,1 59,3 Auszug aus dem Messbericht (2013): Während die unteren Oktavbänder bis ca. 250 Hz in 1 km Entfernung kaum einer relevanten, frequenzabhängigen Luftdämpfung unterliegen, macht sich der Einfluss der Luftabsorption bei den Oktavbändern oberhalb von 2 khz jedoch sehr deutlich bemerkbar. (tonale Komponenten bei ca. 4kHz, K TN = 3 db) In der Regel kann daher davon ausgegangen werden, dass die im Nahfeld der Quelle auftretenden höherfrequenten Auffälligkeiten (hier z.b. bei ca. 4 khz) nicht zu Beeinträchtigungen in immissionsrelevanter Entfernung führen. Empfehlung: Im konkreten Fall zeigen, welch einen geringen Beitrag der 4 khz-bereich an dem für den Immissionsort prognostizierten L Aeq -Wert hat. Folie 14 Tonhaltigkeit & Genehmigungsfähigkeit von Windenergieanlagen

15 Einzeltonhaltigkeit: Herausforderung bei der Konstruktion neuer Anlagen NRW-WEA-Erlass vom : K TN < 2 db -> K T = 0 db 2 < K TN < 4 db -> K T = 3 db K TN > 4 db > K T = 6 db Neuanlagen mit K TN > 2 db entsprechen nicht dem Stand der Technik. Folie 15 Tonhaltigkeit & Genehmigungsfähigkeit von Windenergieanlagen Spektren der Geräusche von 4 WEA-Prototypen (P > 2 MW) (Messung: Delta 2008) Bei Prototypen können Einzeltöne weiterhin ein Problem darstellen. Messberichte sind zur Dokumentation des tatsächlichen Geräuschverhaltens eines Anlagentyps (für die Genehmigungsbehörden) daher unverzichtbar. Beachte: Ist eine Anlage in Betrieb, kann eine gegebenenfalls vorhandene Einzeltonhaltigkeit allein aufgrund des Höreindrucks erkannt werden. Ihre nachträgliche Beseitigung ist in der Regel zeit- und kostenintensiv.

16 Einzeltonhaltigkeit: Weiterhin eine Herausforderung bei der Konstruktion neuer Anlagen Wenn die aerodynamischen Geräusche durch neuentwickelte Rotorblätter leiser werden, können die Maschinengeräusche wieder relevant werden. Ich danke für Ihre Aufmerksamkeit. Folie 16 Tonhaltigkeit & Genehmigungsfähigkeit von Windenergieanlagen