Zum aktuellen Stand der WEA-Bewertung im Umfeld von ...€¦ · Bredemeyer, Gutachten zur Interaktion zwischen Windenergieanlagen und DVOR-Anlagen der Flugsicherung, Braunschweig,

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Zum aktuellen Stand der WEA-Bewertung im Umfeld von Drehfunkfeuern

„Aktuelle Herausforderungen der Windenergienutzung“

Neven Josipovic

Hannover, 04.04.2017

Neven Josipovic | IRW, TU Braunschweig | WEA-Bewertung im Umfeld von Drehfunkfeuern | Hannover, 04.04.2017 2

Gliederung

1. Warum gibt es Probleme bei

Drehfunkfeuern?

2. Was wissen wir über Einflüsse von WEAs?

3. Was schreibt die ICAO vor?

4. Wie wird derzeit geprüft?

5. Was sind die grundlegenden

wissenschaftlichen Anforderungen? https://www.thalesgroup.com/sites/default/files/medi

as/documents/DVOR%20432%20Datasheet.pdf

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Warum gibt es Probleme bei Drehfunkfeuern?

01


Warum gibt es Probleme bei Drehfunkfeuern?

Aus rechtlicher Sicht:

• unbestimmter Rechtsbegriff „stören“ (§ 35 Abs. 3 Nr. 8 BauGB)

• unklares Tatbestandsmerkmal „gestört werden können“ (§ 18a Abs. 1 S. 1 LuftVG)

• gesetzlich fixierte Beauftragung der DFS (§ 18a Abs. 1 S. 2 LuftVG)

• verbindliche völkerrechtliche Vorgaben (Art. 37, 38 Chicagoer Abkommen)

• potenziell betroffene Schutzgüter (Art. 2 Abs. 2 S. 1 GG)

• Aufgaben der Flugsicherung (§ 27c Abs. 1 S. 1 LuftVG)

• …

01

3


• Einigkeit besteht über Nutzung der ICAO-Vorgaben für die Auslegung des

Tatbestandsmerkmals „gestört werden können“

• ICAO macht aber konkrete Vorgaben nur für ex post Bewertung, keine Vorgehen für

Prognose explizit (detailliert) beschrieben

Warum gibt es Probleme bei Drehfunkfeuern? 01


• tatsächliche Einflüsse von WEAs werden vermutet

WEA WEA

WEA

WEA


Greving/Spohnheimer, in: IFIS Proceedings 2010, 183 (189).

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• Methoden zur Vorhersage von Einflüssen in der Diskussion

???


Greving/Biermann/Mundt, Systemtechnische Untersuchung und Beurteilung der Effekte von 10 Windenergieanlagen ENERCON E115 im Windpark „Taunuskamm“ vom 16.04.2015;

Greving/Biermann/Mundt, Beschreibung, Technische Analyse und Bewertung der DFS-Plausibilitätsmethode („Prognoseberechnung“) für CVOR/DVOR (Drehfunkfeuer), Stand 19.02.2016


Zusammenfassung

• unbestimmter Rechtsbegriff („gestört werden können“)

• fehlende Prognose-Vorgaben der ICAO

• vermutete Einflüsse von WEAs auf DVOR/VOR-Signale

• Diskussion um Prognosemethoden


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Gliederung


Drehfunkfeuern?








Beispiel: DVOR Michaelsdorf

Was wissen wir über Einflüsse von WEAs? 02


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ca. 35 WEAs

Entfernung ca. 9,5 –

11,5 km (5 – 6,3 NM)

ca. 15 WEAs

Entfernung

ca. 1,8 – 4 km

(1 – 2,2 NM)

R199

2008

2007

2006

2005

2004





Auffällig hoher Winkelfehler


Greving/Spohnheimer, in: IFIS Proceedings 2010, 183 (189);

Bredemeyer, Gutachten zur Interaktion zwischen Windenergieanlagen und DVOR-Anlagen der Flugsicherung, Braunschweig, 06.03.2014

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ca. 15 WEAs

Entfernung ca. 1,8 – 4 km (1 – 2,2 NM)

R182

ca. 35 WEAs


11,5 km (5 – 6,3 NM)

ca. 15 WEAs

Entfernung

ca. 1,8 – 4 km

(1 – 2,2 NM)

R199


Bredemeyer, Gutachten zur Interaktion zwischen Windenergieanlagen und

DVOR-Anlagen der Flugsicherung, Braunschweig, 06.03.2014

Radial 199

Höhe: 180 m



ca. 35 WEAs


11,5 km (5 – 6,3 NM)

ca. 15 WEAs

Entfernung

ca. 1,8 – 4 km

(1 – 2,2 NM)

R199


Bredemeyer, Gutachten zur Interaktion zwischen Windenergieanlagen und

DVOR-Anlagen der Flugsicherung, Braunschweig, 06.03.2014

Radial 199

Höhe: 300 m

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Vergleich Radialmessung / Orbitmessung (DVOR TAU)


Greving/Biermann/Mundt, Systemtechnische Untersuchung und Beurteilung der Effekte von 10 Windenergieanlagen ENERCON E115 im Windpark

„Taunuskamm“ auf die DVOR TAU (Taunus) der DFS, Gutachten im Auftrag der ESWE Taunuswind GmbH vom 16.04.2015

Orbit

Radial


Zusammenfassung

• Einfluss von WEA wurde in Winkelfehler-Verläufen noch nicht nachgewiesen

• Orbit-Messungen liefern größere Fehler als Radialmessungen

(nicht einfach ein Wechsel der „Perspektive“)

Ursachen für eindeutig identifizierte Einflüsse:

• große Objekte in unmittelbarer Nähe zur Anlage

Ursachen für vermutlich identifizierte Einflüsse von WEAs:

• Ausgeprägte Wirkung von Doppler-verschobenen Reflexionen bei sehr geringem Abstand

zw. WEA und Empfänger (Flugzeug)


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Gliederung


Drehfunkfeuern?








03 Was schreibt die ICAO vor?

Insb. einschlägig:

ICAO EUR Doc 015

Empfehlungen für Bauwerksbewertung/Bauverbotsbereiche

ICAO Annex 10

Vorgaben (“Standards”) und Empfehlungen (“Guidance”) für Funknavigationstechnik

ICAO Doc 8071

Empfehlungen für Boden- und Flugtests von Funknavigationsanlagen

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Vorgehen gem. ICAO Doc 015

“6.2 The BRA is considered to provide worst case protection.”



Vorgehen gem. ICAO Doc 015

“4.4 For Step 2:

The ATSEP should carry out detailed analysis. This

should cover all aspects of the CNS facility to be protected

and the possible effects of the proposed building on the

signal in space provided by these facilities.”

Aber: keine konkreten Vorgaben, wie die

Untersuchung erfolgen soll!

„The procedure may cover theoretical analysis, numerical

simulation and modelling in order to identify significant

effects of the proposed building in the current

environment.”


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Insb. einschlägig:

ICAO EUR Doc 015


ICAO Annex 10


ICAO Doc 8071




Vorgaben (SARP) aus Annex 10

Regelmäßige Flug- und

Bodenvermessungen

Anlagenfehler < 2°

Operationelle Nutzbarkeit als Referenz

Keine Winkeländerung von mehr als 1°

in Monitoring-System

http://www.lycti.com/attachments/Slider/07496187-4186-7b23-6177-

5ef38e1b37e6/DVOR%202.jpg?template=generic


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Guidance Material aus Annex 10 (Attachment C)

Status von Empfehlungen

3.7.1 Purpose. The following guidance material is intended to assist in the use of VOR systems.

Erklärung der Methodik

3.7.3.2 errors … when considered on a system basis (not any one radial) are independent variables, they may be combined on a

root-sum-square method (RSS) when the same probability level is given to each element. …

Empfehlungen für Toleranzwerte und ihre Verknüpfung



Guidance Material aus Annex 10 (Attachment C)

Die Angaben haben zwar den Charakter von Empfehlungen, aus physikalischer und

mathematischer gibt es aber keinen besseren Weg

Die Bewertung der Systemgenauigkeit hat auf stochastischer Grundlage

(95%-Wahrscheinlichkeit) zu erfolgen

Die mittlere Gesamtabweichung („Gesamtfehler“) ist immer mittels RSS-Formel

zu berechnen

Grundlage sind die tatsächlichen Werte eines VOR/DVOR („Vorbelastung“)


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Begründung für RSS-Formel

LoS

Zeitpunkt 1

Zeitpunkt 2

𝑠𝑔𝑒𝑠 = 𝑠𝑎2 + 𝑠𝑏

2 + 𝑠𝑐2 + ⋯



„Fehlerbudget“ für weitere WEAs

Herleitung nach Wortlaut von ICAO Annex 10, Att. C führt zu:

genannter Wert ist keine feste Vorgabe!


𝑅𝑆𝐸 = 𝐴𝑛𝑙𝑎𝑔𝑒𝑛𝑓𝑒ℎ𝑙𝑒𝑟2 + 𝑊𝐸𝐴12 + 𝑊𝐸𝐴2

2 + ⋯ + 𝑤𝑒𝑖𝑡𝑒𝑟𝑒 𝐸𝑖𝑛𝑓𝑙ü𝑠𝑠𝑒2 < 3°

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Insb. einschlägig:

ICAO EUR Doc 015


ICAO Annex 10


ICAO Doc 8071




Inhalt von ICAO Doc 8071

Heranzuziehen ist der tatsächliche Alignmentfehler


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Inhalt von ICAO Doc 8071

zulässige Gesamtabweichung an einer Stelle x entlang des Radials (3,5°+3°=6,5°)

Aber: 95%-Regel nicht erwähnt (Anwendung zu prüfen!)



Stehen Annex 10, Att. C und Doc 8071 im Widerspruch?

Annex 10: Bezug: allgemeine Signalgenauigkeit

Methode: stochastische Bewertung

Basis: die einzelnen Fehlerbeiträge

Doc 8071: Bezug: tatsächlich genutztes Radial, operative Auswirkungen

Methode: absolute Maximalwerte

Basis: Vermessungsergebnisse („Flight Testing“)

zwei verschiedene Zwecke!

beide geeignet für WEA-Bewertung!


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Zusammenfassung

• Prüfung des Einflusses nur, wenn Objekt im Bauschutzbereich liegt

• Stochastische Bewertung der Systemgenauigkeit von VOR

• Operative Bewertung auf Radialen



Gliederung


Drehfunkfeuern?







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04 Wie wird derzeit geprüft?

Aktuelles Verfahren:

1. Liegen die Bauwerke im Bauverbotsbereich („Anlagenschutzbereich“)?

2. Ist im Schutzbereich ausreichend Spielraum („Budget“) für den Einfluss weiterer

WEAs vorhanden?

3. Würden zusätzliche WEAs dazu führen, dass der Spielraum überschritten wird?


1. Liegen die Bauwerke im Bauverbotsbereich („Anlagenschutzbereich“)?

welcher Radius wird herangezogen?


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2. Ist im Anlagenschutzbereich ausreichend „Budget“ für den Einfluss weiterer WEAs vorhanden?

wie kommt das „Budget“ zustande?

DFS: „worst case“ für den Anlagenfehler

2° + 𝑊𝐸𝐴1,𝑊𝑃 + ⋯ + 𝑊𝐸𝐴𝑛,𝑊𝑃2

+ 𝑤𝑒𝑖𝑡𝑒𝑟𝑒 𝐸𝑖𝑛𝑓𝑙ü𝑠𝑠𝑒2 < 3°


𝐴𝑛𝑙𝑎𝑔𝑒𝑛𝑓𝑒ℎ𝑙𝑒𝑟2 + 𝑊𝐸𝐴12 + 𝑊𝐸𝐴2


ICAO Annex 10: radial displacement error als ein stochast. unabh. Fehlerbeitrag

BVerwG, Urt. v. 07.06.2016 – 4 C 1.15, juris, Rn. 20; zuvor bereits: OVG Lüneburg, Urt. v. 04.12.2014 – 12 LC 30/12, juris, Rn. 63.






DFS: Annahme stochastisch abhängiger Effekte (z.B. bei WEAs in einem Windpark)




ICAO Annex 10: variable errors jeweils stochastisch unabhängig

VG Düsseldorf, Urt. v. 24.07.2014 – 11 K 3648/12, juris, Rn. 107; VG Oldenburg, Beschl. v. 05.02.2014 – 5 B 6430/13, juris, Rn. 44

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DFS: fester Grenzwert für den Radial Signal Error




ICAO Annex 10: 3° als Planungsvorschlag, relevant ist der Gesamtfehler des Systems



OVG Lüneburg, Urt. v. 04.12.2014 – 12 LC 30/12, juris, Rn. 64


3. Würden zusätzliche WEAs dazu führen, dass das Budget überschritten wird?

wie wird der Einfluss geplanter WEAs berechnet?

• Skalierung und Verschiebung der Maxima theoretischer Fehleroszillationskurven

• Ergebnis: theoretischer „worst case“-Winkelfehler


Greving/Biermann/Mundt, Beschreibung, Technische Analyse und Bewertung der DFS-Plausibilitätsmethode („Prognoseberechnung“) für

CVOR/DVOR (Drehfunkfeuer), NAVCOM Consult GmbH, Stand 19.02.2016

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Zusammenfassung

• Abweichung von den Werten für den Bauschutzbereich

• Abweichungen von der vorgeschriebenen stochastischen Bewertung

• nicht validierbares Modell für die Berechnung einzelner Fehlerbeiträge



Gliederung


Drehfunkfeuern?







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05 Was sind die wiss. Anforderungen?

Hintergrund:

„Es muss … ausreichen, dass die entsprechenden Annahmen in der … gutachtlichen

Stellungnahme der Deutschen Flugsicherung (DFS) … wissenschaftlichen Ansprüchen

genügen und durch wissenschaftliche Gegenpositionen in ihren Grundannahmen, ihrer

Methodik und ihren Schlussfolgerungen jedenfalls nicht substanziell in Frage gestellt werden.

Denn die Möglichkeit einer Störung ist damit dargetan.“

– BVerwG, Urt. v. 07.06.2016 – 4 C 1.15, Rn. 23



Was bedeutet hier „Wissenschaftlichkeit“?

Transparenz: nichts auslassen,

vollständige Darstellung

Überprüfbarkeit: Zugang zu Informationen,

evtl. Zugang zu Daten

Validierbarkeit: Übereinstimmung zwischen

Theorie und Praxis

(qualitativ und quantitativ) https://ukraine-nachrichten.de/Wissenschaft_in_der_Ukraine.jpg/596/

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Zusammenfassung

• Annahmen genügen nicht wissenschaftlichen Ansprüchen



Zusammenfassung des Vortrags

• Der Einfluss von WEAs auf VOR/DVOR-Signale ist faktisch irrelevant, da er im Messrauschen

und anderen Einflüssen untergeht.

• Aktuell wird von den Vorgaben der ICAO abgewichen: bei Einhaltung der ICAO-Vorgaben

könnten zahlreiche WEAs problemlos genehmigt werden, ohne die Toleranzwerte zu

überschreiten.

• Das jetzige Verfahren ist – unbegründeter Weise – zu streng.

• Probleme ergeben sich aus Diskrepanzen zwischen Meinung von DFS/BAF und Anderen,

nicht aus unterschiedlichen Meinungen in der Wissenschaft.

• Die Annahmen in der gutachtlichen Stellungnahme genügen nicht wissenschaftlichen

Ansprüchen.

Fazit

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Zum aktuellen Stand der WEA-Bewertung im Umfeld von ...€¦ · Bredemeyer, Gutachten zur Interaktion zwischen Windenergieanlagen und DVOR-Anlagen der Flugsicherung, Braunschweig,