Hintergrund
Bei der Planung und Realisierung von Windenergieanlagen (WEA) im Nahbereich bestehender
Hochspannungsfreileitungen spielen Wechselwirkungen zwischen den Rotoren der Anlagen und der
Freileitungsinfrastruktur eine entscheidende Rolle. Insbesondere die durch den Betrieb des Rotors
erzeugten aerodynamischen Nachlaufströmungen (engl. wake effects) sowie einzuhaltende
Mindestabstände müssen fachgerecht bewertet werden.
Ein Freileitungsgutachten (häufig auch als
Nachlaufströmungsgutachten bezeichnet) bewertet ingenieurtechnisch und
modellbasiert, ob der Betrieb der geplanten Windenergieanlagen die Leiterseile einer
Freileitung beeinträchtigt. Normative Grundlage in Deutschland ist hierfür die DIN EN
50341-2-4 (Nationale Normative Festlegungen für Deutschland für Freileitungen über AC 1
kV).
Wann wird ein Freileitungsgutachten erforderlich?
Eine gesonderte Nachlaufuntersuchung ist gemäß DIN EN 50341-2-4 vorgeschrieben,
sobald der horizontale Abstand zwischen einer Windenergieanlage und einer
Hochspannungsfreileitung das Dreifache des Rotordurchmessers (3 ·
DWEA) unterschreitet.
Methodik der Untersuchung nach DIN EN 50341-2-4
Die gutachterliche Überprüfung gliedert sich in zwei grundlegende, aufeinander aufbauende
Berechnungsschritte:
1
Mindestabstandsberechnung
Überprüfung, ob der normativ geforderte Mindestabstand zwischen den Komponenten der
Windenergieanlage und den Leiterseilen bzw. der Trassenachse der
Hochspannungsfreileitung unter allen Betriebs- und Ausschwingbedingungen sicher
eingehalten wird.
2
Analyse der Nachlaufströmung
Untersuchung, ob und in welchem Ausmaß die turbulente Nachlaufströmung des WEA-Rotors die
Leiterseile erreicht und potenziell strömungsinduzierte Schwingungsanregungen
hervorrufen kann.
1. Mindestabstandsberechnung
Die Berechnung des erforderlichen Mindestabstandes berücksichtigt spannungsabhängige Schutzabstände,
die maximale Traversenbreite des Masten sowie die seitliche
Auslenkung der Leiterseile (Ausschwingbreite). Die Grundbeziehung nach DIN EN 50341-2-4 stellt
sicher, dass auch im Extremfall kein Überschlag oder unzulässiges Annähern erfolgt.
2. Analyse der Nachlaufströmung
Die Ausbreitung der Nachlaufströmung hinter dem Rotor wird mithilfe eines konkav öffnenden
Ausbreitungsmodells berechnet. Dabei gelten normativ festgelegte Parameter:
- Öffnungswinkel der Nachlaufströmung: Angesetzt mit 5,71°.
- Relevanter Schwenkbereich: Betrachtung innerhalb eines Winkels von beidseitig
45° bezogen auf den Abstand zur Freileitung.
- Maximale Reichweite (3 · DWEA): Ist der Abstand größer als das
Dreifache des Rotordurchmessers, wird davon ausgegangen, dass kein relevanter Einfluss auf die
Leiterseile mehr besteht.
Abbildung: Schematische Darstellung des konkav öffnenden Nachlaufströmungsmodells.
Ergebnisse & Gutachterliche Bewertung
In der detaillierten Auswertung wird für jede Leitung der Abstand zur Nachlaufströmung berechnet.
- Keine Betroffenheit: Liegen die Leiterseile außerhalb des turbulenten
Nachlaufkegels, ist eine Beeinflussung der Leitung ausgeschlossen.
- Betroffenheit festgestellt: Sollte die Nachlaufströmung die Leiterseile
erreichen, werden in Abstimmung mit dem zuständigen Übertragungsnetzbetreiber (ÜNB) gezielte
Maßnahmen definiert. Dies betrifft in der Regel das Anbringen von schwingungsdämpfenden
Elementen, um mechanische Schwingungsbeanspruchungen wirksam zu
verhindern.
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