Umwelt

Bedarfsorientierte Warnbefeuerung an Windenergieanlagen

Ansicht eines Windparks mit PARASOL Messanlage und Ultraleichtflugzeug.
© Foto Fraunhofer FHR

Ansicht eines Windparks mit PARASOL Messanlage und Ultraleichtflugzeug.

Zweikanalige Antennengruppe für einen Passiv- Radar-Sensor zur Detektion von Kleinflugzeugen in der Nähe von Windenergieanlagen.
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Zweikanalige Antennengruppe für einen Passiv- Radar-Sensor zur Detektion von Kleinflugzeugen in der Nähe von Windenergieanlagen.

Spurdarstellung gemessener Radarechos von Luft-fahrzeugen und Rotoren umgebender Windenergieanlagen.
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Spurdarstellung gemessener Radarechos von Luft-fahrzeugen und Rotoren umgebender Windenergieanlagen.

Die Energiewende setzt verstärkt auf Windenergie als alternative, CO2-neutrale Energiequelle. Aber nicht jeder kann sich für diese Energiegewinnung begeistern, bilden doch die notwendigen, roten Hindernisbefeuerungen auf den Generatorkabinen ein ständig blinkendes Ärgernis am nächtlichen Himmel. Eine bedarfsgerechte Befeuerung, gesteuert durch umweltfreundliche Passiv-Radar-Technologie soll hier Abhilfe schaffen.

Windenergieanlagen (WEA) sind ab einer bestimmten Höhe mit einer Kollisionswarn-befeuerung ausgerüstet, die sie niedrig fliegenden Flugzeugen kenntlich macht und so eine Kollision verhindern soll. Es wird gefordert, dass die Warnbefeuerung nur bei Annäherung eines Flugzeugs, also bei Bedarf, eingeschaltet wird, da die blinkenden roten Warnfeuer am Nachthimmel von den Anwohnern als störend empfunden werden und zudem Vögel anlocken, die dann oft durch Kollision mit den WEA-Rotoren zu Tode kommen. Für die bedarfsgerechte Schaltung müssen Flugbewegungen in der Nähe der WEA erfasst und analysiert werden. Das Fraunhofer FHR entwickelt im Auftrag des Bundesministeriums für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit eine bedarfsgerechte Steuerung der Kollisionswarnbefeuerung an Windenergieanlagen.

Das Projekt PARASOL

Im Projekt PARASOL (Passiv Radar basierte Schaltung der Objektkennzeichnung für die Luftfahrt) erfolgt die Detektion sich annähernder Flugzeuge durch Passiv-Radar-Sensoren, die keine eigene Radarstrahlung abgeben, sondern bereits vorhandene Rundfunksignale nutzen um Flugzeuge zu orten. Der Schutzbereich eines Passiv-Radar-Netzwerks spannt sich wie ein Sonnenschirm (Parasol) über dem Windpark auf. Dieses Verfahren zeichnet sich aus durch Umwelterträglichkeit, geringe Kosten und die Tatsache, dass eine Sendegenehmigung wie bei anderen, aktiven Verfahren nicht erforderlich ist.

Das Fraunhofer FHR hat jahrelange Erfahrung auf dem Gebiet des Passiv-Radars, insbesondere unter Nutzung der modernen digitalen Rundfunknetze DVB-T und DAB+. Deren Signale sind, im Vergleich zu anderen Rundfunk und Kommunikationssignalen, besonders geeignet für die passiven Radarsensoren, die im Projekt PARASOL zum Einsatz kommen, da die Rundfunksender ihre Signalenergie bei niedrigen Höhen (unter 1000 m) bündeln und die ausgesendeten Signalformen und Verarbeitungsalgorithmen sich gut zur Unterscheidung unterschiedlicher Objekte eignen.

Der Einsatz des Systems PARASOL zur bedarfsgerechten Kollisionswarnbefeuerung auf WEA wird die Akzeptanz von Windparks und somit die Nutzung erneuerbarer Energien weiter vorantreiben und somit den Wirtschaftsstandort Deutschland langfristig stärken.

Die Funktionsweise von Passiv-Radaren

Die Signalverarbeitung in passiven Radarsystemen basiert auf der Korrelation des direkt vom Sender empfangenen Signals mit dessen an bewegten Objekten hervorgerufenen Reflexionen. Aufgrund der Bewegung erfahren diese Echosignale eine Frequenzverschiebung (Dopplereffekt) sowie, in Abhängigkeit vom Ort des Objekts, eine Zeitverzögerung gegenüber dem Direktsignal. Aus der Auswertung dieser Messgrößen und der Richtung, aus der die Echosignale einfallen, kann auf Ort und Geschwindigkeit des Objekts geschlossen werden.

Bei der Nutzung digitaler Rundfunksignale kann das Sendesignal ideal aus der Kenntnis der Signalsynchronisationseigenschaften rekonstruiert werden. Da diese Netze jedoch im Bereich der Bundesrepublik Deutschland als so genannte Gleichwellennetze, d. h. alle Sender des Netzes strahlen zur selben Zeit kohärent dasselbe Signal ab, betrieben werden, sind hier besondere Anstrengungen zur korrekten Zuordnung der Zielechos zum jeweils beleuchtenden Sender erforderlich.

Realisierung von Passiv-Radaren

Die Hardwarekomponenten für passive Radare, die digitale Rundfunksignale (DAB+, DVB-T) nutzen, können sehr kompakt und - bei entsprechender Stückzahl preisgünstig - gestaltet werden. Die Entwicklung auf dem IT-Sektor unterstützt die Tendenz zur Miniaturisierung. Es sind auch Antennensysteme für die Rundumüberwachung (360°) realisierbar, die sich in bestehende Infrastrukturen, wie z. B. auf WEA-Masten, integrieren lassen. Dadurch sind flexible Einsatzmöglichkeiten gegeben und vielfältige Anwendungsgebiete denkbar.