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Windparkplanung

Einleitung

Ausgehend von dem politischen Willen, die Windkraftnutzung voranzutreiben und einen nennenswerten Deckungsbeitrag in der öffentlichen Stromversorgung zu schaffen, bedarf es geeigneter Maßnahmen, die Errichtung von Windkraftanlagen planerisch zu steuern und zu lenken. Zur Ausweisung geeigneter Flächen für die Errichtung von Windkraftanlagen, die einerseits den wirtschaftlichen Interessen des Investors und andererseits den öffentlichen Belangen Rechnung trägt, ist eine Erhebung und Einordnung der Randbedingungen notwendig. Eine notwendige und hinreichende Bedingung zur Windenergienutzung ist das standortspezifische Windpotenzial. Das Windpotenzial stellt letztlich die Voraussetzung für den wirtschaftlichen Betrieb der Anlagen dar.

In der Bundesrepublik Deutschland haben das Stromeinspeisungsgesetz von 1991, diverse Förderprogramme seitens des Bundes und der Länder sowie die sinkenden Windkraftanlagen-Preise der Windenergienutzung einen starken Aufschwung beschert. Die Leistung der installierten Windkraftanlagen (WKA) erhöhte sich auf 6916,4 MW (30.06.2001).

Dieses ist auch durch die sich ständig erhöhenden Nennleistungen der Windkraftanlagen bedingt. Serienanlagen verfügen bereits über Leistungen bis 2500 kW, die nächste Gruppe Windkraftanlagen mit höheren Leistungen ist bereits in der Entwicklung.

Der starke Ausbau der Windenergienutzung führt aber gerade im Binnenland, bedingt durch die dezentrale Aufstellung der Windkraftanlagen, zu Problemen auf der Planungsebene bei den Energieversorgungsunternehmen sowie bei den Behörden der Regierungsbezirke, Kreise und Kommunen.
Ein Ausbau der Windenergienutzung bedarf jedoch der Akzeptanz der Bevölkerung.

Einschränkende Faktoren

Die einschränkenden Faktoren beinhalten eine Vielzahl von Aspekten sowohl technisch objektiver, als auch subjektiv individueller Art (wie dem Landschaftsbild). Folgende einschränkende technische Faktoren sind von zentraler Bedeutung. In den nachfolgenden Ausführungen werden die einschränkende Faktoren wie Netzanbindung, Geräusche sowie Schattenwurf und Lichtreflexe betrachtet.

Eine vollständige detaillierte Analyse und Bewertung dieser Aspekte wird hier nicht vorgenommen. Des weiteren wird eine Abstandsregelung am Beispiel Niedersachsens, Schleswig-Holsteins und Nordrhein-Westfalens aufgeführt.

Netzanbindung

Die Netzkapazität ist ein regional einschränkender Faktor. Jedes vorhandene Energieversorgungsnetz ist auf eine bestimmte Übertragungskapazität ausgelegt. Will man an ein vorhandenes Netz eine einzelne Windkraftanlage oder einen Windpark anbinden, so muß eine Prüfung bezüglich der Transport- und Aufnahmekapazität erfolgen.

Die Anschlußkriterien, bezogen auf den Verknüpfungspunkt, werden durch folgende Bestimmungen geregelt:

  • DIN-Normen
  • VDE-Vorschriften
  • Technische Anschlußbedingungen des örtlichen Energieversorgungsunternehmens (EVU)
  • Technische Richtlinie: Parallelbetrieb von Eigenerzeugungsanlagen mit dem Mittelspannungsnetz des Elektrizitätsversorgungsunternehmens (VDEW 1. Ausgabe 1994)
  • Richtlinie für den Parallelbetrieb von Eigenerzeugungsanlagen mit dem Niederspannungsnetz des Elektrizitätsversorgungsunternehmens (VDEW, 3. Auflage 1991)
  • Technische Richtlinie: Bau und Betrieb von Übergabestationen zur Versorgung von Kunden aus dem Mittelspannungsnetz (VDEW, 2. Auflage 1994)
  • Grundsätze über die Beurteilung von Netzrückwirkungen (VDEW, 3. Auflage 1992)
  • VBG 4: Vorschriftenwerk der Berufsgenossenschaft

Die Einbindung des jeweiligen Anlagentyps muß in Einklang mit dem vorgegebenen Regelwerk der Energieversorgung stehen. Hierdurch soll gewährleistet werden, daß die durch die Windkraftanlage verursachten Netzrückwirkungen sich innerhalb der zulässigen Grenzwerte bewegen. Die anlagenspezifischen Netzrückwirkungen werden durch anerkannte Zertifizierungsstellen ermittelt. Die für jeden Anlagentyp individuell ermittelten Kenngrößen bilden die Grundlage für die Festlegung der Netzaufnahmekapazität. Das folgende Bild zeigt prinzipiell die in- und externe Verkabelung eines kleinen Windparks.

Interne Verkabelung und Netzanschluß eines kleinen Windparks

Da zwischen den Anlagentypen verschiedener Hersteller beträchtliche Schwankungsbreiten bestehen können, kann eine abschließende Aussage über die maximal anschließbare Anlagenzahl im regionalen Netz nur bei Kenntnis aller notwendigen Eckdaten vom zuständigen Energieversorgungsunternehmen getroffen werden. Da eine Ermittlung der Netzkenngrößen nur in Verbindung mit dem örtlichen EVU möglich ist, wird empfohlen, nach der Eingrenzung der potentiellen Gebiete die bestehende Anschlußkapazität für unterschiedliche Anlagentypen zu ermitteln. Hierdurch könnten sich allerdings weitere Ausschlußkriterien für die Flächenausweisung ergeben.

Geräusche

Windkraftanlagen erzeugen mechanische und aerodynamische Geräusche. Aufgrund der Bemühungen der Hersteller um Lärmminderung sind neuere WKA nicht lauter als ältere Anlagen der halben Nennleistung. Subjektiv wird das breitbandige aerodynamische Rauschen neuer großer Anlagen sogar meist als angenehmer empfunden als das mechanisch dominierte Geräusch älterer Anlagen. Es gibt allerdings erhebliche Unterschiede zwischen den Anlagen. Mit zunehmender Windgeschwindigkeit werden die von der Anlage erzeugten Geräusche durch die Umgebungsgeräusche verdeckt, so daß eine Lärm- bzw. Geräuschstörung eher bei leichtem Wind vorliegt. Maßgebend ist hierbei der Nachtwert, der laut VDI-Richtlinien 2058 in Mischgebieten 45 dB, in allgemeinen Wohngebieten 40 dB und in reinen Wohngebieten 35 dB nicht überschreiten darf [1].
Da das Kriterium der Schallemission ein häufiger Grund für die Ablehnung eines Anlagenstandortes ist, wird im folgenden noch eine weiterführende Betrachtung zum Schall vorgenommen. Die Lärmemission von Windkraftanlagen unterliegt den physikalischen Gesetzen der Schallausbreitung. Im folgenden Bild wird die Abnahme des Schallpegels in Abhängigkeit von der Entfernung gezeigt.

Schalldruckpegel einer Windkraftanlage vom Schalleistungspegel 100 dB

Die VDI-Richtlinie 2714 („Schallausbreitung im Freien") erlaubt eine näherungsweise Berechnung des Schallpegels in der Nähe einer Windkraftanlage. Danach wird der Schalldruckpegel wie folgt berechnet:
LS = LW + DI + K0 - DS - DL - DBM - DD - DG

Die in der Gleichung aufgeführten Größen sind wie folgt definiert:

  • LS Schalldruckpegel im Abstand S von der Windkraftanlage
  • LW Schalleistungspegel der Windkraftanlage
  • DI Richtwirkungsmaß
  • K0 Raumwinkelmaß
  • DS Abstandsmaß mit DS = 10 log (4pS2)
  • DL Luftabsorbtionsmaß mit DL = aL S und aL = 0,00209 dB/m
  • DBM Boden- und Meteorologiedämpfungsmaß mit DBM = max(0; 4,8 - (hq-ha)/(17S+300)) ; hq=5 m (Meßhöhe)
  • DD Bewuchsdämpfungsmaß
  • DG Bebauungsdämpfungsmaß

Der Schalldruckpegel am Beobachtungsort ist im wesentlichen abhängig von der Geräuschentwicklung der Anlage und verringert sich mit zunehmender Entfernung. Ferner ist er abhängig von der Luftabsorbtion (DL), der Dämpfung (DD bzw. DG) und den Umgebungseigenschaften. Vereinfacht werden DI, DD und DG als konstant Null sowie K0 mit 3 dB angenommen. Im Bild ist der Schallpegel in Abhängigkeit der Entfernung für eine Windkraftanlage von 100 dB Schalleistungspegel und 50 m Nabenhöhe dargestellt. Zu beachten ist, daß der Schallpegel der Nebengeräusche des Windes schneller mit der Windgeschwindigkeit steigt als der der Windkraftanlage. Ab einer Windgeschwindigkeit von etwa 8 m/s überwiegen die Nebengeräusche, so daß Lärmemissionen nur für geringe Windstärken beachtenswert sind.

Betrachtet man eine Ansammlung von Windkraftanlagen, sogenannte Windparks, stellt sich heraus, daß sich der Schallpegel keineswegs mit der Anzahl der Anlagen linear addiert. Ab einer gewissen Anzahl von Anlagen ändert sich der Schallpegel, bezogen auf den Aufpunkt, fast nicht mehr. Das liegt daran, daß die hinzukommenden Anlagen aus betriebstechnischen Gründen so weit vom Beobachter entfernt sind, daß ihr Beitrag zum Gesamt-Schalleistungspegel kaum ins Gewicht fällt. Im Bild wird die betrachtete Anlagen-Konstellation graphisch dargestellt.

Betrachtete Konstellation von Beobachter und Windkraftanlage zur Schallpegelberechnung

Das folgende Bild stellt den Schalldruckpegel im Aufpunkt in Abhängigkeit von der Anlagenzahl und der Reihenzahl graphisch dar.

Schallpegel am Beobachtungsort bei unterschiedlicher Anzahl von Windkraftanlagen

Aus den zuvor gemachten Ausführungen läßt sich nur ein qualitativer Zusammenhang zwischen Abstand und Schalldruck ableiten. Es wird empfohlen, im Rahmen des Genehmigungsverfahrens ein Lärmgutachten erstellen zu lassen. Bei der Flächenausweisung sollte jedoch im Vorfeld auf die Einhaltung von Abständen geachtet werden. Im Falle von Einzelanlagen oder kleineren Anlagengruppen können diese Abstände durch eine Einzelfallprüfung festgelegt werden.

Schattenwurf und Lichtreflexe

Bei Sonnenschein werfen Windkraftanlagen Schatten. Die sich drehenden Rotorblätter bewirken ein Flackern des Schattens, den sogenannten Discoeffekt. Ferner kann das Sonnenlicht an den Rotorblättern reflektieren. Beides wird als lästig empfunden. Die Belästigung nimmt bei den heutigen Anlagen jedoch ab einer Entfernung von 500 m deutlich ab.

Berechnung der Schattenwurfwahrscheinlichkeit von Windkraftanlagen (Annahmen: 50 m Nabenhöhe, 40 m Rotordurchmesser (entspricht etwa 500/600 kW Leistung), Beschattungswahrscheinlichkeit 20 %) [1]

Abstand zur Anlage

200 m

300 m

500 m

maximale Beschattungszeit / Tag in Min.

47,8

32,7

20,5

maximale Zahl der Beschattungstage

88

40

62

maximale Gesamt- beschattungszeit pro Jahr in Min.

2678

1291

522

Beschattungszeit / Jahr unter Berücksichtigung der Beschattungswahrscheinlichkeit in Min.

536

259

104

Die maximale Beschattungszeit beträgt bei einer Entfernung von 200 m zwischen Anlage und Beschattungsaufpunkt 48 Minuten/Tag, wobei es sich überwiegend um Schlagschatten handelt. Bei einer Entfernung von 500 m beträgt die maximale Beschattungszeit nur noch 20 Minuten/Tag an maximal 40 Tagen, wobei es sich meist um Halbschatten handelt. Es kann zusammenfassend festgestellt werden, daß ab einer Entfernung von etwa 500 m das Schattenproblem vernachlässigbar ist. Das folgende Bild zeigt den Schattenwurf einer Windkraftanlage an einem Sommertag um ca. 12.00 Uhr in etwa 70 m Entfernung vom Turm. Die Person auf dem Bild dient als Größenvergleich.

Hinsichtlich der Reflexionen ist ebenfalls davon auszugehen, daß bei geringen Abständen zwischen Anlage und Wohngebäude erhebliche Belästigungen auftreten können: So liegt die Wahrscheinlichkeit von Lichtreflexen nach einer Modellrechnung bei einem 60 m entfernten Grundstück je nach Monat zwischen 13 und 30 %, bei einem 120 m entfernten Grundstück zwischen 8 und 17 %. Bei größeren Entfernungen reduziert sich die Belästigung erheblich [1].

Abstandsregelungen

Um einige dieser einschränkenden Faktoren von vornherein zu berücksichtigen, ist man in Niedersachsen, Schleswig-Holstein und Nordrhein-Westfalen zu Abstandsregelungen übergegangen. Da gerade Beispiele aus Schleswig-Holstein zeigen, wie Windkraftanlagen das Landschaftsbild nachhaltig beeinträchtigen können, erscheint eine räumliche Steuerung durch Konzentrierung sinnvoll.

Quellen:

[1] Räumliche Steuerung von Windenergieanlagen
Bernd Mielke
Institut für Landes- und Stadtentwicklungsforschung des Landes Nordrhein-Westfalen, 1995

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