Sitzungsvorlage (Anlage C, Teil 1 Anregungen aus der Beteiligung der Öffentlichkeit)

Anlage C der Sitzungsvorlage 341 / 2017 Anregungen aus der Beteiligung der Öffentlichkeit gemäß § 3 Abs. 1 BauGB Hermann und Angela Wirtz Hahnengasse 27 52428 Jülich-Mersch Tel. 02461 – 54798 E-mail: hermann@radiomodell.de Jülich-Mersch, 12.10.2016 Stadt Jülich Bürgermeister Axel Fuchs Große Rurstarße 17 52428 Jülich Einwendungen gegen die Änderung des Flächennutzungsplans zur Ausweisung von Konzentrationszonen für die Windenergie · Bei der Zone 1 ist der Abstand zur Wohnbebauung in Sevenich kleiner als 1000m. Den Bewohnern von Sevenich wird eine Belastung durch Jülicher Windräder zugemutet, die bei Jülicher Bürgern nicht erfolgen würde. · Bei Unterbringung von Flüchtlingen auf der Merscher Höhe wird diesen Menschen der Abstand von 1000m zu Windkraftanlagen (Zone 5) verwehrt. Der durch WKA in 500 m Abstand verursachte Lärm kann am Modellflugplatz in Merzenhausen hautnah erlebt werden. Nachts ist an Schlafen im Zelt kaum möglich. Dieser Lärm würde den Flüchtlingen und Mitarbeitern dauerhaft zugemutet. · Durch den zukünftigen Windpark Boslar sind die Lärmgrenzwerte für Boslar, Mersch und Broich ausgeschöpft. Windräder in Zone 5 werden zu überschreitung von Lärmgrenzwerten vor allem in der Nacht führen, die durch Laufzeitreduzierungen der WKA zu kompensieren sind. Dadurch würde die Wirtschaftlichkeit eingeschränkt. · Das geplante interkommunale Gewerbegebiet wird Einschränkungen beim Gewerbelärm erfahren und unter Lärmdenkmalschutz gestellt. · Straßen NRW fordert für den Windpark Boslar einen Abstand zur Autobahn vom 1,5 fache der Anlagenhöhe von Rotorspitze zum Fahrbahnrand. Analog entfällt ein Bereich von ca. 300-350 m beidseitig der Autobahn im Jülicher Bereich für Zone 1 und 5. · Rot Milan und Rohrweihe wurden im Bereich der Zone 5 mehrfach beobachtet und auch fotografiert. Dies steht in Widerspruch zu Ihren Gutachtern, die keine gefährdeten Tierarten in den untersuchten Bereichen entdeckt haben wollen. · Flugplatzbereiche sind harte Ausschlusskriterien. Der UL –Flugplatz Linnich Boslar wird in Ihren Standortuntersuchungen nicht einmal erwähnt. Die aktuelle Platzrunde erstreckt sich über das komplette Gebiet der Zone 5 wie in der Skizze unten dargestellt. . Gutachten der BI „Für Windkraft mit Augenmass“ und der FH Aachen zeigen auf, wie sehr WKA die Sicherheit des Flugbetriebs einschränken und gefährden. Beide Gutachten befinden sich im Anhang. · WKA sind privilegierte Bauwerke, die im Außenbereich errichtet werden dürfen. Nach Windenergieerlass muss ihnen substanziell Raum eingeräumt werden. Sie müssen laut Windenergieerlass allerdings auch wirtschaftlich sein. Folgende Punkte stellen die Wirtschaftlichkeit in Frage. · Aus dem Bericht des Report Mainz vom 04.09.2014: Sind Windräder bundesweit ein Minusgeschäft? Werner Daldorf arbeitet für den Bundesverband Windenergie, der Lobbyarbeit für Windkraft macht. Er hat mehr als 1.200 Jahresabschlüsse von Windparks aus den vergangenen 13 Jahren verglichen. Sein Fazit: Zwei Drittel der Windparks im Binnenland machen Verluste – trotz der Subventionen. O-Ton, Werner Daldorf, Bundesverband Windenergie: »Das ist verdammt viel, und da kann man eben nur sagen, da ist die Planung nicht gut genug gemacht worden, es wurde zu wenig gemessen, es wurden die Windgutachten nicht vorsichtig genug ausgewertet, wenn überhaupt Windgutachten da waren. Und es sind im Binnenland viele schwache Standorte bebaut worden, an denen nichts zu verdienen ist.« · 6m/s Windgeschwindigkeit in 100 m Höhe wie vom Büro VDH dargestellt, bedeutet, dass aktuelle WKA durchschnittlich nur mit 1/5 bis 1/4 ihrer Nennleistung betrieben werden. Vergleiche Leistungskurven-BinnenlandWEA.xls im Anhang. · Zu gering geplante Abstände zwischen den WKA führen zu Abschaltung wegen Überschreitung der Turbulenzintensität, weil auf Dauer die Standsicherheit der Anlagen gefährdet wird. Beispiel: Beim geplanten Windpark Boslar müssen Anlagen bei vorgegebenen Windrichtungen und stärken abgeschaltete werden. (Anlagen Turbulenzgutachten.pdf und Belastung durch Turbulenzintensität- Auszug.pdf). Es ergibt sich, dass von 5 Windrädern effektiv nur 4,3 WKA im Jahresschnitt betrieben werden. Damit sinkt die Wirtschaftlichkeit erheblich. Die ausgewiesenen Zonen lassen bei Bebauung mit mindestens drei Windrädern kaum größeren Abstände als im Windpark Boslar zu. Dies führt zu ähnlichen Beschränkungen wegen der Standsicherheit der WKA wegen Turbulenzen. Die folgende Darstellung zeigt Ellipsen um mögliche Standorte der WKA mit 800m Ausdehnung in Hauptwindrichtung und 500m quer dazu, wie im Windenergieerlass NRW 2015 beschrieben. Die Überschneidungen der Ellipsen zeigen, wo mit gegenseitiger Beeinflussung der WKA durch Turbulenzen zu rechnen ist. Nur wenn sich die Ellipsen nicht überschneiden, muss keine Abschaltung einzelner WKA wegen Turbulenzen befürchtet werden. · Die Stadt Jülich liegt in einer Erdbebenzone Stufe III S (hohe Gefährdung). Nur durch eine entsprechende Standortwahl kann sichergestellt werden, dass umstürzende WKA nicht auf die Autobahn oder andere Wege fallen. Mit freundlichen Grüßen Angela und Hermann Wirtz F2E Fluid & Energy Engineering GmbH & Co. KG Gutachten zur Standorteignung von Windenergieanlagen am Standort Linnich-Boslar Referenz-Nummer: F2E-2014-TGS-085, Revision 4 Auftraggeber: BMR Windenergie GmbH & Co. KG Weserstraße 9 D-41836 Hückelhoven Die Ausarbeitung des Gutachtens erfolgte durch: Fluid & Energy Engineering GmbH & Co. KG Borsteler Chaussee 178, 22453 Hamburg, www.f2e.de Verfasser: M.Sc. Anastasia Tatarinova, Sachverständige, Hamburg, 19.11.2014 Geprüft: Dipl.-Ing. Steffen Wussow, Sachverständiger, Hamburg, 19.11.2014 Für weitere Auskünfte: Tel.: 040 53303680-0 Fax: 040 53303680-79 Anastasia Tatarinova: tatarinova@f2e.de oder Steffen Wussow: wussow@f2e.de Gutachten zur Standorteignung von Windenergieanlagen am Standort Linnich-Boslar, November 2014 für BMR Windenergie GmbH & Co. KG Referenz-Nr.: F2E-2014-TGS-085, Revision 4 Seite 2 von 32 Urheber- und Nutzungsrecht: Urheber des Gutachtens ist die Fluid & Energy Engineering GmbH & Co. KG. Der Auftraggeber erwirbt ein einfaches Nutzungsrecht entsprechend dem Gesetz über Urheberrecht und verwandte Schutzrechte (UrhG). Das Nutzungsrecht kann nur mit Zustimmung des Urhebers übertragen werden. Veröffentlichung und Bereitstellung zum uneingeschränkten Download in elektronischen Medien sind verboten, soweit nicht ausdrücklich gestattet. 0 Kurzdarstellung des Ergebnisses WEA am Standort Linnich-Boslar (Nordrhein-Westfalen) WEA lfd. Nr. Geplante und benachbarte WEA 1-5 Betrachtete WEA 1-5 Getroffene Aussagen zu den betrachteten WEA WEA lfd. Nr. Die Standorteignung folgender WEA ist durch den Vergleich mit den Windbedingungen der Auslegung nachgewiesen. 3, 5 Die Standorteignung folgender WEA ist unter Berücksichtigung der entsprechenden Betriebsbeschränkungen durch den Vergleich mit den Windbedingungen der Auslegung nachgewiesen. 1, 2, 4 Tabelle 0.1: Kurzdarstellung des Ergebnisses. Alle Benennungen von Windenergieanlagen (WEA) im Dokument beziehen sich auf die Nomenklatur von Spalte 2 (Lfd. Nr.) in Tabelle 3.1.1. Eine ausführliche Erläuterung der Ergebnisse erfolgt ab Kapitel 5. Gutachten zur Standorteignung von Windenergieanlagen am Standort Linnich-Boslar, November 2014 für BMR Windenergie GmbH & Co. KG Referenz-Nr.: F2E-2014-TGS-085, Revision 4 Seite 3 von 32 Inhaltsverzeichnis 0 Kurzdarstellung des Ergebnisses...................................................................................................2 1 Aufgabenstellung.............................................................................................................................4 2 Grundlagen.......................................................................................................................................5 2.1 Nachweis durch Vergleich der Windbedingungen...............................................................................7 2.2 Nachweis durch Vergleich der Lasten...................................................................................................11 2.3 Auslegungswerte......................................................................................................................................12 2.3.1 Turbulenzintensität..........................................................................................................................12 2.3.2 Windgeschwindigkeit......................................................................................................................12 2.3.3 Weitere Windbedingungen.............................................................................................................13 2.4 Gültigkeit der Ergebnisse........................................................................................................................13 3 Eingangsdaten................................................................................................................................15 3.1 Windparkkonfiguration...........................................................................................................................15 3.2 Auslegungswerte......................................................................................................................................16 3.3 Winddaten am Standort...........................................................................................................................17 3.4 Sektorielle Betriebsbeschränkungen......................................................................................................18 4 Bestimmung der Standortbedingungen......................................................................................18 4.1 Standortbesichtigung...............................................................................................................................18 4.2 Orografie....................................................................................................................................................19 4.3 Turbulenzintensität...................................................................................................................................20 4.3.1 Umgebungsturbulenzintensität.....................................................................................................20 4.3.2 Effektive Turbulenzintensität.........................................................................................................22 4.4 10-min-Mittelwert der Windgeschwindigkeit auf Nabenhöhe mit einem Wiederkehrzeitraum von 50 Jahren...................................................................................................................................................26 4.5 Weitere Windbedingungen für das vereinfachte Verfahren gemäß DIBt 2012................................26 4.5.1 Mittlere Jahreswindgeschwindigkeit............................................................................................26 4.6 Weitere Windbedingungen für das Verfahren gemäß DIN EN 61400-1...........................................26 5 Nachweis der Standorteignung...................................................................................................27 5.1 Vergleich der Windbedingungen...........................................................................................................27 5.1.1 Turbulenzintensität..........................................................................................................................27 5.1.2 10-min-Mittelwert der Windgeschwindigkeit auf Nabenhöhe mit einem Wiederkehrzeitraum von 50 Jahren........................................................................................................28 5.1.3 Weitere nachzuweisende Windbedingungen für das vereinfachte Verfahren gemäß DIBt 2012..............................................................................................................................................................29 5.1.4 Weitere nachzuweisende Windbedingungen für das Verfahren gemäß DIN EN 61400-1. . .29 5.2 Nachweis der Standorteignung durch einen Vergleich der Lasten...................................................29 6 Zusammenfassung........................................................................................................................30 7 Formelzeichen und Abkürzungen...............................................................................................30 8 Literaturangaben...........................................................................................................................31 Gutachten zur Standorteignung von Windenergieanlagen am Standort Linnich-Boslar, November 2014 für BMR Windenergie GmbH & Co. KG Referenz-Nr.: F2E-2014-TGS-085, Revision 4 Seite 4 von 32 1 Aufgabenstellung Die Fluid & Energy Engineering GmbH & Co. KG ist beauftragt worden, Windenergieanlagen (WEA) hinsichtlich ihrer Standorteignung gemäß Kapitel 16 (Standorteignung von Windenergieanlagen) der DIBt-Richtlinie für Windenergieanlagen von 2012 /17/ zu betrachten und zu bewerten. Voraussetzung für einen Nachweis der Standorteignung ist gemäß /17/ das Vorliegen einer gültigen Typenprüfung bzw. Einzelprüfung für die WEA. Im Folgenden ist die Möglichkeit der Einzelprüfung stets eingeschlossen, wenn von Typenprüfung gesprochen wird, auch wenn dies nicht explizit erwähnt wird. Der Nachweis der Standorteignung der WEA erfolgt entweder durch einen Vergleich der am Standort herrschenden Windbedingungen mit den Windbedingungen, die der Typenprüfung zugrunde liegen, oder durch einen Vergleich der standortspezifischen Lasten mit den Lasten, die der Typenprüfung zugrunde liegen (siehe auch Kapitel 2). Die Windbedingungen sind in den jeweiligen DIBt-Richtlinien /12, 13, 17/ festgelegt und Bestandteil der Typenprüfung einer WEA. Auf Basis dieser Windbedingungen und der daraus resultierenden Lasten garantiert eine Typenprüfung nach /12, 13, 17/ den Betrieb einer WEA für eine Laufzeit von 20 Jahren. Aufgrund fehlender Kriterien für einen Immissionsgrenzwert für die durch NachbarWEA erhöhte Turbulenzbelastung einer WEA können ersatzweise die Kriterien der Standorteignung für eine Turbulenzimmissionsprognose im Rahmen eines BImSchGAntrages herangezogen werden. Es wird dabei davon ausgegangen, dass die Reduktion der Lebenszeit und der zusätzliche Verschleiß der WEA zumutbar sind, solange die Standorteignung hinsichtlich der Auslegungswerte der Turbulenzintensität oder hinsichtlich der Auslegungslasten gewährleistet bleibt. Das vorliegende Gutachten zur Standorteignung ist daher gleichzeitig eine Turbulenz-Immissionsprognose im Sinne des BImSchG. Gutachten zur Standorteignung von Windenergieanlagen am Standort Linnich-Boslar, November 2014 für BMR Windenergie GmbH & Co. KG Referenz-Nr.: F2E-2014-TGS-085, Revision 4 Seite 5 von 32 2 Grundlagen WEA sind Umweltbedingungen und elektrischen Einflüssen ausgesetzt, die Belastung, Haltbarkeit und den Betrieb beeinträchtigten können. Die Umweltbedingungen werden in Wind- und andere Umweltbedingungen unterteilt. Für die Integrität der Konstruktion sind die Windbedingungen die primär zu berücksichtigenden Einflussfaktoren. Der Nachweis der Standsicherheit von Turm und Gründung einer WEA wird in Form einer Typenprüfung nach der jeweils gültigen DIBt-Richtlinie /12, 13, 17/ geführt. Hierzu definieren die Richtlinien Windzonen in Abhängigkeit von Windgeschwindigkeit und Turbulenzparametern, welche die meisten Anwendungsfälle erfassen sollen, jedoch keinen spezifischen Standort exakt abbilden. Auf Basis der Windbedingungen der Windzone werden anschließend die Lasten der WEA durch den Hersteller ermittelt. Das vom Hersteller verwendete Modell zur Berechnung der Lasten und die Berechnungsergebnisse werden durch unabhängige Berechnungen im Rahmen der Typenprüfung durch eine akkreditierte Stelle geprüft und bestätigt. Im konkreten Einzelfall der Errichtung einer WEA ist die Anwendbarkeit der Typenprüfung nachzuweisen. Dies kann auf zwei Wegen geschehen. Zum einen durch einen Vergleich der standortspezifischen Windbedingungen mit den Windbedingungen der Typenprüfung oder zum anderen durch einen Vergleich der standortspezifischen Lasten mit den Lasten der Typenprüfung. Im zweiten Fall dienen die standortspezifischen Windbedingungen als Eingangswerte für die Ermittlung der standortspezifischen Lasten. Das bedeutet insbesondere, dass kein neuer Standsicherheitsnachweis für Turm und Gründung geführt wird, sondern dass jeweils die Randbedingungen der Typenprüfung, also des bestehenden Standsicherheitsnachweises, überprüft werden. Abbildung 2.1 gibt einen Überblick über das Prüfverfahren. Gutachten zur Standorteignung von Windenergieanlagen am Standort Linnich-Boslar, November 2014 für BMR Windenergie GmbH & Co. KG Referenz-Nr.: F2E-2014-TGS-085, Revision 4 Abbildung 2.1: Schematische Darstellung des Prüfverfahrens. Seite 6 von 32 Gutachten zur Standorteignung von Windenergieanlagen am Standort Linnich-Boslar, November 2014 für BMR Windenergie GmbH & Co. KG Referenz-Nr.: F2E-2014-TGS-085, Revision 4 Seite 7 von 32 2.1 Nachweis durch Vergleich der Windbedingungen Gemäß /7/ sind für neu geplante WEA folgende Windbedingungen für den Standort nachzuweisen: • 10-min-Mittelwert der Windgeschwindigkeit auf Nabenhöhe mit einem Wiederkehrzeitraum von 50 Jahren v50, • Windgeschwindigkeitsverteilung im Bereich von 0.2 - 0.4vref, • Turbulenzintensität für Windgeschwindigkeiten von 0.2 - 0.4vref, • Höhenexponent α des vertikalen Windgeschwindigkeitsprofils, • mittlere Neigung der Anströmung, • mittlere Luftdichte ρ am Standort für Windgeschwindigkeiten ≥ vr. Alternativ hierzu kann nach /17/ ein vereinfachtes Verfahren angewendet werden, wenn der Standort der geplanten WEA nicht orografisch komplex gemäß der Definition in /7, 8/ ist. Nach dem vereinfachten Verfahren sind folgende Windbedingungen am Standort nachzuweisen: • mittlere Jahreswindgeschwindigkeit auf Nabenhöhe, • Turbulenzintensität für Windgeschwindigkeiten von 0.2 - 0.4vref, • 10-min-Mittelwert der Windgeschwindigkeit auf Nabenhöhe mit einem Wiederkehrzeitraum von 50 Jahren v50 (nur wenn die Windzone der Typenprüfung nicht die Windzone des Standortes abdeckt). Den Ermittlungen der Standortbedingungen ist nach /17/ eine Standortbesichtigung zugrunde zu legen. Für bestehende WEA, die nach den DIBt-Richtlinien von 1995 bzw. 2004 /12, 13/ errichtet wurden, darf der Nachweis der Standorteignung weiterhin nach dem in der DIBt-Richtlinie von 2004 /12/ genannten Verfahren erfolgen. Der nachzuweisenden Turbulenzintensität kommt insofern eine besondere Bedeutung zu, da die Turbulenzintensität die einzige Windbedingung ist, über die eine Bewertung des Einflusses der WEA untereinander erfolgt. Dieser Einfluss ist nach DIBt-Richtlinie für Windenergieanlagen von 2012 /17/ zu berücksichtigen, wenn der auf den Rotordurchmesser D der jeweils größeren WEA bezogene Abstand zwischen zwei WEA für typische küstennahe Standorte kleiner gleich fünf und für typische Binnenstandorte kleiner gleich acht Rotordurchmesser beträgt /17/. Für größere Abstände braucht eine Beeinflussung der WEA untereinander nicht betrachtet zu werden. Im Folgenden wird dabei konservativ immer der Gutachten zur Standorteignung von Windenergieanlagen am Standort Linnich-Boslar, November 2014 für BMR Windenergie GmbH & Co. KG Referenz-Nr.: F2E-2014-TGS-085, Revision 4 Seite 8 von 32 größere Einflussbereich von 8D zugrunde gelegt. Hieraus folgen unmittelbar die benachbarten WEA, für die eine Standorteignung im Rahmen des betrachteten Zubaus der geplanten WEA erneut nachzuweisen ist. Da es einen Einfluss der geplanten WEA auf diese benachbarten WEA nur in Form einer Erhöhung der Turbulenzintensität gibt, ist für benachbarte WEA unabhängig von der anzuwendenden DIBt-Richtlinie auch nur diese Windbedingung erneut zu überprüfen. Abbildung 2.1.1 gibt einen Überblick über die jeweils nachzuweisenden Windbedingungen. Liegt eine der oben aufgeführten für den Nachweis der Standorteignung erforderlichen Windbedingungen oberhalb des entsprechenden Auslegungswertes, der bei der jeweiligen Typenprüfung der WEA zugrunde gelegt wurde, ist ein Nachweis der Standorteignung der WEA durch einen Vergleich der Windbedingungen nicht möglich. In /5/ ist ein Verfahren beschrieben, um den Einfluss mehrerer, verschieden weit entfernter WEA unter Berücksichtigung der Häufigkeit der Nachlaufsituationen zu bewerten. Die Bewertung erfolgt mit Hilfe einer effektiven Turbulenzintensität. Die effektive Turbulenzintensität ist eine Ersatzgröße, welche über die gesamte Lebensdauer der WEA anzusetzen ist. Sie gewichtet die Belastung durch die Umgebungsturbulenzintensität und die zusätzlich durch die Nachlaufsituation induzierte Belastung. Das Verfahren wird sowohl im internationalen Regelwerk als auch in der DIBt-Richtlinie für Windenergieanlagen von 2012 /17/ empfohlen. Eine zusätzliche Belastung besteht nach diesem Berechnungsverfahren nicht mehr, wenn der Abstand zur benachbarten WEA mehr als zehn Rotordurchmesser beträgt. Da dieses Berechnungsverfahren im Folgenden Anwendung findet, wird bei der Berechnung der effektiven Turbulenzintensität einer WEA daher der Einfluss aller benachbarten WEA berücksichtigt, die bis zu 10D (bezogen auf ihren jeweiligen Rotordurchmesser) entfernt stehen. Gutachten zur Standorteignung von Windenergieanlagen am Standort Linnich-Boslar, November 2014 für BMR Windenergie GmbH & Co. KG Referenz-Nr.: F2E-2014-TGS-085, Revision 4 Seite 9 von 32 Abbildung 2.1.1: Nachweis durch Vergleich der Windbedingungen gemäß /17/. Gutachten zur Standorteignung von Windenergieanlagen am Standort Linnich-Boslar, November 2014 für BMR Windenergie GmbH & Co. KG Referenz-Nr.: F2E-2014-TGS-085, Revision 4 Seite 10 von 32 Gegenüber der in /17/ dargestellten Form des Berechnungsverfahrens verwenden wir das Verfahren mit zwei Modifikationen, welche im Folgenden erläutert werden. Das in /17/ eingesetzte Modell für die zusätzlich im Nachlauf produzierte Turbulenzintensität ist abhängig vom Schubbeiwert cT der WEA. Hier verwenden wir für die Modellierung der zusätzlich im Nachlauf produzierten Turbulenzintensität ein aufwändigeres Modell nach /2/, in das neben dem Schubbeiwert c T der WEA auch die Schnelllaufzahl der WEA und die Umgebungsturbulenzintensität als Parameter eingehen. Ist es möglich eine WEA leistungsreduziert oder in einem veränderten Betriebsmodus zu betreiben, verwenden wir die zur jeweiligen Nennleistung bzw. dem Betriebsmodus gehörenden oder abdeckende Parameter. Sowohl in /5/ als auch im internationalen Regelwerk /7/ ist weiterhin ein Modell zur Bestimmung der zusätzlich im Nachlauf produzierten Turbulenzintensität angegeben, das ganz ohne anlagenspezifische Parameter auskommt. Hier wird ein generalisierter, konservativer Verlauf der Schubbeiwerte zugrunde gelegt /5/. Dieses Modell wird von uns verwendet, wenn für eine WEA die anlagenspezifischen Parameter nicht vorliegen oder diese einen Verlauf zeigen, der deutlich von denen der WEA abweicht, die der ursprünglichen Validierung zugrunde lagen. Die zweite Modifikation betrifft die Häufigkeit der jeweiligen Nachlaufsituation, die nach /17/ mit 6% angenommen werden kann. Dieser konstanten Häufigkeit liegt die Annahme eines voll ausgebildeten Nachlaufs (far wake) zugrunde, der sich typischerweise drei bis fünf Rotordurchmesser hinter der WEA einstellt. Um auch für geringe Anlagenabstände konservative Werte zu erhalten, wird die Häufigkeit der jeweiligen Nachlaufsituation von uns davon abweichend auf Basis der realen geometrischen Verhältnisse im Windpark und unter Berücksichtigung der Häufigkeitsverteilung der Windrichtungen berechnet. Zusätzliche Sicherheit für den Nahbereich entsteht durch die Annahme, dass der Nachlauf der WEA von Anfang an eine deutlich größere Ausdehnung als der Rotor aufweist. Die Ausdehnung des Nachlaufs wird auch in vertikaler Richtung berücksichtigt, so dass bei ausreichendem Höhenunterschied kein Einfluss des Nachlaufs auf die deutlich niedrigere bzw. höhere WEA mehr besteht. Gutachten zur Standorteignung von Windenergieanlagen am Standort Linnich-Boslar, November 2014 für BMR Windenergie GmbH & Co. KG Referenz-Nr.: F2E-2014-TGS-085, Revision 4 Seite 11 von 32 2.2 Nachweis durch Vergleich der Lasten Die entsprechend dem in Kapitel 2.1 beschriebenen Verfahren ermittelten Windbedingungen können als Eingangsparameter für einen standortspezifischen Nachweis durch einen Vergleich der Lasten verwendet werden. Im Falle eines Windparks mit entsprechendem Einfluss von benachbarten WEA sind nach /7/ sowohl die Betriebs- als auch die Extremlasten nachzuweisen. Für die Betriebslasten sind gemäß /7, 8/ hierzu der Auslegungslastfall DLC 1.2 unter Berücksichtigung der effektiven Turbulenzintensität und für die Extremlasten die Auslegungslastfälle DLC 1.1 oder 1.3 sowie der DLC 1.5 nachzurechnen. Alternativ hierzu kann nach /17/ ein vereinfachtes Verfahren angewendet werden, wenn der Standort der geplanten WEA nicht orografisch komplex gemäß der Definition in /7, 8/ ist. Nach dem vereinfachten Verfahren sind folgende Lasten am Standort zu ermitteln: • • Betriebslasten, wenn die mittlere Turbulenzintensität überschritten sind. Windgeschwindigkeit oder die Extremlasten, wenn der 10-min-Mittelwert der Windgeschwindigkeit auf Nabenhöhe mit einem Wiederkehrzeitraum von 50 Jahren vref überschritten ist. Bei Anlagenabständen unterhalb von etwa 2.5 Rotordurchmessern sollten die ermittelten effektiven Turbulenzintensitäten nicht mehr als Eingangsparameter für Lastrechnungen verwendet werden. Eine solche standortspezifische, detaillierte Lastberechnung ist im Vergleich zu dem in Kapitel 2.1 dargestellten Nachweis durch einen Vergleich der Windbedingungen sehr aufwändig. Sie kann in der Regel nur vom jeweiligen Hersteller durchgeführt werden. Diese standortspezifischen Lasten können mit den entsprechenden Auslegungslasten der Typenprüfung verglichen werden. Liegen die standortspezifischen Lasten unterhalb bzw. auf dem Niveau der Auslegungslasten, die bei der jeweiligen Typenprüfung der WEA zugrunde gelegt wurden, ist die Standorteignung der WEA gegeben. Liegen die standortspezifischen Lasten oberhalb der Auslegungslasten, die bei der jeweiligen Typenprüfung der WEA zugrunde gelegt wurden, ist ein Nachweis der Standorteignung der WEA durch einen Vergleich der Lasten nicht möglich. In diesem Fall kann die Typenprüfung der WEA für den Standort nicht angewendet werden und ein Einzelnachweis durch den Hersteller ist erforderlich. Gutachten zur Standorteignung von Windenergieanlagen am Standort Linnich-Boslar, November 2014 für BMR Windenergie GmbH & Co. KG Referenz-Nr.: F2E-2014-TGS-085, Revision 4 Seite 12 von 32 2.3 Auslegungswerte 2.3.1 Turbulenzintensität Die Auslegungswerte der Turbulenzintensität sind in den DIBt-Richtlinien von 1995 und 2004 unabhängig von der Windzone wie folgt definiert: DIBt-Richtlinie 1993 /13/ 2004 /12/ Auslegungswert für alle Windzonen 0.2 (20%) Turbulenzkategorie A nach DIN EN 61400-1 /6/ Tabelle 2.3.1.1: Auslegungswerte der Turbulenzintensität für alle Windzonen. In der DIBt-Richtlinie für Windenergieanlagen von 2012 /17/ wird die Turbulenzkategorie A nach DIN EN 61400-1:2006 /7/ empfohlen. Grundsätzlich können auch andere Auslegungswerte der Turbulenzintensität zugrunde gelegt werden. Üblicherweise finden hier die in den internationalen Richtlinien /6, 7/ definierten Turbulenzkategorien Anwendung. In /6/ werden zwei Turbulenzkategorien A und B und in /7/ drei Turbulenzkategorien A, B und C definiert. Während die Kategorien A in beiden Richtlinien nahezu identisch sind und die jeweils höchste Turbulenzkategorie darstellen, unterscheiden sich die Turbulenzkategorien B in /6/ und /7/ deutlich. Die Auslegungswerte sind in Tabelle 2.3.1.2 für einige Windgeschwindigkeiten aufgeführt. Turbulenzkategorie IEC Ed. 2 /6/ IEC Ed. 3 /7/ Windgeschwindigkeit [m/s] 5 7 9 11 13 15 17 19 A 30.0 24.9 22.0 20.2 18.9 18.0 17.3 16.7 B 24.0 20.6 18.7 17.5 16.6 16.0 15.5 15.2 A 29.9 24.8 22.0 20.1 18.9 18.0 17.3 16.7 B 26.2 21.7 19.2 17.6 16.5 15.7 15.1 14.6 C 22.4 18.6 16.5 15.1 14.2 13.5 13.0 12.5 Tabelle 2.3.1.2: Auslegungswerte der Turbulenzintensität für alle WEA-Klassen. 2.3.2 Windgeschwindigkeit Die Typenprüfung nach DIBt-Richtlinie für Windenergieanlagen von 2012 /17/ erfolgt für eine bestimmte Windzone. Abhängig von der Windzone ist sowohl der Auslegungswert des 10-min-Mittelwertes der Windgeschwindigkeit auf Nabenhöhe mit einem Wiederkehrzeitraum von 50 Jahren v ref als auch die mittlere Jahreswindgeschwindigkeit auf Nabenhöhe v ave definiert. Diese Werte sind abhängig Gutachten zur Standorteignung von Windenergieanlagen am Standort Linnich-Boslar, November 2014 für BMR Windenergie GmbH & Co. KG Referenz-Nr.: F2E-2014-TGS-085, Revision 4 Seite 13 von 32 von der Nabenhöhe und unterscheiden sich in den einzelnen Windzonen. Der 10min-Mittelwert der Windgeschwindigkeit auf Nabenhöhe mit einem Wiederkehrzeitraum von 50 Jahren vref kann weiterhin entweder gemäß /4/ oder nach einer vereinfachten Formel gemäß /17/ bestimmt werden. Die Auslegungswerte sind daher der individuellen Typenprüfung der WEA zu entnehmen und können nicht allgemeingültig angegeben werden. Die Windgeschwindigkeitsverteilung ergibt sich in allen Fällen aus der mittleren Jahreswindgeschwindigkeit auf Nabenhöhe unter Verwendung einer Rayleigh-Verteilung. Nach den DIBt-Richtlinien /12, 13, 17/ werden die Auslegungswerte der Windgeschwindigkeit in die Windzonen 1 bis 4 bzw. I bis IV unterteilt, wobei die Windzone 4 oder IV die höchsten Auslegungswerte aufweist. In der zitierten Literatur werden hier sowohl arabische als auch römische Zahlen verwendet. 2.3.3 Weitere Windbedingungen Den nach /7/ zusätzlich nachzuweisenden Windbedingungen liegen im allgemeinen nach den DIBt-Richtlinien /12, 13, 17/ folgende Auslegungswerte zugrunde: • Höhenexponent des vertikalen Windgeschwindigkeitsprofils: α = 0.2, • mittlere Neigung der Anströmung: 8°, • mittlere Luftdichte am Standort: ρ = 1.225 kg/m³. 2.4 Gültigkeit der Ergebnisse Alle Werte mit Höhenbezug beziehen sich, wenn nichts anderes angegeben ist, auf die Nabenhöhe (NH) der entsprechenden WEA. Die für den Nachweis der Standorteignung notwendige effektive Turbulenzintensität hängt von mehreren Faktoren ab. Dies sind die Windparkkonfiguration in Form der WEA-Daten (Koordinaten, WEA-Typ, Nabenhöhe, Nennleistung und eventuelle vorhandene Betriebsbeschränkungen), die Windbedingungen am Standort (Häufigkeitsverteilung der Windrichtung, sektorielle Weibull-Parameter der Windgeschwindigkeitsverteilung sowie die Umgebungsturbulenzintensität) und die Typenprüfung der WEA, die festlegt, welcher statistische Wert der Umgebungsturbulenzintensität zugrunde zu legen ist. Jede Änderung dieser Randbedingungen erfordert daher eine Neubewertung der Standorteignung hinsichtlich der Auslegungswerte der Turbulenzintensität. Da bei den betrachteten WEA anlagenspezifische Werte (siehe Kapitel 2.1) berücksichtigt werden, kann insbesondere bei einem Wechsel auf einen anderen Gutachten zur Standorteignung von Windenergieanlagen am Standort Linnich-Boslar, November 2014 für BMR Windenergie GmbH & Co. KG Referenz-Nr.: F2E-2014-TGS-085, Revision 4 Seite 14 von 32 WEA-Typ mit z.B. kleinerem Rotordurchmesser nicht unterstellt werden, dass die Aussage des Gutachtens weiterhin gültig ist. Bei den verwendeten anlagenspezifischen Werten (siehe Kapitel 2.1) kann es sich um berechnete oder gemessene Größen des Herstellers handeln. Diese können voneinander abweichen und zu unterschiedlichen Ergebnissen führen. Die Ergebnisse beziehen sich dabei auf eine vorliegende gültige Typenprüfung für die betrachteten WEA. Der Typenprüfung müssen mindestens die jeweils aufgeführten Auslegungswerte zugrunde liegen. Wenn in den uns vorliegenden Dokumenten zur Auslegung der WEA kein eindeutiger Rückschluss auf Auslegungswerte möglich ist, verwenden wir konservativ abdeckende Werte. Eine Haftung für die Richtigkeit der ermittelten Werte wird nicht übernommen. Die bei sehr geringen Abständen mögliche gegenseitige Beeinflussung benachbarter WEA durch die Nachlaufschleppe der Turmbauwerke wird nicht betrachtet. Ebenso wird ein möglicher Einfluss von sehr nahe liegenden großen Einzelstrukturen wie z.B. hohen Gebäuden auf benachbarte WEA nicht untersucht. Folgende Begriffe und Symbole werden im Zusammenhang mit WEA im Gutachten verwendet: Gutachten zur Standorteignung von Windenergieanlagen am Standort Linnich-Boslar, November 2014 für BMR Windenergie GmbH & Co. KG Referenz-Nr.: F2E-2014-TGS-085, Revision 4 Seite 15 von 32 Erläuterung der Begriffe „geplante WEA“ WEA am Standort, deren Standorteignung im Rahmen des Gutachtens zu bewerten ist. „benachbarte WEA“ Alle weiteren am Standort befindlichen WEA, die vom Auftraggeber übermittelt wurden. Es ist dabei unerheblich, ob sich einzelne benachbarte WEA ebenfalls in Planung oder Bau befinden. Entscheidend ist die Windparkkonfiguration, die als Vorbelastung für die geplanten WEA zu unterstellen ist. Alle benachbarten WEA gehen in die Berechnungen ein und sind in Tabelle 3.1.1 aufgeführt. „betrachtete WEA“ Für alle am Standort betrachteten WEA werden Ergebnisse ausgewiesen und abschließende Aussagen getroffen. „Windpark“ Der Begriff wird im Sinne des Anhangs A der DIBt-Richtlinie von 2004 /12/ verwendet und umfasst „geplante“ und „benachbarte“ WEA. Farbliche Zuordnung der Symbole Geplante WEA. Benachbarte WEA, die aufgrund ihres Abstandes (siehe Kapitel 2 und 4.3.2) zu den geplanten WEA zu betrachten sind. Benachbarte WEA, die aufgrund ihres Abstandes (siehe Kapitel 2 und 4.3.2) zu den geplanten WEA nicht zu betrachten sind, die aber Einfluss auf die zu betrachtenden WEA ( , ) ausüben. Diese WEA sind eventuell nur zum Teil in Abbildung 4.3.2.1 dargestellt. Benachbarte WEA, die aufgrund ihres Abstandes (siehe Kapitel 2 und 4.3.2) zu den geplanten WEA nicht zu betrachten sind und die keinen Einfluss auf die zu betrachtenden WEA ( , ) ausüben. Diese WEA sind eventuell nur zum Teil in Abbildung 4.3.2.1 dargestellt. Referenzpunkt der Winddaten. Referenzpunkt der Winddaten auf den Koordinaten einer (in diesem Fall geplanten) WEA. Tabelle 2.4.1: Erläuterung der verwendeten Begriffe und Symbole. 3 Eingangsdaten 3.1 Windparkkonfiguration Am Standort Linnich-Boslar (Nordrhein-Westfalen) plant der Auftraggeber die Errichtung von fünf Windenergieanlagen (WEA 1 - 5). Am Standort befindet sich keine weitere benachbarte WEA. Die vom Auftraggeber übermittelten Daten zur Windparkkonfiguration sind in Tabelle 3.1.1 bzw. Abbildung 4.3.2.1 dargestellt. Gutachten zur Standorteignung von Windenergieanlagen am Standort Linnich-Boslar, November 2014 für BMR Windenergie GmbH & Co. KG Referenz-Nr.: F2E-2014-TGS-085, Revision 4 Seite 16 von 32 Koordinaten Lfd. Nr. WEA Bezeichnung 1 (Gauß-Krüger PD Bessel) Hersteller WEA-Typ PN [MW] RD [m] NH [m] Rechts Hoch WEA 1 2524945 5648207 Nordex N117 Gamma 2.4 116.8 120.0 2 WEA 2 2525233 5648072 Nordex N117 Gamma 2.4 116.8 120.0 3 WEA 3 2524989 5647717 Nordex N117 Gamma 2.4 116.8 120.0 4 WEA 4 2524424 5647455 Nordex N117 Gamma 2.4 116.8 120.0 5 WEA 5 2524106 5647369 Nordex N117 Gamma 2.4 116.8 120.0 Tabelle 3.1.1: Windparkkonfiguration. Alle Benennungen von WEA im Dokument beziehen sich auf die Nomenklatur von Spalte 2 (Lfd. Nr.) in Tabelle 3.1.1. 3.2 Auslegungswerte Für die zu betrachtenden WEA werden die in Tabelle 3.2.1 dargestellten Auslegungswerte zugrunde gelegt. WEA Auslegungswerte Lfd. Nr. Richtlinie Windzone Turbulenzkategorie 1-5 DIBt 2012 WZ II GK II (DIN EN 1991-1-4) A nach IEC Ed. 3 /7/ Tabelle 3.2.1: Auslegungswerte der zu betrachtenden WEA. vave [m/s] vref [m/s] 7.37 37.21 Quelle /20/ Gutachten zur Standorteignung von Windenergieanlagen am Standort Linnich-Boslar, November 2014 für BMR Windenergie GmbH & Co. KG Referenz-Nr.: F2E-2014-TGS-085, Revision 4 Seite 17 von 32 Es werden keine weiteren Auslegungswerte entsprechend Kapitel 2.3.3 in den in Kapitel 4 dokumentierten Berechnungsergebnissen berücksichtigt. 3.3 Winddaten am Standort Die relativen Häufigkeiten der Windrichtung und Windgeschwindigkeiten zum Standort Linnich-Boslar wurden vom Auftraggeber zur Verfügung gestellt /10/ und sind in Tabelle 3.3.1 dargestellt. Die vorliegenden Daten werden als richtig und repräsentativ für die freie Anströmung im Windpark am Standort Linnich-Boslar vorausgesetzt. Richtungssektoren Relative Häufigkeit (100%=1) Weibull-Verteilung A k N 0.0399 5.8 2.33 NNO 0.0378 6.5 2.79 ONO 0.0304 7.4 2.67 O 0.0365 6.9 2.31 OSO 0.0911 7.5 1.88 SSO 0.1015 6.8 1.79 S 0.0974 8.1 2.22 SSW 0.1197 10.7 3.06 WSW 0.1287 9.0 2.28 W 0.1632 7.4 1.77 WNW 0.0951 6.1 1.83 NNW 0.0586 5.5 2.21 gesamt 0.9999 7.7 1.97 Rechts Hoch Bezugswerte Koordinate des Referenzpunktes Höhe über Grund h Nicht angegeben 123m Tabelle 3.3.1: Winddaten am Standort. Die Parameter der Weibull-Verteilung werden genutzt, um die Häufigkeitsverteilung der Windrichtungen auf die jeweiligen Windgeschwindigkeiten umzurechnen. Die Weibull-Parameter werden dabei auf die jeweilige Nabenhöhe der WEA umgerechnet. Gutachten zur Standorteignung von Windenergieanlagen am Standort Linnich-Boslar, November 2014 für BMR Windenergie GmbH & Co. KG Referenz-Nr.: F2E-2014-TGS-085, Revision 4 Seite 18 von 32 3.4 Sektorielle Betriebsbeschränkungen Es werden keine Betriebsbeschränkungen in den in Kapitel 4 dokumentierten Berechnungsergebnissen berücksichtigt. 4 Bestimmung der Standortbedingungen Aus der in Kapitel 3.1 beschriebenen Windparkkonfiguration ergeben sich die in Tabelle 4.1 aufgeführten zu betrachtenden WEA. WEA lfd. Nr. Geplante WEA Benachbarte WEA 1-5 --- Tabelle 4.1: Zu betrachtende WEA. 4.1 Standortbesichtigung Gemäß DIBt-Richtlinie für Windenergieanlagen von 2012 /17/ ist Standortbesichtigung durchzuführen. Im Rahmen des Nachweises Standorteignung dient die Standortbesichtigung der Dokumentation Einschätzung der aktuellen Situation vor Ort und der Bestimmung Geländekategorie nach /4/. eine der und der Weiterhin sollen Einzelstrukturen identifiziert werden, die auf Grund ihrer Entfernung und Höhe so groß sind, dass der direkte Einfluss der Nachlaufströmung dieser Einzelstrukturen auf den Rotor einer geplanten WEA nicht ausgeschlossen werden kann. Diese Einzelstrukturen können dann nicht als Rauigkeitselement aufgelöst werden und ihr Einfluss ist gesondert zu bewerten. Der Standort wurde am 12.03.2014 von einem Mitarbeiter der Firma anemos GmbH besichtigt. Als Ergebnis dieser Besichtigung liegen uns folgende Unterlagen vor: • Standortbeschreibung mit Panoramafotos vom Standort Linnich-Boslar /19/. Eine Einschätzung des Standortes Linnich-Boslar hinsichtlich relevanter Einzelstrukturen, deren Nachlaufströmungen gesondert zu betrachten wären liegt uns nicht vor. Der Standort wurde in der vorliegenden Standortbeschreibung /19/ in die Geländekategorie II nach /4/ eingeordnet. Relevante Einzelstrukturen, deren Nachlaufströmungen gesondert zu betrachten wären, konnten anhand der vorliegenden Unterlagen /19/ nicht identifiziert werden. Gutachten zur Standorteignung von Windenergieanlagen am Standort Linnich-Boslar, November 2014 für BMR Windenergie GmbH & Co. KG Referenz-Nr.: F2E-2014-TGS-085, Revision 4 Seite 19 von 32 4.2 Orografie Große Geländesteigungen und Höhenunterschiede können zu erhöhten Umgebungsturbulenzintensitäten führen und müssen daher in orografisch komplexem Gelände bewertet werden. Der Einfluss der Geländeorografie kann nach /7, 8/ durch einen Turbulenzstrukturparameter erfasst werden, der als Faktor auf die Turbulenzintensität wirkt. Nach /7/ kann ein richtungsunabhängiger Turbulenzstrukturparameter definiert werden, der abhängig vom Anteil des Windes aus orografisch komplexen Richtungssektoren zwischen 1.0 und 1.15 liegt. Da im Folgenden die Umgebungsturbulenzintensitäten richtungsabhängig bestimmt werden, wird abweichend hiervon der Turbulenzstrukturparameter ebenfalls richtungsabhängig bestimmt. Dabei wird jedem Richtungssektor, der als orografisch komplex einzustufen ist, der maximale Turbulenzstrukturparameter von 1.15 zugeordnet. Die Bewertung der orografischen Komplexität einer Koordinate erfolgt auf Basis von Geländesteigungen und Geländedifferenzen zu einer Ausgleichsebene, die durch die jeweilige zu betrachtende Koordinate gelegt wird. Die Ausgleichsebenen werden mit der Methode der kleinsten Fehlerquadrate durch die Höhendaten gelegt. Die Bewertung erfolgt entsprechend /7/ auf Nabenhöhe der WEA. Entsprechend /7/ sind für jede WEA 25 Ausgleichsebenen zu ermitteln (siehe Tabelle 4.2.1). Wird eines der in Tabelle 4.2.1 genannten Kriterien überschritten, so ist der betreffende Sektor als komplex anzusehen. Der gesamte Standort ist komplex, wenn mehr als 15% der im Wind enthaltenen Energie aus komplexen Sektoren kommt. Die Bewertung der Orografie wird für jede einzelne WEA laut Tabelle 3.1.1 durchgeführt. Ausgleichsebenen Radius Azimut Winkel 5*NH ein Sektor á 360° 10*NH zwölf Sektoren á 30° 20*NH zwölf Sektoren á 30° Komplexitätskriterien Maximale Steigung Maximale Geländedifferenz 0.3*NH 10° 0.6*NH 1.2*NH Tabelle 4.2.1: Komplexitätskriterien /8/. Die Bewertung erfolgte im vorliegenden Fall auf Basis von Höhendaten nach /14/. Am Standort Linnich-Boslar unterschreiten alle betrachteten WEA die Komplexitätskriterien nach Tabelle 4.2.1. Zusätzliche Turbulenzstrukturparameter werden daher nicht berücksichtigt. Gutachten zur Standorteignung von Windenergieanlagen am Standort Linnich-Boslar, November 2014 für BMR Windenergie GmbH & Co. KG Referenz-Nr.: F2E-2014-TGS-085, Revision 4 Seite 20 von 32 Für die geplanten WEA kann daher das vereinfachte Verfahren zum Nachweis der Standorteignung nach DIBt-Richtlinie für Windenergieanlagen von 2012 /17/ angewendet werden. 4.3 Turbulenzintensität 4.3.1 Umgebungsturbulenzintensität Die Turbulenzintensität ist definiert als das Verhältnis der Standardabweichung der zeitlichen Windgeschwindigkeitsverteilung zu ihrem Mittelwert bezogen auf ein Intervall von 600s. Die Umgebungsturbulenzintensität beschreibt dabei ausschließlich die Turbulenz der freien Strömung ohne den Einfluss von WEA. Für die spätere Berechnung der effektiven Turbulenzintensität ist nicht die mittlere Umgebungsturbulenzintensität sondern abhängig von der Auslegung der jeweiligen WEA die charakteristische Turbulenzintensität (DIBt 1993/95, DIBt 2004 und IEC 61400-1 Edition 2) bzw. die repräsentative Turbulenzintensität (DIBt 2012, IEC 614001 Edition 3) zugrunde zu legen. Die charakteristische Turbulenzintensität ergibt sich aus der Addition der mittleren Umgebungsturbulenzintensität und der einfachen Standardabweichung der Umgebungsturbulenzintensität. Die repräsentative Turbulenzintensität ergibt sich aus der Addition der mittleren Umgebungsturbulenzintensität und der 1.28fachen Standardabweichung der Umgebungsturbulenzintensität. Da die mittlere Umgebungsturbulenzintensität im Folgenden rechnerisch ermittelt wird, ist die charakteristische Turbulenzintensität aus der mittleren Umgebungsturbulenzintensität durch Multiplikation mit dem Faktor 1.2 zu bilden. Im Bereich der atmosphärischen Bodengrenzschicht ergibt sich die zu berücksichtigende Umgebungsturbulenzintensität im Wesentlichen aus dem Einfluss der Rauigkeitselemente des Bodens wie Bäumen, Büschen, Bauwerken etc.. Hierzu erfolgt eine Typisierung von Geländeoberflächen hinsichtlich ihres Bewuchses, ihrer Bebauung und Nutzung auf Basis detaillierter Satellitendaten zur Bodenbedeckung /9/, wobei Geländeabschnitte bis 25km Entfernung um die jeweilige Koordinate einbezogen werden. Den einzelnen Geländeabschnitten werden anschließend Rauigkeitsklassen gemäß der Empfehlungen des für die Kommission der Europäischen Gemeinschaften veröffentlichten Europäischen Windatlanten /1/ zugeordnet. Der Einfluss der verschiedenen Geländeabschnitte wird abhängig vom Abstand zur Koordinate in zwölf Richtungssektoren à 30° bewertet, wodurch sich gewichtete Mittel für die Rauigkeiten in den jeweiligen Sektoren ergeben. Diese sektorielle Rauigkeitsklassifizierung wird für jede einzelne WEA laut Gutachten zur Standorteignung von Windenergieanlagen am Standort Linnich-Boslar, November 2014 für BMR Windenergie GmbH & Co. KG Referenz-Nr.: F2E-2014-TGS-085, Revision 4 Seite 21 von 32 Tabelle 3.1.1 durchgeführt. Auf Grundlage dieser Rauigkeitsklassifizierung werden die charakteristischen Turbulenzintensitäten von uns auf Basis der Empfehlungen der VDI-Richtlinie VDI 3783 Blatt 12 /3/ sowie der DIN 1055-4 /4/ bestimmt. Die charakteristischen Turbulenzintensitäten sind im Gegensatz zu den Rauigkeiten nicht nur richtungsabhängig, sondern auch abhängig von der Windgeschwindigkeit und Höhe über Grund und werden entsprechend für die verschiedenen Richtungen und Windgeschwindigkeiten für jede einzelne WEA auf Nabenhöhe ermittelt und in den weiteren Berechnungen berücksichtigt. Der Windgeschwindigkeitsverlauf orientiert sich dabei am Normalen Turbulenzmodell (NTM) der DIN EN 61400-1 /6/. In Tabelle 4.3.1.1 sind Werte für die Koordinate der WEA 1 für eine Windgeschwindigkeit und Höhe aufgeführt. Die in Tabelle 4.3.1.1 aufgeführten Werte sind beispielhaft und repräsentieren keine anderen Koordinaten, Windgeschwindigkeiten und Höhen. Richtungssektoren Charakteristische Turbulenzintensität [%] N 10.8 NNO 10.6 ONO 10.9 O 10.7 OSO 11.6 SSO 11.1 S 11.5 SSW 11.5 WSW 11.5 W 11.4 WNW 11.0 NNW 10.9 Bezugswerte Koordinate WEA 1 Höhe über Grund h 120m Windgeschwindigkeit v 15m/s Tabelle 4.3.1.1: Beispielhafte charakteristische Turbulenzintensitäten. Gutachten zur Standorteignung von Windenergieanlagen am Standort Linnich-Boslar, November 2014 für BMR Windenergie GmbH & Co. KG Referenz-Nr.: F2E-2014-TGS-085, Revision 4 Seite 22 von 32 4.3.2 Effektive Turbulenzintensität Das verwendete Berechnungsverfahren für die effektive Turbulenzintensität ist in Kapitel 2 beschrieben. Für den materialspezifischen Wöhlerlinien-Koeffizienten m wird der höchste Koeffizient für die schwächste Strukturkomponente der WEA zugrunde gelegt. Daraus ergibt sich ein abdeckender Wert von m = 10 /15/ für glasfaserverstärkte Kunststoffe mit einem Faseranteil von 30 bis 55 Volumen-% /16/. Für kohlefaserverstärkte Kunststoffe mit einem Faseranteil von 50 bis 60 Volumen-% wird nach /16/ ein Wert von m = 14 zugrunde gelegt. Herstellerspezifisch können abweichende Wöhlerlinien-Koeffizienten für die schwächste Strukturkomponente der WEA verwendet werden. Wenn nicht anders gekennzeichnet, beziehen sich die im Folgenden dargestellten effektiven Turbulenzintensitäten auf einen WöhlerlinienKoeffizienten von m=10. Die DIBt von 2004 und 2012 /12, 17/ definiert die Auslegungswerte der Turbulenzintensität windgeschwindigkeitsabhängig. Demgegenüber definiert die DIBt von 1995 /13/ einen konstanten mittleren Auslegungswert für die Turbulenzintensität von 20%, der allen Windgeschwindigkeiten zugeordnet ist. Da im Falle eines standortspezifischen Nachweises der Betriebslasten diese auf Basis der ermittelten windgeschwindigkeitsabhängigen effektiven Turbulenzintensitäten berechnet werden müssen, werden für alle betrachteten WEA die windgeschwindigkeitsabhängigen Werte ausgewiesen. Für die WEA, für die Auslegungswerte der Turbulenzintensität auf Basis der DIBtRichtlinie von 2004 /12/ oder 2012 /17/ zugrunde gelegt werden, sind die jeweiligen aufgeführten windgeschwindigkeitsabhängigen Ergebnisse für einen Nachweis der Standorteignung bezüglich der Auslegungswerte der Turbulenzintensität anzuwenden. Für die WEA, für die Auslegungswerte der Turbulenzintensität auf Basis der DIBt von 1995 (1993) /13/ zugrunde gelegt werden, sind entsprechende konstante mittlere effektive Turbulenzintensitäten ausgewiesen. Benachbarte WEA mit einer sehr geringen oder sehr hohen Leistung pro Quadratmeter der Rotorfläche oder benachbarte WEA mit einer sehr niedrigen oder sehr hohen Nennwindgeschwindigkeit können dabei deutlich abweichende Ergebnisse im Vergleich zu einer Bewertung nach der DIBt-Richtlinie von 2004 /12/ hervorrufen. In diesen Fällen wird der Vergleich mit den windgeschwindigkeitsabhängigen Auslegungswerten nach der DIBt-Richtlinie von 2004 /12/ zugrunde gelegt. Der Nachweis der Integrität der WEA in Bezug auf den Auslegungswert der Turbulenzintensität wird in Anlehnung an das aktuelle internationale Regelwerk /7/ Gutachten zur Standorteignung von Windenergieanlagen am Standort Linnich-Boslar, November 2014 für BMR Windenergie GmbH & Co. KG Referenz-Nr.: F2E-2014-TGS-085, Revision 4 Seite 23 von 32 für den Windgeschwindigkeitsbereich vom 0.2fachen bis zum 0.4fachen der Referenzwindgeschwindigkeit vref geführt. Für Nabenhöhen bis 140m ist dabei ein Windgeschwindigkeitsbereich von 5 bis 20m/s für alle Windzonen abdeckend und wird entsprechend in den Tabellen aufgeführt. Entsprechend der DIBt-Richtlinie /17/ werden die Ergebnisse für alle WEA ausgewiesen, deren Abstand bezogen auf den Rotordurchmesser D der geplanten WEA kleiner gleich acht Rotordurchmesser ist. Diese Betrachtungsweise ist abdeckend für alle Referenzwindgeschwindigkeiten vref (siehe Kapitel 2). Überschreitungen der relevanten Auslegungswerte der Turbulenzintensität sind in Tabelle 4.3.2.1 fett gedruckt. Es sind zusätzlich in Tabelle 4.3.2.1 effektive Turbulenzintensitäten für den Wöhlerlinien-Koeffizienten m = 9 dargestellt. Die für die WEA 1 - 5 vorliegenden anlagenspezifischen Parameter (Schubbeiwert cT und Schnelllaufzahl der WEA) sind laut Aussage des Herstellers informativ und werden nicht gewährleistet. Gutachten zur Standorteignung von Windenergieanlagen am Standort Linnich-Boslar, November 2014 für BMR Windenergie GmbH & Co. KG Referenz-Nr.: F2E-2014-TGS-085, Revision 4 Seite 24 von 32 Abbildung 4.3.2.1: Lage der WEA, Karte /11/. geplante WEA betrachtete WEA si < 8DWEA geplant benachbarte WEA si > 8DWEA geplant Referenzpunkt der Winddaten Für weitere Erläuterungen zu den Begriffen und Symbolen siehe auch Tabelle 2.4.1. Der kleinste geplante Abstand zwischen zwei WEA liegt bei 2.72DRotor, Nordex N117 bzw. ca. 318m. Dies betrifft die WEA 1 und 2. Gutachten zur Standorteignung von Windenergieanlagen am Standort Linnich-Boslar, November 2014 für BMR Windenergie GmbH & Co. KG Referenz-Nr.: F2E-2014-TGS-085, Revision 4 Seite 25 von 32 Turbulenzkategorie DIBt 1993 Windgeschwindigkeit [m/s] alle 4-6 6-8 8-10 10-12 12-14 14-16 16-18 18-20 Auslegungswert [%] 20.0 29.9 24.8 22.0 20.1 18.9 18.0 17.3 16.7 Lfd. Nr. A nach IEC Ed. 3 /7/ Bezeichnung Berechnungen für einen Wöhlerlinien-Koeffizienten von m = 14 1 WEA 1 --- 30.1 27.2 22.3 16.8 14.3 13.0 12.2 11.7 2 WEA 2 --- 29.5 26.3 21.5 16.2 14.0 12.9 12.1 11.5 3 WEA 3 --- 23.6 20.7 17.1 14.3 13.1 12.4 11.9 11.5 4 WEA 4 --- 30.1 27.1 22.3 16.8 14.3 13.1 12.4 11.9 5 WEA 5 --- 27.1 24.4 19.9 14.9 13.2 12.4 11.9 11.5 Zusätzliche Berechnungen für einen Wöhlerlinien-Koeffizienten von m = 9 1 WEA 1 --- 28.1 25.2 20.8 16.0 13.9 12.8 12.1 11.6 2 WEA 2 --- 27.7 24.7 20.3 15.8 13.9 12.8 12.1 11.5 3 WEA 3 --- 22.7 19.7 16.6 14.2 13.1 12.4 11.9 11.5 4 WEA 4 --- 28.5 25.5 21.0 16.1 14.0 13.0 12.3 11.9 5 WEA 5 --- 24.7 22.1 18.0 14.4 13.1 12.4 11.9 11.5 Tabelle 4.3.2.1: Effektive Turbulenzintensitäten auf Nabenhöhe der jeweiligen WEA nach Turbulenzkategorie A, IEC Ed. 3 /7/ bzw. DIBt 1993. Gutachten zur Standorteignung von Windenergieanlagen am Standort Linnich-Boslar, November 2014 für BMR Windenergie GmbH & Co. KG Referenz-Nr.: F2E-2014-TGS-085, Revision 4 Seite 26 von 32 4.4 10-min-Mittelwert der Windgeschwindigkeit auf Nabenhöhe mit einem Wiederkehrzeitraum von 50 Jahren Nach /18/ liegt der Standort Linnich-Boslar in Windzone II und lässt sich entsprechend Kapitel 4.1 in die Geländekategorie II einordnen. Für alle geplanten WEA deckt die Windzone der Auslegung gemäß Tabelle 3.2.1 diese Einordnung ab. Eine Bestimmung des 10-min-Mittelwertes der Windgeschwindigkeit auf Nabenhöhe mit einem Wiederkehrzeitraum von 50 Jahren ist nach /17/ daher nicht erforderlich. 4.5 Weitere Windbedingungen für das vereinfachte Verfahren gemäß DIBt 2012 Zusätzlich zur Turbulenzintensität und zum 10-min-Mittelwert der Windgeschwindigkeit auf Nabenhöhe mit einem Wiederkehrzeitraum von 50 Jahren v50 sind für die geplanten WEA, deren Standort in Kapitel 4.2 als nicht komplex bewertet wurde, die Werte für die mittlere Jahreswindgeschwindigkeit auf Nabenhöhe zu bewerten. Dies betrifft am Standort Linnich-Boslar alle geplanten WEA. 4.5.1 Mittlere Jahreswindgeschwindigkeit Gemäß /10/ ergeben sich die in Tabelle 4.5.1.1 aufgeführten Werte für die mittlere Jahreswindgeschwindigkeit und den Formparameter k der Weibull-Verteilung auf einer Höhe von 123m. Aufgrund des geringen Höhenunterschiedes zwischen Bezugshöhe der Winddaten und Nabenhöhe der geplanten WEA wurde die mittlere Jahreswindgeschwindigkeit und der Formparameter k der Weibull-Verteilung ohne Umrechnung übernommen. WEA Lfd. Nr. 1-5 Mittlere Jahreswindgeschwindigkeit [m/s] Formparameter der Weibull-Verteilung k [-] 6.8 1.97 Tabelle 4.5.1.1: Mittlere Jahreswindgeschwindigkeit auf Nabenhöhe der WEA. 4.6 Weitere Windbedingungen für das Verfahren gemäß DIN EN 61400-1 Zusätzlich zu den in Kapitel 4.3 und 4.4 bestimmten Windbedingungen sind für die geplanten WEA, deren Standort in Kapitel 4.2 als komplex bewertet wurde, die Gutachten zur Standorteignung von Windenergieanlagen am Standort Linnich-Boslar, November 2014 für BMR Windenergie GmbH & Co. KG Referenz-Nr.: F2E-2014-TGS-085, Revision 4 Seite 27 von 32 Werte der Windgeschwindigkeitsverteilung im Bereich von 0.2 - 0.4v ref, der mittlere Höhenexponent des vertikalen Windgeschwindigkeitsprofils α, die mittlere Neigung der Anströmung und die mittlere Luftdichte ρ am Standort zu bestimmen. Dies betrifft am Standort Linnich-Boslar keine der geplanten WEA. 5 Nachweis der Standorteignung 5.1 Vergleich der Windbedingungen 5.1.1 Turbulenzintensität Die Turbulenzintensität ist für alle zu betrachtenden WEA gemäß Kapitel 4 für den Standort zu ermitteln und mit den Auslegungswerten zu vergleichen. Der Vergleich der in Tabelle 4.3.2.1 ermittelten effektiven Turbulenzintensitäten mit den Auslegungswerten ergibt für die zu betrachtenden WEA folgendes Ergebnis: ● ● Die effektiven Turbulenzintensitäten der WEA 3 und 5 liegen unterhalb der entsprechenden Auslegungswerte. Die effektiven Turbulenzintensitäten der WEA 1, 2 und 4 liegen oberhalb der entsprechenden Auslegungswerte. Die Standorteignung der betroffenen WEA 1, 2 und 4 kann hinsichtlich der Auslegungswerte der Turbulenzintensität in der geplanten Windparkkonfiguration durch eine Betriebsbeschränkung benachbarter WEA gewährleistet werden. Dies kann durch das Abschalten der entsprechenden benachbarten WEA bei Auftreten der jeweiligen Nachlaufsituation erreicht werden. Da die Lasten bei einer abgeschalteten WEA (Trudelbetrieb) auch in der erhöhten Turbulenz der Nachlaufströmung der verursachenden Nachbar-WEA geringer sind als im Betrieb bei ungestörter Anströmung, kann alternativ jeweils die betroffene WEA abgeschaltet werden. Die geplante Windparkkonfiguration wurde durch erneute Berechnungen dahingehend geprüft, ob bei den gewählten Betriebsbeschränkungen die Auslegungswerte der Turbulenzintensität an den betroffenen WEA eingehalten werden. Die erforderlichen Betriebsbeschränkungen sind in den Tabellen 5.1.1.1 - 5.1.1.3 aufgeführt. Gutachten zur Standorteignung von Windenergieanlagen am Standort Linnich-Boslar, November 2014 für BMR Windenergie GmbH & Co. KG Referenz-Nr.: F2E-2014-TGS-085, Revision 4 Seite 28 von 32 Definition der sektoriellen Betriebsbeschränkung Alternative Art der Beschränkung Sektor (0° = geografisch N) Windgeschwindigkeitsbereich [m/s] 1 Abschaltung WEA 1 115.4° ± 26.2° (89.2° - 141.6°) 4.0 - 10.0 2 Abschaltung WEA 2 115.4° ± 26.2° (89.2° - 141.6°) 4.0 - 10.0 Tabelle 5.1.1.1: Vorgaben für die sektorielle Betriebsbeschränkung zur Gewährleistung der Standorteignung der WEA 1 hinsichtlich der Auslegungswerte der Turbulenzintensität (mögliche Alternativen). Definition der sektoriellen Betriebsbeschränkung Alternative Art der Beschränkung Sektor (0° = geografisch N) Windgeschwindigkeitsbereich [m/s] 1 Abschaltung WEA 2 295.4° ± 26.2° (269.2° - 321.6°) 6.0 - 8.0 2 Abschaltung WEA 1 295.4° ± 26.2° (269.2° - 321.6°) 6.0 - 8.0 Tabelle 5.1.1.2: Vorgaben für die sektorielle Betriebsbeschränkung zur Gewährleistung der Standorteignung der WEA 2 hinsichtlich der Auslegungswerte der Turbulenzintensität (mögliche Alternativen). Definition der sektoriellen Betriebsbeschränkung Alternative Art der Beschränkung Sektor (0° = geografisch N) Windgeschwindigkeitsbereich [m/s] 1 Abschaltung WEA 4 255.1° ± 25.2° (229.9° - 280.3°) 4.0 - 10.0 2 Abschaltung WEA 5 255.1° ± 25.2° (229.9° - 280.3°) 4.0 - 10.0 Tabelle 5.1.1.3: Vorgaben für die sektorielle Betriebsbeschränkung zur Gewährleistung der Standorteignung der WEA 4 hinsichtlich der Auslegungswerte der Turbulenzintensität (mögliche Alternativen). 5.1.2 10-min-Mittelwert der Windgeschwindigkeit auf Nabenhöhe mit einem Wiederkehrzeitraum von 50 Jahren Entsprechend Kapitel 4.4 erfolgt die Bewertung des 10-min-Mittelwertes der Windgeschwindigkeit auf Nabenhöhe mit einem Wiederkehrzeitraum von 50 Jahren über die Windzone. Diese ist für alle geplanten WEA durch die Windzone der Auslegung abgedeckt. Gutachten zur Standorteignung von Windenergieanlagen am Standort Linnich-Boslar, November 2014 für BMR Windenergie GmbH & Co. KG Referenz-Nr.: F2E-2014-TGS-085, Revision 4 Seite 29 von 32 5.1.3 Weitere nachzuweisende Windbedingungen vereinfachte Verfahren gemäß DIBt 2012 für das Zusätzlich zur Turbulenzintensität und zum 10-min-Mittelwert der Windgeschwindigkeit auf Nabenhöhe mit einem Wiederkehrzeitraum von 50 Jahren v50 sind für alle geplanten WEA, deren Standort nicht orografisch komplex ist, die Werte für die mittlere Jahreswindgeschwindigkeit auf Nabenhöhe zu bewerten. 5.1.3.1 Mittlere Jahreswindgeschwindigkeit Nach /17/ muss die mittlere Jahreswindgeschwindigkeit v ave auf Nabenhöhe 5% kleiner sein als der Auslegungswert oder die mittlere Jahreswindgeschwindigkeit v ave auf Nabenhöhe muss kleiner gleich dem Auslegungswert und der Formparameter k der Weibull-Verteilung gleichzeitig größer gleich 2 sein. Da für die Standorte der geplanten WEA 1 - 5 Formparameter k der WeibullVerteilung ermittelt wurden, die kleiner als 2 sind, ist der Auslegungswert in Tabelle 3.2.1 um 5% zu verkleinern. Damit ergibt sich für die geplanten WEA 1 - 5 ein anzusetzender Wert von 7.00m/s. Der Vergleich dieses Wertes mit den in Tabelle 4.5.1.1 aufgeführten Werten der mittleren Jahreswindgeschwindigkeit ergibt für die geplanten WEA 1 - 5 keine Überschreitung. 5.1.4 Weitere nachzuweisende Windbedingungen für das Verfahren gemäß DIN EN 61400-1 Entsprechend Kapitel 4.6 ist für keine der geplanten WEA das Verfahren nach DIN EN 61400-1 /7/ anzuwenden. Weitere Windbedingungen müssen daher nicht nachgewiesen werden. 5.2 Nachweis der Standorteignung durch einen Vergleich der Lasten Die in Kapitel 4.3.2 ermittelten effektiven Turbulenzintensitäten und die in Kapitel 4.5.1 bzw. in Kapitel 3.3 aufgeführten Winddaten für die WEA 1, 2 und 4 können in Verbindung mit weiteren Windbedingungen als Eingangsparameter für standortspezifische Berechnungen der Betriebslasten der WEA 1, 2 und 4 durch den Hersteller verwendet werden (siehe Kapitel 2.2), um die Standorteignung der WEA 1, 2 und 4 durch einen Vergleich mit den Auslegungslasten zu überprüfen. Ein entsprechender Berechnungsbericht liegt für die WEA 1, 2 und 4 nicht vor. Gutachten zur Standorteignung von Windenergieanlagen am Standort Linnich-Boslar, November 2014 für BMR Windenergie GmbH & Co. KG Referenz-Nr.: F2E-2014-TGS-085, Revision 4 Seite 30 von 32 6 Zusammenfassung Am Standort Linnich-Boslar (Nordrhein-Westfalen) plant der Auftraggeber die Errichtung von fünf Windenergieanlagen (WEA). Am Standort befindet sich keine weitere benachbarte WEA. Die Planung wurde von uns daraufhin bewertet, ob die Standorteignung der zu betrachtenden WEA gemäß DIBt-Richtlinie für Windenergieanlagen von 2012 /17/ gewährleistet ist. Die Ergebnisse beziehen sich dabei auf eine vorliegende gültige Typenprüfung für die betrachteten WEA. Der Typenprüfung müssen mindestens die in der Tabelle 3.2.1 aufgeführten Auslegungswerte zugrunde liegen. Die für die WEA 1 - 5 vorliegenden anlagenspezifischen Parameter (Schubbeiwert c T und Schnelllaufzahl der WEA) sind laut Aussage des Herstellers informativ und werden nicht gewährleistet. Die Ergebnisse dienen gleichzeitig als Turbulenz-Immissionsprognose im Sinne des BImSchG. Das heißt, die Immissionen sind zumutbar, solange die Standorteignung hinsichtlich der Auslegungswerte der Turbulenzintensität oder hinsichtlich der Auslegungslasten gewährleistet bleibt. Abschließend kann festgestellt werden, dass die Standorteignung der am Standort Linnich-Boslar betrachteten WEA 3 und 5 durch den Vergleich mit den Windbedingungen der Auslegung nachgewiesen ist. Die Standorteignung der am Standort Linnich-Boslar betrachteten WEA 1, 2 und 4 ist unter Berücksichtigung der Abschaltregelung gemäß den Tabellen 5.1.1.1 - 5.1.1.3 durch den Vergleich mit den Windbedingungen der Auslegung nachgewiesen. 7 Formelzeichen und Abkürzungen WEA Windenergieanlage BImSchG Bundes-Immissionsschutzgesetz RD Rotordurchmesser NH Nabenhöhe N Nord NTM Normales Windturbulenzmodell DLC Auslegungslastfall (Design Load Case) PD Potsdam-Datum WZ Windzone Gutachten zur Standorteignung von Windenergieanlagen am Standort Linnich-Boslar, November 2014 für BMR Windenergie GmbH & Co. KG Referenz-Nr.: F2E-2014-TGS-085, Revision 4 Seite 31 von 32 GK Geländekategorie D Rotordurchmesser [m] PN Nennleistung mit der die WEA betrieben wird [MW] cT Schubbeiwert des Rotors [-] Ieff Effektive Turbulenzintensität [-] I15 Charakteristische Turbulenzintensität bei 15m/s [-] A Skalierungsparameter der Weibull-Verteilung [m/s] k Formparameter der Weibull-Verteilung [-] v Windgeschwindigkeit [m/s] h Höhe über Grund [m] m Wöhlerlinien-Koeffizient [-] vave Jahresmittel der Windgeschwindigkeit auf Nabenhöhe [m/s] vref Auslegungswert des 10-min-Mittels der extremen Windgeschwindigkeit [m/s] in Nabenhöhe mit einem Wiederkehrzeitraum von 50 Jahren v50 10-min-Mittel der extremen Windgeschwindigkeit am Standort in [m/s] Nabenhöhe mit einem Wiederkehrzeitraum von 50 Jahren ρ Mittlere Luftdichte [kg/m³] vr Nennwindgeschwindigkeit der WEA [m/s] α Höhenexponent des vertikalen Windgeschwindigkeitsprofils [-] Altgrad (Vollkreis = 360) [°] 8 Literaturangaben /1/ Risø National Laboratory; European Wind Atlas; 1989; Risø, Denmark. /2/ ECN Solar & Wind Energy; Dekker, J.W.M.; Pierik, J.T.G. 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KG Referenz-Nr.: F2E-2014-TGS-085, Revision 4 Seite 32 von 32 requirements; Edition 2, 1999-02; Geneva, Switzerland (Deutsche Fassung: Deutsches Institut für Normung e.V.; DIN EN 61400-1 (VDE 0127-1); Windenergieanlagen – Teil 1: Auslegungsanforderungen (IEC 61400-1:1999); August 2004; Berlin, Deutschland). /7/ International Electrotechnical Commission (IEC); IEC 61400-1, Wind turbines - Part 1: Design requirements; Edition 3, 2005-08; Geneva, Switzerland (Deutsche Fassung: Deutsches Institut für Normung e.V.; DIN EN 61400-1 (VDE 0127-1); Windenergieanlagen – Teil 1: Auslegungsanforderungen (IEC 61400-1:2005); Juli 2006; Berlin, Deutschland). /8/ International Electrotechnical Commission (IEC); IEC 61400-1, Amendment 1, Wind turbines Part 1: Design requirements; Edition 3, 2010-10; Geneva, Switzerland. /9/ European Environment Agency; CORINE Land Cover 2006; Raster data on land cover for the CLC2006 inventory - Version 17; Dezember 2013; Copenhagen, Denmark. /10/ 2012-05-Tab3_123m_WEA7.pdf mit Winddaten der Fa. anemos, per email durch den Auftraggeber am 11.05.2012. /11/ OpenStreetMap und Mitwirkende; siehe Internet: http://www.openstreetmap.org, http://opendatacommons.org, http://creativecommons.org. /12/ Deutsches Institut für Bautechnik (DIBt); Richtlinie für Windkraftanlagen - Einwirkungen und Standsicherheitsnachweise für Turm und Gründung; Fassung März 2004; Berlin, Deutschland. /13/ Deutsches Institut für Bautechnik (DIBt); Richtlinie für Windkraftanlagen - Einwirkungen und Standsicherheitsnachweise für Turm und Gründung; Fassung Juni 1993; 2. 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März 2014; Reppenstedt, Deutschland. /20/ TÜV NORD SysTec GmbH & Co. KG; Gutachtliche Stellungnahme für die Typenprüfung der Windenergieanlagen Nordex K08 Gamma/Delta Stahlrohrtürme, diverse Rotorblätter, diverse Nabenhöhen - Konformität der Lastannahmen nach DIBt 2004 / IEC 61400-1 Ed.3 mit DIBt 2012; Bericht Nr. 8110 536 272-1 D I Rev.1; 20.03.2014; Hamburg, Deutschland. Peter Leister, Engelsbergweg 3, 53902 Bad Münstereifel Tel. 02257 952799, Fax 02257 9590411, Mobil 0170 3244133 E–mail : leister-pg@gmx.de Bürgerinitiative für Windkraft mit Augenmaß z. Hd. Herrn Hermann Wirtz Hahnengasse 27 52428 Jülich Bad Münstereifel, den 04.05.2015 Gutachten zur Betriebssicherheit und zur Einschränkung der Nutzung des UL Sonderlandeplatzes Linnich-Boslar. Nach dem Stand der Änderungsgenehmigung vom 20. August 2013 und der geplanten Windkraftanlage im Südosten des Geländes. Auftraggeber: Bürgerinitiative „Windkraft mit Augenmaß“ z. Hd. Herrn Hermann Wirtz Hahnengasse 27 52428 Jülich Gutachter: Peter Leister, vorm. Flugsicherheitsinspektor, Referat Flugsicherheit des DAeC, Braunschweig, Tätigkeitsschwerpunkte: Unfallverhütung in der allgem. Luftfahrt, Flugunfalluntersuchung im Auftrag der Bundesstelle für Flugunfalluntersuchung, Erstellung von Gutachten für die Anlage u. Betrieb von Flugplätzen im Sichtflugbetrieb ohne Flugverkehrskontrolle -1- Inhaltsübersicht: 1. Anlass des Gutachtens, derzeitige und zukünftige Situation. 2. Kurze Darstellung der Anforderungen an Betriebsflächen sowie Hindernisfreiflächen in der Umgebung eines Flugplatzes für Luftsportgeräte. Zutreffende Richtlinien des Verbandes DULV. Grundsätze des Bundes und der Länder. Hierzu Lageplan Nr. 1 mit prinzipieller Darstellung. 3. Überlagerung der genannten Standardflächen durch geplante Bauwerke, hier Windräder, als Hindernisse. Abstände, Höhen und Abmessungen der Hindernisse. Zusätzliche Einzeichnungen in Lageplan Nr. 1, Querschnitte WEA5 und WEA1 sowie Längsschnitte in Richtung Start- und Landebahn. 4. Versuchte Anpassung des Flugplatzes als Sonderlandeplatz unter Verzicht auf Platzrunde, Sicherheitsabstände und normale An- und Abflugverfahren. 5. Beurteilung der dadurch notwendigen Betriebsverfahren, insbesondere unter beschwerten Bedingungen. 6. Weitere fachliche Stellungnahmen, weitere Richtlinien: a.) DFS (Deutsche Flugsicherung GmbH.) , Ministerium für BWSV des Landes NRW, sowie Richtlinien des Bundes und der Länder b.) Eignungsgutachten des Fachverbandes DULV (Deutscher Ultraleichtflug Verband.) c.) Untersuchungen zusätzlicher Einflüsse von Luftverwirbelungen im Nachlaufbereich der Rotoren der Windräder. Hierzu Ausarbeitung des Frauenhofer Instituts IWES, weitere praktische Erprobung erforderlich. Hierzu Darstellung in Lageplänen Nr. 2 bis 5 d.) Studie des Umweltbundesamtes, (Potenzial), bezogen auf Flugplätze ohne Flugverkehrskontrolle bezüglich Abstände zu WEA. 7. Berührung von Naturschutzgebieten, Überflughöhen bei An- und Abflug im Südwesten. 8. Zusammenfassende Beurteilung, notwendige Einschränkungen des Flugbetriebs. 1. Anlass des Gutachtens ist die geplante Errichtung eines Windenergie- -2- Parks südöstlich des derzeitigen Ultraleicht-Flugplatzes. Es sollen in unmittelbarer Nähe der jetzigen Start- und Landebahn sowie der nordöstlichen An- und Abflugrichtung mindestens 5 Windräder aufgestellt werden, wobei das nächstgelegene Windrad einen seitlichen Abstand von nur ca. 250 m aufweist bei einem Mittellinienabstand von 310 m. Ein weiteres Windrad steht in einer Entfernung von ca. 780 m in unmittelbarer Verlängerung der Grundlinie des An- und Abflugs im Nordosten und erreicht dort eine Höhe von 185 m über Flugplatzniveau. Dadurch reduziert sich die Nutzungsmöglichkeit des Geländes erheblich. Der südliche Luftraum kann nicht mehr zu Übungszwecken beflogen werden, es können praktisch nur noch An- und Abflüge, d.h. nur noch Starts und Landungen durchgeführt werden. Die „Bürgerinitiative für Windkraft mit Augenmaß“ sieht in diesen für den Luftsport unerwünschten Einschränkungen ein weiteres Argument gegen die sinnvolle Planung und Errichtung von Windkraftanlagen im Bereich LinnichBoslar. Die Bürgerinitiative beauftragte den Gutachter mit einer unabhängigen, die Sicherheit des Luftsports betreffende Stellungnahme, da sie auch eine Gefährdung der Luftsportler, eventuell auch der Anwohner, letztlich auch der Anlagen selber befürchtet. 2. Zurzeit wird der UL Flugplatz noch mit einer alten Genehmigung der Bezirksregierung Düsseldorf vom 2.12.1998 betrieben. Die Betriebsflächen und die üblichen erforderlichen Hindernisfreiflächen entsprechen noch weitgehend den Richtlinien, wie sie z. B. von einem beauftragten Fachverband, dem DULV, zweckmäßig und zutreffend beschrieben werden. Auch die Grundsätze des Bundes und der Länder für die Regelung des Flugverkehrs an Flugplätzen ohne Flugverkehrskontrollstelle, können, zwar in beengtem Raum etwas eingeschränkt, weitgehend erfüllt werden. Es ist auch noch eine prinzipielle Platzrunde nach Süden hin möglich, wodurch der Flugplatzbetrieb übersichtlicher, und damit sicherer durchgeführt werden kann. Auch ist noch Ausbildungsbetrieb für verschiedene Luftsportgeräte möglich. Die Hauptabmessungen des benötigten hindernisfreien Luftraums in der Umgebung eines kleinen Flugplatzes und darüber werden in Lageplan 1 dargestellt. Es findet erfreulicher, qualifizierter Luftsportbetrieb mit unterschiedlichen Luftsportgerätearten statt, auf einer gepflegten kleinen Anlage mit hohem Freizeitwert. 3. Überlagerung der genannten Standartflächen, Hindernisfreiflächen durch Bauwerke, Windräder. Inzwischen existiert jedoch, bereits seit dem 20.8.2013 eine geänderte Betriebsgenehmigung im Hinblick auf den geplanten Windenergie-Park, der wegen der entstehenden sehr hohen Hindernisse zukünftig einen Platzflugbetrieb im Süden nicht mehr zulässt. In der vollständig ausgearbeiteten geänderten Betriebsgenehmigung wird durch vollständige Aufhebung des Platzrunden-Flugbetriebs nur noch der direkte Start- und Landebetrieb von der etwas verlängerten bisherigen Bahn -3- vorgesehen. Dieser darüber hinaus in deutlich geknickter Bahn nach Nordosten bzw. Südwesten. Dabei sollen die Flugbewegungen in oder aus östlicher Richtung sehr nahe, nach Ansicht des Gutachters zu nahe an mindestens 3 Windrädern vorbeiführen, und zwar an WEA 1, 4 und 5. Lageplan 1 Im Lageplan 1 sind auch die Positionen der Windräder mit Abstandsangaben, Höhen und Abmessungen vermerkt. Die geänderte Genehmigung soll bei Durchführung der Bauvorhaben eingeführt werden. Neben dem Auswirkungen der markanten Hindernisse soll auch einem Gutachten eines wissenschaftlichen Instituts, dem Fraunhofer IWES, bezüglich der LuftstromVerwirbelung hinter drehenden Windrädern Rechnung getragen werden, wobei allerdings noch die praktische Handhabung der Erkenntnisse zur Intensität der Luftverwirbelungen und deren Auswirkungen auf verschiedene Luftsportgerätearten noch zu erproben sein wird. 4. Versuchte Anpassung des Flugbetriebs. In der jetzigen, noch alten Genehmigung und Durchführung des Luftbetriebs ohne Flugverkehrskontrolle unterliegt die luftsportliche Betätigung noch einem gewissen Schutz durch Ordnung, Übersicht und Hindernis-Freiflächen, wie sie ein Platzrunden-Bereich erfordert. Insbesondere sind auch hier die anspruchsvollsten Abschnitte eines jeden Flugs: Start und Steigflug sowie Landeeinteilung und Landeanflug zweckmäßig eingeteilt. Aber nicht nur der Endteil des Landeanflugs und der Anfangs-Steigflug sind hier durch seitliche 1:2 ansteigende Übergangsflächen besonders geschützt, -4- auch der Luftraum beiderseits der Start- und Landebahn ist mit einer hindernisfreien Horizontalfläche von 30 m Höhe ausgestattet, in die kein Hindernis hereinragen soll. Weiterhin ergibt sich, gestuft nach außen ansteigend, eine weitere Horizontalfläche in 100 m Höhe, ebenfalls hindernisfrei, sinnvoll und notwendig für evtl. Besonderheiten im Flugbetrieb, z. B. Durchstart-Manöver bei fehlerhaften, schwierigen Landungen, auch z.B. unerwartet gesperrte Landebahnen, schlechte Sicht, evtl. schwierige, überraschende Wetterverhältnisse und dergleichen. In der neuen Genehmigung wird dieser wichtige Teil des Flugbetriebs offenbar vollständig gestrichen und damit ein Großteil der erforderlichen Hindernisfreiflächen und damit geschützten Lufträumen. 5. Beurteilung neuer, eingeschränkter Betriebsverfahren. Es kann aber selbst bei Verzicht oder Nichtdurchführbarkeit einer Platzrunde, z. B. aus Lärmschutz- oder Naturschutzgründen oder wie im vorliegenden Fall Windräder, nicht auf die für die Sicherheit des Flugbetriebs notwendige Hindernisfreiheit in unmittelbarer Umgebung des Flugplatzes verzichtet werden. Es genügt nicht, seitlich der An- und Abflugfläche lediglich die seitliche Übergangsfläche, die verhältnismäßig steil ansteigt, freizuhalten, dies auch noch in stark geknickter bzw. gekrümmter Bahn und den sonstigen schutzbedürftigen Raum zu vernachlässigen. Querschnitt WEA5 Querschnitt WEA1 -5- Längsschnitt Längsschnitt Gitterturm Auf zwei Schnittbildern, den Querschnitten WEA 5 und WEA 1 sowie zwei Längsschnitten in An- und Abflugrichtung ist erkennbar, wie die ca. 185 m hohen Windräder mit ca. 120 m Rotor-Durchmesser in die Horizontalfläche von 30 bzw.100 m hineinragen und wie sich auch bei einem Mittellinienabstand von 305 bis 410 m der seitliche Freiraum zwischen seitlicher Übergangsfläche und Rotor verringert. Ein genau geflogener seitlicher Abstand von ca. 250 bis 265 m zu einem bis zu 185 m hohen Hindernis auf gekrümmter Anflugbahn erscheint auch unter besten Bedingungen, d.h. ruhiger Luft, guter Sicht, nicht vertretbar. Insbesondere, wenn Erschwernisse durch schlechte Sicht, (VFRMinima), starken Wind oder insbesondere Sonnenblendung bei häufigen Anflügen nach Südwesten, hinzukommen. Ortsfremden Piloten, wenig geübten Luftsportlern kann dies nicht zugemutet werden. Ein Ausbildungsbetrieb müsste, wegen der fehlenden Platzrundenmöglichkeit, ohnehin entfallen. 6. Stellungnahmen weiterer fachkundlicher Institutionen zur Problematik der Änderungsgenehmigung des RP Düsseldorfs vom 20.8.2013. -6- Entsprechend dem Antragsverfahren, das der damalige Halter des ULFlugplatzes 2012 in Gang setzte, waren erforderlich: a.) Eine Stellungnahme der DFS (Deutsche Flugsicherungs-GmbH) bezüglich Lage und Abmessung des Flugplatzes, Flugbetriebsdurchführung, umgebende Luftraumfragen. b.) Ein unabhängiger, fachlich anerkannter Gutachter, hier wurden Mitarbeiter des DULV herangezogen, (Deutscher Ultraleicht-Flieger Verband). c.) Gutachten eines wissenschaftlich geeigneten Instituts, hier Fraunhofer IWES zur Messung und Beurteilung von Luftbewegungen, Verwirbelungen, insbesondere im Nachlaufbereich der inzwischen auf ca. 120 m gewachsenen Rotordurchmesser in meist ca. 120 Nabenhöhe. Die drei genannten Institutionen erstellten jeweils gutachtliche Stellungnahmen, die hier ergänzend hinzugezogen wurden. Eine weitere Studie des Umweltbundesamtes zum Potential von Windkraftanlagen, auch in Bezug auf Flugplätze, wurde berücksichtigt. Die Stellungnahme der DFS, die in den Unterlagen zur Änderungsgenehmigung des RP Düsseldorf enthalten ist, lässt deutliche Kritik an der erheblichen Beschneidung der Flugbetriebsdurchführung, insbesondere durch Wegfall der Platzrunde, erkennen. Es wird zumindest eine Verlängerung der Start- und Landebahn gefordert, offenbar um im direkten An- und Abflugbereich Mindestabstände zu Hindernissen knapp zu erreichen. Der Wegfall der Platzrunde wird auch hier als Beeinträchtigung der Sicherheit und Übersichtlichkeit des Flugbetriebs bemängelt. Es wird darauf hingewiesen, dass eine Platzrunde zur Ordnung und Übersichtlichkeit des Flugbetriebs und damit zu dessen Sicherheit von großer Bedeutung ist. Insgesamt wird die einschränkende Änderung des Flugplatzes und der beengte Betrieb nicht befürwortet. Dieser Auffassung entsprechen auch die Richtlinien des Bundes und der Länder, auch hier wird ein grundsätzlich schematisierter Flugbetrieb zu Grunde gelegt. Das Ministerium für BWSV, NRW, hat sich inzwischen ebenfalls schon mit der Frage der Annäherung von Windkraftanlagen an bestehende kleine Flugplätze befasst. In dem zuständigen Ausschuss BLFA-L wurden schon spezielle Abstände zu Windkraftanlagen erörtert, die deutlich größer sind, als die sonstigen üblichen Freiflächen zu festen Hindernissen. Es werden mindestens 400 m Abstand außerhalb eines Gegenanflugs und 850 m außerhalb eines Quer- und Endanflugs zur Landung vorgeschlagen. Auch bei Wegfall einer Platzrunde sollten diese größeren Maße mindestens übernommen werden. Verschiedene Einschränkungen der DFS werden in der ÄnderungsGenehmigung offenbar als unbegründet angesehen. Insgesamt ist die Stellungnahme der DFS zur Änderungsgenehmigung aber als überwiegend kritisch anzusehen. -7- Das Gutachten von Mitarbeitern des Fachverbandes DULV liegt den Antragsunterlagen der geänderten Genehmigung ebenfalls bei. Es wird hier kein detaillierter Bezug genommen auf die Auswirkungen des Wegfalls der Platzrunde. Offenbar im Interesse des Erhalts des Flugbetriebs werden Anund Abflüge mit deutlichen Richtungsänderungen innerhalb eines Korridors, begrenzt durch die seitlichen Übergangsflächen akzeptiert. Es sollte allerdings berücksichtigt werden, dass der Flugbetrieb nicht allein auf eine verhältnismäßig geringe Anzahl örtlicher Vereinsmitglieder bezogen werden kann, die an die schwierigeren Verhältnisse möglicherweise gewöhnt sind, sondern dass hier auch betriebsfremde, evtl. ungeübte, mit den örtlichen Verhältnissen nicht vertraute Piloten anfliegen können. Darüber hinaus müssten die Ausführungen des noch zu berichtenden Gutachtens des Fraunhofer IWES Anlass für den Fachverband sein, erhebliche Einschränkungen für den Betrieb von Gleitschirmen, evtl. motorisierten Hängegleitern und dergleichen zu nennen. c.) Die interessante Ausarbeitung des Fraunhofer Instituts IWES wurden durchgearbeitet, um nach anspruchsvollen, wissenschaftlichmathematischen Berechnungen die praktischen Auswirkungen und das empfohlene Verhalten der Luftfahrzeugführer zu verstehen. Es wurde die zweite überarbeitete Version des Fraunhofer IWES Gutachtens herangezogen. Offensichtlich ergeben sich als Fazit im Nachlaufbereich der großen Rotoren Verwirbelungen, die, etwas vereinfacht ausgedrückt, bei Bodenwindgeschwindigkeiten von z.B. 10,5 m/s und einem Mindestabstand von zwei Rotor-Durchmessern deutlich spürbar sind, jedoch nicht stärker als natürliche Böigkeit, z. B. bei Thermik und von 3-Achs-gesteuertern Ultraleicht-Flugzeugen aber korrigierbar und beherrschbar sind. Als Empfehlungen werden, neben dem genannten Mindestabstand, die jedem Piloten geläufigen Sicherheitskorrekturen bei An- und Abflügen, nämlich mindestens 10 % über der Mindestflug-Geschwindigkeit in LandeKonfigurationen, zu fliegen (gelbes Warndreieck auf dem Fahrtmesser), andererseits den Bereich der Höchstgeschwindigkeit um einen ähnlichen Prozentsatz zu verringern. Hier bezogen auf ein verhältnismäßig altes Ultraleicht-Flugzeug-Muster, Comco C 22, das heute noch in Gebrauch ist, und durch wesentlich leistungsfähigere, insbesondere schnellere und wendigere Geräte übertroffen wird. Die beschriebenen WindradTurbulenzen dürften von modernen, zunehmend verbreiteten Ultraleicht-Flugzeugen umso eher verkraftbar sein. Ganz anders kann jedoch die Gefahrensituation für Gleitschirme, Motorschirme, motorisierte Hängegleiter u.dgl. langsame Einfachgeräte sein. Diesen Geräten können auch wesentlich geringere Turbulenzen, d. h. bei geringeren Windgeschwindigkeiten und auch bei größeren Abständen gefährlich werden. Z.B. die Gefahr des Einklappens -8- des sog. Segels bei Gleitschirmen bzw. verzögertem Steuerverhaltens bei Gewichtskraft gesteuerten Hängegleitern. Gegen Ende der Darstellungen des Fraunhofer Instituts kommen deren Mitarbeiter in der Zusammenfassung ihrer Rechenergebnisse nicht umhin, die Auswirkungen der Rotor-Turbulenzen auf leichte Luftfahrzeuge einer weiteren praktischen Erprobung zu empfehlen. Es wurden ohnehin lediglich vertikale Turbulenz-Einwirkungen berücksichtigt. Weitere Effekte, wie seitliche Beaufschlagung, evtl. Rotorbewegungen der Luft, konnten allein theoretisch nicht bestimmt werden. Es wird daher vorsichtige Vorgehensweise und Erprobung verschiedener Bedingungen empfohlen, z.T. allerdings wenig praktikabel wie der Vorschlag, Nachlaufbereiche von Windrädern im Landeanflug oder Steigflug zu unteroder zu überfliegen. Diese sind jedoch weder sichtbar, noch leicht messbar. Siehe auch Lagepläne 2 bis 6. Lageplan 2, Nachlaufbereiche ONO -9- Lageplan 3, Nachlaufbereiche O Lageplan 4, Nachlaufbereiche SO -10- Lageplan 5, Nachlaufbereiche S Lageplan 6, Nachlaufbereiche SW Die theoretischen Erkenntnisse aus dem ersten Gutachten des Fraunhofer IWES werden auch bei der Änderungsgenehmigung des RP Düsseldorfs dahingehend übernommen, dass ebenfalls ein vorsichtiges Herangehen und Erproben möglicher Windturbulenzen -11- empfohlen wird. Klare, einschränkende Maßnahmen bezüglich Luftfahrzeugart, Windgeschwindigkeit u.dgl. konnten aber nicht gegeben werden. d.) Weitere Stellungnahmen, Umweltbundesamt Die Problematik der Annäherung einer zunehmenden Zahl von Windkraftanlagen an Flugplätze beschäftigt auch weitere Luftfahrtbehörden und Organisationen. In der Studie zum Flächen- und Raumbedarf, Potential, von Windkraftanlagen wird auch Bezug auf kleine Flugplätze genommen. Es werden bestimmte Sicherheitsabstände erörtert, z.B. auch hier mindestens 400m seitlich parallel zum Gegenanflug der Landebahn und 850m zu einem Queranflug. Es wird insgesamt ein Radius von ca. 1750 m um kleine Flugplätze als Ausschlussbereich angesehen. Ähnlich wie verschiedene Landesbehörden. Auch hieran ist erkennbar, dass wesentlich geringere Abstände im direkten An- und Abflugbereich wie in Linnich- Boslar als problematisch anzusehen sind. 7. Berührung und Überflug von Naturschutzgebieten im Südwesten. Durch die vorgesehene verbindliche Flugdurchführung des An- und Abflugs im Südwesten wird versucht, die dort befindlichen Ortschaftsteile Tetz und Broich zu meiden. Ein Überflug quer über den Streifen des dort befindlichen Naturschutzgebiets wird jedoch in Kauf genommen. Während der Anflug im Gleitflug, hier bei ca. 100 m Höhe als wenig störend empfunden wird, ist der Überflug im Steigflug mit hoher Motorleistung deutlich störender. Die Geräuscheinwirkungen dürften bei geringerem Steigvermögen von ULSchleppverbänden bzw. langsameren Geräten noch verstärkt empfunden werden. Der Flugweg führt näher an die Ortschaft Tetz heran und knickt in Richtung Broich ab. Durch die längere Flugstrecke entlang der Ortschaft und über dem Naturschutzgebiet erhöht sich insgesamt die Lärmbelastung entsprechend. 8. Zusammenfassende Beurteilung, notwendige Einschränkungen des Flugbetriebs. Aus den vorangegangenen Erörterungen geht hervor, dass durch die geplante Windkraftanlagen im Südwesten des Flugplatzes Linnich-Boslar dieser in erheblichen Maße betroffen ist und in seiner zukünftigen Nutzbarkeit nicht nur stark eingeschränkt ist, die Betriebssicherheit für die Luftsportler dort leider zum Teil in einem nicht vertretbaren Maße verringert wird. Der kleine Flugplatz mit bisher reger sportlicher Aktivität wird zukünftig nur noch als Start- und Landestelle verkümmern. An- und Abflüge im nordöstlichen Bereich werden im Flugbetrieb schwieriger, im Südwesten bisher geschützte Naturschutzgebiete stören. Der südliche Luftraum kann zudem nicht mehr zu Übungszwecken beflogen werden. -12- Es sei hier erläutert, dass der Flugbetrieb in der Nähe von Windkraftanlagen eine besondere Gefährdung beinhalten kann, wenn die Abstände zu hohen Windrädern gering sind. Durch die schlanke Linie hoher Masten und die schmalen, leistungsfähigen Flügel von bis zu 120 m Rotordurchmesser, entsteht optisch oft nur eine filigrane Silhouette, die bei ungünstigen Lichtverhältnissen leicht zu übersehen oder im Abstand falsch eingeschätzt werden kann. Sie sind damit nicht vergleichbar mit festeren Hindernissen, wie Bauwerken oder Berghängen. Die Ausrichtung der Rotorebenen ändert sich zudem je nach Windrichtung und ergibt ein unterschiedliches Erscheinungsbild. Bei ungünstigen Sichtbedingungen, insbesondere bei Gegenlicht, kann es zu einem Übersehen und zu geringem Abstand mit der Gefahr der Kollision kommen. Die Gefährdung durch Verwirbelung im Nachlaufbereich der Windräder wird für moderne UL-Flugzeuge als verhältnismäßig gering und beherrschbar angesehen. Allerdings führen die Flugbewegungen in oder aus östlicher Richtung sehr nahe, nach Ansicht des Gutachters zu nahe an mindestens 3 Windrädern vorbei (WEA 1,4 und 5), was aus Sicherheitsaspekten sehr kritisch zu werten ist. Geräte mit nicht starren Flügeln, insbesondere Gleitschirme und Motorschirme sind zudem vermutlich in Linnich-Boslar noch bei allenfalls noch bei nordwestlichen Windrichtungen einsetzbar um eine Berührung mit Nachlaufbereichen von Rotoren zu vermeiden. Ansonsten sollte bei drehenden Windrädern der Betrieb mit Schirmen grundsätzlich gänzlich unterbleiben. Keinesfalls ist zukünftig Ausbildungsbetrieb vertretbar. Damit wird leider auch die Basis des zukünftigen, sportlichen Vereinsbetriebs beschnitten und der Flugplatz erfährt eine Abwertung. Die Problematik der Annäherung Windkraftanlagen an Flugplätze beschäftigt aktuell Luftfahrtbehörden und Organisationen, sowie verschiedene Landesbehörden (u.a. auch Ministerium für Bauen, Wohnen, Stadtentwicklung und Verkehr des Landes Nordrhein-Westfalen). In der Studie zum Flächen- und Raumbedarf, Potential, von Windkraftanlagen wird auch Bezug auf kleine Flugplätze genommen. Es werden bestimmte Sicherheitsabstände erörtert, z.B. mindestens 400m seitlich parallel zum Gegenanflug der Landebahn und 850m zum Queranflug. Es wird insgesamt ein Radius von ca. 1750 m um kleine Flugplätze als Ausschlussbereich angesehen. Auch hieran ist erkennbar, dass wesentlich geringere Abstände im direkten An- und Abflugbereich wie in Linnich- Boslar als problematisch anzusehen sind. Von daher verwundert es auch nicht, dass die DFS (Deutsche Flugsicherung GmbH) die einschränkende Änderung des Flugplatzes und den beengten Betrieb nicht befürwortet. Die Ausarbeitung des Fraunhofer IWES verfolgt einen theoretischen Ansatz und berücksichtigt nur einen Teil der für die Flugpraxis relevanten Aspekte. Die Empfehlung des Fraunhofer IWES zu einer vorsichtigen Vorgehensweise bzw. Erprobung verschiedener Bedingungen mündet z.T. in wenig praktikablen wie gefährlichen Vorschlägen (z.B. Nachlaufbereiche von Windrädern im Landeanflug oder Steigflug zu unter- oder zu überfliegen). -13- Belastung durch Turbulenzintensität. Aus „Gutachten zur Standorteignung“.  Einwendung: WKA 1,2 und 4 müssen wegen zu geringen Abständen bei bestimmte Windrichtungen und Windstärken abgeschaltet werden, um die Standsicherheit zu gewährleisten. Die Windrichtungen und Geschwindigkeiten sind der folgenden Tabelle zu entnehmen: Aus „Gutachten zur Standorteignung“.  Einwendung: WKA 1 oder 2 werden bei Südost -Wind bei 4 bis m/s abgeschaltet. (+- 25° = Ost bis Südsüdost). Dies entspricht 16 % der Gesamtzeit laut untenstehender Tabelle der relativen Häufigkeit der Windrichtungen. WKA 1 und 2 werden bei Nordwest -Wind und 6 bis 8 m/s abgeschaltet.(+-25° = Nordwest bis West) Dies entspricht 30 % der Gesamtzeit laut untenstehender Tabelle der relativen Häufigkeit der Windrichtungen. WEA 4 oder 5 werden bei WestSüdwest und 4 bis 10 m/s abgeschaltet. (+-25° = Westnordwest bis Südwest) Dies entspricht 39 % der Gesamtzeit laut untenstehender Tabelle der relativen Häufigkeit der Windrichtungen. Zusammenfasend bedeutet dies, dass ein Windrad, entweder WKA1, WKA2 , WKA4 oder WKA 5, zu ca. 70% der möglichen Betriebszeit wegen der Gefährdung der Standsicherheit abgeschaltet werden muss. Damit ist ein Wirtschaftlicher Betrieb nicht möglich. Zur Verdeutlichung der Gradangaben und Windrichtungen: Quelle Wikipedia  Einwendung: Für die Winddaten ist in der Karte kein Referenzpunkt angegeben. Die Winddaten stammen laut Angabe des Gutachters vom Betreiber. Die Winddaten wurden nicht durch Messung ermittelt (Webseite Fa. anemos). Es ist zu vermuten, dass deswegen auch kein Referenzpunkt angegeben werden kann. Daten des Planungsbüros VDH bezüglich des Windparks Jülich sind 1,5 bis 2 m/s geringer (5 – 5,5 m/s in 100 m Höhe). Siehe weiter oben. W I N D EN ERGI EAN LAGEN IN F LUGPLATZN ÄH E Gu t ach t en zu r Fest st el l u n g n o t w en d ig er Mi n d est ab st än d e v o n W in d en er g i ean lag en zu Flu g b et r i eb sr äu m en an Fl u g p lät zen d er Al lg em ein en Lu f t f ah r t u n t er Ber ü ck sich t i g u n g säm t li ch er Lu f t f ah r zeu g k lassen , i n sb eso n d er e au ch d er i m Lu f t sp or t v er w en d et en Gut acht erliche St ellungnahm e Fachbereich 6 Luft - und Raum fahrt t echnik FH Aachen Prof. Dr.- I ng. Frank Janser Bast ian Hoeveler M.Sc. David Schneider Philipp Weber Dezem ber 2015 I nhalt sverzeichnis I nha lt sve r ze ichnis I nhalt sverzeichnis ...................................................................................... i Abbildungsverzeichnis ............................................................................... vi Tabellenverzeichnis ................................................................................. viii Diagram m verzeichnis .............................................................................. viii Abkürzungsverzeichnis .............................................................................. x Einheit sverzeichnis ................................................................................... xi 1. Zielset zung ....................................................................................... 1 2. Grundlagen ....................................................................................... 2 2.1 Definit ion der Flugphasen .............................................................. 2 2.2 Luft raum ..................................................................................... 4 2.3 Sicht flug ..................................................................................... 7 2.4 I nst rum ent enflug ......................................................................... 9 2.5 Ausbildungsanforderungen an Pilot en ............................................. 9 2.5.1 Pr ivat pilot enlizenz ............................................................... 10 2.5.2 Berufspilot enlizenz .............................................................. 10 2.5.3 I nst rum ent enflugberecht igung .............................................. 10 2.6 Turbulenz und Windscherung ....................................................... 11 2.7 Recht liche Grundlagen für die Berücksicht igung von Luft fahrt hindernissen, insbesondere Bauwerken, in der Um gebung von Flugplät zen ............................................................................... 13 2.7.1 Bauschut zbereich gem äß § 12 und § 17 Luft verkehrsgeset z ..... 13 2.7.2 Allgem einer Luft raum .......................................................... 15 2.7.3 Hindernisfreiflächen gem äß verwalt ungsrecht licher Regelungen 16 2.7.4 Hindernisfreiflächen I nst rum ent enflug ................................... 22 2.7.5 Verordnung der europäischen Kom m ission ............................. 23 2.7.6 I CAO Obst acle Lim it at ion Surfaces ........................................ 24 2.7.7 Visual Segm ent Surface ....................................................... 27 i I nhalt sverzeichnis 2.7.8 Rücksicht nahm egebot zum Schut z der Hindernisfreiheit in der Um gebung von Flugplät zen .................................................. 28 2.7.9 Zusam m enfassung .............................................................. 29 3. Windenergieanlagen ........................................................................ 30 4. Flugbet r ieb St andardflugplat z ........................................................... 37 4.1 4.1.1 Plat zrunde ......................................................................... 37 4.1.2 Schulung ........................................................................... 41 4.2 5. Mot orisiert e Luft fahr zeuge ........................................................... 37 Segelflug .................................................................................. 42 4.2.1 Windenst art ....................................................................... 42 4.2.2 Flugzeugschlepp ................................................................. 43 4.2.3 Plat zrunde ......................................................................... 44 4.2.4 Übungsraum ...................................................................... 45 4.3 Ballone ..................................................................................... 46 4.4 Fallschirm sprungbet r ieb .............................................................. 47 4.5 Gleit schirm e .............................................................................. 47 4.6 Hängegleit er .............................................................................. 48 4.7 Einflüsse im Flugbet r ieb .............................................................. 48 St röm ungsfeld Windenergieanlagen ................................................... 50 5.1 Typisches Windfeld ..................................................................... 50 5.2 Lit erat urübersicht ....................................................................... 58 5.2.1 Böenbelast ung von Nachlauf Windenergieanlagen, von UL- Flugzeugen durch den t urbulent en Fr aunhofer- I nst it ut für Windenergie und Energiesyst em t echnik, Oldenburg, 2014 ....... 58 5.2.2 Flugem pfehlungen für den UL- Sonderlandeplat z Boslar , Fraunhofer- I nst it ut für Windenergie und Energiesyst em t echnik, Oldenburg, 2015 ................................................................. 63 5.2.3 “ The influence of wind t urbine induced t urbulence on ult ralight aircraft ” , a CFD analysis, Von Karm an I nst it ut e for Fluid Dynam ics ........................................................................... 68 ii I nhalt sverzeichnis 5.2.4 „ CAA Windt urbine Wake Encount er St udy“ , Universit y of Liverpool ........................................................................... 69 5.2.5 “ Wind Farm Turbulence I m pact s on General Aviat ion Airport s in Kansas” . Roll Hazard Analysis ............................................... 70 5.2.6 „ Unt ersuchung zum Nachlaufeinfluss von Windenergieanlagen auf Segelflugzeuge“ , Diplom arbeit , I nst it ut für Aerodynam ik und Gasdynam ik ....................................................................... 72 5.2.7 5.3 6. Zusam m enfassung .............................................................. 76 Pot enzielle Auswir kungen des Nachlaufes auf das Luft fahr zeug ........ 77 5.3.1 Krit er ium Böen und Windscherung ........................................ 78 5.3.2 Krit er ium Eddy Dissipat ion Rat e ............................................ 79 5.3.3 Zusam m enfassung .............................................................. 81 Experim ent elle Unt ersuchung ............................................................ 82 6.1 Unt ersuchungshorizont ............................................................... 82 6.2 Vorgehensweise ......................................................................... 82 6.3 Grundlagen ............................................................................... 83 6.4 Versuchsbeschreibung ................................................................ 89 6.4.1 Vorbeiflug in Nabenhöhe ( Aufgabe 1) .................................... 89 6.4.2 Vorbeiflug in Höhe der Rot orblat t spit zen ( Aufgabe 2) .............. 89 6.4.3 Überflug ............................................................................ 89 6.4.4 Referenzflug ( Aufgabe 3) ..................................................... 89 6.4.5 Pilot en ............................................................................... 90 6.5 Ergebnisse ................................................................................ 91 6.5.1 Versuche 1 und 2 ................................................................ 91 6.5.2 Versuch 3 .......................................................................... 99 6.5.3 Gegenüberst ellung Windenergieanlagen - Funkt urm ...............103 6.5.4 Eye Tracker ......................................................................107 iii I nhalt sverzeichnis 6.6 7. Schlussfolgerung ....................................................................... 108 6.6.1 Abst andsabschät zung .........................................................108 6.6.2 Pilot enbelast ung ................................................................108 6.6.3 Belast ung – Erfahrung ........................................................109 6.6.4 Abst andsabschät zung – Erfahrung .......................................109 6.6.5 Abst and – Belast ung ..........................................................109 6.6.6 Eye Tracker .......................................................................110 6.6.7 Unt erscheidung st at ischer und dynam ischer Hindernisse .........111 Herleit ung der Abst andsregelung ...................................................... 113 7.1 Windenergieanlage als Luft fahrt hindernis ..................................... 113 7.2 Hindernisfreiflächen Mot orflugbet rieb ........................................... 117 7.2.1 Plat zrunde ........................................................................117 7.2.2 Vollkreise im Gegenanflug ...................................................117 7.2.3 Einflugkorr idor Gegenanflug ................................................117 7.2.4 Flug bei m inim alen Wet t erbedingungen ................................118 7.2.5 Sicherheit und Training .......................................................118 7.2.6 Sicherheit sbereich um die Plat zrunde ...................................118 7.2.7 Zusam m enfassung .............................................................119 7.3 Hindernisfreiflächen Ult raleicht flug .............................................. 120 7.3.1 Plat zrunde ........................................................................120 7.3.2 Vollkreise im Gegenanflug ...................................................120 7.3.3 Einflugkorr idor Gegenanflug ................................................120 7.3.4 Flug bei m inim alen Wet t erbedingungen ................................121 7.3.5 Sicherheit sbereich um die Plat zrunde ...................................121 7.3.6 Sicherheit und Training .......................................................121 7.3.7 Zusam m enfassung .............................................................122 iv I nhalt sverzeichnis 7.4 Hindernisfreiflächen Segelflugbet r ieb ........................................... 123 7.4.1 Schleppst recken ................................................................123 7.4.2 Plat zrunde ........................................................................123 7.4.3 Sicherheit sbereich um die Plat zrunde ...................................123 7.4.4 Übungsraum .....................................................................124 7.4.5 Rückkehr zum Plat z ............................................................124 7.4.6 Zusam m enfassung .............................................................125 7.5 Hindernisfreiflächen Gleit schirm e und Hängegleit er ....................... 126 7.6 Hindernisfreiflächen Ballone und Fallschirm springer ....................... 127 7.7 Beispiel Kom binat ion ................................................................. 128 7.8 Einfluss Topografie .................................................................... 129 8. Fazit ............................................................................................. 130 9. Lit erat ur verzeichnis ........................................................................ 133 v Abbildungsverzeichnis Abbildungsve r ze ichnis Abbildung 2.1: Bauschut zbereich Luft VG §12 ( Quelle: [ 18] ) .......................... 14 Abbildung 2.2: NfL 1 92/ 13 genaue Beschreibung der I som et r ie ( Quelle: [ 19] ) 18 Abbildung 2.3: Hindernisbegrenzungsflächen VFR Landebahn der Länge zwischen 800 m und 1200 m ( Quelle: [ 19] ) ........................................... 20 Abbildung 2.4: Hindernisfreiflächen I nst rum ent enanflug ( Quelle: [ 21] ) ........... 22 Abbildung 2.5: Hindernisfreiflächen I nst rum ent enabflug ( Quelle: [ 21] ) ........... 22 Abbildung 2.6: Hindernisfreiflächen ( Quelle: I CAO Annex 14) ........................ 26 Abbildung 3.1: Beschreibung Windenergieanlage ( Quelle: [ 28] ) ..................... 30 Abbildung 3.2: Fangst rom röhre Windenergieanlage ( Quelle: [ 29] ) ................. 31 Abbildung 3.3: Ent w icklung der Größe der durchschnit t lich neu er richt et en Windenergieanlagen in der Vergangenheit und Prognose für die Zukunft ( Quelle: [ 34] ) .................................................................................... 36 Abbildung 4.1: Skizze einer St andardplat zr unde ( Quelle: NfL 1 37/ 00 [ 35] ) .... 38 Abbildung 4.2: Windenst art ( Quelle: [ 36] ) ................................................... 42 Abbildung 4.3: Flugzeugschlepp ( Quelle: Wikipedia) ..................................... 43 Abbildung 4.4: Übersicht Plat zrunde Segelflug ( Quelle: [ 37] ) ......................... 44 Abbildung 4.5: Plat zr unde ( Quelle: Flieger gruppe Welzheim e.V.) ................... 45 Abbildung 4.6: Übungsraum ( Quelle: [ 36] ) .................................................. 46 Abbildung 5.1: Geschwindigkeit sredukt ion im Nachlauf auf 40 % ( Quelle: [ 38] ) 51 Abbildung 5.2: Um st r öm ung Windenergieanlage in Abhängigkeit von der Windgeschwindigkeit ( Quelle: [ 39] ) ...................................................... 51 Abbildung 5.3: Geschwindigkeit svert eilung in der Abst röm ung, Visualisierung auf Basis der Dat en von Diagram m 5.2.................................................. 55 Abbildung 5.4: Blat t spit zenwir bel ( Quelle: [ 39] ) ........................................... 57 Abbildung 5.5: Anst ellwinkeländerung durch vert ikale Böe ............................ 60 Abbildung 5.6: Planung Luft verkehr Linnich- Boslar ( Quelle: [ 45] ) ................... 64 Abbildung 5.7: Sim uliert er abschwim m ender Blat t spit zenwirbel ( Quelle: [ 49] ) . 70 Abbildung 5.8: aufwändige CFD St udie zu Wirbelschleppen einer Windkraft analage ( Quelle: St efan I vanell, Universit y of Uppsala [ 50] ) ....... 71 Abbildung 5.9: Gefährdungsbereich abschwim m ende Wirbelschleppe .............. 71 Abbildung 5.10: Beispiel CFD Unt ersuchung ( Quelle: [ 51] ) ............................ 72 Abbildung 6.1: Pilot A Abst and Aufgabe 1 .................................................... 93 Abbildung 6.2: Pilot A Abst and Aufgabe 2 ................................................... 93 Abbildung 6.3: Pilot B Abst and Aufgabe 1 ................................................... 93 vi Abbildungsverzeichnis Abbildung 6.4: Pilot B Abst and Aufgabe 2 ................................................... 93 Abbildung 6.5: Pilot C Abst and Aufgabe 1 .................................................... 94 Abbildung 6.6: Pilot C Abst and Aufgabe 2 .................................................. 94 Abbildung 6.7: Pilot D Abst and Aufgabe 1 .................................................. 94 Abbildung 6.8: Pilot D Abst and Aufgabe 2 .................................................. 94 Abbildung 6.9: Pilot E Abst and Aufgabe 1 .................................................. 94 Abbildung 6.10: Pilot E Abst and Aufgabe 2 .................................................. 94 Abbildung 6.11: Pilot F Abst and Aufgabe 1 .................................................. 95 Abbildung 6.12: Pilot F Abst and Aufgabe 2 .................................................. 95 Abbildung 6.13: Pilot F Abst and Aufgabe 1 .................................................. 95 Abbildung 6.14: Pilot F Abst and Aufgabe 2 .................................................. 95 Abbildung 6.15: Pilot A Abst and Aufgabe 3 .................................................100 Abbildung 6.16: Pilot B Abst and Aufgabe 3 .................................................100 Abbildung 6.17: Pilot C Abst and Aufgabe 3 .................................................100 Abbildung 6.18: Pilot D Abst and Aufgabe 3 .................................................100 Abbildung 6.19: Pilot E Abst and Aufgabe 3 .................................................101 Abbildung 6.20: Pilot F Abst and Aufgabe 3 .................................................101 Abbildung 6.21: Pilot G Abst and Aufgabe 3 .................................................101 Abbildung 7.1: Vergleich Silhouet t en Turm und Windenergieanlage ..............114 Abbildung 7.2: Schut zraum um ein dynam isches Hindernis ...........................116 Abbildung 7.3: Flugplat z Mindest abst ände zu Windenergieanlagen m it Sicherheit sbereich .............................................................................119 Abbildung 7.4: Sicher heit sbereich UL- Plat zr unde .........................................122 Abbildung 7.5: Sicher heit sbereich Segelflugplat z .........................................125 Abbildung 7.6: Sicher heit sbereich Gleit schir m .............................................126 Abbildung 7.7: Sicher heit sbereich Fallschir m springer/ Ballonst art fläche ..........127 Abbildung 7.8: Übersicht Schut zbereiche kom biniert e Verkehrsart en .............128 vii Tabellenverzeichnis Ta be lle nve r ze ichnis Tabelle 2.1: Klassifikat ion von Windscherung und Turbulenz .......................... 12 Tabelle 2.2: Größe und Ausdehnung der Hindernisfreiflächen ( Quelle: [ 20] ) .... 19 Tabelle 2.3: Größe und Ausdehnung der Hindernisfreiflächen ( Quelle: [ 26] ) .... 27 Tabelle 6.1: Beispielw ert ung NASA Task- Load- I ndex .................................... 87 Tabelle 6.2: Beispielr echnung NASA Task Load I ndex ................................... 88 Tabelle 6.3: Pilot endat en ........................................................................... 90 Tabelle 6.4: Abst ände gegenübergest ellt ....................................................103 D ia gr a m m ve r ze ichnis Diagram m 3.1: Elekt r ische Leist ung einer Windenergieanlage in Abhängigkeit von der Windgeschw indigkeit ( Quelle: [ 29] ) ........................................... 32 Diagram m 3.2: Durchschnit t liche Leist ung j e Windenergieanlage ( Quelle: [ 33] ) 33 Diagram m 3.3: Durchschnit t licher Rot ordurchm esser ( links) und Mast höhe ( recht s) neu in Bet rieb genom m ener Anlagen im Jahr 2012 ( Quelle: [ 33] .. 34 Diagram m 3.4: Durchschnit t licher Rot ordur chm esser ( links) und Mast höhe ( recht s) neu in Bet rieb genom m ener Anlagen im Jahr 2014 ( Quelle: [ 30] ) . 34 Diagram m 3.5: Ent w icklung der Ant eile Rot orgrößengruppen über die Zeit ( Quelle: [ 33] ) .................................................................................... 35 Diagram m 5.1: Nachlaufverzögerung ( Quelle: [ 39] ) ..................................... 52 Diagram m 5.2: Geschwindigkeit svert eilung hint er einer Windenergieanlage ( Quelle: [ 39] ) .................................................................................... 54 Diagram m 5.3: Turbulenzvert eilung über einen vert ikalen Schnit t im Nachlauf einer Windenergieanlage ( Quelle: [ 39] ) ................................................. 56 Diagram m 5.4: Radiale Last vert eilung eines realen Rot orblat t es ( Quelle: [ 41] ) 59 Diagram m 5.5: Maxim ale Turbulenzbelast ung beim Durchfliegen eines Windenergieanlagennachlaufs ( Quelle: [ 40] ) .......................................... 62 Diagram m 5.6: Anst röm ungsgeschwindigkeit beim Durchflug im Abst and von 126 m des Windenergieanlagennachlaufes, aufget eilt in die Raum richt ungen ( Quelle: [ 51] ) .................................................................................... 73 Diagram m 5.7: Änderung des Anst ellw inkels und des Schiebewinkels ( Quelle: [ 51] ) ................................................................................................. 74 viii Diagram m verzeichnis Diagram m 5.8: Änderung des Auft riebs bei einem Rot ordurchm esser Abst and ( Quelle: [ 51] ) .................................................................................... 75 Diagram m 5.9: Geschwindigkeit svert eilung hint er einer Windenergieanlage ( Quelle: [ 39] ) .................................................................................... 78 Diagram m 5.10: Eddy Dissipat ion Rat e ( Quelle: [ 52] ) ................................... 80 Diagram m 6.1: Abst ände Aufgabe 1 ........................................................... 91 Diagram m 6.2: Abst ände Aufgabe 2 .......................................................... 91 Diagram m 6.3: Abst and - Erfahrung Aufgabe 1 ............................................ 92 Diagram m 6.4: Abst and - Erfahrung Aufgabe 2 ............................................ 92 Diagram m 6.5: Pilot enbelast ung Windenergieanlagen ................................... 96 Diagram m 6.6: Belast ung - Erfahrung Windenergieanlagen ........................... 97 Diagram m 6.7: Abst and - Belast ung Aufgabe 1 ............................................ 97 Diagram m 6.8: Abst and - Belast ung Aufgabe 2 ............................................ 98 Diagram m 6.9: Abst ände Aufgabe 3 ........................................................... 99 Diagram m 6.10: Abst and - Erfahrung Aufgabe 3 .......................................... 99 Diagram m 6.11: Pilot enbelast ung Turm .....................................................102 Diagram m 6.12: Belast ung - Erfahrung Funkt urm .......................................102 Diagram m 6.13: Abst and - Belast ung Aufgabe 3 .........................................103 Diagram m 6.14: Gegenüberst ellung der Abst ände .......................................104 Diagram m 6.15: Mit t lere Abst ände ............................................................105 Diagram m 6.16: Gegenüberst ellung der Belast ung ......................................105 Diagram m 6.17: Außenblickdauer .............................................................107 ix Abkürzungsverzeichnis Abk ür zungsve rze ichnis Abkürzungen CS Cert ificat ion Specificat ions DVO Durchführungsverordnung EDR Eddy Dissipat ion Rat e EU Europäische Union GPS Global Posit ioning Syst em I AS angezeigt e Fluggeschwindigkeit ( englisch: I ndicat ed Airspeed) I CAO I nt ernat ional Civil Aviat ion Or ganisat ion Luft VG Luft verkehrsgeset z Luft VO Luft verkehrsordnung MSL SERA UL Mit t lerer Meeresspiegel ( englisch: Mean Sea Level) St andardised European Rules of t he Air Ult raleicht flugzeug Lat einische Form elzeichen b Spannweit e D Rot ordurchm esser n Last fakt or v Fluggeschwindigkeit Griechische Form elzeichen α Anst ellw inkel β Schiebewinkel ∆ Sym bol für Differenz/ Veränderung ε Eddy Dissipat ion Rat e ρ Luft dicht e x Einheit sverzeichnis Einhe it sve rze ichnis ft Fuß ( = 0,3048 m ) kg Kilogram m km Kilom et er ( = 1000 m ) km / h Kilom et er j e St unde kt s Knot en ( = 1,852 km / h) m Met er N Newt on Nm Newt onm et er Pa Pascal [ N/ m 2 ] s Sekunde xi Zielset zung 1 . Zie lse t zung Die FH Aachen Fachbereich 6/ ACI AS e.V. ist vom Luft sport - Landesverband Brandenburg e.V. beauft ragt worden, in einem wissenschaft lichen Gut acht en zu unt ersuchen, welcher Mindest abst and zu Windenergieanlagen abhängig von ihrer Größe für den Flugbet r ieb an Flugplät zen m it gem ischt em Flugbet r ieb not wendig ist . Für die Erarbeit ung der Aufgabenst ellung wurde eine Arbeit sgruppe gebildet , in der neben Vert ret ern des Luft sport Landesverbandes Brandenburg auch Vert ret er des Deut schen Aero Clubs und der AOPA- Germ any - Verband der Allgem einen Luft fahrt e.V. m it gew irkt haben. Berücksicht igt e Verkehrst eilnehm er sind Mot orflugzeuge, Ult raleicht flugzeuge, Segelflugzeuge, Fallschir m springer, Hängegleit er, Gleit schirm e und Ballone. Für diese Analyse werden die Gefahr der Kollision m it einer Windenergieanlage, die Auswir kung des Windfeldes im Nachlauf der Windenergieanlage auf das Luft fahrzeug, die not wendige Trennung der Anund Abflugwege der verschiedenen Luft fahrzeugt ypen und Vorausset zungen für die zweckm äßige Nut zung eines Flugplat zes und Segelfluggeländes, beispielsweise Ausbildung oder St reckenflüge, berücksicht igt . Auf Basis dieser Unt ersuchungen werden ent sprechend angepasst e Hinder nisfreiflächen abgeleit et . 1/ 136 Grundlagen 2 . Gr undla ge n Relevant e grundlegende Begriffe und Rahm enbedingungen für dieses Gut acht en werden anhand der gelt enden nat ionalen, europäischen und int ernat ionalen Regularien aufbereit et und analysiert . Es ist zu beacht en, dass zum Teil die akt uellen nat ionalen deut schen geset zlichen Regeln in der Luft verkehrsordnung ( Luft VO) und dem Luft verkehrsgeset z ( Luft VG) von der übergeordnet en, für die Mit gliedsländer verpflicht enden europäischen Verordnung EU DVO 923/ 2012 St andardised European Rules of t he Air ( SERA) aus dem Jahr 2012 und EU VO 139/ 2014 abweichen [ 1] . Seit dem 04.12.2014 ist die EU DVO 923/ 2012 auch für Deut schland in Kraft . Diese wiederum basieren bis auf wenige Ausnahm en auf Annex 2 ( Rules of t he Air) und Annex 11 ( Air Traffic Service) des Chicagoer Abkom m ens über die int ernat ionale Zivilluft fahrt . Die Bundesrepublik Deut schland ist seit 1956 Mit glied der I nt ernat ional Civil Aviat ion Organisat ion ( I CAO) , einer Sonderorganisat ion der Vereint en Nat ionen, und som it angehalt en, die I nhalt e der Annexes des Chicagoer Abkom m ens m öglichst weit gehend um zuset zen und in nat ionales Recht zu überführen. Die nat ionalen Geset ze und Verordnungen werden akt uell ent sprechend angepasst und überarbeit et . 2 .1 Zum D e fin it ion de r Flu gph a se n Einst ieg werden die Grobdefinit ionen von Fachbegriffen für die relevant en Flugphasen vorgest ellt . Diese sind durch das Com m on Taxonom y Team für die Mit gliedsst aat en der I nt ernat ional Civil Aviat ion Organisat ion ( I CAO) , wie nachfolgend dargest ellt , definiert worden [ 2] . Diese Vorgabe ist durch die ECCAI RS Aviat ion, einer Arbeit sgruppe der europäischen Flugsicherheit sbehörde, in einen europaweit einheit lichen St andar d um gewandelt worden. [ 3] [ 4, 5] 2/ 136 Grundlagen St art Die Flugphase ab vorgeschriebenen dem Set zen der Leist ungsredukt ion, St art leist ung bis zum bis zur Erreichen erst en der VFR- Plat zrundenhöhe ( VFR- Plat zrunde siehe Kapit el 4.1.1) oder 1000 ft ( 300 m ) über der Höhe des St art bahnendes, was davon zuerst erreicht ist , oder dem Abbrechen des St art laufes. Reiseflug Flug nach I nst rum ent enflugregeln: Ab dem Beendigen des Anfangs- st eigfluges, während des Reisefluges und dem Abschluss des kont rolliert en Sinkfluges bis zum I nit ial Approach Fix. Flug nach Sicht flugregeln: Flugphase nach Beendigung des Anfangs- st eigfluges, während des Reisefluges bis zum Erreichen der Plat zrundenhöhe oder 1000 ft über dem Zielflugplat z, was auch im m er davon zuerst erreicht wird. Manöver Eine Flugsit uat ion, in der geplant er Tiefflug durchgeführt wird, eine best im m t e, auch abnorm ale, Fluglage eingenom m en wird oder in der ungewöhnliche Beschleunigungen gezielt gest euert werden. Diese Flugsit uat ion ist Teil des Pilot ent rainings oder erfolgt im Rahm en eines Kunst fluges. Anflug I nst rum ent enflug: Der Flugabschnit t vom äußeren Anflugm arker bis zum Anheben der Flugzeugnase kurz vor dem Aufset zen m it der Absicht über der Landebahn auszuschweben. Sicht flug: Der Flug von 1000 ft über der Landebahnhöhe oder ab dem Einflug in die Sicht flugplat zr unde bis zum Anheben der Flugzeugnase kurz vor dem Aufset zen zum Ausschweben über der Landebahn. 3/ 136 Grundlagen Landung Die Flugphase ab dem Anheben der Flugzeugnase zum Ausschweben kurz vor dem Aufset zen, während das Flugzeug auf der Landebahn ausrollt , bis das Flugzeug die Landebahn ver lässt , anhält oder bis die Tr iebwerksleist ung zum erneut en Abheben geset zt wird, was auch im m er davon zuerst eint rit t . 2 .2 Lu ft r a u m Der für dieses Gut acht en relevant e Luft raum ( bis 1500 ft über Grund) hat in Deut schland die Klasse ( kont rolliert er Luft raum ) G ( unkont rolliert er Luft raum ) , die Klasse E und die Klasse D ( Kont rollzonen, kont rolliert er Luft raum ) . Der Luft raum der Klasse G reicht im Allgem einen bis 2500 ft über Grund. I n der Nähe von größeren Flugplät zen ist die Obergrenze des Luft raum s G auf 1700 ft und auf 1000 ft abgesenkt . Um große Flugplät ze/ Verkehrsflughäfen befinden sich Kont rollzonen der Luft raum klasse D. Diese reicht in der unt erst en St ufe vom Erdboden bis m indest ens 1500 ft über Grund. Der Luft raum Klasse E beginnt über den auf der Erdoberfläche aufliegenden Luft räum en D oder G und reicht bis in Flugfläche 100 oder einem darüber liegenden Luft raum C oder D. Abhängig von den Flugregeln, nach denen ein Flug durchgeführt w ird ( Flugregeln: siehe folgende Kapit el) , ist nach SERA.6001 Folgendes zu berücksicht igen: „ d) Klasse D. Es dürfen Flüge nach I nst rum ent enflugregeln und Flüge nach Sicht flugregeln durchgeführt werden und es wird Flugverkehrskont rolldienst für alle Flüge erbracht . Flüge nach I nst rum ent enflugregeln werden gegenüber anderen Flügen nach I nst rum ent enflugregeln gest affelt und erhalt en auf Anforderung Verkehrsinform at ionen bezüglich Flügen 4/ 136 Grundlagen nach Sicht flugregeln und Ausweichem pfehlungen. Flüge nach Sicht flugregeln erhalt en auf Anforderung Verkehrsinform at ionen bezüglich aller anderen Flüge und Ausweichem pfehlungen. Für alle Flüge ist eine dauernde Flugfunk- Sprechfunkverbindung erforderlich und es gilt eine Geschwindigkeit sbeschränkung von 250 kt I AS [ angezeigt e Fluggeschwindigkeit ] unt erhalb 3 050 m ( 10 000 ft ) über MSL, sofern die zust ändige Behörde keine anderweit ige Genehm igung für Luft fahrzeugm ust er ert eilt , die aus t echnischen oder Sicherheit sgründen diese Geschwindigkeit nicht beibehalt en können [ oder eine Freigabe durch die Flugsicherung erfolgt ist ] . Alle Flüge benöt igen eine Flugverkehrskont rollfreigabe. e) Klasse E. Es dürfen Flüge nach I nst rum ent enflugregeln und nach Sicht flugregeln durchgeführt werden. Für Flüge nach I nst rum ent enflugregeln wird Flugverkehrskont rolldienst erbracht und St affelung gegenüber anderen Flügen nach I nst rum ent enflugregeln sichergest ellt . Alle Flüge erhalt en, soweit m öglich, Verkehrsinform at ionen. Eine dauernde Flugfunk- Sprechfunkverbindung ist für Flüge nach I nst rum ent enflugregeln erforderlich. Für alle Flüge gilt eine Geschwindigkeit sbeschränkung von 250 kt I AS unt erhalb 3 050 m ( 10 000 ft ) über MSL, sofern die zust ändige Behörde keine anderweit ige Genehm igung für Luft fahrzeugm ust er ert eilt , die aus t echnischen oder Sicherheit sgründen diese Geschwindigkeit nicht beibehalt en können [ oder eine Freigabe durch die Flugsicherung erfolgt ist ] . Alle Flüge nach I nst rum ent enflugregeln benöt igen eine Flugverkehrskont rollfreigabe. Die Klasse E darf nicht für Kont rollzonen verwendet werden. [ …] 5/ 136 Grundlagen g) Klasse G. Es dürfen Flüge nach I nst rum ent enflugregeln und Flüge nach Sicht flugregeln durchgeführt werden und alle Flüge erhalt en auf Anforderung Fluginform at ionsdienst . Alle Flüge nach I nst rum ent enflugregeln m üssen in der Lage sein, eine Flugfunk- Sprechfunkverbindung herzust ellen. Für alle Flüge gilt eine Geschwindigkeit sbeschränkung von 250 kt I AS unt erhalb 3 050 m ( 10 000 ft ) über MSL [ Meeresspiegel] , sofern die zust ändige Behörde keine anderweit ige Genehm igung für Luft fahrzeugm ust er ert eilt , die aus t echnischen oder Sicherheit sgründen diese Geschwindigkeit nicht beibehalt en können. Eine Flugverkehrskont rollfreigabe ist nicht erforderlich.“ [ 6] Grundsät zlich dürfen som it im Luft raum G, E und D Flüge nach I nst rum ent enflugregeln durchgeführt werden. Dabei w ird im Luft raum G j edoch in allen Fällen größere Eigenverant wort ung vom Pilot en hinsicht lich Flugwegüberwachung und Kollisionsverm eidung verlangt . Der Luft verkehrskont rolldienst ist hier zu nicht m ehr verpflicht et . Diese Vorschrift war bereit s vor der europäischen Harm onisierung durch die SERA- Verordnung weit est gehend in der Luft VO § 28 und der hierzu gehörenden Anlage 4 wiedergegeben. Erläut ernd ist hierzu zu sagen, dass in Deut schland nach St and 08.09.2015 ein Flug nach I nst rum ent enflugregeln im Luft raum G aufgrund „ Bekannt m achung über Flugbet r ieb nach I nst rum ent enflugregeln im Luft r aum der Klasse G, NfL 1- 293- 14“ nur ent lang veröffent licht er An- und Abflugst recken erlaubt ist [ 7] und in Nähe dieser Flugplät ze m it derart igen Verfahren alle Luft verkehrst eilnehm er verpflicht end Funkkont akt m it der Flugleit ung halt en m üssen ( Radio Mandat ory Zone) [ 8] . 6/ 136 Grundlagen 2 .3 Sich t flu g Sicht flug beschreibt einen Flug nach § 28 bis § 34 der Luft VO bzw. SERA.5005. Kennzeichnend für die Durchführung ist , dass die Besat zung die Lage des Luft fahrzeuges allein durch den Blick nach außen best im m en kann. Nach Sicht flugregeln darf nach § 28 Luft VO geflogen werden, wenn unt er anderem die Wet t erbedingung im direkt en Um feld des Flugzeuges die Bedingungen nach Anlage 5 der Luft VO beziehungsweise seit Dezem ber 2014 SERA.5001 erfüllen. Nach nat ionalem deut schen Recht gilt im Luft raum G unt er 1000 ft über Grund die Vorgabe, dass das Flugzeug gesehen werden kann ( Bodensicht ) frei von Wolken ist , der Boden und eine Sicht weit e von 1500 m vorhanden ist . Nach europäischem Recht gilt für Sicht weit en zw ischen 1500 m und 5000 m Sicht zusät zlich eine Beschränkung der angezeigt en Fluggeschwindigkeit auf 140 kt . Die Flugsicht von Hubschraubern in dieser Höhe m uss 800 m bet ragen, für Such- und Ret t ungsflüge, m edizinische Flüge und Brandbekäm pfung sind auch ger ingere Sicht weit en er laubt . I m Luft raum D gelt en, sofern eine Luft verkehrskont rollfreigabe für einen Sonderflug nach Sicht flugregeln erfolgt ist , in Kont rollzonen fast die gleichen Wet t erbeschränkungen. Flug frei von Wolken, m indest ens 600 ft Haupt wolkenunt ergrenze und für Sicht weit en zwischen 1500 m und 5000 m ist die angezeigt e Fluggeschwindigkeit auf 140 kt beschränkt . Ohne Freigabe für einen Sonderflug nach Sicht flugregeln gelt en im Luft raum D und im Luft raum E unabhängig einer Freigabe eine Mindest sicht von 5000 m ( unt erhalb 3000 ft über Grund oder 10 000 ft über dem Meeresspiegel) , 1000 ft vert ikaler und 1500 m hor izont aler Abst and zu Wolken. Für Hubschrauber gilt j edoch allgem ein eine Mindest sicht weit e von 800 m . 7/ 136 Grundlagen Zur Sicherheit ist vom Geset zgeber eine Sicherheit sm indest höhe für den Flug nach Sicht flugregeln einger icht et worden. Diese ist im § 6 der Luft VO w ie folgt definiert : „ ( 1) Die Sicherheit sm indest höhe darf nur unt erschrit t en werden, soweit es bei St art und Landung not wendig ist . Sicherheit sm indest höhe ist die Höhe, bei der weder eine unnöt ige Lärm beläst igung im Sinne des § 1 Abs. 2 noch im Falle einer Not landung eine unnöt ige Gefährdung von Personen und Sachen zu befürcht en ist . Über St ädt en, anderen dicht besiedelt en Gebiet en, I ndust rieanlagen, Menschenansam m lungen, Unglücksort en sowie Kat ast rophengebiet en bet rägt die Sicherheit sm indest höhe m indest ens 300 Met er ( 1 000 Fuß) über dem höchst en Hindernis in einem Um kreis von 600 Met ern, in allen übr igen Fällen 150 Met er ( 500 Fuß) über Grund oder Wasser. Segelflugzeuge, Hängegleit er und Gleit segel können die Höhe von 150 Met ern ( 500 Fuß) auch unt erschreit en, wenn die Art ihres Bet riebs dies not wendig m acht und eine Gefahr für Personen und Sachen nicht zu befürcht en ist .“ Zusät zlich w ird im nat ionalen deut schen Recht gefordert , dass auf Überlandflügen eine Mindest flughöhe von 2000 ft über Grund eingehalt en wird, sofern nicht die „ Einhalt ung sonst iger Vorschrift en und Fest legungen nach dieser Verordnung, insbesondere die Einhalt ung der Luft r aum ordnung nach § 10, der Sicht flugregeln nach § 28 Luft VO oder von Flugverkehrskont rollfreigaben, eine geringere Höhe erfordert “ . Diese Regelung exist iert im europäischen Recht nach SERA nicht . 8/ 136 Grundlagen 2 .4 I n st r u m e n t e n flu g I nst rum ent enflug beschreibt einen Flug nach § 36 bis § 42 der Luft VO beziehungsweise SERA.5015 bis 5025. Ein Flug nach den I nst rum ent enflugregeln zeichnet sich dadurch aus, dass die Lage und Posit ion des Luft fahrzeuges ohne Sicht nach außen best im m t werden kann. Not wendig ist die Sicht nach außen nur zur Landung und bei dem Beschleunigen auf der St art bahn bis zum Abheben. I nst rum ent enflug findet in Bodennähe ent lang veröffent licht er Anflug- und Abflugst recken st at t . I n Kont rollzonen des Luft raum es D ist ein Abweichen von diesen St recken in Absprache m it der Flugverkehrskont rolle m öglich, sofern bei Ver lassen der Kont rollzonen in kont rolliert en Luft raum eingeflogen wird ( also Luft raum E, D oder C) und außer für St art und Landung not wendig eine Höhe von 1000 ft über dem höchst en Hindernis im Um kr eis von 8 km zur angenom m enen Posit ion eingehalt en w ird. Nach europäischem Recht darf auch im Luft raum G unabhängig von veröffent licht en An- und Abflugst recken gest art et und gelandet werden, sofern der verant wort liche Pilot sicher gest ellt hat , dass bis zum Erreichen einer sicheren Höhe ein Flug nach Sicht m öglich ist beziehungsweise beim Anflug in Regelung einer ist in sicheren Höhe Deut schland, Sicht flugbedingungen w ie bereit s in herr schen. Kapit el 2.2 Diese beschrieben, ausgeset zt . Nach SERA ( und auch I CAO Annex 2) ist der eigenverant wort liche Flug nach I nst rum ent enflugregeln im Luft raum G vorgesehen. Es gilt eine Höhe von 1000 ft über dem höchst en Hindernis im Um kreis von 8 km zur angenom m enen Posit ion einzuhalt en. 2 .5 Au sbildu n gsa n for de r u n ge n a n Pilot e n I n der europäischen Verordnung über die Lizenzierung von Luft fahrt personal, EU- FCL 1, werden Angaben zu den not wendigen fliegerischen Fähigkeit en gem acht , die ein Pilot im Rahm en der pr akt ischen Flugprüfung nachweisen 9/ 136 Grundlagen m uss. Unt er anderem exist ieren obj ekt ive Krit er ien w ie das Halt en einer Flughöhe und eines St euerkurses. Wicht igst es Gebot Verkehrst eilnehm er Kollisionsverm eidung ist in die j eder durch Verm eidung Sit uat ion. einer Gefährdung Dies um fasst ent sprechenden anderer insbesondere Sicht kont akt und die eine um sicht ige Flugwegführung. In den folgenden Kapit eln werden die Anforderungen an die Pilot en hinsicht lich der zulässigen Toleranzen in Abhängigkeit der j eweiligen Lizenz dargest ellt . I n der europäischen Verordnung Part - FCL ist dabei fest gehalt en, dass es sich bei den genannt en Wert en um allgem eine Richt wert e handelt , die abhängig von der Flugleist ung und Flugeigenschaft en des Flugzeuges sind und bei äußeren Einwir kungen auf das Luft fahrzeug, beispielsweise Turbulenzen, auch überschrit t en w erden dürfen. [ 9] 2 .5 .1 Pr iva t pilot e n lize n z I m Rahm en der Ausbildung m uss ein Pr ivat pilot für die Erlangung der Sicht fluglizenz nachweisen, dass er die Flughöhe bis auf ± 150 ft genau einhalt en kann. Der St euerkurs und auch der Kurs über Grund dürfen nicht m ehr als ± 10° vom Sollwert abweichen. [ 9] 2 .5 .2 Be r ufspilot en lize n z Ein Berufspilot ( ohne I nst rum ent enflugber echt igung) m uss im Sicht flug die Flughöhe bis auf ± 100 ft genau einhalt en können. Der St euerkurs und auch der Kurs über Grund m üssen bis auf ± 10° genau eingehalt en werden. [ 9] 2 .5 .3 Die I n st ru m e nt e nflu gbe r e cht igun g I nst rum ent enflugberecht igung st ellt eine Ergänzung der zugrunde liegenden Pr ivat pilot en- oder Berufspilot enlizenz dar . Sie erlaubt den Flug nach I nst rum ent enflugregeln. Die Flughöhe m uss bis auf ± 100 ft genau eingehalt en werden können. Der St euerkurs und auch der Kurs über Grund m üssen bis auf ± 5° genau eingehalt en werden. [ 9] 10/ 136 Grundlagen 2 .6 Tu r bu le n z u n d W in dsch e r u n g Tabelle 2.1 st ellt die Bewert ung von Turbulenz und Windscherung ahand ihrer Ausw irkungen auf ein m it t elgroßes Verkehrsflugzeug dar . Änderungen der St röm ung der das Flugzeug um gebenden Luft , die kürzer als 3 s dauern, werden allgem ein als Turbulenz bezeichnet . Zur Klassifizierung der Turbulenz wird im Allgem einen die Auswirkung auf das Luft fahrzeug, das heißt die auft ret enden Beschleunigungen und die St euerbarkeit , bet racht et . Häufig sind dies von Pilot en subj ekt iv bericht et e Wert e. Mit der zunehm end besser werdenden Messt echnik w ird akt uell der abst rakt ere Wert der Eddy Dissipat ion Rat e ( EDR) eingeführt . Für handlichere Wert e wird in der Luft fahrt die dr it t e Wurzel des DER- Wert es verwendet . Die EDR gibt an, w ie viel t urbulent e kinet ische Energie in einem best im m t en Volum en in einer best im m t en Zeit in Wärm e um gewandelt wird ( das heißt „ verloren geht “ ) . Dieser Wert lässt direkt e, obj ekt ive Rückschlüsse auf die t at sächlich vorhandene Turbulenz zu. [ 10] Änderungen des St röm ungsfeldes der Luft , die über eine längere Zeit dauer erfolgen, werden als Windscherung bezeichnet . Woodfield definiert e hierfür 1990 den Zeit bereich von 3 s bis 40 s [ 11] . Hierbei m üssen folgende Phänom ene unt erschieden werden:  Änderung des horizont alen Windes in hor izont aler Richt ung ( dauerhaft ) – horizont ale Windscherung  zeit liche Änderung des horizont alen Windes in hor izont aler Richt ung - Böe  Änderung des horizont alen Windes in vert ikale Richt ung – vert ikale Windscherung  räum lich begrenzt e vert ikale Luft bewegung – Ab- / Aufwind Alle Quellen st im m en dar in überein, dass bereit s ab „ m oderat “ einzust ufende Winderscheinungen eine signifikant e Er höhung der Arbeit sbelast ung der Pilot en wegen des not wendigen Ausst euerns der St örung zur Folge haben. Die Bereichsgrenzen für Turbulenz und Windscherung ergeben sich aus den Auswirkungen auf ein m it t elgroßes Verkehrsflugzeug. [ 12] Quellen Dat en der Tabelle 2.1: [ 13] , [ 14] , [ 15] , [ 16] , [ 17] 11/ 136 Tabelle 2.1: Klassifikat ion v on Windscherung und Turbulenz Klassifikat ion Beschleunigung Beschreibung Eddy Ab- / Aufwind horizont ale Wind- Windscherun Rat e scherung g [ m / sec] Erdbeschleunigung] sehr schwer vert ikale Dissipat ion [ m 2/ 3 / sec] [ Vielfache der Böe [ m / sec [ m / sec] [ m / sec / 30m ] Luft fahrzeug wird heft ig geschüt t elt , > 15 m ehr als 6 St euerung bereit et ext rem e / 600m ] m ehr als m ehr 6 6 4 bis 6 4 bis 6 4 bis 6 2 bis 4 2 bis 4 2 bis 4 als Schwierigkeit en, Kont rollverlust und st rukt ureller Schaden m öglich schwer größer 1,0 Flugzeugst euerung wird schwierig, größer 0,7 Gefahr in niedrigen Höhen; große 11 bis 15 abrupt e Änderungen der Höhe und Lage, große Änderungen der Fluggeschwindigkeit , Schwierigkeit en I nst rum ent e abzulesen; lose Gegenst ände werden gefährlich m oderat 0,5 bis 1,0 Turbulenz ist signifikant ; st arke 0,4 bis 0,7 ununt erbrochene, unangenehm e Rucks 6 bis 11 m it Höhenänderungen, Flukt uat ionen der Geschwindigkeit sanzeige; Luft fahrzeug bleibt unt er Kont rolle leicht 0,15 bis 0,5 leicht e, definiert e Schläge auf das 1,5 bis Luft fahrzeug ohne signifikant e Änderungen in der Fluglage und 12/ 136 sehr leicht keine kleiner 0,05 0 bis 2 0 bis 2 6 0,1 bis 0,4 Kleine Bewegungen in der Längs- und kleiner Querneigung und um die Gierachse 1,5 kleiner 0,1 Grundlagen Flughöhe 0 bis 2 Grundlagen 2 .7 Re ch t lich e Gr u n dla ge n fü r die Be r ü ck sich t igu n g von Lu ft fa h r t h in de r n isse n , in sbe son d e r e Ba u w e r k e n , in de r Um ge bu n g von Flu gplä t ze n Die Erricht ung von Bauwerken im Um kreis von Flugplät zen kann zu einer Gefährdung des von ihnen ausgehenden und in ihrer Um gebung st at t findenden Luft verkehrs führen und ihre Nut zbarkeit einschränken oder sogar ausschließen. Die nachfolgend dar gest ellt en recht lichen Regelungen sollen dazu dienen, m ögliche Konflikt e zwischen Flugplät zen und einer in ihrer Um gebung heranrückenden Bebauung in angem essener Weise zu lösen. 2 .7 .1 Ba u schu t zber e ich ge m ä ß § 1 2 u n d § 1 7 Lu ft ve rk eh rsge set z Zur Abwehr von Gefahren für die Sicherheit des Luft verkehrs und zum Schut z der Allgem einheit best im m t das Luft verkehrsgeset z ( Luft VG) in Deut schland für Flughäfen ( Zulassung nach § 38 ff Luft verkehrszulassungsordnung) bereit s als Vorausset zung ihrer Genehm igung die Fest legung von Bauschut zbereichen. Nach § 12 Luft VG dürfen in der Nähe eines Flughafens Hindernisse im Bereich der St art - und Landeflächen, dem Sicherheit sst reifen und innerhalb eines Kreises m it 1,5 km Radius um den Flugplat zbezugspunkt nur m it Zust im m ung der Luft fahrt behörden genehm igt werden, wobei ausschließlich luft verkehrssicherheit liche Erwägungen eine Rolle spielen dür fen. I n einem Um kreis von 4 km Radius um den Flugplat zbezugspunkt benöt igen Bauwerke über 25 m Höhe eine Genehm igung ( bezogen auf die Höhe des Flugplat zbezugspunkt es) . Zwischen 4 km und 6 km st eigt diese Höhe linear von 45 m auf 100 m an. Weit ere Beschränkungen liegen in den An- und Abflugsekt oren vor. Die Anflugsekt oren beginnen an den Außenkant en der Sicherheit sfläche und werden in St art bahnricht ung m it einem Öffnungswinkel von 15° bis in eine Ent fernung von 15 km für Haupt st art - und Haupt landebahnen verlängert . Für Nebenst art - und Nebenlandeflächen sind sie 8,5 km lang. Sie st eigen dabei 13/ 136 Grundlagen für Haupt st art - und - landebahnen bis 10 km und für Nebenst art - und - landebahnen von ihrem Höhenniveau am Ende der Sicherheit sflächen bis zu einer Höhe von 100 m über dieser Höhe an. Für Haupt st art - und - landebahnen sind sie darüber hinaus noch von 10 km bis 15 km in einer Höhe von 100 m verlängert . Der Bauschut zbereich wir d für Flughäfen aut om at isch einger icht et . Das Prinzip und die Anlage eines Bauschut zbereiches für Flughäfen nach § 12 Luft VG verdeut licht die nachfolgende isom et rische Darst ellung. Abbildung 2.1: Bauschut zbereich Luft VG §12 ( Quelle: [ 18] ) Nach § 17 ( Zulassung Luft VG nach können auch für Landeplät ze und Segelflugplät ze § 49 ff Luft verkehr szulassungsordnung) bei ihrer Genehm igung beschr änkt e Bauschut zbereiche eingericht et werden. Danach darf die für eine Baugenehm igung zust ändige Behörde für Bauwerke im Um kreis von 1,5 km um den Flugplat zbezugspunkt eine Baugenehm igung nur m it Zust im m ung der Luft fahrt behörde ert eilen. Gleiches gilt nach der Neufassung des Luft VG im Jahr 2012 auch für Bauwerke, die eine Höhe von 14/ 136 Grundlagen 25 m über der Flugplat zbezugshöhe in einem Um kreis von 4 km , bezogen auf den Flugplat zbezugspunkt , überschreit en. Die Ent scheidung über die Einr icht ung eines beschränkt en Bauschut z- bereiches t rifft die zust ändige Luft fahrt behörde nach eigenem Erm essen. Ein Anspruch auf die Einr icht ung eines beschränkt en Bauschut zbereiches best eht nicht . Die im Jahr 2012 erfolgt e Erweit erung der beschränkt en Bauschut zbereiche über den 1,5 km - Radius hinaus, soll auch explizit für best ehende Plät ze gelt en und eine Erweit erung des bereit s best ehenden beschränkt en Bauschut zbereiches erm öglichen. 2 .7 .2 Allge m e in e r Lu ft r au m Ein Zust im m ungsvorbehalt der Luft fahr t behörden gilt nach § 14 Luft VG auch für die Err icht ung von Bauwerken und baulichen Anlagen außerhalb eines Bauschut zbereiches, wobei wiederum eine Differenzierung nach deren Höhe und Ent fernung vom Flugplat z m aßgeblich ist . Unt er anderem benöt igen Bauwerke über 100 m über dem Erdboden eine Zust im m ung der zust ändigen Luft fahrt behörde. Bei Flugplät zen, an denen auch Flüge nach I nst rum ent enflugregeln st at t finden, sieht § 18b Luft VG außerdem I nform at ionspflicht en der zust ändigen Luft fahrt behörden gegenüber dem Bundesaufsicht sam t für Flugsicherung über Bauwerke vor, die in Bereichen erricht et werden sollen, die für die Einr icht ung und Überwachung von Verfahren für Flüge nach I nst rum ent enflugregeln aus Gründen der Hindernisfreiheit zu bewert en sind ( Hindernisinform at ionsbereiche) . Maßgeblich ist , dass die Sicherheit des Luft verkehrs hierdurch nicht beeint rächt igt w ird. Es ist sogar die Möglichkeit des Ent fernens eines Luft fahrt hindernisses vorgesehen. Die Kennzeichnung von Luft fahrt hindernissen m uss geduldet wer den. 15/ 136 Grundlagen 2 .7 .3 H in de rn isfr e iflä ch en ge m ä ß ve rw a lt ungsr e ch t lich er Re ge lu n ge n Neben den geset zlichen Best im m ungen des Luft verkehrsgeset zes zur Freihalt ung des Luft raum s von Hindernissen sehen die „ Richt linien für die Anlage und den Bet r ieb von Flugplät zen für Flugzeuge im Sicht flugbet r ieb" und die „ Richt linien über die Hindernisfreiheit für St art - und Landebahnen m it lnst rum ent enflugbet r ieb" Hindernisfreiflächen in der Um gebung von Flugplät zen vor. Diese Richt linien sind verbindliche verwalt ungsrecht liche Regelungen für die Luft fahrt und werden in den Nachr icht en für Luft fahrer ( NfL) , herausgegeben von der Deut schen Flugsicherung ( DFS) veröffent licht . 2 .7 .3 .1 Für die H in de rn isfr e iflä ch en Sich t flu g Anlage und den Bet rieb von Flugplät zen für Flugzeuge im Sicht flugbet r ieb gilt die NfL 1 92/ 13 vom 02.05.2013. Sie beruht auf Em pfehlungen der I CAO Annex 14 Band I , „ Flugplät ze" zum Abkom m en über die int ernat ionale Zivilluft fahrt . Ziffer 1.4 dieser NfL sieht vor, dass I CAO Anhang 14 gilt , soweit Einzelheit en in diesen Richt linien nicht ger egelt sind. Die Größe der in dieser NfL fest gelegt en Hindernisfreiflächen r icht et sich nach einer Kennzahl, die durch die Länge der St art - und Landebahn und die Merkm ale der Flugzeuge, für die der Plat z vorgesehen ist , best im m t w ird. 16/ 136 Grundlagen Die Anforderungen an die Hindernisfreiflächen sind dabei in den „ Richt linien für die Anlage und den Bet rieb von Flugplät zen für Flugzeuge im Sicht flugbet r ieb" w ie folgt definiert : „ Anforderungen an die Hindernisfreiheit Die St art - und Landebahn und der sie um gebende St reifen sind von aufragenden Bauwerken, Vert iefungen und sonst igen Hindernissen freizuhalt en. Hiervon sind Einr icht ungen auf den St reifen ausgenom m en, wenn sie dort zur sicheren Durchführung des Flugbet riebs not wendig sind. I n diesem Fall m üssen die Einricht ungen, soweit m it ihrer Zweckbest im m ung vereinbar, m öglichst weit von der S/ LBahn ent fernt , so niedrig wie m öglich und so konst ruiert sein, dass sie anst oßenden Luft fahrzeugen einen m öglichst geringen Widerst and ent gegenset zen. Bauwerke/ Obj ekt e sollen die An- und/ oder Abflugflächen sowie die seit lichen Übergangsflächen nicht durchst oßen. Exist ierende Hindernisse, die die genannt en Flächen durchst oßen, sind wenn m öglich zu ent fernen. Ausnahm en bilden Bauwerke/ Obj ekt e, die von best ehenden nicht ent fernbaren Hindernissen abgeschat t et werden. I n die äußere Hindernisbegrenzungsfläche sollt en keine Bauwerke und sonst igen Erhebungen hineinragen, die nach den ört lichen Verhält nissen die sichere Durchführung des Flugbet riebs gefährden können.“ 17/ 136 Grundlagen Nachfolgend eine Beschreibung der Hindernisfreiflächen an einem Landeplat z: Abbildung 2.2: NfL 1 92/ 13 genaue Beschr eibung der I som et rie ( Quelle: [ 19] ) I n vorangehender Abbildung ist der Aufbau von Hindernisfreiflächen für einen Landeplat z dargest ellt . Die Fläche best eht aus einem inneren Bereich und einem äußeren Bereich. Der innere Bereich ist begrenzt durch die An- und Abflugflächen und die seit lichen Übergangsflächen. Die An- und Abflugflächen sind beschrieben durch eine Länge, beginnend m it m indest ens 30 m Abst and zum Beginn der Landebahn ( 60 m bei Landebahnen > 1800 m Länge) und der Breit e des Sicherheit sst reifens, eine Neigung ihrer Unt erseit e gegenüber der Horizont alen und eine Divergenz ihrer seit lichen Ränder, also der Aufweit ung m it zunehm ender Ent fernung von der Bahn. Die seit lichen Übergangsflächen st eigen von dem Sicherheit sst reifen der Bahn beziehungsweise der seit lichen Begrenzung der An- und Abflugflächen m it einer Neigung von 1: 5 ( 1: 7 bei Bahnlängen > 1800 m ) bis auf eine Höhe von 100 m an. Um die inneren Hindernisbegrenzungsflächen schließt sich die äußere Hindernisbegrenzungsfläche an. Diese best eht aus einer Horizont alfläche und einer oberen Übergangsfläche. Die Horizont alfläche um gibt die innere Hindernisbegrenzungsfläche als hor izont ale Ebene in einer Höhe von 45 m über dem Flugplat zbezugspunkt . Die horizont ale Ausdehnung ist durch Radien ( siehe Tabelle 2.2) begrenzt . Hieran schließt sich w iederum die obere 18/ 136 Grundlagen Übergangsfläche an. Diese st eigt m it einer Neigung von 1: 20 bis auf eine Höhe von 100 m über dem Flugplat z an. Tabelle 2.2: Gr öße und Ausdehnung der Hinder nisfreiflächen ( Quelle: [ 20] ) Länge St art - und Horizont alebene An- und Abflugfläche in m Landebahn Länge Divergenz m Neigung < 800 1: 20 2000 10% 2000 1: 25 2500 10% 2500 Anflug: Anflug: 1200 bis 1: 30 3000 < 1800 Abflug: Abflug: 1: 50 15.000 800 bis < 1200 in m 3600 12,5% I n Abbildung 2.3 auf nachfolgender Seit e ist exem plar isch eine grafische, bem aßt e Darst ellung der Hindernisfreiflächen eines Flugplat zes m it Sicht flugbet r ieb und einer St art - und Landebahn der Länge zwischen 800 m und 1200 m ( Kennzahl 2) abgebildet . 19/ 136 Grundlagen Abbildung 2.3: Hindernisbegrenzungsflächen VFR Landebahn der Länge zwischen 800 m und 1200 m ( Quelle: [ 19] ) 20/ 136 Grundlagen Neben den nachfolgend det ailliert beschriebenen Hindernisfreiflächen wurde im Jahr 2015 in diese NfL folgende Best im m ung zur Abwehr von Gefahren durch Bauwerke für den Flugplat zverkehr in der Plat zrunde aufgenom m en: „ 6) Unbeschadet der Anforderungen der Hindernisbegrenzung sollen im Bereich der Plat zrunden keine Hindernisse vorhanden sein, die die sichere Durchführung des Flugplat zverkehrs gefährden können. Von einer Gefährdung des Flugplat zverkehrs in der Plat zrunde ist grundsät zlich dann auszugehen, wenn relevant e Bauwerke oder sonst ige Anlagen innerhalb der geplant en oder fest gelegt en Plat zrunde erricht et w erden sollen oder wenn in anderen Bereichen relevant e Bauwerke oder sonst ige Anlagen einen Mindest abst and von 400 Met ern zum Gegenanflug von Plat zrunden und / oder 850 Met ern zu den anderen Teilen von Plat zrunden ( inkl. Kurvent eilen) unt erschreit en. Die Beurt eilung im Einzelfall, ob und in wieweit Bauwerke oder sonst ige Anlagen die Durchführung des Flugplat zverkehrs beeint rächt igen, soll auf der Grundlage einer St ellungnahm e der Flugsicherungsorganisat ion erfolgen." Som it ist eine Em pfehlung der DFS aus dem Jahr 2001, die sich insbesondere auf Windkraft anlagen in der Um gebung von Flugplät zen ohne Bauschut zbereich bezog, zu einer verwalt ungsrecht lich bindenden Regelung geworden. Ergänzend kann auf „ Grundsät ze des Bundes und der Länder für die Regelung des Flugver kehrs an Flugplät zen ohne Flugverkehrskont rollst ellen“ vom 03.04.2000 ( NfL I I 37/ 00) , geändert durch die NfL I I 71/ 00, verw iesen werden. Für die Hindernisfreiheit an Segelflugplät zen und ihrer Um gebung gelt en nach wie vor die Richt linien für die Genehm igung der Anlage und des Bet riebs von Segelfluggeländen vom 23.05.1969 in NfL I 129/ 69. 21/ 136 Grundlagen 2 .7 .4 Zum H in de rn isfr e iflä ch en I nst ru m en t en flu g Schut z des I nst rum ent enfluges exist ieren neben den bekannt en Freiflächen des Sicht fluges ( wenn auch m it größeren Dim ensionen) einige weit ere Freiflächen m it höheren Anforderungen an die Hindernisfreiheit . Daneben m üssen unt erschiedliche Maße zwischen Präzisions- und Nicht präzisionsanflugverfahren beacht et werden. Abbildung 2.4: Hindernisfr eiflächen I nst rum ent enanflug ( Quelle: [ 21] ) Abbildung 2.5: Hindernisfr eiflächen I nst rum ent enabflug ( Quelle: [ 21] ) Für An- und Abflugflächen, sowie die seit lichen Übergangsflächen, gilt nach den Richt linien über die Hindernisfreiheit für St art - und Landebahnen m it I nst rum ent enflugbet r ieb: „ Bauwerke/ Obj ekt e sollen die An- und/ oder Abflugflächen sowie die seit lichen Übergangsflächen nicht durchst oßen. Exist ierende Hindernisse, die die genannt en Flächen durchst oßen, sind, wenn m öglich, zu ent fernen.“ 22/ 136 Grundlagen Wie aus Abbildung 2.4 und Abbildung 2.5 zu erkennen ist , sind die Hindernisfreiflächen für den I nst rum ent enflug sehr ähnlich zu den Freiflächen des Sicht fluges m it dem bedeut enden Unt erschied, dass lange Korridore, die deut lich über die Übergangsflächen des Flugplat zes sowohl in ihrer Höhe als auch in ihrer Länge hinausgehen, vorhanden sind. Für weit er e Det ails w ir d auf NfL 328/ 01 verw iesen. 2 .7 .5 Am Ve r or dn un g de r eu ropä isch en Kom m ission 12. Februar Anforderungen 2014 ist die VO 139/ 2014 „ zur Fest legung von und Verwalt ungsverfahren in Bezug auf Flugplät ze“ in Kraft get ret en. Diese regelt unt er anderem den Schut z und die Überwachung der Flugplat zum gebung ( Art ikel 8 und 9) . „ Art ikel 8 Schut z der Flugplat zum gebung ( 1) Die Mit gliedst aat en st ellen sicher, dass Konsult at ionen durchgeführt werden hinsicht lich der Sicherheit sauswirkungen geplant er Bauwerke innerhalb der Hindernisbegrenzungs- und - schut zflächen sowie anderer m it dem Flugplat z in Zusam m enhang st ehender Flächen. ( 2) Die Mit gliedst aat en st ellen sicher, dass Konsult at ionen durchgeführt werden hinsicht lich der Sicherheit sauswirkungen geplant er Bauwerke außerhalb der Hindernisbegrenzungs- und - schut zflächen sowie anderer m it dem Flugplat z in Zusam m enhang st ehender Flächen, die die von den Mit gliedst aat en fest gelegt e Höhe überschreit en. ( 3) Die Mit gliedst aat en st ellen die Koordinierung des Schut zes von Flugplät zen sicher, die in der Nähe von Landesgrenzen zu anderen Mit gliedst aat en gelegen sind. 23/ 136 Grundlagen Art ikel 9 Überwachung der Flugplat zum gebung Die Mit gliedst aat en st ellen sicher, dass Konsult at ionen durchgeführt werden hinsicht lich Tät igkeit en von Menschen und hinsicht lich der Flächennut zung z. B.: a) Baum aßnahm en oder Änderungen der Flächennut zung im Um feld des Flugplat zes; b) Baum aßnahm en, die durch Hindernisse verursacht e Turbulenzen m it sich bringen können, welche eine Gefahr für den Flugbet rieb darst ellen können; [ …] “ [ 22] Som it sind die Mit gliedst aat en gefordert und angehalt en, die Bauschut zbereiche und Hindernisfreiflächen zu überwachen. Sie sollen hierbei auch explizit Turbulenzen berücksicht igen, die durch das Hindernis ent st ehen und den Luft verkehr gefährden können. 2 .7 .6 I CAO Obst a cle Lim it a t ion Su rfa ce s Die I CAO hat im Annex 14 ( Aerodrom e Design and Operat ions) und im I CAO Airport Services Manual ( Doc 9137) Part 6 eigene Vorgaben veröffent licht , wie Hindernisfreiflächen für eine sichere und sinngem äße Nut zung eines Flugplat zes gest alt et sein sollen. Wie in der deut schen Geset zgebung, sollen An- und Abflugflächen vollst ändig freigehalt en werden von Hindernissen. I n die äußeren Begrenzungsflächen dürfen Hindernisse nur dann reinragen, wenn der Luft verkehr hierdurch nicht negat iv beeinflusst w ird. [ 23] [ 24] Eine Grafik über die einzelnen Elem ent e ist auf Seit e 26 zu sehen. Für Flugplät ze m it Sicht flugbet r ieb sind die wie folgt bezeichnet en Elem ent e der Hindernisfreiflächen relevant : conical surface, approach, inner horizont al surface, t ake- off clim b surface, t ransit ional surface. 24/ 136 Grundlagen Diese Flächen ent sprechen von ihrer Definit ion her den bekannt en deut schen Hindernisfreiflächen ( deut sche Bezeichnung in Klam m ern) : inner hor izont al sur face ( Horizont alfläche) : Eine Fläche m it einem definiert en Radius und einer definiert en Höhe über dem Flugplat zbezugspunkt . conical surface ( obere Übergangsfläche) : Eine Fläche, die m it definiert em Winkel gegenüber der Horizont alen, ausgehend vom Rand der inneren horizont al kreisförm ig nach außen bis zu einer best im m t en Endhöhe anst eigt . approach surface ( Anflugfläche) : Die approach surface beginnt ausgehend von einem best im m t en Abst and vor dem Anfang der Landebahn m it einer definiert en Breit e und st eigt in Verlängerung der Landebahn unt er einem definiert en Winkel gegenüber der Horizont alen bis zu einer best im m t en Ent fernung an. Die Seit engrenzen beginnen an dem Bahnende und divergieren dabei m it zunehm ender Ent fernung unt er einem best im m t en Winkel. Die Möglichkeit der Berücksicht igung eines gekurvt en Anflugs ist vorgesehen. t ake- off clim b surface ( Abflugfläche) : Die t ake- off clim b surface beginnt ausgehend von einem best im m t en Abst and vom Ende der St art bahn m it einer definiert en Breit e und st eigt in Verlängerung der Landebahn unt er einem definiert en Winkel gegenüber der Horizont alen bis zu einer best im m t en Ent fernung an. Die Seit engrenzen beginnen an dem Bahnende und divergieren dabei m it Ent fernung unt er einem best im m t en Winkel auseinander. zunehm ender Die Möglichkeit einen gekurvt en Anflug zu berücksicht igen ist vorgesehen. t ransit ional surface ( seit liche Übergangsflächen) : Die t ransit ional surfaces schließen sich an die Seit engrenzen der approach surface, t ake- off clim b surface und den Sicherheit sflächen ent lang der St art und Landebahn an. Sie st eigen divergierend parallel zur Mit t ellinie der St art 25/ 136 Grundlagen und Landebahn m it 20 % für Bahnlängen unt er 1800 m und m it 14,3 % für längere Bahnlängen bis auf eine definiert e Höhe an. Abbildung 2.6: Hindernisfr eiflächen ( Quelle: I CAO Annex 14) [ 25] 26/ 136 Grundlagen Tabelle 2.3: Gr öße und Ausdehnung der Hinder nisfreiflächen ( Quelle: [ 26] ) Länge St art - äußere und An- und Abflugfläche Hindernisbe- Landebahn m conical grenzungsfläche Neigung Länge Radius Höhe Höhe in m in m in m 10% 2000 45 35 2500 45 55 4000 45 75 4000 45 100 Divergenz Anflug: < 800 1: 20 2000 Abflug: 1600 800 bis 1: 25 2500 10% Anflug: Anflug: Anflug: 1200 bis 1: 30 3000 10% < 1800 Abflug: Abflug: Abflug: 1: 50 15.000 12% Anflug: Anflug: Anflug: 1: 40 3000 10% Abflug: Abflug: Abflug: 1: 50 15.000 12% < 1200 > 1800 2 .7 .7 Im Visu a l Se gm e n t Surfa ce Rahm en von I nst rum ent enanflügen gibt es an Landeplät zen eine sogenannt e Visual Segm ent Surface nach I CAO doc 8168 ( PANS- OPS) [ 27] . Diese verbindet den die Landebahn um gebenden Sicherheit sst r eifen m it der Hindernisfreihöhe Abschnit t eines eines I nst rum ent enanfluges. Sie schüt zt Nicht - Präzisions- I nst rum ent enanfluges, der den nach let zt en Sicht durchgeführt wird, vor Hindernissen. Diese Fläche st eigt abhängig vom Anfluggradient en m it einem Winkel zw ischen 1,9° und 2,4° an, die seit lichen Ränder divergieren m it 15 % . Diese Fläche m uss vollst ändig frei von Hindernissen bleiben, da andernfalls das zugehörige Anflugver fahren nicht m ehr durchgeführt w erden darf. 27/ 136 Grundlagen 2 .7 .8 Rü ck sich t n ah m e gebot zu m Schu t z de r H in de r n isfre ih e it in de r Um ge bun g von Flu gplä t ze n Zur Konflikt lösung zwischen best ehenden Flugplät zen und heranrückender Bebauung hat das Bundesverwalt ungsger icht das baurecht liche „ Gebot der Rücksicht nahm e“ herangezogen ( BVerwG 4 C 1 04, Urt eil vom 18.11.2004) . Es hat hierzu argum ent iert , das baurecht liche Gebot , m it Vorhaben auf den luft verkehrsrecht lich genehm igt en Bet r ieb eines Segelflugplat zes Rücksicht zu nehm en, werde nicht durch vorrangige Regelungen des Luft verkehrsgeset zes verdrängt . Welche Anforderungen das Gebot der Rücksicht nahm e begründe, hänge von den j eweiligen Um st änden ab. Je em pfindlicher und schut zwürdiger die St ellung desj enigen sei, dem die Rücksicht nahm e im gegebenen Zusam m enhang zugut e kom m e, um so m ehr könne er an Rücksicht nahm e ver langen. Je verst ändlicher und unabweisbarer die m it dem Vorhaben verfolgt en I nt eressen seien, um so weniger brauche derj enige, der das Vorhaben verwirklichen w ill, Rücksicht zu nehm en. Für die sachgerecht e Beurt eilung des Einzelfalles kom m e es wesent lich auf eine Abwägung an zwischen dem , andererseit s was dem einerseit s dem Rücksicht nahm ebegünst igt en Rücksicht nahm everpflicht et en nach Lage der und Dinge zuzum ut en sei. Das Bundesverwalt ungsgericht hat in diesem Zusam m enhang der Pr ior it ät der j eweiligen best ehenden Nut zung m aßgebliche Bedeut ung gegeben. Allerdings Segelflugplat zes in Aufrecht erhalt ung m üsse einer geprüft Weise der werden, geändert wesent lichen ob der werden Bet rieb könnt e, eines die „ unt er Nut zungsm öglichkeit en die Sicherheit sr isiken verm eidet " . Das Oberverwalt ungsgericht „ wesent lichen Rheinland- Pfalz Nut zungsm öglichkeit en" in hat t e diesem Fall bereit s zu den auch auf den Ausbildungsbet r ieb verwiesen ( OVG Rheinland- Pfalz, Urt eil vom 26.11.2003, 8 A 10814/ 03.OVG) . 28/ 136 Grundlagen I n einem weit eren Urt eil vom 16.01.2006 hat das OVG Rheinland- Pfalz erwähnt , den durch die luft recht liche Genehm igung nicht Übungsraum an einem fest gelegt en Segelflugplat z für schut zwürdig zu halt en. Der Schulbet r ieb und dam it auch die Exist enz eines den luft verkehrsrecht lichen Anforderungen ent sprechenden Übungsraum s in Sicht weit e des Flugplat zes sei Best andt eil der best im m ungsgem äßen Nut zung eines Segelfluggeländes. 2 .7 .9 Zusa m m e nfa ssun g Abschließend kann fest gest ellt werden, dass Hindernisfreiflächen in Deut schland durch m ehrere, zum Teil nicht deckungsgleiche Regelungen, beschrieben werden. Gegenüber der int ernat ionalen Regelung um fassen die nat ionalen deut schen Regelungen em pfohlene vollst ändige Freihalt en größere Bereiche; der äußeren allerdings ist Begrenzungsflächen das in Deut schland nicht vorgesehen. Die größeren Bereiche sind durch die im int ernat ionalen Vergleich dicht ere Bebauung, das schlecht ere Wet t er und das höhere Flugaufkom m en erklärt . Zur Darst ellung und Wert ung dieses Gefährdungspot enzials und zur Prüfung der Frage, ob die best ehenden Konflikt regelungen insbesondere zum Schut z der kleineren Flugplät ze der Allgem einen Luft fahrt noch ausreichend sind, sollen nachfolgende Unt ersuchungen dienen. 29/ 136 Windenergieanlagen 3 . W inde ne r gie a nla ge n I n diesem Kapit el wird der St and der Windenergieanlagen- Technologie beschrieben. Hierfür wird zuerst ein kurzer Einblick in die Technik und gewöhnliche Baut ypen gegeben. Anschließend wird der akt uelle Ent wicklungsst and dargest ellt . Abbildung 3.1: Beschreibung Windenergieanlage ( Quelle: [ 28] ) I n Abbildung 3.1 ist eine Pr inzipskizze einer m odernen Windenergieanlage abgebildet . Die Anlagen best ehen t ypischerweise aus einem Mast und einem aufgeset zt en, drehbaren Generat orgehäuse. Hieran schließt sich m it einer horizont alen Achse ein Dreiblat t rot or an. Der Anst ellw inkel der Rot orblät t er ist zur St euerung der Rot orleist ung ver änderbar. Der Rot or, vom Wind anget rieben, t reibt über eine Welle ent weder direkt oder über ein Get r iebe die Generat orwelle an. I m Generat or wird die m echanische Wellenleist ung in elekt r ische Leist ung um gewandelt , die zum eist in das öffent liche Net z eingespeist w ird. 30/ 136 Windenergieanlagen Abbildung 3.2: Fangst rom röhre Windenergieanlage ( Quelle: [ 29] ) I n Abbildung 3.2 ist die Fangst rom röhre einer Windenergieanlage dargest ellt . Der anst röm ende Wind w ird durch die Leist ungsent nahm e des Rot ors verzögert und erhält einen Drall. Die Fangst rom röhre erweit ert sich aufgrund der verringert en Abst röm geschwindigkeit und zur Druckrückgewinnung. Die m axim ale Leist ungsausbeut e erfolgt , wenn die Abst röm ungsgeschwindigkeit auf et wa 2/ 3 der Anst röm ungsgeschwindigkeit verzögert wird ( Bet z- Krit er ium ) . [ 29] 31/ 136 Windenergieanlagen Diagram m 3.1: Elekt rische Leist ung einer Windenergieanlage in Abhängigkeit von der Windgeschwindigkeit ( Quelle: [ 29] ) I m Diagram m 3.1 ist der t ypische Leist ungsverlauf einer Windenergieanlage über der Windgeschwindigkeit aufget ragen zu sehen. Es gibt eine m inim ale Windgeschwindigkeit , ab der die Leist ungsausbeut e der Rot orblät t er die anlagenint ernen Verlust e überst eigen und ab der elekt rische Energie gewonnen werden kann. Mit zunehm ender Windgeschw indigkeit st eigt die Produkt ion kubisch an, bis ab der Volllast geschwindigkeit ( rat ed speed) die Anlage durch die m echanische Belast ung, das Get riebe oder durch den Generat or lim it iert ist und kein weit erer Leist ungsanst ieg m öglich ist . Bei dieser Geschwindigkeit ist der Nachlauf auch am st ärkst en ausgeprägt . Bei einer zu hohen Windgeschwindigkeit w ird die Windenergieanlage aus Sicherheit sgründen und Gründen der m echanischen Belast ung abgeschalt et . I m Jahr 2014 hat t e die durchschnit t liche neu erricht et e Windenergieanlage eine m axim ale elekt rische Leist ung von 2,7 MW. Rot ordurchm esser und Nabenhöhe waren durchschnit t lich leicht über 100 m . Dabei ist zu beacht en, dass im Binnenland der Rot or und besonders der Mast deut lich größer ausfallen als in Küst engebiet en. [ 30] 32/ 136 Windenergieanlagen Als akt uell ( Mit t e 2015) größt e in Bet rieb befindliche Windener gieanlage gilt die Vest as V164- 8.0, ent w ickelt in Zusam m enarbeit m it Mit subishi. Der Rot ordurchm esser bet rägt 164 m , der Turm hat eine Höhe von 133 m , die Nennleist ung bet rägt 8,0 MW. [ 31] I m Diagram m 3.2 ist die durchschnit t liche Leist ung der neu in Bet rieb genom m enen Windenergieanlagen über die Jahre aufget ragen. Gut zu erkennen ist , dass diese st et ig zugenom m en hat . Auch für die Zukunft ist m it st eigender Leist ung j e Anlage und som it größeren Anlagen zu rechnen. [ 32, 33] Diagram m 3.2: Durchschnit t liche Leist ung j e Windenergieanlage ( Quelle: [ 33] ) 33/ 136 Windenergieanlagen Diagram m 3.3: Dur chschnit t licher Rot ordurchm esser ( links) und Mast höhe ( r echt s) neu in Bet rieb genom m ener Anlagen im Jahr 2012 ( Quelle: [ 33] Diagram m 3.4: Durchschnit t licher Rot ordur chm esser ( links) und Mast höhe ( recht s) neu in Bet rieb genom m ener Anlagen im Jahr 2014 ( Quelle: [ 30] ) I n dem Diagram m 3.3 und dem Diagram m 3.4 ist der Ant eil der Rot ordurchm esser ( links) und der Nabenhöhen ( recht s) dargest ellt – oben für das Jahr 2012, unt en für das Jahr 2014. Ersicht lich ist , dass der m eist verwendet e Rot ordurchm esser von dem Bereich zwischen 80 m bis 89 m auf 100 m bis 119 m zugenom m en hat . Bei den Mast höhen waren 2012 noch 101 m bis 120 m genauso w icht ig, w ie der Größenbereich 121 m bis 150 m ( j e 25% ) , 2014 hat t e dagegen der Bereich 121 m bis 150 m einen Markt ant eil von über 50 % , der von 101 m bis 120 m bet rug dagegen nur noch 14 % . 34/ 136 Windenergieanlagen I m Diagram m 3.5 wird der zeit liche Verlauf des Markt ant eils einzelner Rot ordurchm esser am Gesam t m arkt dar gest ellt . Zu erkennen ist , dass die wicht igst e Rot orgröße m it zunehm ender Zeit zunehm end größer geworden ist . 1987 hat t e die Klasse < 16 m 80 % Markt ant eil, 1991 war es die Klasse 22,1 m bis 32 m , 1996 hat t e die Klasse 32,1 m bis 48 m 90 % Markt ant eil und anschließend, von 2003 bis 2011, hat t e die Klasse 60,1 m bis 90 m über 80 % Markt ant eil. Seit 2007 gew innt zunehm end die Klasse über 90,1 m Rot ordurchm esser an Markt ant eil und Rot ordurchm essergröße. Es ist ist davon 2014 bereit s die wicht igst e auszugehen, dass sich Neuinst allat ionen für die nächst en Jahre auf diese Größe konzent rieren. Man kann aufgrund der bisherigen Ent w icklung j edoch auch davon ausgehen, dass es ab 2020 eine neue, größere Klasse geben wird. Diagram m 3.5: Ent wicklung der Ant eile Rot orgr ößengruppen über die Zeit ( Quelle: [ 33] ) 35/ 136 Windenergieanlagen Abbildung 3.3: Ent wicklung der Gr öße der dur chschnit t lich neu erricht et en Windenergieanlagen in der Vergangenheit und Prognose für die Zukunft ( Quelle: [ 34] ) Abbildung 3.3 st ellt die Ent w icklung der Größe der durchschnit t lichen Windkraft anlage über die Zeit dar und m acht eine Prognose. I n naher Zukunft sind Anlagengrößen von 150 m Rot ordurchm esser und 10 MW Leist ung zu erwart en. Anlagen dieser Größenordnung befinden sich durchaus schon in der Ent wicklung. Für die weit ere Zukunft sind Anlagen bis 250 m Rot ordurchm esser und 20 MW elekt r ischer Leist ung prognost izier t . 36/ 136 Flugbet r ieb St andardflugplat z 4 . Flugbe t r ie b St a nda r dflugpla t z I m Kapit el 4 w ird der Flugbet r ieb an einem St andardflugplat z vorgest ellt . Es wird gezeigt , welche Flugverfahren durch die Verkehrst eilnehm er anzuwenden sind, und welche besonderen Eigenschaft en zu berücksicht igen sind. Abschließend wird zusam m engefasst , wie die j eweiligen Luft fahrzeugart en sich im Flugbet r ieb gegenseit ig beeinflussen und welche Maßnahm en für einen sicheren Flugbet r ieb exist ieren. Die dabei berücksicht igt en Hubschrauber, Verkehrst eilnehm er Ult raleicht flugzeuge und sind Mot orsegler Mot orflugzeuge, im Mot orbet rieb, Segelflugzeuge, Ballone, Fallschirm spr inger, Gleit schirm e und Hängegleit er. 4 .1 M ot or isie r t e Lu ft fa h r ze u ge Diese Luft fahrzeuge zeichnen sich im Allgem einen dadurch aus, unabhängig herrschender Luft bewegungen st eigen und die Flugwege über Grund unabhängig von der Therm ik wählen zu können. 4 .1 .1 Pla t zr un de Die Plat zrunde ist ein st andardisiert es An- und Abflugverfahr en für Flüge nach Sicht flugregeln. Der Geset zgeber hat in NfL I I 37/ 00 die Best im m ungen einer St andardplat zrunde für den Mot orflug beschrieben. Aufgaben und Kr it er ien der Plat zrunde, insbesondere explizit veröffent licht er Plat zrundenführungen, sind folgende:  Gewährleist ung der Sicherheit im Flugplat zverkehr, insbesondere bei St art und Landung, sow ie beim An- und Abflug  St euerung und Opt im ierung des Verkehrsflusses  Flugführungshilfe für den Pilot en im Flugplat zverkehr  Eint eilungshilfe bei der Bedienung des Luft fahrzeuges nach dem St art sowie bei der Vorbereit ung und Durchführung der Landung  Schut z lärm em pfindlicher Gebiet e rund um den Flugplat z 37/ 136 Flugbet r ieb St andardflugplat z Abbildung 4.1: Skizze einer St andardplat zrunde ( Quelle: NfL 1 37/ 00 [ 35] ) Wie in Abbildung 4.1 zu sehen ist , hat die St andardplat zrunde eine recht eckige Form . Sie best eht aus den Plat zrundent eilen Abflug, Querabflug, Gegenanflug, Queranflug und Endanflug. Die Ecken sind dabei sym bolisch abgerundet . ( Die in den Kart en verwendet en Radien sind zum indest für die m eist en Mot orflugzeuge nicht fliegbar, da sie zu klein sind.) St andardm äßig wird die Plat zrunde links herum , also gegen den Uhrzeigersinn, geflogen, dam it der links sit zende Pilot eine bessere Sicht auf den Plat zrundenbet rieb und einen ungest ört en Blick auf die Flugbet riebsflächen hat . Mot orisiert e Luft fahrzeuge st art en eigenst ändig auf einer hierfür zugelassenen St art bahn und st eigen anschließend ent lang der veröffent licht en Plat zrundenführung im Abflug- und Querabflugsekt or auf Plat zrundenhöhe. Diese Höhe wird für den gesam t en Gegenanflug gehalt en. Der Abflug soll für Mot orflugplat zrunden m indest ens 1,5 km lang sein und der Gegenanflug 1,5 km von der Landebahn ent fernt sein. Für Ult raleicht flugzeuge soll der Abflug m indest ens 600 m lang sein und der Abst and des Gegenanfluges zur Landebahn m indest ens 300 m bet ragen. Die Flughöhe im Gegenanflug soll für Mot orflugzeuge m indest ens 800 ft über Grund sein, für Ult raleicht flugzeuge zwischen 600 ft und 800 ft . Sofern eine Plat zrunde für Ult raleicht flugzeuge und eine Plat zrunde für Mot orflugzeuge ineinander verschacht elt am Plat z exist ieren, soll der Höhenabst and im Gegenanflug m indest ens 200 ft bet ragen und der horizont ale Abst and 500 m . Die Plat zrunde soll, sofern m öglich, zw ischen dem Ende des Abflugsekt ors bis zur Mit t e des Gegenanfluges verlassen werden, sofern keine gesondert ausgewiesenen Abflugrout en veröffent licht sind. 38/ 136 Flugbet r ieb St andardflugplat z Der Einflug in die Plat zrunde erfolgt in der Mit t e des Gegenanfluges unt er einem Winkel von 45° auf Plat zrundenhöhe. Mit diesem Verfahren wird sichergest ellt , dass vorflugberecht igt er Verkehr in der Plat zr unde erkannt werden kann. I st der Direkt einflug nicht m öglich, soll durch das Fliegen eines Vollkreises ausreichend Abst and hergest ellt werden. Sofern Luft fahrzeuge im Gegenanflug zu nahe hint ereinander herfliegen, können diese Abst ände durch das Fliegen von Vollkr eisen erhöht werden. An den Gegenanflug schließt sich der Queranflug an. I n diesem wird der Sinkflug eingeleit et und das Flugzeug für die Landung konfigur iert ( Landeklappen ausgefahren, Geschwindigkeit des Endanfluges eingenom m en, …) . Aus dem Queranflug w ird in m indest ens 1,5 km Ent fer nung in den Endanflug eingedreht . Die vorangehende Beschreibung regelt die Plat zrunde, sofern keine weit eren I nform at ionen nach §21a Luft VO veröffent licht sind: „ ( 1) Für die Durchführung des Flugplat zverkehrs können besondere Regelungen durch die Flugsicherungsorganisat ion get roffen werden, wenn Flugplät ze m it Flugverkehrskont rollst elle bet roffen sind. I n allen anderen Fällen werden die Regelungen von der für die Genehm igung des Flugplat zes zust ändigen Luft fahrt behör de des Landes aufgrund einer gut acht lichen St ellungnahm e der Flugsicherungsorganisat ion get roffen. Die Regelungen werden in den Nachricht en für Luft fahrer ( NfL) bekannt gem acht .“ Absat z ( 1) besagt , dass die zust ändige Landesluft fahrt behörde des j eweiligen Flugplat zes für den Sicht flugverkehr besondere Verfahren einführen kann, um einen sicheren und flüssigen Verkehrsverlauf zu gewährleist en. Eine erst e I nform at ionsquelle für Flugplat zverfahren ist das Luft fahrt - handbuch AI P- VFR, in dem alle w icht igen Regelungen eines Flugplat zes beschrieben sind. Alle weit eren I nform at ionen sind der Flugplat z- benut zungsordnung zu ent nehm en, welche in den Nachricht en für Luft fahrer ( NfL) veröffent licht w erden. 39/ 136 Flugbet r ieb St andardflugplat z Eine veröffent licht e Plat zrundenführung exist iert in Deut schland nur an Flugplät zen ohne lär m em pfindliche Flugverkehrskont rolle. Gebiet e geschüt zt Hierm it und sollen t opografische im Allgem einen Besonderheit en berücksicht igt werden. Der Flugverkehr in einer Plat zrunde findet in der Regel im Luft raum G, einem unkont rolliert en Luft raum , st at t . Eine akt ive Überwachung und St euerung des Flugplat zverkehrs durch einen Fluglot sen gibt es nicht . Dabei gibt es weder in nat ionalen, noch in europäischen oder int ernat ionalen Regular ien eine Definit ion, in- w ie- weit eine Plat zrunde, die nach Sicht flugregeln geflogen wird, eingehalt en werden m uss. Es finden sich lediglich allgem eine Form ulierungen wie zum Beispiel „ Die veröffent licht en Flugbet r iebsregelungen sind ent sprechend § 22 Abs. 1 Nr. 1 Luft VO zu beacht en und daher grundsät zlich verbindlich“ ( NfL I I 37/ 2000) [ 35] . Für den unkont rollier t en Sicht flug ist ein verbindlich fest gelegt er Flugweg nicht vorgesehen. Von daher gibt es auch keine weit ere Beschreibung über m ögliche und zulässige Abweichungen vom veröffent licht en Flugw eg. [ 35] 40/ 136 Flugbet r ieb St andardflugplat z 4 .1 .2 Sch u lu n g I m Rahm en der Pilot enausbildung erfolgen viele Trainingseinheit en innerhalb der Plat zrunde. Ziellandung: Bei der Ziellandung soll der Flugschüler das Flugzeug aus einer Höhe von 2000 ft über dem Flugplat z m it einem sim uliert en Triebwerksausfall landen. Der Flugschüler hat den Flugweg so anzupassen, dass der Sinkflug auf der Landebahnschwelle endet . Dafür gibt es neben der Möglichkeit , die Flugleist ung des Luft fahrzeuges durch das Ausfahren der Landeklappen zu verschlecht ern, auch die Möglichkeit , einen längeren oder kürzeren Flugweg zu wählen. Sim uliert er Tr iebwerksausfall in der Plat zrunde: Beim sim uliert en Triebwerksausfall in der Plat zrunde soll der Flugschüler das Luft fahrzeug aus dem Gegenanflug im Gleit flug ohne Hilfe von Mot orleist ung zurück auf die Landebahn fliegen und dort landen. Hierfür m uss der Flugweg gegenüber der St andardplat zrunde abgekürzt werden. 41/ 136 Flugbet r ieb St andardflugplat z 4 .2 Se ge lflu g Nachfolgend w ird der Flugbet r ieb m it Segelflugzeugen vorgest ellt . Zuerst werden t ypische St art verfahren beschrieben - anschließend die Plat zrunden und Anflugverfahren. 4 .2 .1 W in den st ar t Beim Windenst art st art et das Segelflugzeug, indem es von einem Seil, das durch eine Winde, die am Ende der St art fläche st eht und aufgewickelt w ird, gezogen und som it beschleunigt w ird. Hierbei w ird das Flugzeug zuerst horizont al beschleunigt , bis es ausreichend Geschwindigkeit ( gewöhnlich das 1,3- bis 1,6- fache der Minim algeschwindigkeit ) erreicht hat . Danach wird das Flugzeug st ark angest ellt , um bei konst ant er Fluggeschwindigkeit aufgrund des fort laufenden Seilzuges Höhe zu gewinnen. Auf diese Weise können bei 1000 m ausgelegt em Seil über 400 m Höhe erreicht werden. Abschließend wird das Seil ausgekoppelt und es kann während eines Plat zr undenfluges geeignet er Aufw ind zum weit eren St eigen gesucht werden. Falls dieser ausbleibt , w ird w ieder gelandet . Abbildung 4.2: Windenst art ( Quelle: [ 36] ) 42/ 136 Flugbet r ieb St andardflugplat z 4 .2 .2 Flu gzeu gsch le pp Eine weit ere geläufige St art art von Segelflugzeugen ist der sogenannt e Flugzeugschlepp. Hier bei w ird das Segelflugzeug von einem Mot orflugzeug an einem bis zu 60 m langen Seil gezogen und erhält auf diese Weise die nöt ige Energie für ausreichend Geschwindigkeit zum St art en und zum St eigen. Gewöhnlich w ird das Flugzeugschleppverfahren so lange angewandt , bis ausreichend Höhe und ein bekannt es Gebiet m it zuver lässigen Aufwinden erreicht ist . Dann koppelt das Segelflugzeug das Schleppseil aus und beide Flugzeuge set zen den Flug unabhängig voneinander fort . Den Flugzeugschleppverband, best ehend aus dem Segelflugzeug und dem Mot orflugzeug, zeichnet eine verhält nism äßig lange St art st recke, eine geringe St eigrat e, eine zum eist vergleichsweise niedr ige Fluggeschwindigkeit und eine ger inge Wendigkeit aus. I n der flugbet r ieblichen Praxis sind dies konkret Kurvenradien über 1000 m und St eiggradient en von unt er 4% . Wegen der geringeren erzielbaren St eigrat e m üssen bekannt e Abwindgebiet e, beispielsweise windabgewandt e Berghänge, verm ieden werden. Abbildung 4.3: Flugzeugschlepp ( Quelle: Wikipedia) 43/ 136 Flugbet r ieb St andardflugplat z 4 .2 .3 Pla t zr un de Ähnlich dem Mot orflug exist iert auch beim Segelflugbet r ieb eine Plat zrunde. Die vollst ändige Plat zrunde, wie in Abbildung 4.4 dargest ellt , wird nur von Segelflugzeugen geflogen, die zuvor m it der Winde gest art et worden sind. Diese ist dadurch geprägt , dass Segelflugzeuge über keinen eigenen Ant rieb verfügen. Daher wird direkt nach dem Ausklinken des Windenseils sofort in den Querabflug gekurvt . I m Querabflug und im Gegenanflug w ird dann der Flugweg auf der Suche nach nut zbaren Aufwinden var iiert . I n dieser Zeit kann beispielsweise um 150 m bis 200 m gesunken werden, bis schließlich querab der Landebahn in einer Höhe von 200 m über dem Plat z die sogenannt e Posit ion Segelflugzeugen zurückkehren. erreicht angeflogen, Von hier aus wird. die wird von Dieser einem nach Punkt wird Über landflug einem auch von zum Plat z St andardverfahren die Landebahn angeflogen. Dabei findet eine Variat ion der Flugwege abhängig von den Flugeigenschaft en, der Sinkrat e, m öglicher Auf- und Abwinde, der Windr icht ung und weit eren Fakt oren st at t . Abbildung 4.4: Übersicht Plat zrunde Segelflug ( Quelle: [ 37] ) 44/ 136 Flugbet r ieb St andardflugplat z Abbildung 4.5: Plat zrunde ( Quelle: Hom epage Fliegergruppe Welzheim e.V.) 4 .2 .4 Übun gsr a u m Segelflugschüler m üssen im Rahm en ihrer Ausbildung auf ihren erst en Alleinflügen in Sicht weit e ihres Fluglehrers nachweisen, dass sie sicher selbst st ändig Aufw inde finden und diese nut zen können, gewöhnlich durch den Flug auf Kreisbahnen innerhalb dieser Aufwinde. Das Gebiet , das hierfür genut zt wird, w ird als Übungsraum bezeichnet und ist ein bekannt es, flugplat znahes Gebiet m it zuverlässigen Aufwinden. Die Flugschüler fliegen diesen in ausreichender Höhe nach dem St art m it t els Seilw inde an oder werden per Flugzeugschleppverfahren dort hin gebracht . Ein weit eres Krit er ium ist , dass aus dem Übungsraum j ederzeit eine sichere Rückkehr zum Plat z m öglich ist . So verändern sich nut zbare Gebiet e abhängig von der Windr icht ung. 45/ 136 Flugbet r ieb St andardflugplat z Abbildung 4.6: Übungsraum ( Quelle: [ 36] ) 4 .3 Ba llon e Ballone nut zen Flugplät ze und ihre I nfrast r ukt ur häufig als St art fläche. Nach dem Abheben t reiben sie m it dem vorherrschenden Wind m it . Sie können zum eist vergleichsweise gut e St eiggradient en erreichen. Ballone werden aufgrund heißer Luft in der Hülle, die som it eine geringere Dicht e als die um gebende Luft aufweist , vom Boden weggehoben und t reiben m it dem Wind. Die Hülle ist sehr weich, sodass schon leicht e Turbulenzen und Windscherungen eine Deform at ion der Hülle zur Folge haben. Dies wiederum geht m it einem unkont rollierbaren Verlust an Auft rieb der Hülle einher, woraufhin der Ballon unweiger lich schnell und unkont rolliert an Höhe verliert . Der Fahrer hat lediglich die Möglichkeit , sehr t räge m it Nachheizen auf St örungen zu reagier en. Wegen ihrer Größe sind Heißluft ballone sehr gut für andere Verkehrst eilnehm er zu sehen. Sie verlangen j edoch ein Um fliegen m it sicherem Abst and, sofern sie vom Wind durch die Plat zrunde get ragen werden. Som it m uss von den veröffent licht en Anflugverfahren abgewichen werden. 46/ 136 Flugbet r ieb St andardflugplat z 4 .4 Fa llsch ir m spr u n gbe t r ie b Flugplät ze m it Fallschirm sprungbet r ieb verfügen über eine zusät zliche Landefläche für Fallschirm spr inger gewöhnlich in Nähe der St art - und Landebahn, allerdings auf der zur Plat zrunde abgewandt en Seit e. Der Abst and soll m indest ens 500 m bet ragen. Auf dieser Seit e werden sie auch von ihren Abset zflugzeugen abgeset zt ( die Flugwege der Abset zflugzeuge ent sprechen den Verfahren für Mot orflugzeuge) . Da Fallschirm springer auch nach Öffnung des Schirm es st eil sinken, sind sie - sofern sie sich auf Kollisionskurs m it Flugzeugen befinden - für die Flugzeugpilot en nur sehr spät zu ent decken. Daher m uss eine räum liche Trennung der m öglichen Flugbahnen gegeben sein. 4 .5 Gle it sch ir m e Gleit schirm e operier en, sofern nicht m ot orisiert , von zusät zlichen St art flächen auf t opografischen Erhebungen in Plat znähe oder werden von einer Winde hochgezogen. Anflüge zum Plat z erfolgen von der Seit e, die abgewandt zur Plat zr unde ist . Aufgrund ihrer geringen Fluggeschwindigkeit st ellen sie ort sfest e Hindernisse für Luft fahrzeuge dar und m üssen um flogen werden. Eine räum liche Trennung der Flugbahnen m uss gegeben sein. Sofern Gleit schir m e m ot orisiert sind, operieren sie w ie Flugzeuge von der St art - und Landebahn Fluggeschwindigkeit des können Flugplat zes. sie sich Wegen nicht in die ihrer sehr geringen Ult raleicht plat zrunde einordnen. Daher ist es sinnvoll, eine eigene Plat zrunde auf der Seit e, abgewandt zu den anderen Plat zrunden, zu haben. Der Schirm ist enorm anfällig für Turbulenzen. I m Flug dr oht j e nach Fluggeschwindigkeit ein Zusam m enklappen oder sogar ein Verdrehen des Schirm es als Reakt ion auf Böen oder Turbulenzen. Dam it ist eine unkont rollierbare Fluglage verbunden, was m öglicherweise einen Abst urz zur Folge hat . 47/ 136 Flugbet r ieb St andardflugplat z 4 .6 H ä n ge gle it e r Hängegleit er nut zen best ehende Flugplät ze zum Teil ähnlich w ie Gleit schirm e, um auf diesen zu landen. Hängegleit er können von einem Flugplat z analog zu Segelflugzeugen m it t els Windenschlepp und auch m it t els Schlepp von langsam fliegenden m ot orisiert en Ult raleicht flugzeugen st art en. Hängegleit er werden durch die Verlagerung ihres Schwerpunkt es gest euert . Dies ist eine sehr vorausschauende Fluggeschwindigkeit indirekt e Flugplanung von St euerungsm et hode. not wendig. Hängegleit er n Hinzu deut lich Sie m acht kom m t , höher als eine dass die die von Gleit schirm en ist , so dass sie großräum igere Flächen für St art und Landung benöt igen. Bei Turbulenzen und Böen droht ein unkont rolliert es Überschlagen im Flug. 4 .7 Ein flü sse im Flu gbe t r ie b Nachfolgend werden Einflüsse einer best im m t en Bet r iebsart auf andere Teilnehm er des Flugplat zbet riebes beschrieben Ballone Ballone werden langsam durch die Luft st röm ung get rieben. I hre Fahrst recke ist lediglich durch eine Veränderung der Höhe änderbar. Sofern ihre Posit ion die Plat zrunde ander er Verkehrst eilnehm er t angiert , m üssen diese, sofern m öglich, die Plat zrunde anpassen oder abwart en bis der Ballon das Gebiet der Plat zrunde ver lassen hat . Gleit schirm e und Hängegleit er Bis auf Ballone m üssen alle anderen Verkehrst eilnehm er Rücksicht auf Gleit schirm e und Hängegleit er nehm en, da diese schlecht ere Flugleist ungen und geringeren Geschwindigkeit en aufw eisen als die anderen Verkehrst eilnehm er. Dies hat zur Folge, dass die Plat zrundenführung unt er Um st änden verlassen werden m uss, um auszuweichen. 48/ 136 Flugbet r ieb St andardflugplat z Fallschirm sprungbet r ieb Fallschirm spr inger sind für andere Verkehrst eilnehm er aufgrund ihrer vornehm lich vert ikalen Flugbewegung nur spät zu erkennen. Wegen ihrer st eilen Sinkflüge und geringen Geschw indigkeit haben sie Vorflugrecht vor allen anderen Verkehrst eilnehm ern, die ent sprechend ausweichen m üssen. Segelflug Wegen des fehlenden eigenen Ant riebes sind Segelflugzeuge gegenüber Mot orflugzeugen vorflugberecht igt . Mot orflugzeuge m üssen ent sprechend ausweichen. Flugzeugschleppverbände bewegen sich langsam und t räge durch die Plat zrunde und m üssen um flogen werden. 49/ 136 St röm ungsfeld Windenergieanlagen 5 . St r öm ungsfe ld W inde ne r gie a nla ge n In den nachfolgenden Windenergieanlagen Unt erkapit eln auf das Windfeld werden m it die Dat en Auswirkungen aus von einschlägigen Veröffent lichungen dargest ellt . Anschließend w ird der Nachlauf hinsicht lich der zu erwart enden Auswirkungen auf ein Luft fahrzeug unt ersucht . 5 .1 Typisch e s W in df e ld Windenergieanlagen wandeln Energie, die als St röm ungsenergie im nat ürlichen Wind gespeichert ist , in elekt r ische Energie um . Hierfür ent ziehen sie dem Wind Energie, indem sie die St röm ungsgeschwindigkeit reduzieren. Dies erfolgt j edoch nicht gleichm äßig über die Rot orebene, sondern es handelt sich um ein vielschicht iges Zusam m enspiel von verschiedenen Effekt en: der St röm ungsgeschwindigkeit des Windes, der Kreisgeschwindigkeit des Rot orblat t es, der Drehricht ung des Rot ors, der Ausform ung der Bodengrenzschicht und des Blat t r andw irbels, um nur einige zu nennen. Zum Einst ieg soll die Abbildung 5.1 auf nachfolgender Seit e vorgest ellt werden. Das Nachlauffeld w ird hierbei für verschiedene Windenergieanlagen dargest ellt . I m rot en dargest ellt en Volum en ist die St röm ungsgeschwindigkeit auf 40 % der Anst röm geschwindigkeit reduziert . Man erkennt , dass dies neben kleinen Fet zen direkt am Blat t vor allem für einen Bereich in et wa in Form eines Hohlzylinders m it et wa Rot ordurchm esser und einer Länge von sechs Rot ordurchm essern Luft st röm ung fällt in der der Fall ist . Rot orm it t e Die nicht Energieent nahm e so groß aus, aus der da die Drehgeschwindigkeit des Rot ors hier zu gering ist , und der Luft som it nicht effekt iv Energie ent zogen werden kann. 50/ 136 St röm ungsfeld Windenergieanlagen Abbildung 5.1: Geschwindigkeit sredukt ion im Nachlauf auf 40 % ( Quelle: [ 38] ) Abbildung 5.2 zeigt , dass die Um - und Durchst röm ung einer Windenergieanlage keinesfalls ein gleichm äßiger linearer Vorgang, sondern ein - abhängig von der Windenergieanlage, dem Terrain und der Windgeschwindigkeit - hochkom plexer Vorgang ist . I m obigen Fall ist die Windgeschwindigkeit deut lich ger inger als im unt eren Fall. Bei der geringeren Geschwindigkeit t ret en j edoch die deut lich st ärkeren Nachlaufeffekt e auf. Abbildung 5.2: Um st röm ung Windenergieanlage in Abhängigkeit von der Windgeschwindigkeit ( Quelle: [ 39] ) 51/ 136 St röm ungsfeld Windenergieanlagen I m Diagram m 5.1 ist die Redukt ion der St röm ungsgeschwindigkeit der Luft auf der Abwindseit e gegenüber der freien Anst röm ung ent lang der Rot orachse über den Abst and zum Rot or abgebildet . Dies ist für zwei unt erschiedliche Belast ungen ( cT) des Rot ors dargest ellt . Ein größeres cTWert st eht dabei für eine hohe Windausbeut e. Diagram m 5.1: Nachlaufverzögerung ( Quelle: [ 39] ) Wie das Diagram m 5.1 zu lesen ist , soll m it Hilfe deseingezeichnet en Kreuzes exem plar isch beschrieben werden. Das Kreuz befindet sich über der 4 der x- Achse. Som it befindet sich der Ort auf der Rot orachse im Nachlauf der Windenergieanlage in vier Rot ordurchm esser Abst and. An der y- Achse ist zu dem Kreuz et wa Geschwindigkeit eine 0,7 an diesem abzulesen. Ort um Hieraus 70 % ergibt gegenüber sich, dass die der Anst röm ung verzögert ist und som it nur 30 % der Anst röm ungsgeschwindigkeit bet rägt . [ 39] Für die höhere Rot orbelast ung und som it den kr it ischen Fall bet rägt die St röm ungsgeschwindigkeit in einem Abst and von zwei Rot ordurchm essern hiernach 25 % der Geschwindigkeit der Anst röm ung und st eigt bis 10 Rot ordurchm esser Abst and wieder auf 70 % an. 52/ 136 St röm ungsfeld Windenergieanlagen Als Ergänzung hierzu sind Diagram m 5.2 und Diagram m 5.3 auf den folgenden Seit en einer weit eren Unt ersuchung anzusehen. I m Diagram m 5.2 auf der nächst en Seit e st ellt die x- Achse die vorhandene St röm ungsgeschwindigkeit im Verhält nis zur Anst röm ung dar. Die y- Achse st ellt den Abst and von der Rot orachse in Verhält nis zum Durchm esser dar. Die eingezeichnet en Kurven repräsent ieren som it die Windgeschwindigkeit svert eilung im Nachlauf in einer best im m t en Ent fernung zum Rot or. Am Beispiel des eingezeichnet en Kreuzes bedeut et dies: Das Kreuz liegt auf der Kurve, die die Windgeschwindigkeit svert eilung in sechs Rot ordurchm essern Abst and zur Windenergieanlage darst ellt . An der x- Achse kann abgelesen werden, dass die Geschwindigkeit 50 % der Geschwindigkeit der Anst röm ung ent spricht . An der y- Achse erkennt m an, dass dieser Ort in einem Abst and von 30 % zur Rot orachse liegt . Es wir d von radialer Sym m et rie ausgegangen. 53/ 136 St röm ungsfeld Windenergieanlagen Diagram m 5.2: Geschwindigkeit svert eilung hint er einer Windenergieanlage ( Quelle: [ 39] ) 54/ 136 St röm ungsfeld Windenergieanlagen Das Diagram m 5.2 wurde in nachfolgender Abbildung t eilweise visualisiert . Die St röm ungsgeschwindigkeit der Abst röm ung ist im Schnit t für drei unt erschiedliche Abst ände zum Rot or aufget ragen. Abbildung 5.3: Geschwindigkeit svert eilung in der Abst r öm ung, Visualisierung auf Basis der Dat en von Diagram m 5.2 55/ 136 St röm ungsfeld Windenergieanlagen Diagram m 5.3: Turbulenzvert eilung über einen vert ikalen Schnit t im Nachlauf einer Windenergieanlage ( Quelle: [ 39] ) I m Diagram m 5.3 ist der Turbulenzgrad wiederum in fest en Ent fernungen zur Rot orebene ent lang verschiedener Durchm esser dargest ellt . Es wird ein Turbulenzgrad von 20% erreicht . Anhand des eingezeichnet en Kreuzes soll erklärt werden, w ie das Diagram m 5.3 zu int erpret ieren ist . Der Turbulenzgrad bet rägt 18 % ( siehe x- Achse) an diesem Kurvenpunkt . Das heißt durchschnit t lich weicht die St röm ungsgeschwindigkeit um 18% von der durchschnit t lichen St röm ungsgeschwindigkeit ab. An der y- Achse ist zu erkennen, dass dieser Ort et wa einen halben Rot ordurchm esser oberhalb der Rot orachse liegt und am I ndex liest m an ab, dass sich der Ort 2,5 Rot ordurchm esser im Nachlauf des Rot ors befindet . 56/ 136 St röm ungsfeld Windenergieanlagen Abbildung 5.4: Blat t spit zenwirbel ( Quelle: [ 39] ) Ein weit erer w icht iger St röm ungseffekt , der aus den vorangegangenen Diagram m en nicht ersicht lich geworden ist , ist die Um st röm ung der Blat t spit ze und die dam it verbundene Wir belbildung. Von j eder Blat t spit ze schwim m t ein ent sprechender Wirbel ent lang einer Spirale aufgrund der Überlagerung von Blat t bewegung und der Windst röm ung ab. Beispiele hierfür sind nachfolgend gegeben. Zu erkennen ist , dass der Blat t spit zenwir bel die bereit s beschriebene Fangst rom röhre in et wa einschließt . Dabei ar beit en diese Wirbel aufgrund ihrer räum lichen Lage zueinander j edoch gegeneinander, sodass diese Wirbel nach einer Dist anz von et wa vier Rot ordurchm essern aufgrund von Dissipat ion ihre Schärfe verlieren. Nicht sdest ot rot z wird die vorhandene t urbulent e Energie erst verzögert über die Wirbelgrößenkaskade ( Kolm ogorov) abgebaut . 57/ 136 St röm ungsfeld Windenergieanlagen 5 .2 Lit e r a t u r ü be r sich t I m nachfolgenden Kapit el sollen einschlägige St udien zum Them a Einfluss des Nachlaufes von Windenergieanlagen auf Luft fahr zeuge vorgest ellt werden. 5 .2 .1 Böe n be la st un g von UL- Flu gzeu gen du rch de n t u r bu le n t e n N a ch la u f von W in de n e r gie an la ge n , Fra u nh ofer - I nst it u t fü r W in den e r gie un d En e r giesyst e m t e chn ik , Olde n bur g, 2 0 1 4 I n der Nähe des Flugplat zes für Ult raleicht flugzeuge Linich- Boslar soll ein Windpark err icht et werden. Das Fraunhofer- I nst it ut für Windenergie und Energiesyst em t echnik hat insgesam t dr ei Gut acht en erst ellt , die die Auswirkung auf die Flugsicherheit des Nachlaufes der Windenergieanlagen auf den Luft verkehr am genannt en Flugplat z darst ellen sollen. Dabei erset zt das zweit e Gut acht en von 2014 das ält ere Gut acht en aus dem Jahr 2012. Der neuest e Text aus dem Jahr 2015 soll eine Ergänzung darst ellen. I n diesem Kapit el w ird ausschließlich auf das Gut acht en aus dem Jahr 2014 referenzier t ( die Seit enzahlen beziehen sich hierauf) . [ 40] Die Windenergieanlage wird für diese Unt ersuchung m it t els des Wirkscheibenm odells ( Seit e 4) sim uliert . Som it können krit ische kom plexe, zeit lich unst et ige Effekt e im Nachlaufw irbelfeld nicht beschr ieben werden. Die Eingangsparam et er für die Wir kscheibe sind die Schub- und Leist ungskoeffizient en bekannt er und verm essener offensicht lich die I m pulst heor ie dem Windenergieanlagen. Da Wirkscheibenm odell zugrunde liegt ( veröffent licht von Rankine 1865 und Fr oude 1885) , werden weder Drall, Verlust e, Turbulenzen noch Blat t spit zenwirbel berücksicht igt . Weshalb nicht zum indest akt uellere Ansät ze, insbesondere zur radialen Rot orblat t belast ung, beispielsweise von Prandt l, Goldst ein oder Adkin verwendet worden sind, obwohl diese eine St andardim plem ent ierung in Program m en zur num erischen St röm ungssim ulat ion sind, bleibt unklar. St at t dessen wird die Annahm e get roffen, die Rot orkräft e „ gleichm äßig“ ( Seit e 5) über die Zellen der Wirkscheibe zu vert eilen, anst at t die not wendige Gew icht ung in Abhängigkeit des radialen Ort es durchzuführen. Wie aus Diagram m 5.4 hervorgeht , st eigen die Kräft e zwischen dem Rot orblat t und der um gebenden Luft von der 58/ 136 St röm ungsfeld Windenergieanlagen Welle ausgehend nach außen bis ca. 80 % des Radius an, um danach st eil in Richt ung der Blat t spit ze abzufallen. Das verwendet e Modell m it gleichm äßiger Last vert eilung ent spr icht also nicht der Realit ät . [ 41] [ 42] Diagram m 5.4: Radiale Last v ert eilung eines r ealen Rot orblat t es ( Quelle: [ 41] ) Die Erm it t lung der m axim al zu berücksicht igenden Böengeschwindigkeit ist auf Seit e 6 beschrieben: „ Bei der hier gewählt en Rechenm et hode ist let zt ere ebenfalls nur im zeit lichen Mit t el zugänglich, und auch nur als skalare Größe. Richt ung und Frequenz der Flukt uat ion um den Mit t elwert sind dem nach nicht aus den Sim ulat ionsergebnissen ext rahierbar.“ Die berücksicht igt e Böengeschwindigkeit ergibt sich aus der Verzögerung des Nachlaufes und der zuvor beschr iebenen, zeit lich gem it t elt en m it t leren Abweichung der Nachlaufgeschwindigkeit von der Nachlaufgeschwindigkeit ( Flukt uat ion) . Hierbei Durchschnit t swert . handelt Dieser wird es sich j edoch j edoch um m indest ens in einen zeit lichen 32 % der Zeit überschrit t en, sofern m an eine Norm alvert eilung zugrunde legt . Für eine sichere Abwägung hät t e m an den Turbulenzant eil vervierfachen m üssen, dam it diese Böengeschwindigkeit nur in 1/ 15 000 der Zeit überschrit t en w ird. [ 43] 59/ 136 St röm ungsfeld Windenergieanlagen Auf Seit e 7 w ird ein Auft riebsanst ieg von 6,369 angegeben. Dieser Wert überst eigt den in der t heoret ischen Aerodynam ik m axim alen Wert von 2Π ( = 6,283) . Für reale Flügelprofile fällt dieser Wert gewöhnlich kleiner aus. [ 44] Auf Seit e 7 w ird für Form el 12 von einem Anst ellw inkel kleiner 10° für den linearen Bereich ausgegangen und m it Form el 13 wird die Kleinw inkelnäherung eingeführt . Auf der folgenden Seit e 8 st eht dann: „ Eine Überschreit ung des Bereichs ( 13) ist wegen UBöe< < V nicht zu erwart en.“ Anst ellw inkeländerung ∆α Böengeschwindigkeit u Böe Fluggeschwindigkeit v Abbildung 5.5: Anst ellwinkeländerung durch v er t ikale Böe Allerdings w ird spät er m it 6 m / s vert ikaler Böengeschwindigkeit bei 24 m / sec Fluggeschwindigkeit gerechnet . Dies ergibt eine Anst ellw inkeländerung von 14° . Som it w ird der Bereich nach Form el 13 ver lassen. Unberücksicht igt bleibt , dass ein Flugzeug dieser Bauart in der Plat zrunde m it ca. 5° Anst ellw inkel fliegt . Zusam m en m it den 14° Anst ellw inkeländerung ergibt dies einen Anst ellw inkel von 19° und som it höchst wahrscheinlich einen St röm ungsabriss. Ein St röm ungsabriss in Plat zrundenhöhe ist gefährlich. Eine ebenfalls m ögliche horizont ale Böe bleibt ebenfalls unberücksicht igt . Gründe hierfür sind nicht angegeben. Die Änderung des St audruckes aufgrund einer Böe wird in diesem Gut acht en j edoch nicht berücksicht igt , obwohl dies j e nach Richt ung eine Vergrößerung der Kräft e von m ehr als 70 % zur Folge haben kann. Alt ernat iv kann eine Böe von 6 m / s ( wie in dem Gut acht en angenom m en) bei einer Fluggeschwindigkeit von 24 m / s zu einer Verzögerung der Anst röm geschwindigkeit von 18 m / s ( = ( 24- 6) m / s) führen. Dies ist w iederum in et wa die Geschw indigkeit für den St röm ungsabriss. 60/ 136 St röm ungsfeld Windenergieanlagen Nach Seit e 8, Form el 15 w ird als Prüfkr it erium die Design Dive Speed von 46 m / s angenom m en. Dies ist im Flugbet r ieb unzulässig. Turbulent e Luft darf m axim al m it dem Ende des grünen Bogens ( Design Cruise Speed) von 34 m / s durchflogen werden. Sollt e die angezeigt e Geschwindigkeit diesen Wert in t urbulent er Luft überschrit t en haben, ist zw ingend eine Überprüfung der Flugzeugst rukt ur not wendig. Die zulässige Höchst geschwindigkeit , die in einem Flug in ruhiger ( ! ) Luft erreicht werden darf, ist das Ende des gelben Bogens bei 41,6 m / s. Der Bereich bis 46 m / s ist eine let zt e st rukt urelle Reserve, bevor ein kat ast rophales St rukt urversagen eint ret en darf. Nach einem Überschreit en von 41,6 m / s ist eine Überprüfung der St rukt ur not wendig. Bleibende Verform ungen sind m öglich. Die auf Seit e 11 ff vorgest ellt en Geschwindigkeit sprofile sind vornehm lich horizont ale, zeit lich gem it t elt e Windgeschwindigkeit en und Turbulenzant eile. Es bleibt unklar, w ie sich aus diesen I nform at ionen vert ikale Böen best im m en lassen. Auffällig ist außerdem die Sym m et rie. Zu erwart en gewesen wären Unt erschiede zwischen auf- und abschlagendem Blat t und ein hieraus result ierender Drall. Dies lässt sich auch m it dem Wir kscheibenm odell sim ulieren. Das ist unt erblieben ( w ie zu Beginn des Kapit els schon erklär t ) . Som it bleiben eben diese als krit isch zu bet racht enden asym m et rischen Effekt e unberücksicht igt . Nachfolgend ist das auf Seit e 13 des Gut acht ens abgebildet e Diagram m für auft ret ende Beschleunigungen w iedergegeben. Modifiziert wurde es durch die eingezeichnet en Grenzen für m oderat e und schwere Turbulenzen ( siehe Kapit el 2.6) . 61/ 136 St röm ungsfeld Windenergieanlagen schwere Turbulenz m oderat e Turbulenz Diagram m 5.5: Maxim ale Turbulenzbelast ung beim Durchfliegen eines Windenergieanlagennachlaufs ( Quelle: [ 40] ) Nach Berechnungen Fünffachen des in diesem Gut acht en Rot ordurchm essers der sind som it Kat egorie Böen bis zum „ schwer“ , bis zum 15- Fachen des Rot ordurchm essers der „ m oderat en“ Kat egorie zu erwart en. Ent gegen anderer Aussagen im Bericht ist ein negat iver Auft r ieb aufgrund des in erst er Näherung linearen Verhalt ens vom Auft rieb an einer Tragfläche bis fünf Rot ordurchm esser m öglich. Der Durchflug von m oderat en Turbulenzen verpflicht et zum Durchst art en ( sofern in der Anflugvorbereit ung nicht explizit berücksicht igt ) und einem Pilot enbericht . Auf Seit e 16 w ird der relevant e Nachlaufbereich m it dem 20- Fachen des Rot ordurchm essers angegeben. Von einem Flug durch diesen Bereich bei m ehr als 20 kt Wind wird abgerat en. Das unt ersucht e UL darf gewöhnlich auch bei höheren Windgeschwindigkeit en bet rieben werden. Der abschließende Vorschlag, den Nachlauf von Windenergieanlagen bei St art und Landung zu unt erfliegen, ist unpr akt ikabel und aus Gründen der Hindernisfreiheit gefährlich. 62/ 136 St röm ungsfeld Windenergieanlagen 5 .2 .2 Flu ge m pfeh lun gen fü r den UL- Son der la n de pla t z Bosla r , Fr a unh ofer - I nst it u t fü r W in de n er gie un d En er gie syst e m t e chn ik , Olde n bur g, 2 0 1 5 Das Fraunhofer- I nst it ut für Windenergie und Energiesyst em t echnik hat als Ergänzung zu den Gut acht en aus dem Jahr 2012 und 2014 im Jahr 2015 ein weit eres erst ellt , m it dem Ziel spezielle Flugem pfehlungen für den ULSonderlandeplat z Linnich- Boslar zu geben Überraschend wird im gesam t en Text ausführlich auf das Gut acht en im Jahr 2012 referenziert , obwohl dieses zurückgenom m en und durch das Gut acht en im Jahr 2014 erset zt worden ist . So hieß es 2014: „ Sie [ die St udie aus dem Jahr 2014] ent spricht dem akt uellen St and der Forschung und erset zt die frühere St udie. [ …] Die hier get roffenen Aussagen st ehen t eilweise im Gegensat z der Aussagen aus der im Jahr 2012 ebenfalls vom Fraunhofer I WES angefert igt en St udie [ aus dem Jahr 2012] zum Them a. Dieses liegt zum einen an einer Verbesserung der verwendet en Met hoden der num erischen St röm ungsberechnung und zum anderen an der hier präferiert en, allgem eineren Herangehensweise. [ …] Die hier präsent iert en Ergebnisse und Schlussfolgerungen erset zen dem nach die [ 2012] get ät igt en Aussagen.“ [ 40] Das Gut acht en aus dem Jahr 2014 ist bereit s im Kapit el 5.2.1 auf Plausibilit ät unt ersucht worden, sodass Aussagen, die hieraus übernom m en worden sind, nachfolgend nicht weit er berücksicht igt und überprüft werden. 63/ 136 St röm ungsfeld Windenergieanlagen I m Gut acht en des Jahres 2015 w ir d die ver öffent licht e An- und Abflugst recke ( rot ) hinsicht lich der Auswirkungen der Nachlauft urbulenzen auf ein Luft fahrzeug unt ersucht , obwohl in der Planung der An- und Abflugst recken bereit s der übliche 10° - Toleranzbereich erm it t elt worden ist ( siehe nachfolgende Grafik, blau) . Zweckm äßig w äre daher eine Unt ersuchung des südlichen Randes des eingezeichnet en Toleranzbereiches gewesen, da dies den kr it ischen Fall dar st ellt . unt ersucht er Fall eigent licher Toleranzbereich ( hinzugefügt ) kr it ischer Fall Abbildung 5.6: Planung Luft verk ehr Linnich- Boslar ( Quelle: [ 45] ) Die Planung der Ult raleicht verbands Toleranzbereiche erfolgt . ist Unklar nach ist , Vorgaben weshalb des die deut schen bekannt en Toleranzerweit erungen nach I CAO- Vorgaben aufgrund der flugt echnischen Toleranz ( verspät et es Einkurven) und der Windabdr ift unberücksicht igt bleiben. Außerdem ist ohne spezielle Führung nach einer Kurve m it einer Aufweit ung der Toler anzzone von 15° zu rechnen [ 27] , sodass sich in et wa die grünen Toleranzbereiche ergeben. Nachfolgend wird vorgest ellt , dass Windricht ungen aus allen Him m elsricht ungen unt ersucht werden. Sinnvoller wäre es gewesen, m it geringeren Winkelabst änden aufgelöst , insbesondere Sit uat ionen zwischen Nordost und Südwest zu unt ersuchen. Aus der CFD- Unt ersuchung im Jahr 2014 ist bekannt , dass auf der Anst röm ungsseit e einer Windkraft anlage kaum 64/ 136 St röm ungsfeld Windenergieanlagen St örungen zu erwart en sind, sondern vor allem im Nachlauf. Der auf den erst en Blick kr it ischst e Fall, Wind aus 165° , w ird so nicht als Einzelfall unt ersucht . „ Dazu wird der I nt erpolat ionsfakt or γ für verschiedene als 10Minut en- Mit t elwert e in 10 m Höhe gem essene Windgeschwindigkeit en aus Tabelle 2 in St udie [ 2] [ St udie aus dem Jahr 2014] ent nom m en.“ [ 45] Der krit ische Fall ist weit erhin eine Böe und nicht der Durchschnit t swert . Som it werden die Auswir kungen des Nachlaufes unt erschät zt . „ Bei Windgeschwindigkeit en von m ehr als 8 m / s in 10 m Höhe st art et im Allgem einen kein UL- Flieger, solche Bedingungen wurden also nicht unt ersucht .“ [ 45] Unklar bleibt , weshalb Windgeschwindigkeit en > 8 m / s ( 15 kt ) in 10 m Höhe unberücksicht igt bleiben. Ult raleicht flugzeuge ( auch eine C22) können auch bei höheren Windgeschwindigkeit en fliegen, st art en und landen. Der krit ische Fall ist wahrscheinlich der Punkt der m axim alen Leist ung ( siehe Diagram m 3.1) der Windkraft anlage. Die nachfolgend get roffene Annahm e, dass während des An- und Abfluges keine negat ive Beschleunigung auft ret en soll, ist durchaus sehr sinnvoll, da Ult raleicht flugzeuge m it ausgefahrenen Landeklappen keine negat iven Beschleunigungen aufgrund von St rukt urschäden erfahren dürfen. Außerdem ist ein derart iges Durchsacken in so niedr iger Höhe als gefähr lich anzusehen. „ Häufig spielt der negat ive Bereich des Diagram m s bei Akrobat ikflügen [ Anm erkung: Aerobat ikflügen] eine Rolle, et wa beim Flug über Kopf. Dann sorgt die Flügelunt erseit e für den benöt igt en Auft rieb.“ [ 45] Fachlich r icht ig ent st ehen Auft riebskräft e am Tragflügel aufgrund des Differenzdruckes zw ischen Tragflächenober- und - unt erseit e. Kunst flug ist m it Ult raleicht flugzeugen in Deut schland verbot en, sodass dies ein nicht zu berücksicht igendes Belast ungsereignis ist . 65/ 136 St röm ungsfeld Windenergieanlagen Eine „ von oben einwirkende Böe“ [ 45] reduziert viel m ehr den Anst ellw inkel unt er Um st änden so weit , dass die Tragfläche Abt r ieb erzeugt . Eine „ Vorzeichenum kehr“ dagegen ist ein unst et iger Vorgang, bekannt aus der Mat hem at ik oder I nform at ik. „ Sog“ ist definit iv das falsche Wort hierfür , da es vielm ehr einen Relat ivdruck beschreibt . „ Tat sächlich kann der unerwünscht e Effekt im Norm alfall in der Praxis durch ein Gegenst euern des Pilot en verringert oder verm ieden werden. Dabei wird einerseit s der effekt ive Wert des Auft riebskoeffizient en cA verändert , und dam it die St eigung der Böenlinie im V- n- Diagram m , und andererseit s der Anst ellwinkel der Böenwirkung angepasst .“ [ 45] Der Pilot hat keinen Einfluss auf die beschriebenen Flugbereichsgrenzen. Der Pilot hat keinen direkt en Einfluss auf den Auft r ieb, da über die Flugst euerung nur Mom ent e um den Schwerpunkt aufgebracht werden können. So kann best enfalls die Längsneigung verändert werden und som it der Auft rieb angepasst werden. Die St eigung der Böenlinie ist eine Funkt ion der Flugzeugm asse m , des Tragflächeninhalt es S, Anst ellw inkeländerung der � � Auft r iebsänderung in Abhängigkeit der und der Erdbeschleunigung g. [ 46] Δ =�⋅�⋅ � � ⋅ 1 ⋅g ( 5.1) Som it hat der Pilot ent gegen des Zit at es keinen Einfluss auf die St eigung der Böenlinie und keinen direkt en Einfluss auf den Auft rieb der Tragfläche. „ Hier und in den vorangegangenen St udien [ 1, 2] werden Auft riebskoeffizient und der böenkorrigiert e Anst ellwinkel als konst ant angenom m en, eine Veränderung der Flugeigenschaft en durch Manöver werden also nicht berücksicht igt .“ [ 45] Dies wäre aber not wendig, da beispielsweise durch einen Kurvenflug die Geschwindigkeit des St röm ungsabrisses durch die zusät zliche Kurven- beschleunigung signifikant st eigt . 66/ 136 St röm ungsfeld Windenergieanlagen Nachfolgendes Zit at fasst die Grenzen des Gut acht ens zusam m en: „ Die Berechnung des realist ischen Flugzeugverhalt ens im Windfeld des Windparks j enseit s der Unt ersuchung der Grenzen des V- n- Diagram m s bedürft e einer det ailliert en Flugsim ulat ion, also der Lösung der ent sprechenden Bewegungsgleichungen ( vgl. [ 3, 4] ) für ein num erisches Flugzeugm odell. Dieses überst eigt den Rahm en dieser und der bisherigen vom I WES durchgeführt en Unt ersuchungen. [ …] Eine realist ische Sim ulat ion der Flugzeugdynam ik in Gegenwart von WEA- Nachläufen st eht allerdings nach wie vor aus und ist nicht Teil der vorliegenden Beurt eilung. [ …] Für ihre weit ergehende Unt ersuchung wären eine det ailliert e Sim ulat ion des Fluges durch das vom Windpark geprägt e Windfeld oder Flugversuche vonnöt en, die den Rahm en dieser Unt ersuchung überst eigen. [ …] Abschließend sei darauf hingewiesen, dass nicht berücksicht igbare [ sic! ] Phänom ene zu zusät zlichen Belast ungen führen können, et wa ungünst ige Wet t erbedingungen.“ [ 45] 67/ 136 St röm ungsfeld Windenergieanlagen 5 .2 .3 “Th e influ en ce of w in d t u r bin e in du ce d t u r bu le n ce on u lt r a ligh t a ir cr a ft ”, a CFD a n a lysis, Von Ka r m a n I nst it ut e for Flu id D yn a m ics Am belgischen Von Karm an I nst it ut e for Fluid Dynam ics sind für eine E822MW- Windenergieanlage m it 82 m Rot ordurchm esser die Auswir kungen des Nachlaufes auf ein Ult raleicht flugzeug unt ersucht worden, das diesen durchfliegt . Es sind dabei die st at ischen und dynam ischen Reakt ionen des Luft fahrzeuges auf die St örung der Anst röm ung durch den Nachlauf der Windenergieanlage best im m t worden. Die Aut oren kom m en zu dem Schluss, dass bei 13 m / s Windgeschwindigkeit in 20 m über dem Erdboden ein Sicherheit sm indest abst and von 1200 m einzuhalt en sei. Hierbei st ellen sich nicht die vert ikalen Beschleunigungen als kr it ischer Fakt or heraus, sondern die Tat sache, dass die abschw im m enden Turbulenzballen der Anlage eine ähnliche Größenordnung w ie das Luft fahrzeug haben und som it die Rollst euerbarkeit ver loren geht . Die Windenergieanlage wird w iederum m it t els einer Wirkscheibe sim uliert . Der Einfluss auf das Windfeld w ird m it t els der Goldst ein- Pr opellert heorie sim uliert . Wiederum w ird lediglich m it einer m axim alen Turbulenz in Gr ößenordnung der St andardabweichung gerechnet . Wie in 5.3.1 bereit s erklärt , wäre eine Vervierfachung dieses Turbulenzwert es eine sinnvolle Annahm e für eine konservat ive Abschät zung. [ 43] I m weit eren Verlauf wird als kr it ischer Fall bet racht et , dass abschwim m ende Wirbel asym m et r isch eine Geschwindigkeit und die Geschwindigkeit t reffen. Tragfläche andere Aus 3 % m it m it der der m axim alen m axim alen Turbulenzint ensit ät bei posit iven negat iven 12 m/ s Windgeschwindigkeit , die als äußerst gering anzusehen ist ( siehe Kapit el 5.2) , ergibt sich eine Turbulenzgeschwindigkeit von 0,4 m / s. Bezogen auf die Fluggeschwindigkeit von 33 m / s ergibt sich j edoch dadurch ein Anst ellw inkel von 1° ( nicht 0,25° ) . Der krit ische Fall wäre j edoch der Landeanflug m it unt er 20 m / s Fluggeschwindigkeit . Dann w ären deut lich höhere Rollrat en zu erwart en. [ 47] 68/ 136 St röm ungsfeld Windenergieanlagen 5 .2 .4 „CAA W in dt u r bin e W a k e En coun t e r St u dy“, Un iver sit y of Live r pool Am East Midland Air port in UK befinden sich m ehrere Windenergieanlagen vom Typ WTN250 m it 30 m Rot ordurchm esser. Sie st ehen im Abst and von 22,5 Rot ordurchm esser ( 675 m ) Ent fernung zur St art - und Landebahn. Unt ersucht worden ist m it t els einer Laser st röm ungsm essung, wie weit der Nachlauf hint er den Rot ordurchm esser Anlagen noch über m essbar 10 m in ist . Es gem it t elt konnt e in fünffachem eine Verzögerung der St röm ung um 25 % ( 2 m / s) fest gest ellt werden. I n Sim ulat or unt ersuchungen wurde der Durchflug verschiedenen durch Ent fernungen den st et igen zum Rot or Ant eil sim uliert . des Nachlaufes Dies führt e in zu Gierbewegungen von bis zu 10° . [ 48] 69/ 136 St röm ungsfeld Windenergieanlagen 5 .2 .5 “W in d Fa r m Tur bu le n ce I m pa ct s on Gen e r a l Avia t ion Air por t s in Ka n sas”. Roll H a za r d An a lysis An der Universit y of Kansas ist eine Unt ersuchung durchgeführt worden, bei der der Bereich best im m t worden ist , in dem die abschwim m enden Blat t spit zenwirbel aufgrund ihrer I nt ensit ät ein unkont rollier bares Rollen von Kleinflugzeugen auslösen können. Hierfür ist folgende Annahm e get roffen worden: “ The wind t urbine wake m odel is based on a t heoret ical helical vort ex m odel and t he decay rat e is calculat ed following t he aircraft wake decay r at e in t he at m osphere.” [ 49] Abbildung 5.7: Sim uliert er abschwim m ender Blat t spit zenwirbel ( Quelle: [ 49] ) Voranst ehende Abbildung zeigt die helixförm ige abschwim m ende Wirbelschleppe, w ie sie zur Sim ulat ion verwendet wird. Aller dings bleibt unberücksicht igt , dass bei einem Dreiblat t rot or insgesam t drei Wirbelschleppen von den Blat t spit zen abschwim m en und dass es ein weit eres Syst em um die Rot orachse gibt , w ie in nachfolgender Abbildung 5.8 ersicht lich w ird. Auch arbeit en die einzelnen Wirbelschleppen aufgrund ihrer räum lichen Nähe und ihrer Drehricht ung gegeneinander, sodass sie sich wohl deut lich schneller auflösen ( siehe Kapit el 5.1) . 70/ 136 St röm ungsfeld Windenergieanlagen Eine Gefährdung durch unkont rollierbare Rollbewegungen der Flugzeuge wurde für eine Ent fernung bis 2,8 Meilen ( = 4508 m ) fest gest ellt . Abbildung 5.8: aufwändige CFD St udie zu Wirbelschleppen einer Windkraft analage ( Quelle: St efan I vanell, Universit y of Uppsala [ 50] ) I n Abbildung 5.9 ( Quelle: durch die Farbe Rot [ 49] ) ist dargest ellt in welchem Bereich des Flugplat zes die ausst euerbare Rollr at e überschrit t en werden kann. Die Wirbelst ärke ist unabhängig der Windgeschwindigkeit gerechnet worden – in der Realit ät nim m t m it zunehm ender Windgeschwindigkeit die Wirbelint ensit ät j edoch ab, da die Windenergieanlagen leist ungslim it iert sind. Som it weist die St udie einen sehr konservat iv angenom m enen det en Bereich aus. [ 49] gefähr- Abbildung 5.9: Gefährdungsber eich abschwim m ende Wirbelschleppe 71/ 136 St röm ungsfeld Windenergieanlagen 5 .2 .6 „Unt e rsuchun g zum N a ch la u fe influss von W in den e r gie a n la gen a u f Se ge lflu gzeu ge “, D iplom a r be it , I n st it u t fü r Ae rodyn a m ik un d Ga sdyn am ik Am I nst it ut für Aerodynam ik und Gasdynam ik der Universit ät St ut t gart ist eine Diplom arbeit m it dem Tit el „ Unt ersuchung zum Nachlaufeinfluss von Windenergieanlagen auf Segelflugzeuge“ verfasst worden. Zur Unt ersuchung des Nachlaufes verschiedenen wurde eine um fangreiche Anst röm bedingungen Windenergieanlage der 5- MW- Klasse einer m it CFD Unt ersuchung vollst ändig 125 m m it m odelliert en Rot ordurchm esser durchgeführt . I n einer det ailliert en CFD- St udie ist für verschiedene Anst röm bedingungen aufgrund m öglicher Bodengrenzschicht en unt er anderem folgender vert ikaler Schnit t der Geschwindigkeit svert eilung für die Durchst röm ung der Windenergieanlage ent st anden. Abbildung 5.10: Beispiel CFD Unt ersuchung ( Quelle: [ 51] ) Gut zu erkennen ist , dass der Nachlauf gegenüber der Anst röm ung um 6 m / s im oberen Bereich und bis zu 8 m / s im unt eren Bereich verzögert ist . 72/ 136 St röm ungsfeld Windenergieanlagen Unt ersucht worden ist , welchen Kräft en, Beschleunigungen und Änderungen der Anst röm ung ein schweres Segelflugzeug vom Typ Discus ( 530 kg) und ein schweres Mot orsegelflugzeug vom Typ eGenius ( 930 kg) ausgeset zt sind. Nachfolgende Angaben beziehen sich auf die um fangreicher dargest ellt en Berechnungsergebnisse für das Discus Segelflugzeug. I n der Arbeit w ird dargest ellt , dass das Flugzeug sowohl vert ikal als auch horizont al m it bis zu einem Dr it t el der Erdbeschleunigung beschleunigt w ird. Dies ent spricht m oderat en Turbulenzen. Darüber hinaus kom m t es zu einer Änderung des Schiebewinkels von > 20° . Dies ist m it erheblichen Drehbeschleunigungen des Luft fahrzeuges verbunden. Diagram m 5.6: Anst r öm ungsgeschwindigkeit beim Durchflug im Abst and von 126 m des Windenergieanlagennachlaufes, aufget eilt in die Raum richt ungen ( Quelle: [ 51] ) Aus voranst ehendem Diagram m aus der Diplom arbeit ist zu erkennen, dass die horizont ale Anst röm ung sich innerhalb von 25 m um ca. 10 m / s und die vert ikale Anst röm ung um bis zu 4 m / s ändern. Beides ist als m oderat e Böe einzust ufen. 73/ 136 St röm ungsfeld Windenergieanlagen Im Diagram m 5.7 ist die Änderung des Anst ellw inkels und des Schiebewinkels dargest ellt . I nsbesondere der Schiebew inkel ändert sich innerhalb einer Sekunde um 35° . Dies st ellt eine gefährliche Belast ung der St rukt ur dar. Der Pilot w ird hierdurch signifikant belast et . [ 51] Diagram m 5.7: Änderung des Anst ellwinkels und des Schiebewinkels ( Quelle: [ 51] ) 74/ 136 St röm ungsfeld Windenergieanlagen Diagram m 5.8: Änderung des Auft riebs bei einem Rot ordur chm esser Abst and ( Quelle: [ 51] ) Der Auft rieb ändert sich im Laufe des Durchfluges um bis zu 900 N. Dies hat m oderat e Auswirkungen auf das Luft fahr zeug. I n größerem Abst and zum Rot or sind sogar größere Einbußen beim Auft r ieb zu erwart en. Als Spit zenwert e können das + 2,4- Fache und - 0,6- Fache der Erdbeschleunigung angenom m en werden. Dies m üsst e schon als schwere St örung klassifiziert w erden. Auft ret ende Querkräft e erreichen 1500 N und sind som it auch als m oderat einzust ufen. 75/ 136 St röm ungsfeld Windenergieanlagen 5 .2 .7 Zusa m m e nfa ssun g Es ist offensicht lich, dass die Sim ulat ion und die Berechnung der Belast ung von Luft fahrzeugen durch den Nachlauf von Windenergieanlagen nur m it st arken Vereinfachungen m achbar sind. Die um fassendst e und von der Met hodik plausibelst e Unt ersuchung ist die Diplom arbeit von Hannah Schim m els. Diese liefert die am best en gesichert en Ergebnisse, sofern die Diagram m ver läufe geglät t et bet racht et werden. I n dieser Arbeit wurde deut lich gezeigt , dass für ein Luft fahrzeug beim Durchfliegen des Nachlaufes erhebliche Beschleunigungen zu erwart en sind und dass der Flug erheblich gest ört wird. Aus den Arbeit en wir d deut lich, dass der Nachlauf auch im Abst and einiger Rot ordurchm esser deut liche Auswirkungen auf ein Luft fahrzeug hat . Die Angaben schwanken Rot ordurchm esser zwischen ( Von fünf Rot ordurchm esser Karm an- I nst it ut ) bis zu 20 ( CAA) über 15 Rot ordurchm esser ( Kansas, Fraunhofer) . 76/ 136 St röm ungsfeld Windenergieanlagen 5 .3 Pot e n zie lle Au sw ir k u n ge n de s N a ch la u fe s a u f d a s Lu ft fa h r ze u g Mögliche Auswirkungen des Nachlaufes von Windenergieanlagen auf ein Luft fahrzeug sollen anhand der im Kapit el 2.6 vorgest ellt en Definit ionen für Turbulenz und Windscherung und dem in Kapit el 5.1 vorgest ellt en Windfeld des Nachlaufs abgeleit et werden. Krit er ium für zu m eidende Bereiche ist dabei die Einst ufung m it „ m oderat en Auswirkungen“ auf ein m it t elgroßes Verkehrsflugzeug. Die größt en Turbulenzen und die größt e Windscherung können bei der niedr igst en Windgeschwindigkeit , die zur m axim alen Leist ungsausbeut e genügt , erreicht werden. Anlagenabhängig bet rägt diese gewöhnlich et wa 12 m / s. 77/ 136 St röm ungsfeld Windenergieanlagen 5 .3 .1 Kr it e r iu m Böe n u n d W in dsch e run g Aus Kapit el 2.6 ist bekannt , dass eine Böe dann ein m oderat es Niveau für ein Verkehrsflugzeug dar st ellt , wenn sie eine Größe von 6 m / s hat . Bei einer Geschwindigkeit des freien Windfeldes von 12 m / s ist dies eine Halbierung der St röm ungsgeschwindigkeit . Dies bedeut et , dass die Windgeschwindigkeit im Nachlauf auf die Hälft e der Anst röm geschwindigkeit abgefallen ist . Dies ist für einen Abst and bis 7 Rot ordurchm esser im Nachlauf der Fall, w ie aus nachfolgender Grafik m it t els der rot en senkrecht en Linie erkennt lich w ir d. kr it ischer Gradient 60 m Rot ordurchm esser kr it ischer Gradient 120 m Rot ordurchm esser Halbierung der Windgeschwindigkeit Diagram m 5.9: Geschwindigkeit svert eilung hint er einer Windenergieanlage ( Quelle: [ 39] ) 78/ 136 St röm ungsfeld Windenergieanlagen Alt ernat iv w ird der Wert für die vert ikale Windscherung als kr it ischer Wert unt ersucht . Hiernach ist ein Gradient von 4 m / s j e 30 m als kr it isch anzusehen. Bei 12 m / s Anst röm ungsgeschwindigkeit bedeut et dies m it Hinblick auf das Diagram m 5.9 dies für eine Windenergieanlage m it 60 m Rot ordurchm esser, dass der Anst ieg von u/ u 0 = 0,33 j e 0,5= r/ D ist . Für eine Windenergieanlage u/ u 0 = 0,67 je m it 0,5 120 m r/ D sein. Rot ordurchm esser Eine m uss der Anst ieg Windenergieanlage m it 60 m Rot ordurchm esser erfüllt dieses Krit er ium bis zum acht fachen Rot ordurchm esser. Eine Windenergieanlage m it 120 m Rot ordurchm esser erfüllt dieses Krit er ium bis zum sechsfachen Rot ordurchm esser ( siehe in Diagram m 5.9 eingezeichnet e gelbe Tangent en) . 5 .3 .2 Kr it e r iu m Eddy D issipa t ion Ra t e Zur Klassifizierung des Turbulenzniveaus der Luft wird in der Luft fahrt die sogenannt e Eddy Dissipat ion Rat e verwendet . Dargest ellt werden Wert e der drit t en Wurzel der Eddy Dissipat ion Rat e. Dieses Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass es unabhängig von m öglichen Veränderungen von Windgeschwindigkeit en durch Böen eine klare Aussage zur Turbulenzhaft igkeit der um gebenden Luft m acht . I m Diagr am m 5.10 ist die Eddy Dissipat ion Rat e abhängig von der Windgeschwindigkeit als blaue Linie und Punkt e abgebildet . Die unt ere Kurve st eht dabei für den Fall der nat ürlichen Turbulenz auf Nabenhöhe. Die obere Kurve repräsent iert die Messdat en für den Nachlauf einer Windenergieanlage in zwei Rot ordurchm esser Abst and. 79/ 136 St röm ungsfeld Windenergieanlagen Diagram m 5.10: Eddy Dissipat ion Rat e ( Quelle: [ 52] ) Zu erkennen ist , dass die EDR für den Nachlauf einer Windenergieanlage relat iv unabhängig vono der Windgeschwindigkeit ist . Die nat ür liche Turbulenz dagegen st eigt leicht an. Es kann fest gest ellt werden, dass die drit t e Wurzel der EDR für die nat ür liche Turbulenz 0,1 m 2/ 3 / s bet rägt ( und som it unt erhalb der leicht en Turbulenz liegt ) . Im Abst and von zwei Rot ordurchm essern bet rägt der Wert im Nachlauf j edoch 0,5 m 2/ 3 / s. Dies ent spricht m oderat en Turbulenzen für ein m it t elgroßes Verkehrsflugzeug. Die Auswirkungen auf Kleinflugzeuge sind deut lich größer. [ 53] 80/ 136 St röm ungsfeld Windenergieanlagen 5 .3 .3 Zusa m m e nfa ssun g Aus den vorangehenden Unt ersuchungen m uss geschlussfolgert werden, dass für Abst ände < 7 Rot ordurchm esser im Nachlauf einer Windenergieanlage eine konkret e Gefahr für ein Luft fahrzeug best eht . Dieser Bereich m uss gem ieden werden. Das Krit er ium hierfür sind die zu erwart enden signifikant en Böen und Windscherungen, die ein erhebliches Ausst euern durch den Pilot en verlangen. Dies lenkt die Aufm erksam keit von den eigent lichen Aufgaben in Flugplat znähe, beispielsweise das Beobacht en anderer Verkehrst eilnehm er und die Landevorbereit ung, unzulässig ab. Ergänzend kann für den Bereich von Windscherungen und Turbulenzen folgende Em pfehlung aus dem I CAO Manual on Low Level Wind Shear wiedergegeben werden. “ I t should be borne in m ind, however, t hat pilot s are not encouraged t o at t em pt t o fly in known or suspect ed wind shear condit ions; on t he cont rary, t he overwhelm ing advice is AVOI D AVOI D AVOI D. [ Es sollt e im m er im Gedächt nis bleiben, dass es nicht ausreicht , Pilot en nahe zulegen, nicht in bekannt e Windscherungsgebiet e zu fliegen. Vielm ehr m uss der Rat schlag bekräft igt werden, dass diese zwingend zu verm eiden sind.] ” [ 54] Die I CAO gibt also den Rat schlag, Gebiet e, in denen Windscherung zu erwart en ist , zw ingend zu verm eiden. Weit erhin w ir d in diesem Manual der Rat schlag gegeben, dass m it dem Einflug in eine Windscherung unverzüglich durchgest art et werden soll, um diesen Bereich w ieder zu ver lassen. 81/ 136 Experim ent elle Unt ersuchung 6 . Ex pe r im e nt e lle Unt e r suchung 6 .1 Zur Un t e r su ch u n gsh or izon t experim ent ellen Unt ersuchung der Pilot enbelast ung, die bei dem Vorbeiflug an Hindernissen ent st eht , sind Test flüge m it verschiedenen Pilot en an zwei verschiedenen baulichen Luft fahrt hindernissen durchgeführt worden. Diese Test flüge dient en sowohl der Erfassung der individuellen Pilot enbelast ung, als auch der Erfassung der Abst andseinschät zung der Pilot en an Hindernissen. Die experim ent elle Unt ersuchung soll die Gegenüberst ellung von Pilot enbelast ung und Abst andseinschät zung bei st at ischen Obj ekt en ( Funkt urm ) und Windenergieanlagen aufzeigen. 6 .2 Die Vor ge h e n sw e ise Test flüge beinhalt et en m ehrere Aufgaben, die absolviert werden m usst en. Die Pilot en wusst en vor dem Flug nicht , welche Aufgaben folgen. Vor dem Flug bekam en sie lediglich eine Einführung in den NASA Task Load I ndex ( NASA- TLX) m it dem Hinweis, dass dieser get est et und ausprobier t werden solle. [ 55] Zum St art wurde der Bereich für die folgenden Manöver angesagt . Es wurde zuerst ent weder in Richt ung eines Windparks oder eines Funkt urm es geflogen. Nachdem das j eweilige Hindernis erreicht wurde, erhielt en die Pilot en eine Aufgabenst ellung. Diese galt es zu erledigen. I m Anschluss daran gab es weit ere Anweisung. Sobald alle Aufgaben an einem Hindernis erfüllt waren, ging es weit er zu dem j eweils anderen. Dort erfolgt e dann die gleiche Vorgehensweise. Nach Durchführung eines Aufgabenblocks, ent weder der Aufgaben an den Windenergieanlagen oder am Funkt urm , wurden den Probanden verschiedene Fragen gem äß dem NASA Task Load I ndex gest ellt , um die Belast ung der Pilot en erm it t eln zu können. 82/ 136 Experim ent elle Unt ersuchung Nach Durchführung des gesam t en Test fluges wurde der Pilot zum Schweigen verpflicht et und durft e nicht über Ergebnisse und Abläufe seines Test fluges sprechen, um die Leist ung weit erer Test t eilnehm er nicht zu beeinflussen. Während des gesam t en Fluges wurde die Flugbahn m it einem GPS- Tracker aufgezeichnet . 6 .3 Gr u n dla ge n Die Abfragen wurden auf Grundlage des NASA Task Load I ndex, im weit eren Verlauf NASA- TLX genannt , durchgeführt . Der NASA- TLX liefert uns eine Met hode zur Erm it t lung der Pilot enbelast ung auf m ult idim ensionaler und subj ekt iver Ebene. Er vereinigt die Haupt kom ponent en der subj ekt iven Belast ung. Diese Kom ponent en sind: 1. Ment ale Beanspruchung Dam it ist gem eint , w ie hoch die geist ige Beanspruchung des Probanden zum Ausführen der Aufgabe war. Hierzu gehören Aspekt e wie Denken, Rechnen oder Ent scheiden. 2. Körperliche Beanspruchung Hierbei spielt die physische Akt ivit ät eine Rolle. Dabei geht es darum , w ie st ark der Proband zum Beispiel drücken oder ziehen m usst e. Außerdem wird hier abgefragt , w ie belast end, erm üdend oder st rapazierend eine Aufgabe war. 3. Zeit liche Beanspruchung Bei der zeit lichen Beanspruchung soll der Proband angeben, wie groß der event uell gefühlt e Zeit druck beim Ausführen der Aufgabe war. 83/ 136 Experim ent elle Unt ersuchung 4. Leist ung Der Aspekt der Leist ung dient der Selbst einschät zung des Probanden. Dabei soll er seine Leist ung bei der Ausführung der Aufgabe selbst einschät zen. 5. Aufwand Hier soll der gesam t e Aufwand, den der Proband bei der Ausführung der Aufgabe aufzubringen hat t e, dargest ellt werden. Dazu soll er angeben, wie groß der körperliche aber auch der m ent ale Aufwand w ar, die Aufgabe zu erfüllen. 6. Frust rat ion Bei diesem Aspekt geht es darum , wie gest resst , irr it iert oder genervt der Proband während der Aufgabe war. Die TLX- Technik erfordert dabei, dass die Probanden nach j edem Aufgabenblock, der durchgeführt wurde, auf einer fünfst ufigen Skala von 0 bis 100 eine Bewert ung nach eigenem Erm essen abgeben m üssen. Zum Beispiel: Wie hoch war die m ent ale Beanspruchung während der Aufgabe? ( 0 = sehr gering, 100 = sehr hoch) Des Weit eren werden dem Probanden alle m öglichen paarweisen Kom binat ionen der Haupt kom ponent en subj ekt iver Belast ung genannt und er soll bewert en, welcher von beiden er j eweils die größere Bedeut ung zu spricht . Zum Beispiel: Leist ung  zeit liche Beanspruchung Mit diesen Angaben kann dann erm it t elt w erden, wie hoch die Belast ung des Probanden bei der Aufgabendurchführung gewesen ist . Der Fragebogen sieht wie folgt aus. 84/ 136 Experim ent elle Unt ersuchung NASA- TLX- Fragebogen: Gewichtung der Kriterien nach Relevanz: 1. Physical Demand / Mental Demand 2. Temporal Demand / Mental Demand 3. Performance / Mental Demand 4. Frustration / Mental Demand 5. Effort / Mental Demand Körperliche / Geistige Beanspruchung Zeitliche / Geistige Beanspruchung Leistung / Geistige Beanspruchung Frustration / Geistige Beanspruchung Aufwand / Geistige Beanspruchung 6. Temporal Demand / Physical Demand 7. Performance / Physical Demand 8. Frustration / Physical Demand 9. Effort / Physical Demand 10. Temporal Demand / Performance Zeitliche / Körperliche Beanspruchung Leistung / Körperliche Beanspruchung Frustration / Körperliche Beanspruchung Aufwand / Körperliche Beanspruchung Zeitliche Beanspruchung / Leistung 11. Temporal Demand / Frustration 12. Temporal Demand / Effort 13. Performance / Frustration 14. Performance / Effort 15. Effort / Frustration Zeitliche Beanspruchung / Frustration Zeitliche Beanspruchung / Aufwand Leistung / Frustration Leistung / Aufwand Aufwand / Frustration Einschätzung der Kategorien bei der jeweiligen Aufgabe auf einer Skala von 0 bis 100, unterteilt in Fünfer-Schritten: Beispiel: Wie haben Sie sich während der Durchführung der Aufgabe gefühlt? 0 = sehr entspannt 100 = sehr gestresst Okay los geht’!: 1. Mental Demand: Wie hoch war die mentale Beanspruchung während der Aufgabe? 0 = sehr gering 100 = sehr hoch 2. Physical Demand: Wie hoch war die körperliche Beanspruchung während der Aufgabe? 0 = sehr gering 100 = sehr hoch 3. Temporal Demand: Wie hastig, oder hektisch war das Tempo während der Aufgabe? 0 = sehr gering 100 = sehr hoch 85/ 136 Experim ent elle Unt ersuchung 4. Performance: Wie schätzen Sie Ihren Erfolg ein, hinsichtlich der Aufgabe, die an Sie gestellt wurde? Wie gut haben Sie die Aufgabe ausgeführt? 0 = Perfekt 100 = Verfehlt 5. Effort: Wie hoch war Ihr Aufwand, um dieses Leistungslevel zu erreichen? 0 = sehr gering 100 = sehr hoch Frustration: Wie unsicher, entmutigt, irritiert, gestresst und gereizt waren Sie? 0 = sehr gering 100 = sehr hoch 86/ 136 Experim ent elle Unt ersuchung Nachdem die Befragung w ie beschrieben gem äß NASA Task Load I ndex durchgeführt worden ist , wurden die Dat en wie folgt ausgewert et . Zuerst wurden die Wert igkeit en der einzelnen Kat egorien t abellarisch erfasst . Dazu wurde den Kat egorien j eweils ein Punkt zugerechnet , w enn diese bei der Gegenüberst ellung vom Probanden prior isiert wurde. Das heißt , wenn zum Beispiel die geist ige Beanspruchung ( MD) fünfm al die Pr iorit ät gegenüber einem anderen Aspekt erhielt , bekom m t sie die Wert igkeit 5. Beispielsweise: PD / MD TD / PD TD / FR MD 5 TD / MD OP / PD TD / EF PD 0 OP / MD FR / PD OP / FR TD 2 FR / MD EF / PD OP / EF OP 3 EF / MD TD / OP EF / FR EF 4 FR 1 Summe 15 Tabelle 6.1: Beispielwer t ung NASA Task- Load- I ndex Mit dieser Gewicht ung und den sechs abschließenden Fragen, bei denen die Probanden die einzelnen Kat egorien auf einer Skala von 0 bis 100 bewert en m usst en ( Rat ing) , kann die Pilot enbelast ung erm it t elt werden. Dazu w ir d zunächst das Produkt aus Rat ing und Wert igkeit erm it t elt . Anschließend werden alle Produkt e sum m iert . I m let zt en Schrit t w ir d dann die Sum m e durch die Sum m e aller Gewicht e ( 15) get eilt . Das Ergebnis ist ein Wert zwischen 0 und 100. Er reicht ein Proband bei einer Aufgabe eine Wert igkeit von 100, also das Maxim um , so ist er zu 100 % ausgelast et und kann keine weit eren Aufgaben m ehr ausführ en – es st eht kein Pot enzial m ehr zur Verfügung. St ellt sich beim Pr obanden nach Durchführung der Sum m ierung eine Wert igkeit von 0 heraus, so war er zu 0% ausgelast et und hat t e noch 100% seines Belast ungspot enzials übr ig für weit ere Aufgaben. 87/ 136 Experim ent elle Unt ersuchung Beispielsweise: Kategorien Rating Wertigkeit Produkt MD 80 5 400 PD 10 0 0 TD 20 2 40 OP 0 3 0 EF 50 4 200 FR 90 1 90 Summe 730 Weights Total 15 Mean Score 48,6666667 Tabelle 6.2: Beispielrechnung NASA Task Load I ndex Som it erhält m an die Belast ungswert ung. Hier ent spr icht sie dem Wert 48,67. 88/ 136 Experim ent elle Unt ersuchung 6 .4 6 .4 .1 Ve r su ch sbe sch r e ibu n g Vor be iflu g in N a be nh öhe ( Au fga be 1 ) Die erst e zu absolvierende Aufgabe best and darin, an einem Windpark auf Nabenhöhe der Windenergieanlagen ( 500 ft über Grund) parallel zur Rot at ionsebene m it einem Abst and von 300 m vorbeizufliegen. Dabei wurde die zu fliegende Höhe vorgegeben und der Abst and sollt e von den Pilot en geschät zt werden. 6 .4 .2 Vor be iflu g in H öhe de r Rot or bla t t spit ze n ( Au fga be 2 ) Bei der zweit en Aufgabe galt es, an den Windenergieanlagen parallel zur Rot at ionsebene in Höhe der Blat t spit zen ( 700 ft ) m it einem Abst and von 300 m vorbei zu fliegen. Wie bei Aufgabe 1 wurde hier nur die Höhe vorgegeben und der Abst and m usst e aberm als geschät zt werden. 6 .4 .3 Bei Übe r flu g Durchführung der drit t en Aufgabe m usst en die Pilot en die Windenergieanlagen in einer Höhe von 1300 ft ( 600 ft über der Blat t spit ze) überfliegen. Hierbei ging es darum , den Pilot en einen Abst andseindruck zu verm it t eln. 6 .4 .4 Re fe r en zflu g ( Aufga be 3 ) Der Referenzflug st ellt e unseren zweit en Aufgabenblock dar . Als Referenz dient e ein Funkt urm . Hier m usst en die Pilot en einen Vorbeiflug in Höhe der Turm spit ze ( 800 ft ) absolvieren und danach den Turm in einer Höhe von 1400 ft ( 600 ft über der Turm spit ze) überfliegen. 89/ 136 Experim ent elle Unt ersuchung 6 .4 .5 In Pilot e n folgender Tabelle sind die Flugerfahrungen der Test kandidat en zusam m engefasst . Pilot Alt er Flugerfahrung St at us [ Flugst unden] Pilot A 49 > 1000 Fluglehrer Pilot B 26 1000 Pilot Pilot C 27 350 Pilot Pilot D 22 380 Pilot Pilot E 41 1 Flugschüler Pilot F 22 35 Hobbypilot Pilot G 56 700 Fluglehrer Tabelle 6.3: Pilot endat en 90/ 136 Experim ent elle Unt ersuchung 6 .5 Er ge bn isse Nachfolgend werden die Ergebnisse vorgest ellt . 6 .5 .1 Ve r su ch e 1 u n d 2 6 .5 .1 .1 Ein sch ä t zun g de r H or izon t a la bst än de I n folgenden Diagram m en sind die t at sächlich geflogenen Abst ände der Versuche 1 und 2 dargest ellt : Vorbeiflug 500ft 900 800 Abstand [m] 700 600 500 400 300 200 100 0 Pilot A Pilot B Pilot C Pilot D Pilot E Pilot F Pilot G Diagram m 6.1: Abst ände Aufgabe 1 Vorbeiflug 700ft 700 600 Abstand [m] 500 400 300 200 100 0 Pilot A Pilot B Pilot C Pilot D Pilot E Pilot F Pilot G Diagram m 6.2: Abst ände Aufgabe 2 91/ 136 Experim ent elle Unt ersuchung Der geflogene Abst and ist nachfolgend bezogen auf die Flugerfahrung dargest ellt : Abstand [m] Abstand - Erfahrung Aufgabe 1 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 Pilot A Pilot B Pilot C Pilot D Pilot E Pilot F 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 Pilot G Erfahrung [Flugstunden] Diagram m 6.3: Abst and - Erfahrung Aufgabe 1 Abstand - Erfahrung Aufgabe 2 700 600 Abstand [m] Pilot A 500 Pilot B 400 Pilot C 300 Pilot D 200 Pilot E 100 Pilot F 0 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 Pilot G Erfahrung [Flugstunden] Diagram m 6.4: Abst and - Erfahrung Aufgabe 2 92/ 136 Experim ent elle Unt ersuchung I m Folgenden sollen die Abst ände der einzelnen Pilot en zu den Hindernissen/ Windenergieanlagen m it t els der GPS- Aufzeichnung dargest ellt w erden. Pilot A: Abbildung 6.1: Pilot A Abst and Aufgabe 1 Abbildung 6.2: Pilot A Abst and Aufgabe 2 Pilot B: Abbildung 6.3: Pilot B Abst and Aufgabe 1 Abbildung 6.4: Pilot B Abst and Aufgabe 2 93/ 136 Experim ent elle Unt ersuchung Pilot C Abbildung 6.5: Pilot C Abst and Aufgabe 1 Abbildung 6.6: Pilot C Abst and Aufgabe 2 Pilot D: Abbildung 6.7: Pilot D Abst and Aufgabe 1 Abbildung 6.8: Pilot D Abst and Aufgabe 2 Pilot E: Abbildung 6.9: Pilot E Abst and Aufgabe 1 Abbildung 6.10: Pilot E Abst and Aufgabe 2 94/ 136 Experim ent elle Unt ersuchung Pilot F: Abbildung 6.11: Pilot F Abst and Aufgabe 1 Abbildung 6.12: Pilot F Abst and Aufgabe 2 Pilot G: Abbildung 6.13: Pilot F Abst and Aufgabe 1 Abbildung 6.14: Pilot F Abst and Aufgabe 2 95/ 136 Experim ent elle Unt ersuchung 6 .5 .1 .2 Pilot e n be la st un g I n den nächst en Diagram m en ist die m it t els des NASA- TLX erm it t elt e Pilot enbelast ung der j eweiligen Test kandidat en dargest ellt : Belastung Windkraft 70 Belastung [NASA TLX] 60 50 40 30 20 10 0 Pilot A Pilot B Pilot C Pilot D Pilot E Pilot F Pilot G Diagram m 6.5: Pilot enbelast ung Windenergieanlagen 96/ 136 Experim ent elle Unt ersuchung Belastung - Erfahrung (Windkraft) Belastung [NASA TLX] 70 60 Pilot A 50 Pilot B 40 Pilot C 30 Pilot D 20 Pilot E 10 Pilot F 0 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 Pilot G Erfahrung [Flugstunden] Diagram m 6.6: Belast ung - Er fahrung Windenergieanlagen Abstand [m] Abstand - Belastung Aufgabe 1 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 Pilot A Pilot B Pilot C Pilot D Pilot E Pilot F Pilot G 0 10 20 30 40 Belastung [NASA TLX] 50 60 70 Linear () Diagram m 6.7: Abst and - Belast ung Aufgabe 1 97/ 136 Experim ent elle Unt ersuchung Abstand - Belastung Aufgabe 2 700 Pilot A 600 Abstand [m] Pilot B 500 Pilot C 400 Pilot D 300 Pilot E 200 Pilot F 100 Pilot G 0 0 10 20 30 40 Belastung [NASA TLX] 50 60 70 Linear () Diagram m 6.8: Abst and - Belast ung Aufgabe 2 98/ 136 Experim ent elle Unt ersuchung 6 .5 .2 Ve r su ch 3 Auch für den Versuch 3 sind die bekannt en Diagram m e zur Auswert ung erst ellt worden: 6 .5 .2 .1 Absch ä t zun g de r H or izon t a la bst än de Vorbeiflug 800ft 800 700 Abstand [m] 600 500 400 300 200 100 0 Pilot A Pilot B Pilot C Pilot D Pilot E Pilot F Pilot G Diagram m 6.9: Abst ände Aufgabe 3 Abstand - Erfahrung Aufgabe 3 800 Abstand [m] 700 600 Pilot A 500 Pilot B 400 Pilot C 300 Pilot D 200 Pilot E 100 Pilot F 0 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 Pilot G Erfahrung [Flugstunden] Diagram m 6.10: Abst and - Erfahrung Aufgabe 3 99/ 136 Experim ent elle Unt ersuchung I m Folgenden sollen die Abst ände der Pilot en zu dem Funkt urm dargest ellt werden. Pilot A: Pilot B: Abbildung 6.15: Pilot A Abst and Aufgabe 3 Abbildung 6.16: Pilot B Abst and Aufgabe 3 Pilot C: Pilot D: Abbildung 6.17: Pilot C Abst and Aufgabe 3 Abbildung 6.18: Pilot D Abst and Aufgabe 3 100/ 136 Experim ent elle Unt ersuchung Pilot E: Pilot F: Abbildung 6.19: Pilot E Abst and Aufgabe 3 Abbildung 6.20: Pilot F Abst and Aufgabe 3 Pilot G: Abbildung 6.21: Pilot G Abst and Aufgabe 3 101/ 136 Experim ent elle Unt ersuchung 6 .5 .2 .2 Pilot e n be la st un g Belastung Turm 70 Belastung [NASA TLX] 60 50 40 30 20 10 0 Pilot A Pilot B Pilot C Pilot D Pilot E Pilot F Pilot G Diagram m 6.11: Pilot enbelast ung Turm Belastung - Erfahrung (Funkturm) Belastung [NASA TLX] 70 60 Pilot A 50 Pilot B 40 Pilot C 30 Pilot D 20 Pilot E 10 Pilot F 0 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 Pilot G Erfahrung [Flugstunden] Diagram m 6.12: Belast ung - Erfahrung Funkt urm 102/ 136 Experim ent elle Unt ersuchung Abstand - Belastung Aufgabe 3 Pilot A Abstand [m] 800 700 Pilot B 600 Pilot C 500 Pilot D 400 Pilot E 300 Pilot F 200 Pilot G 100 0 0 10 20 30 40 50 60 70 Linear () Belastung [NASA TLX] Diagram m 6.13: Abst and - Belast ung Aufgabe 3 6 .5 .3 Ge ge nü ber st e llu n g W in den e r gie a n la gen - Fun k t ur m 6 .5 .3 .1 Ein sch ä t zun g de r H or izon t a la bst än de Pilot Aufgabe 1 Aufgabe 2 Aufgabe 3 Pilot A 496 m 413 m 412 m Pilot B 536 m 497 m 457 m Pilot C 429 m 478 m 490 m Pilot D 824 m 644 m 695 m Pilot E 197 m 210 m 153 m Pilot F 452 m 452 m 422 m Pilot G 325 m 275 m 339 m Tabelle 6.4: Abst ände gegenübergest ellt 103/ 136 Experim ent elle Unt ersuchung Abstände Gegenüberstellung 900 800 Abstand [m] 700 600 500 Aufgabe 1 400 Aufgabe 2 300 Aufgabe 3 200 100 0 Pilot A Pilot B Pilot C Pilot D Pilot E Pilot F Pilot G Diagram m 6.14: Gegenüberst ellung der Abst ände Pilot C flog näher an die Windenergieanlage als an den Turm . Hierbei ist der Unt erschied zwischen den Abst änden aber sehr gering. Allerdings hat er die Abst ände relat iv gut eingehalt en. Pilot D flog in enorm en Abst änden zu beiden Hindernissen unt er der kom m uniziert en Annahm e, dass er viel zu nah sei. Dabei fällt auf, dass der Abst and bei der Bewält igung der Aufgabe 1 größer war als bei der Bewält igung der Aufgabe 2. Pilot E flog viel zu nah an die Hindernisse heran, wobei der Abst and zum Turm noch et was geringer war als der zu der Windenergieanlage. Pilot F flog an beiden Hindernissen m it et wa den gleichen Abst änden vorbei, wobei er dem Funkt ur m et was näher kam als der Windenergieanlage. Pilot G war bei der Einschät zung der Ergebnisse am erfolgreichst en, denn er hielt die vorgegebenen Abst ände quasi genau ein. 104/ 136 Experim ent elle Unt ersuchung Mittlere Abstände 450 445 Abstand [m] 440 435 430 425 420 415 410 Windkraftanlagen Turm Diagram m 6.15: Mit t lere Abst ände 6 .5 .3 .2 Pilot e n be la st un g Belastung Gegenüberstellung 70 Belastung [NASA TLX] 60 50 40 Windkraft 30 Turm 20 10 0 Pilot A Pilot B Pilot C Pilot D Pilot E Pilot F Pilot G Diagram m 6.16: Gegenüberst ellung der Belast ung Bei Pilot C fällt auf, dass der Belast ungswert an der Windenergieanlage m ehr als doppelt so hoch ist w ie beim Turm . Bei Pilot D war die Belast ung am Turm et was höher als an der Windenergieanlage. Eine m ögliche Begründung hierfür ist , dass die Aufgabe am Funkt urm beim erst en Anlauf aufgrund eines Regenschauers abrupt abgebrochen werden m usst e. Als Folge m usst e ein Ausweichm anöver geflogen werden, was für den Pilot en eine schwierige Sit uat ion dargest ellt 105/ 136 Experim ent elle Unt ersuchung haben könnt e. Bei erneut er Durchführung der Aufgabe war der Pilot m öglicherweise noch durch das Ausweichm anöver zusät zlich angespannt bzw. belast et . Bei Pilot E war ebenfalls die Belast ung am Turm höher als an der Windenergieanlage. Hier liegt allerdings nur ein geringer Unt erschied bei der Belast ung an den beiden Hindernissen vor. Ein m öglicher Grund der höheren Belast ung am Funkt urm könnt e darin liegen, dass der Pilot bei der Bewält igung der Turm - Aufgabe m it st arkem Seit enwind zu käm pfen hat t e. Dies erfordert e eine höhere Seit enruderakt ivit ät als bei der Windenergieanlage. Daraus result iert ein Anst ieg der Belast ung während der Ausführung der Aufgabe. Pilot F war am Tur m wesent lich weniger belast et ( ≈ 25 % ) als an der Windenergieanlage. Pilot G war auch am Turm m essbar weniger belast et als an der Windenergieanlage. 106/ 136 Experim ent elle Unt ersuchung 6 .5 .4 Eye Tr a ck e r Für Pilot G wurde unt ersucht , wie lange dieser ant eilig auf die I nst rum ent e geblickt hat und w ie lange er nach außen in Richt ung des Hindernisses schaut . Dazu wurden die Aufnahm en des Eye Tracker in Abschnit t e von j e 30 Sekunden unt ert eilt . I n diesen Abschnit t en wurde j eweils ausgewert et e, wie lange ant eilig das Hindernis bet racht et wurde und wie lange die I nst rum ent e im Cockpit bet racht et wurden. Hat der Pilot dann zum Beispiel 20 der 30 Sekunden nach draußen geblickt , ent spricht dies einem Wert von ungefähr 66% Außenblickdauer. Außenblickdauer 90 Außenblickdauern [%] 80 70 60 50 Windkraftanlagen 40 Funkturm 30 20 10 0 Diagram m 6.17: Außenblickdauer 107/ 136 Experim ent elle Unt ersuchung 6 .6 Sch lu ssfolge r u n g 6 .6 .1 Bei Abst a n dsa bsch ä t zun g der Abschät zung der Abst ände zu den Hindernissen ist deut lich geworden, dass die Abschät zung der Abst ände zu der Windenergieanlage deut lich schwier iger war als die Abschät zung der Dist anz zum Funkt urm . Das erkennt m an daran, dass der geschät zt e gem it t elt e Abst and zum Turm geringer ist als der geschät zt e gem it t elt e Abst and zu dem dynam ischen Hindernis Windenergieanlage. Hinzu kom m t , Abst andsabschät zung unabhängig von Pilot en nicht m öglich ist Tendenziell der dass eine relat iv Flugerfahrung der st ellen genaue einzelnen Windenergieanlagen für Flugschüler ein noch höheres Sicherheit sr isiko dar. Dies hat das Verhalt en von Pilot E gezeigt . Denn dieser flog viel zu nah an die Windenergieanlage heran. Des Weit eren m uss hier beacht et werden, dass bei der Aufgabenbewält igung das Halt en der Höhe viel einfacher ist als das Halt en des vorgegebenen Abst andes. Denn für die Höhe kann m an den Höhenm esser im Cockpit nut zen, während es für den Abst and keine Messm et hode gibt . 6 .6 .2 Pilot e n be la st un g Die experim ent ellen Unt ersuchungen haben ergeben, dass die Pilot enbelast ung bei der Durchführung der Aufgaben im Bereich der Windenergieanlage wesent lich höher war als im Ber eich des Funkt urm s. Das bedeut et , dass die Pilot en wesent lich m ehr an Belast ungspot enzial zur Durchführung der Aufgaben aufwenden m usst en, als beim Funkt urm und som it weniger Pot enzial zur Verfügung st and, um weit ere Aufgaben durchzuführ en. I m Diagram m 6.16 ist zu erkennen, dass bei Pilot C dieser Effekt besonders st ark auft r it t . Bei den Pilot en A, B, F und G ist dieser Sachverhalt in et wa dem gleichen Maß von et wa 25 % vorzufinden. Die Pilot en D und E springen aus der Reihe. Jedoch ist hier anzum erken, dass diese beiden bei Durchführung der Test aufgaben am Funkt urm m it besonderen Sit uat ionen 108/ 136 Experim ent elle Unt ersuchung konfront iert w aren. So rief einerseit s st arker Seit enw ind und andererseit s ein not wendiges Ausweichm anöver eine erhöht e Belast ung hervor. Außerdem wird hier ersicht lich, dass bei der Durchführung der Aufgaben am Funkt urm die Belast ung der m eist en Pr obanden in einem Wert igkeit sspekt rum von 15 Belast ungspunkt en ( 20 bis 35) liegt und sich die Aufgaben in et wa gleich auf die Pilot en auswirken. Bei der Aufgabendurchführung an den Windenergieanlagen allerdings vert eilen sich die Belast ungswert e der Pilot en auf ein Spekt r um der Breit e von et wa 25 Belast ungspunkt en ( 25 bis 50) . Die Windenergieanlagen r iefen nicht nur eine höhere Pilot enbelast ung bei den Probanden hervor, sondern wirkt en zusät zlich noch unt erschiedlich st ark auf die Probanden ein, sodass sich kein einheit liches Verhalt en abzeichnet . 6 .6 .3 Be la st un g – Er fah ru n g Ein sehr int eressant er Sachverhalt ergab sich bei der Gegenüberst ellung von Pilot enbelast ung und Erfahrung. Hinsicht lich des Fliegens in der Nähe von Hindernissen hat die Flugerfahrung keine Auswirkungen auf die Pilot enbelast ung. Auch Pilot en m it sehr viel Flugerfahrung war en bei der Bewält igung der Aufgaben sehr st ark belast et . 6 .6 .4 Die Abst a n dsa bsch ä t zun g – Er fa hr un g Unt ersuchung des Zusam m enhangs von Flugerfahrung und Abst ands- abschät zung hat bei allen Aufgabenst ellungen ergeben, dass kein nachweisbarer Einfluss der Flugerfahrung auf die Abst andsabschät zung eines Pilot en vor liegt . Eine größere Anzahl an Flugst unden, die ein Pilot nachweisen kann, verbessern also nicht sein Verm ögen Abst ände korrekt zuschät zen. 6 .6 .5 Bei der Abst a n d – Be la st ung Analyse des Zusam m enhangs von Abst andsabschät zung und Belast ung hat sich herausgest ellt , dass m it ger inger werdendem Abst and zum Obj ekt die Belast ung des Pilot en anst eigt . 109/ 136 Experim ent elle Unt ersuchung Weit erhin fällt auf, dass die gezogene Ausgleichsgerade durch die drei Diagram m e bei der Windenergieanlag deut lich st eiler ver läuft als beim Funkt urm . Dies liegt einerseit s sicher lich an der schon fest gest ellt en höheren Belast ung beim Fliegen in der Nähe der Windenergieanlagen. Andererseit s zeigt dies auch, dass Windenergieanlagen eine viel st ärkere Erhöhung der Belast ung bewir ken, wenn m an ihnen näher kom m t , als das bei einem st at ischen Hindernis der Fall ist . Beispielsweise ruft ein Abst and von ca. 400 Met ern zum Funkt urm eine Pilot enbelast ung der Wert igkeit 40 hervor ( vgl. Diagram m 6.13) . Diese Wert igkeit w ird bei den Windenergieanlagen schon bei einem Abst and von ca. 520 Met ern erreicht . 6 .6 .6 Eye Tr a ck e r I nsgesam t schaut der Pilot bei der Bewält igung der Aufgaben an den Windenergieanlagen häufiger nach draußen als bei den Aufgaben am Turm . Dies ist dar an zu erkennen, dass die Kurve der Außenblickdauer nahe der Windenergieanlage höher liegt als die der Ausblickdauer nahe des Turm s. Bei der Durchführung der Überflug- Aufgabe guckt der Pilot zu 20% öft er auf das Hindernis als bei der gleichen Aufgabe am Funkt urm . Dies best ät igt unser Ergebnis der erhöht en Pilot enbelast ung hinsicht lich der Windenergieanlagen. Dies st ellt eine Gefahr dar, da sich der Pilot nicht m ehr so sehr auf das Fliegen, sondern m ehr auf das Hindernis konzent r iert . Dies wird bei Flügen nach Sicht flug unt er Um st änden zu gefährlichen Sit uat ionen führen. 110/ 136 Experim ent elle Unt ersuchung 6 .6 .7 Un t e rsche idu n g st at isch er un d dyn a m isch er H in der n isse Ein nicht zu vernachlässigender Sachverhalt st ellt j ener dar, dass Windenergieanlagen vorw iegend als Ballung von Syst em en vorkom m en. Aufgrund dessen st ellen sie, im Gegensat z zu einem Gebäude wie beispielsweise einem Funkt urm , kein Einzelhindernis dar . Das bedeut et , dass Windenergieanlagen eine erhöht e Gefahr für Pilot en darst ellen, weil ihr Bau vorwiegend als Gruppensyst em in Form eines Windenergieanlagenparks verw irklicht w ird. Flugm anöver, w ie beispielsweise Ausweichm anöver, sind in der Nähe eines Windenergieanlagenparks wesent lich schwerer auszuführen als an einem Einzelhindernis. Dies liegt an dem höheren Luft raum volum en, das die Windenergieanlagen im Park zusam m en einnehm en. Aufgrund dieses Sachverhalt es und der Gefahren, die ein Über flug m it sich bringt , sollt e das Überfliegen von Windenergieanlagen bei St art und Landung von Luft fahrzeugen st reng unt ersagt und verm ieden werden. Zudem m uss ein Mindest sicherheit sabst and zu einer Ballung von Hindernissen, w ie Windenergieanlagenparks sie darst ellen, neu definiert und um geset zt werden. Hindernisse, die in Gruppen auft ret en, dürfen keineswegs wie Einzelhindernisse bet racht et und behandelt werden. Unsere experim ent elle Unt ersuchung ergibt , dass dynam ische Hindernisse wie Windenergieanlagen nicht w ie st at ische Hindernisse, beispielsweise also ein Funkt urm , bet racht et und behandelt w erden dürfen. Dynam ische Hindernisse erhöhen bei Über- und Vorbeiflug das Belast ungsniveau wesent lich m ehr als st at ische Hindernisse. Sie erfordern dam it eine viel größere Aufm erksam keit , die für andere Aufgaben, w ie beispielsweise die Beobacht ung des Luft raum s, dann nicht m ehr in gleichem Maße zur Verfügung st eht wie beim Über- und Vorbeiflug st at ischer Hindernisse. Unsere Ergebnisse st ellen diesen Sachverhalt heraus. 111/ 136 Experim ent elle Unt ersuchung Dynam ische Hindernisse beeinflussen Pilot en anders als st at ische Hindernisse und das sowohl hinsicht lich der Flugleist ung und Pilot enbelast ung als auch hinsicht lich ihres Vorkom m ens und der vollkom m en anderen visuellen Wahrnehm ung dieser Hindernisse. Abschließend ist deshalb nochm als ausdrücklich fest zuhalt en: Dynam ische Hindernisse wie Windenergieanlagen dürfen aufgrund der in dieser Arbeit aufgeführt en Ergebnisse und Erkennt nisse keine Gleichst ellung m it st at ischen Hindernissen wie Funkt ür m en hinsicht lich Bet racht ung und luft fahrt t echnischem Um gang erfahren. 112/ 136 Herleit ung der Abst andsregelung 7 . H e r le it ung de r Abst a ndsr e ge lung Aufbauend auf den vorangehenden Unt ersuchungen werden nachfolgend Vorschläge für Sicher heit sabst ände gem acht , die unt er Berücksicht igung des St ands der Technik einen sicheren, lärm ar m en und effizient en Flugbet r ieb für den Bau von Windenergieanlagen in der Regel nicht verwendet werden sollt en. Zugrunde liegen hierfür die Erkennt nisse aus den vorangegangenen Kapit eln, insbesondere den Kapit eln 5 und 6. Die Grundlagen hierfür sind in Kapit el 2 und 4 vorgest ellt worden. 7 .1 W in de n e r gie a n la ge a ls Lu ft fa h r t h in de r n is Eine Windenergieanlage fällt wegen ihrer besonderen äußeren Eigenschaft en nicht unt er die Einordnung eines gewöhnlichen Luft fahrt hindernisses und m uss ent sprechend anders behandelt werden. Wegen des sich drehenden Rot ors und den insbesondere nach EU VO 139/ 2014 zu berücksicht igen t urbulent en Nachlaufs ist es ein dynam isches Hindernis im Gegensat z zu den klassischen st arren Hindernissen. Zuallererst ist es Pilot en nur schwer m öglich, den genauen Abst and zu einer Windenergieanlage exakt einzuschät zen, da im Gegensat z zu der st arren St rukt ur eines Turm s oder Kam ins die Rot oren nicht st arr sind und sich die Blat t spit zen m it beschriebenen hoher Geschwindigkeit Unt ersuchungen Mindest abst ände sind daher haben bewegen. dies unabdingbar. Die gezeigt . Außerdem im Kapit el Deut lich ist 6 höhere die räum liche Ausdehnung in größeren Höhen signifikant größer. 113/ 136 Herleit ung der Abst andsregelung Abbildung 7.1: Vergleich Silhouet t en Tur m und Windenergieanlage Zweit ens st ellt die Windenergieanlage wegen ihres Zweckes, dem Wind Energie zu ent ziehen, ein besonders zu behandelndes Luft fahrt hindernis dar. Eine Beschränkung auf die Kollisionsgefahr ist unzureichend, da auch der Nachlauf eine konkret e Gefahr für Luft fahrzeuge darst ellt . Aus den Unt ersuchungen, beschrieben in Kapit el 5.3, hat sich ergeben, dass der Nachlauf bis zu einem Abst and vom siebenfachen Rot ordurchm esser ( 7D) von Flächenflugzeugen gem ieden Gleit schirm en und Ballonen ist w erden m uss. Flugbet rieb bei Windst ärken > 7 m / s ( 25 km / h) m it in Bodennähe unüblich, da in diesen Bedingungen schon Schwierigkeit en beim St art en und Landen best ehen würden, sodass ebenfalls der siebenfache Rot ordurchm esser hier ausreichend schüt zt , obwohl pr inzipiell eine höhere Em pfindlichkeit gegenüber Turbulenz und Windscherung best eht . Hängegleit er sind anfälliger gegenüber Böen als Flächenflugzeuge, können aber auch bei höheren Windgeschwindigkeit en fliegen. Sie sind daher besonders schut zbedürft ig, so dass auch auf Gr und des Abklingens der Nachlauft urbulenz Mindest abst ände von zwölf Rot ordurchm essern angebracht sind. Unt er Berücksicht igung des Bet zschen Krit er ium s ( Abst röm geschwindigkeit ist 67 % der Anst röm geschwindigkeit ) kom m t es zu einer Er weit erung des Nachlaufdurchm essers um 30 % gegenüber dem Rot ordurchm esser. Hieraus ergibt sich für die größt e Höhe des Nachlaufes eine Gesam t höhe aus der 114/ 136 Herleit ung der Abst andsregelung Anlagenhöhe zuzüglich 15 % des Rot ordurchm essers. Diese Dat en gelt en für ideales, flaches Gelände. Anst eigendes Gelände hat auch ein Anst eigen des Nachlaufs in gleichem Maße wie das Gelände zur Folge. Bei abfallendem Gelände sind derart ige Aussagen nicht m öglich, da die Luft st röm ung nicht zwangsweise der abfallenden Oberfläche folgen m uss. Auch ist eine Talinversion m öglich, sodass der Wind und som it der Nachlauf nicht ins Tal abfällt , bei einer anderen Luft schicht ung j edoch durchaus ins Tal reicht . Da der Wind aus j eder Richt ung kom m en kann, ergibt sich so für das dynam ische Luft fahrt hindernis Windenergieanlage ein virt ueller Zylinder, w ie folgt dargest ellt , der nicht von Luft fahrzeugen genut zt werden kann und som it nicht hineinreichen in die darf. in den Dieser folgenden Zylinder Rot ordurchm essern und eine Windenergieanlage zuzüglich hat Höhe 15 % Kapit eln einen von des beschriebenen Durchm esser der Flächen von 14 Gesam t höhe der Rot ordurchm essers für Mot orflugzeuge. 115/ 136 Herleit ung der Abst andsregelung Abbildung 7.2: Schut zraum um ein dynam isches Hindernis 116/ 136 Herleit ung der Abst andsregelung 7 .2 H in de r n isfr e iflä ch e n M ot or flu gbe t r ie b Nachfolgend werden die Flächen dargest ellt , die nach Kapit el 7.1 frei vom Einfluss von Windener gieanlagen bleiben m üssen. 7 .2 .1 Pla t zr un de I m Gut acht en „ Plat zrundenkorridor am Flugplat z Bonn- Hangelar“ [ 56] im Auft rag des Landesverkehrsm inist er ium s NRW ist nachgewiesen worden, dass eine lat erale Abweichung von unt er 250 m beim Folgen einer Plat zrunde selbst vom idealen, fehlerfreien Pilot en anhand äußerer Merkm ale nicht erkannt werden kann. Hieraus ergibt sich, dass die Plat zrunde, auf der Kart e als Linie gekennzeichnet , als ein Bereich m it einer Halbbreit e von 250 m ( 500 m Gesam t breit e) für den Querabflug, Gegenanflug und Queranflug bet racht et werden m uss. Diese Toleranz nim m t auch die Deut sche Flugsicherung als Sachverst ändigen- Organisat ion an. I m Endanflug und im Abflug ist ein von den Sicherheit sflächen ausgehender, m it 10 % divergierender Bereich als m ögliche Flugst recke anzusehen, da eine sehr präzise visuelle Referenz zur Landebahn ( im Endanflug) exist iert und im Abflug der größt e Fehler aus der Windabdr ift result iert . 7 .2 .2 Vollk r e ise im Ge gen a n flu g I n der Plat zrunde fliegen Flugzeuge m it zum Teil erheblich unt erschiedlichen Fluggeschwindigkeit en. Daher m uss die Möglichkeit best ehen, zu vorausfliegenden langsam eren Flugzeugen Abst and zu gewinnen. Das St andardverfahren hierfür sieht vor, im Gegenanflug nach außen Vollkreise zu fliegen. Bei 100 kt Fluggeschw indigkeit und einer St andard Zwei- Minut en- Kurve ergibt sich ein Radius von 1000 m und som it ein Durchm esser von 2000 m . 7 .2 .3 Ein flu gk orr idor Ge ge n a nflu g Das St andardverfahren für den Einflug in die Plat zrunde sieht vor , dass in der Mit t e des Gegenanfluges diese angeflogen wird ( weit eres siehe Kapit el 4.1.1) . Hierfür ist ein Korridor von m indest ens der Breit e der Plat zrunde 117/ 136 Herleit ung der Abst andsregelung vorzusehen. Sofern dieser Korridor auch als Ausflugkorr idor aus der Plat zrunde vorgesehen ist , m uss er die doppelt e Breit e haben. Die Länge des Korridors ergibt sich daraus, dass der schwächst e Verkehrst eilnehm er sicher durch diesen Korridor über ein Hinder nis am Ende des Korridors st eigen können m uss. Der zugrunde gelegt e St eiggradient bet rägt 3% . 7 .2 .4 Flu g be i m in im a le n W e t t er be din gu n gen Die Nut zung eines Flugplat zes im Luft raum G ist m öglich bei einer Wolkenunt ergrenze von 500 ft über Grund bei 1500 m Sicht weit e. Es m uss daher m öglich bleiben den Flugplat z auch dann zu nut zen. Hier aus result iert auch die Schlussfolgerung, dass der Plat zrundenbereich frei von Windenergieanlagen bleiben m uss, da diese unweigerlich bei m inim alen Wet t erbedingungen aufgrund ihres Nachlaufes und der schlecht einzuschät zenden Silhouet t e zu einer konkr et en Gefährdung führ en würden. 7 .2 .5 Sich e rh e it un d Tr a in in g Der Bereich innerhalb der Plat zrunde soll frei von Windenergieanlagen bleiben ( analog NFL I 92/ 13) . Die Plat zrunde ist ein äußerst st ark frequent iert er Luft raum . I nsbesondere aufgrund von t echnischen Problem en, die direkt nach dem St art auft ret en, m uss es m öglich sein, auch auf einer verkürzt en Plat zrunde zum Flugplat z zurückzukehren. Darüber hinaus w ir d dieser Bereich im Rahm en der Pilot enausbildung beispielsweise für sim uliert e Tr iebwerksausfälle genut zt . 7 .2 .6 Sich e rh e it sber e ich u m die Pla t zr u n de Um den 250 m Toleranzbereich der Plat zrunde herum ist ein weit erer Sicherheit sbereich von 300 m vorzusehen, da ungewollt e Abweichungen von der Plat zrunde m öglich sind, aber auch ein gezielt es Abweichen aus verschiedenst en Gründen not wendig sein kann, ohne dass es zu einer Gefährdung kom m en darf. 118/ 136 Herleit ung der Abst andsregelung 7 .2 .7 Zusa m m e nfa ssun g I n nachfolgender Abbildung ist der Text der Kapit el 7.2.1 bis 7.2.6 grafisch aufbereit et . m inim aler Abst and Windkraft anlagen m it Rot ordurchm esser: 60 m, 100 m, 120 m, 150 m Tole r a nzbe r e ich ide a le r Pilot Siche r he it sbe r e ich Abbildung 7.3: Flugplat z Mindest abst ände zu Windenergieanlagen m it Sicherheit sber eich 119/ 136 Herleit ung der Abst andsregelung 7 .3 H in de r n isfr e iflä ch e n Ult r a le ich t flu g Analog zum Kapit el 7.2 werden nachfolgend die Flächen hergeleit et die frei vom Einfluss von Plat zrunde von Windenergieanlagen wie nach Ult raleicht flugzeugen bleiben Kapit el 7.1 m üssen. für eine Zusät zliche Erklärungen sind im vorangegangenen Kapit el zu finden. 7 .3 .1 Moderne Pla t zr un de Ult raleicht flugzeuge näheren sich von der Geom et rie und Flugleist ung her den Mot orflugzeugen an, so dass dieselben Toleranzen wie unt er 7.2 gelt en. So ergibt sich für die Plat zrunde ein 500 m breit er St reifen. I m Endanflug und Abflug ist ein von den Sicherheit sflächen ausgehender m it 10% divergierender Bereich als m ögliche Flugst recke anzusehen, da eine sehr präzise visuelle Referenz zur Landebahn ( im Endanflug) exist iert und im Abflug der größt e Fehler aus der Windabdr ift result iert . 7 .3 .2 Vollk r e ise im Ge gen a n flu g I n der Plat zrunde fliegen Flugzeuge m it zum Teil erheblich unt erschiedlichen Fluggeschwindigkeit en. Daher m uss die Möglichkeit best ehen zu vorausfliegenden langsam er en Flugzeugen Abst and zu gewinnen. Das St andardverfahren hierfür sieht vor, im Gegenanflug nach außen Vollkreise zu fliegen. Bei 60 kt Fluggeschwindigkeit und einer St andard- Zwei- Minut en- Kurve ergibt sich ein Radius von 590 m und som it ein Durchm esser von insgesam t 1180 m . 7 .3 .3 Ein flu gk orr idor Ge ge n a nflu g Das St andardverfahren für den Einflug in die Plat zrunde sieht vor , dass in der Mit t e des Gegenanfluges in diese eingeflogen wird ( Weit eres siehe Kapit el 4.1.1) . Hierfür ist ein Korridor von m indest ens der Breit e der Plat zrunde vorzusehen. Sofern dieser Korridor auch als Ausflugkorr idor aus der Plat zrunde vorgesehen ist , m uss er die doppelt e Breit e haben. 120/ 136 Herleit ung der Abst andsregelung 7 .3 .4 Flu g be i m in im a le n W e t t er be din gu n gen Die Nut zung eines Flugplat zes im Luft raum G ist bei einer Wolkenunt ergrenze von 500 ft übergrund und bei 1500 m Sicht weit e zulässig. Deshalb m uss der Plat zrundenbereich fr ei von Windenergieanlagen bleiben, da diese unweigerlich bei m inim alen Wet t erbedingungen auf Grund ihres Nachlaufes und der schlecht einzuschät zenden Silhouet t e zu einer konkret en Gefährdung führen würden. 7 .3 .5 Sich e rh e it sber e ich u m die Pla t zr u n de Um den 250 m - Toleranzbereich der Plat zrunde herum ist ein weit erer Sicherheit sbereich von 300 m vorzusehen, da ungewollt e Abweichungen von der Plat zrunde m öglich sind, aber auch ein gezielt es Abweichen aus verschiedenst en Gründen not wendig sein kann, ohne dass es zu einer Gefährdung kom m en darf. 7 .3 .6 Sich e rh e it un d Tr a in in g Der Bereich innerhalb der Plat zrunde soll frei von Windenergieanlagen bleiben. Dieser Bereich wird regelm äßig in der Pilot enausbildung im Rahm en von sim ulier t en Triebwerksausfällen genut zt . Darüber hinaus wir d er benöt igt , um im Falle eines flugbet r ieblichen Zwischenfalls auf kürzest em Weg zum Flugplat z zurückzukehren. 121/ 136 Herleit ung der Abst andsregelung 7 .3 .7 Zusa m m e nfa ssun g Die Kapit el 7.3.1 bis 7.3.6 sind nachfolgend in einer Grafik aufbereit et . m inim aler Abst and Windkraft anlagen m it Rot ordurchm esser: 60 m, 100 m, 120 m, 150 m Tole r a nzbe r e ich ide a le r Pilot Siche r he it sbe r e ich Abbildung 7.4: Sicherheit sbereich UL- Plat zrunde 122/ 136 Herleit ung der Abst andsregelung 7 .4 H in de r n isfr e iflä ch e n Se ge lflu gbe t r ie b Nachfolgend werden die not wendigen Hindernisfreiflächen für den Segelflugbet r ieb vorgest ellt . 7 .4 .1 Sch le ppst re ck en Ein t ypisches St art verfahren im Segelflug ist der Flugzeugschlepp. Dabei w ird das Segelflugzeug von einem Mot orflugzeug geschleppt und so auf Höhe gebracht . Abhängig der Flugzeugklasse, die als Schleppflugzeug eingeset zt wird ( z.B. Mot orflugzeug oder Ult raleicht flugzeug) , m üssen größere Bereiche von Windenergieanlagen freigehalt en wer den, als sie für die Plat zrunde von Mot orflugzeugen beziehungsweise Ult raleicht flugzeugen in den vorangegangenen Kapit eln angegeben worden sind. Auf reinen Segelflugplät zen m üssen zum indest die gleichen Bereiche wie im Mot orflugbet r ieb frei von Hindernissen bleiben. 7 .4 .2 Pla t zr un de Da Segelflugzeuge über keinen eigenen Ant rieb verfügen, m üssen sie ihren Flugweg an vert ikale Windbewegungen anpassen und den Flugweg durch Verlängern oder Verkürzen anpassen können, um in der r icht igen Höhe einen best im m t en Ort erreichen zu können. Die Plat zrunde und St recken, die aus dem Windenst art zu bekannt en Bereichen m it Therm ik zum Einst ieg und zurückführen und die wicht igst en Bereiche m it Therm ik m üssen auf einer Halbbreit e von 500 m frei von den äußeren Begrenzungen der Windenergieanlagen- Einflussbereiche bleiben. Ebenfalls ist der Bereich in der Plat zrunde von Windenergieanlagen frei zu halt en, da nach einem Riss des Windenseils zum eist eine verkür zt e Plat zrunde geflogen werden m uss. 7 .4 .3 Sich e rh e it sber e ich u m die Pla t zr u n de Um den 150 m – Toleranzbereich der Plat zrunde herum , ist ein weit erer Sicherheit sbereich von 300 m vorzusehen, da ungewollt e Abweichungen von der Plat zrunde m öglich sind, aber auch ein gezielt es Abweichen aus verschiedenst en Gründen not wendig sein kann, ohne dass es zu einer Gefährdung kom m en darf. 123/ 136 Herleit ung der Abst andsregelung 7 .4 .4 Übun gsr a u m I m Rahm en der Pilot enausbildung m üssen Flugschüler auf Alleinflügen, aber in Sicht weit e des Plat zes nachweisen, dass sie selbst st ändig best im m t e Manöver, beispielsweise das Einkreisen in Therm ik, durchführen können. An j edem Segelflugplat z exist iert hierfür ein bekannt es Gebiet m it zuverlässigem Auft ret en von Aufwinden. Dieses Gebiet m uss frei vom Einfluss von Windenergieanlagen bleiben. So ist eine sichere Rückkehr sichergest ellt . 7 .4 .5 Rü ck k eh r zu m Pla t z Die Rückkehr zum Plat z erfolgt für das Segelflugzeug über die sogenannt e Posit ion. Dies ist ein Ort gewöhnlich 200 m über Plat zniveau querab zur Landebahn, der ent gegen der Richt ung des Endanfluges passiert wird und von dem st andardisiert der Landeanflug durchgeführt wird. Die Posit ion soll aus j eder Richt ung Sinkgradient en von aus 2 %. anfliegbar Außerdem sein soll unt er ein der Annahm e Direkt anflug aus eines der Verlängerung der Lande- und St art bahn m öglich sein, sodass in Verlängerung der Bahnenden ein Bereich, um 3 % anst eigend und m it 10° horizont aler Divergenz frei von den äußeren Begrenzungsflächen der Windkraft anlagen bleiben m uss. 124/ 136 Herleit ung der Abst andsregelung 7 .4 .6 Zusa m m e nfa ssun g I n der Abbildung 7.5 sind die Kapit el 7.4.2 bis 7.4.5 aufbereit et . m inim aler Abst and Windkraft anlagen m it Rot ordurchm esser: 60 m, 100 m, 120 m, 150 m Siche r he it sbe r e ich Abbildung 7.5: Sicherheit sbereich Segelflugplat z 125/ 136 Herleit ung der Abst andsregelung 7 .5 H in de r n isfr e iflä ch e n Gle it sch ir m e u n d H ä n ge gle it e r Gleit schirm e können m ot orisiert auf einem Flugplat z st art en und landen. Die relevant e virt uelle Zylinderoberfläche vom Einflussbereich von Winden- ergieanlagen hat für sie dabei einen Radius von 7 Rot ordurchm essern. Für Hängegleit er ist ein Mindest abst and von 12 Rot ordurchm essern einzuhalt en. Aufgrund ihrer niedr igen Fluggeschwindigkeit , können sie sich nicht oder nur schwer in auch für Ult raleicht flugzeuge beziehungsweise Segelflugzeuge vorhandene Plat zrunden einordnen. Eigene An- und Abflugwege sind daher norm al. Diese Korridore m üssen m indest ens 400 m breit sein. m inim aler Abst and Windkraft anlagen m it Rot ordurchm esser: 60 m, 100 m, 120 m, 150 m Abbildung 7.6: Sicherheit sbereich Gleit schirm 126/ 136 Herleit ung der Abst andsregelung 7 .6 H in de r n isfr e iflä ch e n Ba llon e u n d Fa llsch ir m spr in ge r Da Ballone von einem Flugplat z aus gewöhnlich nur st art en, m üssen lediglich Freiflächen ausgehend von der Ballonfläche exist ieren, die einen sicheren St art erm öglichen. Dabei ist davon auszugehen, dass Ballone und Fallschirm spr inger sich zu oder von der St art bzw. Landefläche m it einer m inim alen Neigung von 1: 4 bewegen. Bei einer Anlagenhöhe von 120 m ergibt sich som it eine St recke von 480 m von den Seit enrändern des St art bzw. Landebereiches. m inim aler Abst and Windkraft anlagen m it Rot ordurchm esser: 60 m, 100 m, 120 m, 150 m St a r t - / La nde be r e ich Siche r he it sbe r e ich Abbildung 7.7: Sicherheit sbereich Fallschirm springer/ Ballonst art fläche 127/ 136 Herleit ung der Abst andsregelung 7 .7 Be ispie l Kom bin a t ion Nachfolgend w ird grafisch ein Beispiel für die freizuhalt enden Sicherheit sflächen an einem Flugplat z gegeben, der einen Flugbet rieb m it allen zuvor erm it t elt en Flugbet r iebsart en hat . m inim aler Abst and Windkraft anlagen m it Rot ordurchm esser: 60 m, 100 m, 120 m, 150 m Tole r a nzbe r e ich ide a le r Pilot Siche r he it sbe r e ich Abbildung 7.8: Übersicht Schut zbereiche kom biniert e Verk ehrsart en 128/ 136 Herleit ung der Abst andsregelung 7 .8 Ein flu ss Topogr a fie Die vorangehenden Herleit ungen und grafischen Darst ellungen basieren auf der Grundlage, dass sich der Flugplat z auf einem absolut flachen Land befindet . I nsbesondere für Flugplät ze, die sich in Tälern befinden, m üssen Anpassungen get roffen werden. I n diesem Fall sind An- und Abflugst recken auf der gesam t en Länge, bis das Tal verlassen ist und der Flugweg unabhängig der Topografie gewählt w erden kann, vom Einfluss von Windenergieanlagengebiet en frei zu halt en. Die beschriebenen Ein- und Ausflugst recken sind daher wie die Plat zrundenführung zu bet racht en und auf ihrer vollst ändigen St recke zu beiden Seit en auf 550 m Halbbr eit e von dem Einfluss von Windener gieanlagen frei zu halt en. 129/ 136 Fazit 8 . Fa zit Die „ fr iedliche Koexist enz" von Windkraft anlagen und Landeplät zen wir d in den kom m enden Jahren wesent liche Bedeut ung für die Realisierung der Energiewende und die dafür not wendig bereit zust ellenden Freiflächen, aber auch für den Schut z insbesondere der Allgem einen Luft fahrt , für eine sichere und unfallfreie Ausbildung und für die Ausübung säm t licher Luft sport art en haben. Den An- und Abflugverfahren, der Plat zrunde sowie St art und Landung w ird dabei eine wesent liche Bedeut ung zut eil. Get ragen von diesem Gedanken, konnt en die wesent lichen I nt erakt ionen zwischen Luft fahrzeugen und Windkraft anlagen im vor liegenden Gut acht en beleucht et werden und daraus eine, Hindernisfreiheit , Pilot enbelast ung und aus dem Spannungsfeld von sicherer „ Fliegbarkeit " ent wickelt e, folger icht ige Em pfehlung abgeleit et werden. Es wurde auch gezeigt , dass einige, aus abgeleit et e, der aerodynam ischen St röm ungsfelder im Opt im ierung Nachlauf für der Windkraft anlagen die Beurt eilung Auswirkungen auf den Flugweg eher unt auglich sind. zukünft igen Unt ersuchung ggf. exper im ent ell zu der Es bleibt in einer klären, inwieweit die vorliegenden, in ihr er Kernaussage sehr unt erschiedlichen, num erischen Ergebnisse im Det ail ver ifiziert und auf das hochkom plexe Gebiet der „ Syst em ant wort " der verschiedenen Fluggerät e auf das St röm ungsfeld von Windkraft anlagen übert ragen werden können. Der akt uelle Vorschlag berücksicht igt nun sinnvollerweise die Größe des Rot orkreises ebenso wie die sich aus den einzelnen Flugphasen ergebenden unt erschiedlichen Mindest abst ände. Nat ürlich werden gerade in diesem Zusam m enhang die Fest legung von Plat zrunden, Übungsräum en und Anflugst recken sowie die exakt e Durchführung der einzelnen Flugabschnit t e wesent lich zur Sicherheit beit ragen m üssen. Die Mindest abst ände von Hindernissen zur Plat zrunde, fest gelegt in den NfL 1 92/ 13, von 400 m zum Gegenanflug und 850 m zu allen übr igen Plat zrundent eilen sind nicht geeignet , um einen sicheren Flugbet rieb für alle Verkehrst eilnehm er sicherzust ellen. I nsbesondere die St andardverfahren zum 130/ 136 Fazit Einflug in die Plat zrunde im Gegenanflug, aber auch das Fliegen von Vollkreisen im Gegenanflug sind m it derart geringen Abst änden nicht m öglich. Hindernisse im Abst and von 400 m zur Plat zrunde nehm en in unzulässiger Weise Möglichkeit en zum Verm eiden von Kollisionen durch Ausweichen. Windenergieanlagen m üssen aufgrund ihr er besonderen Eigenschaft en als dynam ische Luft fahrt hindernisse aufgefasst werden - im Gegensat z zum klassischen st at ischen Hindernis. Windenergieanlagen verur sachen eine signifikant e St örung des Windes, der in einem Bereich m it einem Radius von bis zu sieben Rot ordurchm essern ( Hängegleit er zwölf Rot ordurchm esser) eine Gefährdung für den Luft verkehr darst ellt . Eine Windenergieanlage m uss daher bei der Bet racht ung als Luft fahrt hindernis als ein Zylinder m it sieben Rot ordurchm essern im Radius und einer Höhe von der Gesam t höhe der Anlage zuzüglich 15 % des Rot ordurchm essers aufgefasst werden. Ein Pilot kann die Ent fernung zu Windenergieanlagen – insbesondere aufgrund ihrer drehenden Rot oren, aber auch wegen der gleichen äußeren Form bei signifikant en Größenunt erschieden – nur sehr schwer abschät zen. Die unt erbewusst e Gefährdung ist signifikant höher, sodass m ehr Aufm erksam keit für die Wahrung eines ausreichenden Abst andes verwendet wird. I n Plat znähe unt erbleiben so die ordent liche Anflugvorbereit ung und Beobacht ung des übrigen Verkehrs. Hieraus ergibt sich eine konkret e Unfallgefahr. Der unt er 2. ( bzw. Kapit el 7.1) beschriebene Zylinder dar f dem Gebot der Rücksicht nahm e ent sprechend nicht in die Schut zzonen hineinr agen, w ie sie in Kapit el 7.2.8 beschrieben sind. Die Bauschut zbereiche in heut iger Form schüt zen Flugplät ze nicht vor unzum ut baren Einschränkungen aufgrund neu erricht et er Windenergie- anlagen in der Um gebung. Sie sind in ihrer Geom et rie und von ihren Eigenschaft en her nicht m it Hinblick auf Windparks und dynam ische Hindernisse in Form von Windenergieanlagen ausgelegt . 131/ 136 Fazit Bauschut zbereiche können den Luft verkehr nur dann vor den Auswirkungen von Windenergieanlagen schüt zen, wenn der im Kapit el 7.1 hergeleit et e Zylinder als Referenz genom m en wird. Das Verlet zen von Hindernisfreiflächen aufgrund von Windenergieanlagen kann nicht allein aufgrund der Geom et rie der Windenergieanlage analysiert werden, sondern der in Kapit el 7.1 dargest ellt e Zylinder m uss der Bewert ungsm aßst ab sein. Der in Kapit el 7.1 hergeleit et e Zylinder von Windenergieanlagen darf nicht in die Visual Segm ent Surface eines Anfluges nach I nst rum ent enflugregeln eindr ingen. Die bloße äußere Form der Windenergieanlage darf nicht das Bewert ungskrit er ium sein. 132/ 136 Lit erat ur verzeichnis 9 . Lit e r a t ur ve r ze ichnis [ 1] “ EU DVO 923/ 2012 ( SERA A/ B) Allgem eines I nfo- Briefing,” [ 2] I CAO, Phase of Flight Definit ions English, 2013. [ 3] ECCAI RS Aviat ion 1.3.0.12 Dat a Definit ion St andard At t ribut e Values: ECCARI S 1.3.0.12, 2013. [ 4] j st arkey, Aviat ion Occurence Cat egories, 2011. [ 5] I CAO, “ Definit ions,” [ 6] Durchführungsverordnung ( EU) Nr. 923/ 2012 der Kom m ission vom 26. Sept em ber 2012 zur Fest legung gem einsam er Luft verkehrsregeln und Bet riebsvorschrift en für Dienst e und Verfahren der Flugsicherung und zur Änderung der Durchführungsverordnung ( EG) Nr. 1035/ 2011 sowie der Verordnungen ( EG) Nr. 1265/ 2007, ( EG) Nr. 1794/ 2006, ( EG) Nr. 730/ 2006, ( EG) Nr. 1033/ 2006 und ( EU) Nr. 255/ 2010Text von Bedeut ung für den EWR: Nr. 923/ 2012, 2012. [ 7] m uefr111, Bekannt m achung über Flugbet rieb nach I nst rum ent enflugregeln im Luft raum der Klasse G: NFL 1- 293- 14, 2014. [ 8] m uefr111, Zukünft iger I FR- Flugbet rieb an unkont rolliert en Flugplät zen Einricht ung von “ Radio Mandat ory Zones ( RMZ) “ : AI RC VFR 01, 2014. [ 9] VO ( EU) Nr. 1178/ 2011, Anhang 1: Part - FCL, 2014. [ 10] S. B. Pope, “ Turbulent Flows,” 2000. [ 11] “ 6- 1992_G- BTPE_Append,” [ 12] P. Markowski and Y. Richardson, “ On t he Classificat ion of Vert ical Wind Shear as Direct ional Shear versus Speed Shear,” ( en) . [ 13] “ Turbulence and Gust s,” ( en) . 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Alle Leistungskurven und Kennlinien sind auf die Standardluftdichte von 1,225 kg/m³ bezogen Legende: v [m/s] P (v) in [kW) c(p) c(t) Nutzungsvereinbarung Windgeschwindigkeit in m/s elektrisch abgegebene Leistung in Kilowatt für jede Windgeschwindigkeit (meist bezogen auf die Niederspannungsseite des Trafos, also ohne Trafoverluste) aerodynamischer Wirkungsgrad des Rotors, auch genannt Leistungsbeiwert Schubbeiwert des aerodynamischen Systems (thrust coefficient), wird bei Windpark Abschattungsanalysen / Wake Analysen benötigt Alle Leistungskurven und technischen Unterlagen, die Sie hier zur freien Benutzung finden, werden unter Ausschluss jeglicher Garantien zur Richtigkeit und zur Aktualität angeboten. Sobald Sie eins der Excel-Tabs anklicken, akzeptieren Sie diese Nutzungsbedingungen. Für aussagekräftige Ertragsberechnungen sollten Sie nur auf Leistungskurven vertrauen, die Sie direkt vom Hersteller bekommen haben! Collected powercurves of modern wind turbines for low wind speed sites (IEC Class II and III) ! all power curves and diagrams are defined for standard air density of 1.225 kg/m³ Legend: v [m/s] P (v) in [kW) c(p) c(t) wind speed in m/s electric power in Kilowatt for each wind speed bin( mostly related on low voltage side of power transformer, without transformer losses) aerodynamic efficiency coefficient of rotor thrust coefficient of aerodynamic system, is neccessary for wake analyses © Stefan Kopp w w w .w indenergie-im-binnenland.de/pow ercurve.html history: 1.0 initial version 1.1 Enercon E92 added 1.2 31.05.2012 new/updated Fuhrländer curves delivered by manufacturer (thanks to Dr. Jan Roß) 1.3 04.06.2012 Gamesa G128 updated, G97/ G114 added 1.4 10.07.2012 Repower 1.6-100 added 1.5 20.09.2012 Gamesa G114 added 1.6 27.09.2012 Enercon E82 changed reg.product overview Sept.12, E115 added 1.7 18.10.2012 Repower 3.0M122 added (power curve estimated from product brochure) 1.8 01.11.2012 Vensys turbines added VS77, VS82, VS100, VS109, VS112 1.81 11.11.2012 typo corrected: Siemens SWT 3. 6 -120 instead of SWT 3. 2 -120 1.82 07.02.2013 power curves updated: Enercon E92, Vestas V112-3075 1.83 21.02.2013 typo corrected: Enercon E115: 153W @4m/s instead 135W@ 4m/s. Thanks to Per Nilsen from emd (WindPro) for the info :-) 1.9 31.03.2013 new/updated Repower 3.2M114 power curve from different source 1.91 17.06.2013 updated Repower 3.0M122 power curve 2.0 29.08.2013 new power curves & new layout: Gamesa G114-2.4MW, Gamesa G128-5MW, Nordex N117-3MW, Vestas V112-3MW, Vestas V117-3.3MW, Vestas V126-3.3MW 2.1 11.10.2013 Gamesa G136 power curves removed, because turbine design study will not be further developed. 2.2 05.02.2014 Repower 3.0 , Vestas V117-3.3 & V126-3.3, Nordex N131 3.0, E115 - 2.5MW & 3MW updated 2.3 18.06.2014 Enercon E126: BIN3 updated, Gamesa G128-5MW added, GE2.5-120 added, Vestas V112-3.3 GS added, Nordex N117 2.4MW updated, 2.4 23.01.2015 GE 2.5-120 corrected, Senvion 3.2M-114 VG & 3.4M-114 VG added, Siemens SWT 3.3-130 added 2.41 02.02.2015 GE 2.75-120 added 2.42 22.05.2015 Enercon E126EP4 added, E126-7.5 Bin3 corrected