DE102007025314A1

DE102007025314A1 - Windkraftanlage und Verfahren zur Vermeidung von Kollisionen von fliegenden Tieren mit einem umlaufenden Flügel eines Rotors einer Windkraftanlage

Info

Publication number: DE102007025314A1
Application number: DE102007025314A
Authority: DE
Inventors: Hartwig Dr. Schlüter
Original assignee: ENERPLAN PROJEKTENTWICKLUNG GM; ENERPLAN PROJEKTENTWICKLUNG GmbH
Current assignee: ENERPLAN PROJEKTENTWICKLUNG GM; ENERPLAN PROJEKTENTWICKLUNG GmbH
Priority date: 2007-05-30
Filing date: 2007-05-30
Publication date: 2008-12-04

Abstract

Eine Windkraftanlage mit einem Rotor mit wenigstens einem um eine Drehachse umlaufenden Flügel, ist zum Schutz von fliegenden Tieren vor Kollisionen mit dem umlaufenden Flügel des Rotors gekennzeichnet durch wenigstens eine auf dem Flügel angebrachte lokale Schallquelle mit einem Schallspektrum, durch das der Flügel von fliegenden Tieren geortet werden kann, die von dem Windrad fernzuhalten sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Windkraftanlage mit einem Rotor mit wenigstens einem um eine Drehachse umlaufenden Flügel.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Vermeidung von Kollisionen von fliegenden Tieren mit einem umlaufenden Flügel eines Rotors einer Windkraftanlage.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich insbesondere auf Windkraftanlagen, deren Rotoren um eine horizontale Drehachse umlaufende Flügel aufweisen. In diesem Fall befindet sich die Drehachse üblicherweise an einem Mast und ist um eine vertikale Drehachse drehbar gelagert, um der momentanen Windrichtung nachgeführt werden zu können.
Bekanntlich werden zunehmend Windkraftanlagen mit derartigen Rotoren realisiert, um die kostenlose Windkraft zur Umwandlung in eine nutzbare Energie auszunutzen. Es zeigt sich dabei, dass die Rotoren, die üblicherweise mit zwei oder drei gleichmäßig auf den Vollwinkel verteilten Flügeln versehen sind (Abstand 180° bzw. 120°), eine Gefährdung für geschützte Vogelarten und Arten der streng geschützten Fledermäuse darstellen.
Bei den Vögeln sind insbesondere Greifvögel, wie beispielsweise der Rotmilan, betroffen. Greifvögel, die insbesondere kleine Säugetiere, wie Mäuse, jagen, sind durch derartige Windkraftanlagen besonders gefährdet, weil in der unmittelbaren Umgebung des Mastes des Windrades keine landwirtschaftliche Bewirtschaftung stattfindet. Die daraus resultierende Grünbrache stellt einen bevorzugten Lebensraum für die Beutetiere der Greifvögel dar, sodass die Greifvögel veranlasst werden, insbesondere in dem Bereich nahe des Mastes einer Windkraftanlage Beutetiere zu suchen, wodurch sie in von den Flügeln des Rotors überstrichenen Bereich gelangen. Offenbar nehmen die Greifvögel die Gefährdung durch den herannahenden Flügel des Rotors nicht wahr und werden daher in Einzelfällen von dem umlaufenden Flügel des Rotors erschlagen.
Zur Minderung der Bedrohung der geschützten Greifvogelarten ist versucht worden, die Brachflächen am Mast der Windkraftanlage zu verringern. Dies ist in der Praxis jedoch nur in einem begrenzten Maße möglich.
Eine ähnliche Gefährdung tritt für Fledermäuse auf, die für ihre Ernährung in der Dämmerung und Dunkelheit Insekten fangen. Bekanntlich orientieren sich Feldermäuse mittels einer Ultraschallortung. Es ist nicht vollständig geklärt, wodurch die Feldermäuse trotz ihrer Fähigkeit zur Ultraschall-Echoortung nicht in der Lage sind, die umlaufenden Flügel der sich drehenden Rotoren als Gefahr zu erkennen. Eine Erklärung könnte darin liegen, dass die Echoortung der fliegenden Fledermäuse in der Regel nach vorn gerichtet ist. Die sich unter Umständen mit sehr großer Geschwindigkeit bewegenden Flügel der Rotoren nähern sich den Fledermäusen jedoch von oben oder unten und werden daher möglicherweise nicht schnell genug wahrgenommen. Durch Untersuchung der Gründe für den Aufenthalt bestimmter Feldermausarten in der Nähe von Windkraftanlagen ist in einer von dem Regierungspräsidium Freiburg herausgegebenen Broschüre „Auswirkungen von Windkraftanlagen auf Feldermäuse" der Schluss gezogen worden, dass die Gefährdung der Feldermäuse durch Windkraftanlagen durch eine geeignete Wahl der Standorte und durch eine Abschaltung der Windkraftanlagen bei erhöhtem Kollisionsrisiko gemindert werden sollte. Als Abschaltkriterium ist dabei insbesondere die Windgeschwindigkeit betrachtet worden, weil die Feldermäuse die Insekten nur bei relativ niedrigen Windgeschwindigkeiten von bis zu 8 m/s (ca. 40 km/h) jagen können, da bei höheren Windgeschwindigkeiten kaum noch Insekten fliegen. Diese Abhilfemaßnahmen schränken ersichtlich eine wirtschaftliche Nutzung von Windkraftanlagen erheblich ein.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Gefährdung für geschützte Vogelarten und Feldermäuse durch die Flügel umlaufender Rotoren von Windkraftanlagen deutlich herabzusetzen.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß eine Windkraftanlage der eingangs erwähnten Art gekennzeichnet durch wenigstens eine auf dem Flügel angebrachte lokale Schallquelle mit einem Schallspektrum, durch das der Flügel durch von dem Windrad fernzuhaltende fliegende Tiere geortet werden kann.
Die Erfindung beruht bezüglich der zu schützenden Tierarten auf unterschiedlichen Erkenntnissen und bezüglich der Tierarten auf unterschiedlichen Wirkungen.
Für die Vogelarten, insbesondere für Greifvögel, erscheint das Vorsehen einer zusätzlichen Geräuschquelle sinnlos, weil die Flügel eines umlaufenden Rotors die üblichen Windgeräusche erzeugen. Es hat sich jedoch gezeigt, dass der Rotor als diffuse Geräuschquelle jedenfalls einigen Vögeln nicht ausreichend das Herannahen eines Flügels signalisiert, wodurch der Vogel ausweichen würde. Der Rotor als diffuse Schallquelle reicht daher als Warnsignalgeber für diese Vögel nicht aus. Die Anordnung einer lokalisierten Schallquelle mit einem geeigneten Schallspektrum, beispielsweise in Form eines Pfeifgeräusches, auf dem oder in dem Flügel des Rotors lässt das Herannahen – und das Entfernen – des Flügels des Rotors akustisch deutlicher erkennbar werden. Durch die Verwendung einer derartigen Schallquelle wird daher die Dynamik des umlaufenden Rotors akustisch für den betreffenden Vogel deutlicher erkennbar.
Die Steuerung der Schallquelle kann so erfolgen, dass ihre Einschaltung nur während einer bestimmten Phase des Umlaufs eines Flügels des Rotors erfolgt, beispielsweise während der Abwärtsbewegung des Flügels. Insbesondere Greifvögel werden überwiegend durch den sich abwärts bewegenden Flügel getroffen, sodass das am Beginn der Gefährdungsphase einsetzende Signal eine zusätzliche Aufmerksamkeit erregen kann.
Fledermäuse orten Gegenstände hingegen überwiegend nicht nach dem hörbaren Geräusch, sondern aufgrund der Ultraschallortung. Es konnte festgestellt werden, dass Fledermäuse nicht mit stehenden Gegenständen kollidieren, die bestimmte Geräusche aussenden. Diese Erkenntnis ist beispielsweise bei Höchstspannungsfreileitungen gefunden worden, an denen fliegende Tiere durch einen elektrischen Überschlag getötet werden können. Die Anzahl der durch die Höchstspannungsfreileitung getöteten Fledermäuse ist im Verhältnis der dadurch getöteten Vögel außerordentlich gering. Die von den Freileitungen aufgrund von Funkenschlägen zwischen Drähten der Leiterseile emittierten Knackgeräusche mit einem hohen Ultraschallanteil dürften eine Ursache dafür ein, dass die Fledermäuse von diesen sie gefährdenden Freileitungen ferngehalten werden.
Bezüglich der Feldermäuse ist es daher zweckmäßig, die auf dem Flügel angebrachte Schallquelle Signale mit einem hohen Ultraschallanteil – oder auch reine Ultraschallsignale – abstrahlen zu lassen. Erfindungsgemäß ist die Schallquelle daher zumindest auch für die Aussendung von Signalen im Ultraschallbereich geeignet.
Die erfindungsgemäße Windkraftanlage sendet vorzugsweise gesteuert Signale im für den Menschen hörbaren Bereich einerseits und Signale im Ultraschallbereich andererseits aus. Mit den Signalen im hörbaren Bereich kann insbesondere die Orientierung der Greifvögel bezüglich des umlaufenden Flügels unterstützt werden, während für die Fledermäuse die Signale im Ultraschallbereich diesen Zweck erfüllen.
Da regelmäßig das Kollisionsrisiko von Greifvögeln mit dem Flügel eines Rotors während der Tageshelligkeit besteht, in der die Greifvögel jagen, existiert das Kollisionsrisiko für Fledermäuse in der Dämmerung oder nachts. Demzufolge ist erfindungs gemäß vorgesehen, dass die Aussendung der Schallsignale gesteuert so erfolgt, dass bei Tageshelligkeit hörbare Signale und in der Dämmerung oder nachts Signale im Ultraschallbereich ausgesandt werden. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, dass die Schallquelle in Abhängigkeit von der Tageszeit oder von gemessenen Helligkeitssignalen umgeschaltet wird. Selbstverständlich ist es aber auch möglich, für die beiden Arten der Schallsignale unterschiedliche Schallquellen vorzusehen, die zu den geeigneten Zeiten eingeschaltet werden.
Bei einem Rotor mit wenigstens einem sich radial von der Drehachse weg erstreckenden und ein freies Ende aufweisenden Flügel ist es bevorzugt, zumindest eine Schallquelle im Bereich des freien Endes des Flügels anzuordnen, da in diesem Bereich bei einer konstanten Drehgeschwindigkeit des Rotors eine maximale Bahngeschwindigkeit entsteht. Die Schallquelle bewegt sich somit mit maximaler Bahngeschwindigkeit im Bereich des höchsten Gefährdungspotentials für fliegende Tiere. Darüber hinaus wird durch die hohe Geschwindigkeit der Bewegung der Schallquelle die Dynamik der Bewegung in dem akustischen Signal für die betreffenden Vögel besonders deutlich. Soweit die Vögel durch die Dynamik der bewegten Schallquelle gewarnt werden, wird es zweckmäßig sein, jeden Flügel des Rotors mit einer erfindungsgemäßen lokalisierten Schallquelle auszustatten.
Die Schallquelle ist vorzugsweise so ausgebildet, dass die Dynamik des umlaufenden Flügels des Rotors nicht nur durch die beim Annähern des Flügels sich steigernde Intensität des Geräusches erkennbar ist, sondern auch durch die sich aufgrund des Dopplereffektes einstellende Frequenzänderung. Wird ein geeignetes Signal mit einem begrenzten Frequenzspektrum ausgesandt, wird dieses Signal bei einem umlaufenden Flügel als ein in seiner Frequenz ansteigendes und dann wieder abfallendes Schallsignal wahrgenommen. Es ist ohne weiteres ersichtlich, dass durch eine geeignete Auswahl von Frequenzen, Frequenzspektren und Geräuscharten die Erfindung für die bessere Orientierung bestimmter Fledermaus- und Vogelarten ausgestaltet werden kann. Es ist daher ohne weiteres denkbar, dass verschiedene Schallquellen bzw. eine Schallquelle mit unterschiedlichen Frequenzspektren als Orientierungshilfe verwendet wird.
Die erfindungsgemäß vorgesehene Schallquelle, die insbesondere Ultraschallsignale ausstrahlt, ermöglicht ein Fernhalten von Fledermäusen vom umlaufenden Flügel auch bei niedrigen Windgeschwindigkeiten, bei denen für die Fledermäuse eine erhöhte Gefährdung besteht.
Soweit die Fledermäuse mit Ultraschallsignalen gewarnt werden können, hat dies den Vorteil, dass eine Belästigung der Menschen, die die Ultraschallsignale nicht hören, durch die Schallquelle ausscheidet. Wenn die erfindungsgemäße Schallquelle, insbesondere für die Greifvögel, im für Menschen hörbaren Frequenzbereich aussendet, kann dabei die Intensität des Signals regelmäßig so gering gehalten werden, dass eine zusätzliche Belästigung der Menschen in der Umgebung vermieden und dennoch eine wirksame Orientierungshilfe für Vögel realisiert ist.
Eine besonders intelligente Anwendung der vorliegenden Erfindung ergibt sich dadurch, dass die Schallquelle in Anhängigkeit von Ausgangssignalen wenigstens einer Sensoranordnung steuerbar ist. Die Sensoranordnung kann dabei einen Windgeschwindigkeitssensor, einen Temperatursensor, einen Helligkeitssensor, einen Regensensor und/oder eine Kamera und eine Bildauswertungseinrichtung zur Detektion eines im Bereich der Windkraftanlage fliegenden Greifvogels enthalten.
Dadurch ist es möglich, die Steuerung des Schallsignals der Schallquelle in Abhängigkeit von spezifischen Gefährdungsbedingungen für bestimmte fliegende Tierarten auszusenden bzw. bei nicht bestehender Gefährdung dieser Tierarten die Schallquelle abzuschalten.
Mit Hilfe der Sensoranordnung ist es beispielsweise möglich, bei Tageshelligkeit für den Menschen hörbare Signale und in der Dämmerung oder nachts Signale im Ultraschallbereich abzustrahlen, wodurch wirksame Signale sowohl für Greifvögel als auch für Feldermäuse generiert werden und eine Belästigung für Menschen in den sensiblen Zeiten, nämlich abends und nachts, vermieden wird, weil in diesen Zeiten nur nicht hörbare Ultraschallsignale abgestrahlt werden.
Die Abschaltung der Schallsignale kann insbesondere im Winter, bei hohen Windgeschwindigkeiten, bei niedrigen Temperaturen unterhalb eines vorgegebenen Grenzwertes und/oder nachts bei Regen erfolgen.
In einer alternativen Steuerungsform, die insbesondere für Greifvögel geeignet ist, kann die Einschaltung des hörbaren Schallsignals dann erfolgen, wenn mittels einer Bildüberwachung der Umgebung der Windkraftanlage das Vorhandensein eines Vogels einer bestimmten Mindestgröße festgestellt worden ist.

Claims

Windkraftanlage mit einem Rotor mit wenigstens einem um eine Drehachse umlaufenden Flügel, gekennzeichnet durch wenigstens eine auf dem Flügel angebrachte lokale Schallquelle mit einem Schallspektrum, durch das der Flügel von fliegenden Tieren geortet werden kann, die von dem Windrad fernzuhalten sind.
Windkraftanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schallquelle steuerbar ist, ein- und ausschaltbar oder in ihrem Schallspektrum umschaltbar ist.
Windkraftanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie mehrere Flügel aufweist und dass jeder Flügel mit wenigstens einer lokalen Schallquelle versehen ist.
Windkraftanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schallquelle zumindest auch zur Aussendung von Signalen im Ultraschallbereich geeignet ist.
Windkraftanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, mittels der wenigstens einen Schallquelle gesteuert Signale im für den Menschen hörbaren Bereich und Signale im Ultraschallbereich aussendbar sind.
Windkraftanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schallquelle zur Aussendung von Signalen im für den Menschen hörbaren Bereich und von Signalen im Ultraschallbereich umschaltbar ausgebildet ist.
Windkraftanlage nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussendung der Schallsignale gesteuert so erfolgt, dass bei Tageshelligkeit hörbare Signale und in der Dämmerung oder nachts Signale im Ultraschallbereich ausgesandt werden.
Windkraftanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich der wenigstens eine Flügel radial von der Drehachse des Rotors weg erstreckt und ein freies Ende aufweist und dass wenigstens eine Schallquelle im Bereich des freien Endes des Flügels angeordnet ist.
Windkraftanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehachse des Rotors an einem Mast gelagert und zumindest nahezu horizontal ausgerichtet ist und dass die Drehachse des Rotors um eine vertikale Drehachse drehbar gelagert ist.
Windkraftanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schallquelle in Abhängigkeit von Ausgangssignalen wenigstens einer Sensoranordnung steuerbar ist.
Windkraftanlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoranordnung einen Windgeschwindigkeitssensor enthält.
Windkraftanlage nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoranordnung einen Temperatursensor enthält.
Windkraftanlage nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoranordnung einen Helligkeitssensor enthält.
Windkraftanlage nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoranordnung einen Regensensor enthält.
Windkraftanlage nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoranordnung wenigstens eine Kamera und eine Bildauswertungseinrichtung zur Detektion eines im Bereich der Windkraftanlage fliegenden Greifvogels enthält.
Verfahren zur Vermeidung von Kollisionen von fliegenden Tieren mit einem umlaufenden Flügel eines Rotors einer Windkraftanlage, dadurch gekennzeichnet, dass von dem umlaufenden Flügel wenigstens ein Schallsignal ausgesandt wird, das wenigstens einigen vom Rotor fernzuhaltenden Tierarten die Ortung des Flügels ermöglicht.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstrahlung des Schallsignals gesteuert erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass vom Flügel unterschiedliche Schallspektren gleichzeitig oder zu unterschiedlichen Zeiten abgestrahlt werden.
Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass vom Flügel für den Menschen hörbare Schallsignale einerseits und Signale im Ultraschallbereich andererseits abgestrahlt werden.
Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schallquelle zur Abstrahlung der hörbaren Signale einerseits und zur Abstrahlung der Signale im Ultraschallbereich andererseits umgeschaltet wird.
Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass bei Tageshelligkeit für den Menschen hörbare Signale und in der Dämmerung oder nachts Signale im Ultraschallbereich abgestrahlt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstrahlung der Schallsignale im Winter, bei niedrigen Windgeschwindigkeiten, bei niedrigen Temperaturen unterhalb eines vorgegebenen Grenzwerts und/oder nachts bei Regen abgeschaltet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstrahlung des für den Menschen hörbaren Schallsignals nur erfolgt, wenn mittels einer Bildüberwachung der Umgebung der Windkraftanlage das Vorhandensein eines Vogels einer bestimmten Mindestgröße festgestellt worden ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Schallquelle zur Abstrahlung nur während einer vorgegebenen Phase des Umlaufs des Flügels einschaltbar ausgebildet ist.