DE10231299B4

DE10231299B4 - Kollisionswarnsystem für Windenergieanlagen

Info

Publication number: DE10231299B4
Application number: DE10231299A
Authority: DE
Inventors: Werner Schweizer
Original assignee: GEO GESELLSCHAFT fur ENERGIE und OEKOLOGIE MBH; GEO GES fur EN und OEKOLOGIE; Geo Gesellschaft fur Energie und Okologie Mbh
Current assignee: GEO GESELLSCHAFT fur ENERGIE und OEKOLOGIE MBH; GEO GES fur EN und OEKOLOGIE; Geo Gesellschaft fur Energie und Okologie Mbh
Priority date: 2002-07-10
Filing date: 2002-07-10
Publication date: 2010-02-25
Anticipated expiration: 2022-07-11
Also published as: DE10231299A1

Abstract

Kollisionswarnsystem für Windenergieanlagen mit optischen und/oder datenübermittelnden Warneinrichtungen,
gekennzeichnet durch
eine Erkennungseinrichtung zur Luftraumüberwachung mittels Interpretation von Transpondersignalen und/oder von den Fahrzeugen gesendeten Objekt- und Positionsdaten unter Berücksichtigung von durch Radar oder radarähnlichen Systemen erhobenen Daten, die auch die Annäherung eines Objektes wie eines Schiffes oder eines Vogelschwarms umfassen,
eine Steuerung zur Veranlassung der Abgabe wenigstens von Informationssignalen an wenigstens ein zu warnendes in den Bereich der WEA eindringendes Objekt anhand der ermittelten Daten der Luftraumüberwachungserkennungseinrichtung mittels der Warneinrichtungen,
wobei zusätzlich zur Abgabe von Schallsignalen im Fall sich nähernder Vogelschwärme zur Vertreibung dieser oder zur Warnung an in einen Überwachungsraum eindringenden Schiffes, eine Abschalteinrichtung in Abhängigkeit einer weiter erfassten Flugrichtung eines Vogelschwarms die Windkraftanlage(n) abschaltet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kollisionswarnsystem für Windenergieanlagen nach dem Oberbegriff des Hauptanspruches.
Bisher werden Windenergieanlagen zur Vermeidung des Anpeilens von Fahrzeugen, insbesondere Luftfahrzeugen, im On- und Offshore-Bereich lediglich mit den für Schornsteine und andere bauliche Hindernisse üblichen Hindernisfeuern für die Luftfahrt ausgerüstet.
Diese Hindernisfeuer sind meist auf der Gondel montiert und können aus technischen Gegebenheit nur sehr schwer auf die Rotoren umgesetzt werden. Da die Rotordurchmesser allerdings bei großen Anlagen jetzt schon über 100 m erreichen, ergeben sich für die Luftfahrt ganz andere Gefahren, als beispielsweise wie durch hohe Schornsteine ausgehen. Insbesondere reichen die Rotoren wesentlich höher in den Luftraum als die Hindernislichter es andeuten können.
Zur Kennzeichnung des Rotors wird allenfalls eine Tageskennzeichnung in Form farblich abgehobener Flügelspitzen vorgeschlagen.
Für die Schifffahrt wiederum ist die Anbringung von Hindernislichter im Bereich der Gondel einer Windkraftanlage oft wesentlich zu hoch, als das sie gut als Gefahrenobjekt erkannt werden kann. Andererseits sind die Radarechos von den Kraftanlagen für viele Schiffsführer noch nicht eindeutig interpretierbar.
Die DE 36 25 773 C1 beschreibt bereits ein Verfahren zum Vergrämen von Vögeln mit einer Detektionseinrichtung in Form von optoelektronischen Wandlern, die die Abschattung einer zu schützenden Fläche überwachen.
Weiter ist die DE 195 22 464 A1 zu nennen, in der eine Erkennungseinrichtung zur Luftraumüberwachung offenbart wird, die verschiedene annähernde Objekte wie Fahrzeuge und Vogelschwärme klassifiziert.
Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, ein Kollisionswarnsystem zu schaffen, das Fahrzeugen und vorteilhafterweise auch Vogelschwärmen gegenüber die Gefahren, die durch die Aufstellung von Windkraftanlagen, auf einfache Weise minimiert.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Kollisionswarnsystem mit den Merkmalen des Hauptanspruches gelöst, wobei weiter ein Verfahren zum Betreiben des Kollisionswarnsystems und einer Windkraftanlage, die mit dem Kollisionswarnsystem ausgerüstet ist, in den Verfahrensansprüchen beschrieben wird. Die Unteransprüche geben vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung wieder.
Insbesondere ist vorteilhaft, dass das Kollisionswarngerät bei Annäherung eines Objektes z. B. eines Schiffes oder Luftfahrtzeuges den Kurs des Objektes auswertet und je nach Erfassen eines Kollisionskurses und ggf. nach weiterer Erfassung der Sichtbedingungen, der Tages- und Nachtzeit ein installiertes Gefahrenfeuer mit der erforderlichen Intensität vorteilhafterweise zielgerichtet auf das Objekt ansteuert. Weiter können zur automatischen Informationsauswertung in den Cockpits von Flugzeugen oder Schiffen über das Kollisionswarngerät geeignete Informationen über Art, Höhe und Größe des Hindernisses übermittelt werden, wobei an die Schifffahrt insbesondere Informationen über die Gebiete verringerter Wassertiefe um die Windkraftanla ge herum und an die Luftfahrt insbesondere Informationen über die Höhe des Hindernisses übermittelt werden.
Das Kollisionswarngerät soll dabei in der Lage sein, die von den Fahrzeugen gesendeten Objekt- und Positionsdaten sowie Angaben zu Flughöhe und Fahrtrichtung von Schiffen und Luftfahrzeugen zu empfangen. Diese können mit selbst erhobenen Daten des Kollisionswarngerätes die durch Radar oder radarähnliches System erhoben werden, kombiniert werden. Es ist jedoch absehbar, dass in einiger Zeit alle Fahrzeuge mit einem Satellitenempfangssystem ausgestattet sind und ihre Positions- und Kursdaten an im Umkreis befindliche Objekte automatisch abgeben.
Ein derartiges Kollisionswarngerät kann auch für eine Mehrzahl von Windkraftanlagen beispielsweise mit einem Windpark zusammengefasst arbeiten, wobei jeweils die Anlage die dem Fahrzeug am nächsten kommt mit den entsprechenden Warnsignal-Ausstrahlungen angesteuert wird.
Für den Fall, dass das sich annähernde Objekt als Vogelschwarm klassifiziert wird, können geeignete Schallsignale zur Vertreibung des Vogelschwarms abgegeben werden oder es kann für den Fall, dass dies keinen Erfolg verspricht, da beispielsweise ein schnellziehender Flugschwarm in einiger Höhe vorhanden ist, die in dem Vektor der Flugrichtung liegende Windenergieanlage(n) abgeschaltet werden.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels.
Bei Offshore-Windenergieanlagen ist insbesondere zu berücksichtigen, dass Helikopter mit deutlich geringeren Mindestsichtweiten im Sichtflugverkehr fliegen dürfen. Dieser beträgt etwa 800 m, wobei einige Helikopter, nämlich die im SAR-Einsatz keine Mindestflughöhe erhalten haben.
Zivile Flächenluftfahrzeuge haben ansonsten über Grund und Wasser eine Mindestflughöhe von 150 m einzuhalten, was deutlich geringer ist, als bei Überlandflügen, wo diese 600 m beträgt. Militärische Flächenluftfahrzeuge haben bei Überlandflügen im Friedensflugbetrieb eine Flughöhe von 300 m einzuhalten, allerdings kann diese bei Übungen und zur Vorbereitung bei Einsätzen in Krisengebieten auf 75 m abgesenkt werden, wobei insbesondere über dem Wasser derartige Flüge durchgeführt werden.
Damit ergeben sich für die Besatzungen unter Berücksichtigung der Mindestsichtweiten bei Helikoptern bei einer Fluggeschwindigkeit von ca. 80 Knoten (40 m pro Sekunde) Reaktionszeiten von ca. 20 Sekunden. Zivile Flächenflugzeuge sind zwar wesentlich schneller (125 m pro Sekunde) und bei 1,5 km Sicht würde sich eine Reaktionszeit von 12 Sekunden ergeben, allerdings werden 1,5 km Sicht subjektiv beim Fliegen wie nahezu Nullsicht empfunden und dementsprechend wird die Geschwindigkeit reduziert werden, d. h. man kann von ungefähr 60 Meter pro Sekunde Fluggeschwindigkeit ausgehen und eine Reaktionszeit von 25 Sekunden unterstellen. Diese ist im Bereich derjenigen, die auch militärische Jets mit normalen Tieffluggeschwindigkeiten von 420 Knoten bei einer Sicht von 5 km haben, dort beträgt die Reaktionszeit 24 Sekunden.
Militärische Helikopter und Flächenluftfahrzeuge sind bereits heute mit Transpondern ausgestattet, die im „Mode C” bei jedem Flug automatisch einen Code abstrahlen. Zivile Helikopter im SAR-Einsatz sind mit gleichen Transpondern ausgestattet. Zivile Motorluftfahrzeuge der E-Klasse sind allerdings nur zu ca. 85% mit einem Transponder ausgerüstet und können bei einer Flughöhe bis 5.000 Fuß (1.500 m) Code 0021 abstrahlen. Über 5.000 Fuß besteht Transpondereinschaltpflicht mit Code 0022. Damit sind insbesondere Ultraleichtflugzeuge und Segelflugzeuge, die nicht mit Transpondern ausgerüstet sind, durch andere Mittel von dem Kollisionswarnsystem zu erfassen. Andererseits ist jedes Luftfahrzeug, das nachts in einem kontrollierten Luftraum fliegt, wiederum mit Transponderpflicht (inklusive Mode C) ausgerüstet.
All diese Transpondersignale können erfindungsgemäß von der Kollisionswarneinrichtung interpretiert werden, um die vorgegebenen Maßnahmen zu treffen.
Gegenüber bisher bekannten Hindernisfeuern, die erst dann errichtet wurden, wenn die Windkraftanlage bereits mit einer Gondel ausgerüstet war, kann das Kollisionswarnsystem schon während des Baues einer Windkraftanlage in Betrieb gesetzt wer den, und es können Redundanzen durch eine dezentrale Anordnung bei mehreren zu überwachenden Windenergieanlegen erreicht werden.
Für den Fall des Erkennens eines in einen zu überwachenden Raum um die Windkraftanlage eindringenden Schiffes können neben optischen Signalen insbesondere auch akustische Signale ausgelöst werden. Optische Signale können in Form von ausrichtbaren Scheinwerfern durch eine Zieleinrichtung direkt auf das zu warnende Objekt in Abhängigkeit von dessen Entfernung, Geschwindigkeit und Richtung ausgerichtet werden. Dabei kann die Intensität der optischen Signale anhand der Ergebnisse einer Einrichtung zur Erfassung der Sichtverhältnisse in der Intensität angepasst werden. Für den Fall, dass die Klassifizierungseinrichtung ein annäherndes Objekt als Vogelschwarm und nicht als Schifffahrzeug identifiziert, kann eine ggf. vorhandene Abschalteinrichtung in Abhängigkeit von der Flugrichtung des Vogelschwarms eine oder mehrere überwachte Windenergieanlagen abschalten. Dadurch wird die Gefahr des Anpralls von Vögeln minimiert, was für die gesellschaftliche Akzeptanz von Windenergieanlagen sehr wichtig ist.
Für den Fall insbesondere sich annähernder Flugzeuge kann durch Übermittlung von Funksignalen in kodierter Fassung eine Information über die Art, Höhe und den Umfang des Hindernisses gegeben werden, so dass entsprechende Auswerteeinrichtungen im Flugzeug automatische Ausweichmanöver einleiten können. Diese automatischen Ausweicheinrichtungen, die über unabhängige Kommunikationswege verfingen, geben den Piloten entsprechende Ausweichempfehlungen, können diese jedoch auch bei einigen Flugzeugen automatisch selbst einleiten. Insbesondere wird vorgeschlagen, dass auch eine Ausweichrichtungsempfehlung mit den Daten übermittelt wird, nämlich insbesondere bei Flugzeugen ein Steigen ggf. jedoch auch eine Richtungsänderung zu bewirken.

Claims

Kollisionswarnsystem für Windenergieanlagen mit optischen und/oder datenübermittelnden Warneinrichtungen, gekennzeichnet durch eine Erkennungseinrichtung zur Luftraumüberwachung mittels Interpretation von Transpondersignalen und/oder von den Fahrzeugen gesendeten Objekt- und Positionsdaten unter Berücksichtigung von durch Radar oder radarähnlichen Systemen erhobenen Daten, die auch die Annäherung eines Objektes wie eines Schiffes oder eines Vogelschwarms umfassen, eine Steuerung zur Veranlassung der Abgabe wenigstens von Informationssignalen an wenigstens ein zu warnendes in den Bereich der WEA eindringendes Objekt anhand der ermittelten Daten der Luftraumüberwachungserkennungseinrichtung mittels der Warneinrichtungen, wobei zusätzlich zur Abgabe von Schallsignalen im Fall sich nähernder Vogelschwärme zur Vertreibung dieser oder zur Warnung an in einen Überwachungsraum eindringenden Schiffes, eine Abschalteinrichtung in Abhängigkeit einer weiter erfassten Flugrichtung eines Vogelschwarms die Windkraftanlage(n) abschaltet.
Kollisionswarnsystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Zieleinrichtung, die ein optisches Lichtsignal für den Fall einer drohenden Kollision direkt auf das warnende Objekt in Abhängigkeit von dessen Höhe, Entfernung, Geschwindigkeit und Richtung erfolgt.
Kollisionswarnsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Erfassung der Sichtverhältnisse zur Anpassung der Intensität optischer Signale der Warneinrichtungen.
Verfahren zum Betreiben des Kollisionswarnsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Verschlüsselung optischer und/oder Funksignale in kodierter Fassung zur apparativ lesbaren Übermittlung von Informationen über die Gefahren im Luftraum im Hinblick auf Art, Höhe und Umfang an die sich nähernden Objekte zur Veranlassung von automatischen Ausweichmanövern.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Signale eine Ausweichrichtungsempfehlung enthalten.