Seismologie – Einfluss von Windrädern

Projektlaufzeit

03/2018 - 11/2019

Projektpartner

Institut für Geophysik und Geologie, Universität Leipzig

Projektziele

• Bestimmung der Schwingungsemission von Windkraftanlagen (WKA) im seismisch relevanten Frequenzbereich von 1 - 20 Hz
• Untersuchung des Ausbreitungsverhaltens der seismischen Wellen im oberflächennahen Untergrund
• Ermittlung der entfernungsabhängigen Erhöhung des seismischen Bodenrauschens über den natürlich vorhandenen mittleren Rauschpegel und Definition einer tolerierbaren Rauschpegelerhöhung an einer seismischen Station durch den Einfluss von Windkraftanlagen
• Im Ergebnis soll ein einfach zu handhabendes Instrumentarium vorliegen, dass aus wenigen und einfach zu erhebenden Eingangsdaten und Kriterien die verbindliche Festlegung von Schutzradien ermöglicht

Projektergebnisse

• Um einen Schutzradius bestimmen zu können, wurde ein Rauschpegel in Abhängigkeit einer Frequenz festgelegt, die eindeutig von der Windkraftanlage (WKA) ausgeht. Eigene Messungen, z. B. an den WKA in Waldkirchen und Niedersaida und unter der Zuhilfenahme weiterer Forschungsergebnisse haben gezeigt, dass einzelne Windkraftanlagen ganz bestimmte Frequenzbänder anregen. Dass diese Frequenzen eindeutig von den WKAs ausgehen, konnte durch Messungen in verschiedenen Entfernungen zu den WKAs belegt werden.
• Es wurde gezeigt, dass unterschiedliche WKAs unterschiedlich »laut« sind. Diese Emissionswerte können in einem anlagenspezifischen Emissionskoeffizienten abgebildet werden. Zur Bestimmung dieses Emissionskoeffizienten wurde das Messverfahren der sogenannten Ringmessung eingeführt. Für die Auswertung dieser Ringmessungen sind die Betriebsdaten der jeweiligen WKA nötig. Die einzige WKA für die Betriebsdaten, wie Windgeschwindigkeit in Nabenhöhe und Drehzahl ermittelt werden konnten, befand sich in Pfinztal (Baden-Württemberg).
• Der Rauschpegel, welcher in einer bestimmten Entfernung von einer WKA gemessen wird, hängt weiterhin vom Untergrund ab. Dieser sogenannte Abklingkoeffizient beschreibt die Amplitudenabnahme des WKA-induzierten seismischen Signals mit der Entfernung. Das Abklingverhalten wurde durch Modellierungen für verschiedene Untergründe berechnet und in ein einfach anzuwendendes Schema überführt. Zur Anwendung des Schemas müssen geologische Gegebenheiten, wie z. B. Schichtmächtigkeit und bodenspezifischer Dämpfungskoeffizient für den potentiellen Standort einer neuen WKA bekannt sein.
• Es wurde eine Formel entwickelt, mit der durch Berücksichtigung der gemessenen Emissionskoeffizienten und der Modellierungsergebnisse ein entfernungsabhängiger Beitrag des WKA-induzierten Rauschpegels zum natürlich vorhandenen Bodenrauschpegel ermittelt werden kann.
• Als Kriterium für den Schutzradius wurde daraufhin festgelegt, dass der zusätzliche Beitrag der WKA am Ort der seismischen Station den dort bereits vorhandenen natürlichen Rauschpegel nicht überschreiten darf. Dafür muss das Rauschniveau an der zu schützenden seismologischen Station bekannt sein.
• Der Emissionskoeffizient konnte nur für einen Anlagentyp genau bestimmt werden. In diesem Fall war es eine Anlage mit einer Leistung von 2,0 MW und einer Nabenhöhe von 101 m. Das Verfahren an sich ist universell einsetzbar, sofern Emissionskoeffizienten für den entsprechenden Anlagentyp bestimmt werden können.  Der Schutzradius einer seismologischen Messeinrichtung sollte für jeden potenziellen Standort einer WKA individuell bestimmt werden.
• Die Ergebnisse wurden in einem Manual, welches das Vorgehen anschaulich beschreibt, zusammengefasst.