12/11/2002EVL
Berekening van de effecten van windturbines opmaritieme RF systemen (SRK)
• Prof. Emmanuel Van Lil, ir. Dave Trappeniers & Prof.Antoine Van de Capelle
• K.U.Leuven, div. ESAT/TELEMIC• Kasteelpark Arenberg, 10 (new since 1/1/2001)• B-3001 Leuven-Heverlee; Belgium• Website:
http://www.esat.kuleuven.ac.be/telemic(/propagation)• E-mail: [email protected]• Presentatie voor URSI
12/11/2002EVL
Overzicht
• Inleiding• Radar-effecten
– Schaduwing– Valse echo’s
• VHF communicatie• RDF-effecten• DGPS-effecten• AIS-effecten• Besluiten
12/11/2002EVL
Inleiding• Literatuur hoofdzakelijk TV
– [BBC1] J.L. Eaton, R.I. Black and G.H. Taylor, "Interference to television receptionfrom large wind turbines", BBC Research Dept., Eng. Div., March 1983
– [BBC2] D.T.Wright, "Effects of Wind Turbines on Television Reception: Field test inDenmark", nov. 1991
– [MEDE] J. Kats and J. Van Rees, "Hinder voor TV ontvangst, een niet teonderschatten aspect van grote windturbines", DNL, Verslag 546 DNL/86, 1986
– [SEN] D. Sengupta and T. Senior, "Electromagnetic Interference to TelevisionReception Caused by Horizontal Axis Wind turbines", IEEE proceedings, Vol. 67, no.8, August 1979.
• Spookbeelden waren meest belangrijk
12/11/2002EVL
Inleiding
• Overzicht van de beschouwde windturbineparken en het VTS-werkingsgebied van de SRK (Vlaamse Kust en Scheldemonding)
Wit = C-Power
Zwart = TotalFina Eolia
Rood = Seanergy
12/11/2002EVL
Overzicht
• Inleiding• Radar-effecten
– Schaduwing– Valse echo’s
• VHF communicatie• RDF-effecten• DGPS-effecten• AIS-effecten• Besluiten
12/11/2002EVL
Radar-effecten• Overzicht van de beschouwde radarinstallaties
Reeds geïnstalleerd:
• Oostende
• Zeebrugge
• Cadzand
• Vlissingen
• Westkapelle
In aanbouw:
• Oostdyckbank
• Schouwenbank
12/11/2002EVL
Radar-effecten
• EPICS-GO gebaseerd op klassieke GO-UTD
Gegevens:
• één windtubine in(0,-900 m)
• radar in (0,0)
12/11/2002EVL
Radar-effecten
• Problemen indien meer dan één turbine
−40
−35
−30
−25
−20
−15
−10
−5
0
5
10
1600 1610 1620 1630 1640 1650 1660 1670 1680 1690 1700
7750
7760
7770
7780
7790
7800
7810
7820
7830
7840
x afstand in m
Signaal achter een V66 windmolen
y af
stan
d in
m
12/11/2002EVL
Radar-effecten
• Problemen indien meer dan éénturbine: soms diepe schaduwing
−40
−35
−30
−25
−20
−15
−10
−5
0
5
10
−2750 −2745 −2740 −2735 −2730 −2725 −2720 −2715 −2710 −2705 −27001.348
1.349
1.35
1.351
1.352
1.353
1.354
1.355
1.356
1.357
x 104
x afstand in m
Signaal achter een V66 windmolen
y af
stan
d in
m
−2775 −2770 −2765 −2760 −2755 −2750 −2745 −2740 −2735 −2730 −27251.358
1.359
1.36
1.361
1.362
1.363
1.364
1.365
1.366
1.367
x 104
x afstand in m
Signaal achter een V66 windmolen
y af
stan
d in
m
12/11/2002EVL
Radar-effecten• Benadering voor grote parken: invloed van wieken gering
−2750 −2745 −2740 −2735 −2730 −2725 −2720 −2715 −2710 −2705 −2700−40
−35
−30
−25
−20
−15
−10
−5
0
5
10Schaduwing van windmolens A5−A6−A19 bij 9065.0 MHz en positie 13539
Positie in m
Ver
zwak
king
in d
B
Invloed van schaduwing in dB
12/11/2002EVL
Overzicht
• Inleiding• Radar-effecten
– Schaduwing– Valse echo’s
• VHF communicatie• RDF-effecten• DGPS-effecten• AIS-effecten• Besluiten
12/11/2002EVL
Radar-effecten
• Lineaire beweging // windturbine-radarVerhouding tussen de radardwarsdoorsneden in dB
of abolute waarde van het ontvangen signaal in dBW zonder Doppler
-150
-120
-90
-60
-30
0
0 5000 10000 15000 20000 25000
Afstand tot radar in m
Ve
rho
ud
ing
sig
naal v
lie
gtu
ig/v
als
e e
ch
o in
dB
ab
so
vals
-ech
o s
ign
aal in
dB
W
Reflectie via windmolenReflectie via schipValse echo via windmolenValse echo via schipMinimum detecteerbaar signaal
12/11/2002EVL
Radar-effecten
• Veronderstelling: Lineaire beweging // met de lijnwindturbine-radar
• Type 1: Echo “achter” turbine beweegt aan ongeveerdezelfde snelheid als het schip, en vertraagt tot wanneer hetschip het dichtste punt bij de windturbine op zijn koersbereikt. Na dit punt, beweegt de valse echo terug weg vande windturbine volgens dezelfde lijn radar-wind turbine.
• Type 2: Een radar operator merkt dit type echo op als eenecho “achter” het schip, maar naderend aan dubbelesnelheid (!!), tot wanneer het schip de windturbine voorbijis. Vanaf dan blijft de echo nagenoeg onveranderd staan.
12/11/2002EVL
Valse echo van “Antigoon”
• Radarbeeld van “Antigoon” opgenomen te Zeebrugge op 28/01/2002
12/11/2002EVL
Overzicht
• Inleiding• Radar-effecten
– Schaduwing– Valse echo’s
• VHF communicatie• RDF-effecten• DGPS-effecten• AIS-effecten• Besluiten
12/11/2002EVL
VHF communicatie
• Overzicht van de beschouwde communicatie- en RDF-installatiesVHF-communicatie (geel):
• Oostende (tx + rx)
• Zeebrugge (tx + rx)
• Vlissingen (tx + rx)
• Vlissingen Bachtenreede(tx = rx)
• Westkapelle (tx + rx)
RDF (wit):
• Nieuwpoort
• Zeebrugge
• Haamstede
12/11/2002EVL
Overzicht
• Inleiding• Radar-effecten
– Schaduwing– Valse echo’s
• VHF communicatie• RDF-effecten• DGPS-effecten• AIS-effecten• Besluiten
12/11/2002EVL
RDF-effecten: principe
Schip
RDF
Reflecterend voorwerp
Rws Rw
Rs
Aflezing Invloed van reflectie
Directe straal = exacte richtingRDF => schip
Hoekfout1
p
2
2 24BW S
W WS
RpR R
σπ
=
12/11/2002EVL
Overzicht
• Inleiding• Radar-effecten
– Schaduwing– Valse echo’s
• VHF communicatie• RDF-effecten• DGPS-effecten• AIS-effecten• Besluiten
12/11/2002EVL
DGPS beschrijving en besluiten
• DGPS zender te Oostende op 312 kHz (frequentiesgecoördineerd door IALA)
• Berekeningen (nabije-veld !!!) met NEC-2.• Versterkt in de richting van de zee!!! (de parken vormen
een passief “endfire” rooster met een maximum naar dezee en interferenties te wijten aan reflecties tegen het parknaar het land toe)
• Afwijkingen beperkt tot 1 dB piek tot piek of 0,75 dB vande waarde zonder de windturbines
12/11/2002EVL
Overzicht
• Inleiding• Radar-effecten
– Schaduwing– Valse echo’s
• VHF communicatie• RDF-effecten• DGPS-effecten• AIS-effecten• Besluiten
12/11/2002EVL
AIS systeem
• “Automatic Identification System”• Wordt een verbeterde “transponder” voor maritieme
toepassingen• Elk schip zendt zijn GPS positie via VHF kana(a)l(en):
161,975 & 162,025 MHz in TDMA mode (update ratehangt af van de snelheid van het schip; kan ookopgevraagd worden (C(ollision)A(voidance)S(ystem)))
• Modulatie: gebaseerd op aanbeveling ITU-R M.1371-1,(1998-2001) & “IALA Guidelines on UniversalShipborne Automatic Identification System”, AIS 9, Kiel,6 april 2001
12/11/2002EVL
AIS: Delay Spreads (Totalfina Eolia en Seanergy)
• AIS: Delay spread < 400 nsec (2,5 Mbps)
12/11/2002EVL
Overzicht
• Inleiding• Radar-effecten
– Schaduwing– Valse echo’s
• VHF communicatie• RDF-effecten• DGPS-effecten• AIS-effecten• Besluiten
12/11/2002EVL
Besluiten
• De invloed van de turbines is vrij gering op deschaduwing en de valse echo’s na
• Maritieme communicaties zullen geen hinder ondervindenvan de turbineparken
• Het DGPS systeem wordt door een gelukkig toeval zelfsverbeterd, hoewel niet op een significante wijze, vermitsde parken een passieve “versterking” van het signaalverwezenlijken (in de richting van de parken)
• Het AIS systeem zal veel hogere datarates toelaten danvooropgesteld in de “normen”
12/11/2002EVL
Dankwoord
• BET-SRK= Beheer- en ExploitatieTeam van deScheldeRadarKeten (ir. Johan Raes & ir. Victor Cox)
• Belgocontrol (ir. Jan Cottyn, ir. Manu Deklerck, ir. AlainBruggeman, ir. Luc Lauvrijs)
• B(elgisch)I(instituut) voor P(ost) en T(elecommunicatie)(ir. Freddy Baert) & R(adiocommunication)A(gency)(dr. David Eden)
• Sponsors (Totalfina-ELF (Fina Eolia), Shell, Electrabel-Tractebel, SPE, WVEM, …)