Flugversuche im Nachlauf von grossen Windenergieanlagen

Abstract

Die Größe und Anzahl von modernen Windenergieanlagen (WEA) hat in den letzten Jahren in Deutschland – bedingt durch das Gesetz zum Ausbau der erneuerbaren Energien - stark zugenommen. Rotordurchmesser von über 120 m, Anlagenhöhen von 200 m und Leistungen von 3 MW und mehr sind heute auch an Binnenlandstandorten üblich. Mit besonderem Interesse blicken die General Aviation, Segel- und Ultraleichtflieger darauf, ob und wie stark die Strömung im Nachlauf solcher großen WEA gestört ist und welchen Einfluss sie auf die Flugdynamik eines Flugzeugs haben kann. Dies ist insbesondere dort von Interesse, wo WEA in der Nähe von Flugplätzen projektiert werden, bei denen die Platzrunde oder sogar der Start- und Landevorgang beeinflusst werden könnte. Um hier – in Ergänzung zu verschiedenen theoretischen Abhandlungen – valide Messdaten aus Flugversuchen zu sammeln, hat das Institut für Flugsystemtechnik vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt in Zusammenarbeit mit der Fa. MessWERK Versuche mit einer speziell instrumentierten Remos GX (UL, LSA Klasse) über einen Zeitraum von mehreren Monaten absolviert. Die Messungen erfolgten im Nachlauf von zwei Multimegawattanlagen mit einer Gesamthöhe von jeweils 199,5 m. Bei verschiedenen Windstärken und Anlagenbetriebspunkten wurden mehr als 120 transversale Einflüge in deren Nachlauf in unterschiedlichen Flughöhen, mit verschiedenen Einflugwinkeln und bei Abständen zwischen zwei und 16 Rotordurchmesser durchgeführt. Die verwendete, umfangreich instrumentierte Remos GX verfügte dabei neben Inertial- und Steuergrößensensoren auch über Anströmsensoren, aus deren Information sich der Windvektor mit allen drei geodätischen Komponenten und einer Wiederholungsrate von 100 Hz bestimmen lässt. Die Messdaten zeigen deutlich die Höhe der Windreduktion hinter einer WEA (Nachlaufdelle), den Einfluss des Anströmverlusts auf die Flugdynamik, die Änderungen von Anstell- und Schiebewinkel und insbesondere die Größe der auftretenden Flugzeugbeschleunigungen durch Turbulenz und Blattspitzenwirbel. Die damit zur Verfügung stehenden Messinformationen ermöglichen eine sachliche und belastbare Beurteilung des möglichen Einflusses auf die Betriebssicherheit des Flugverkehrs durch den Nachlauf von großen Windenergieanlagen.