Simulation Windräder – gefährlich für Ultraleichtflugzeuge?

Windkraftanlagen erzeugen Turbulenzen. Welchen Einfluss das auf Leichtbauflugzeuge hat, die in der Nähe Starten und Landen, berechnete das das Fraunhofer-Institut Oldenburg mittels Simulation.

Ob motorisierter Drachenflieger oder ein 300 Kilogramm schwerer Einsitzer – das Fliegen mit Ultraleichtflugzeugen boomt. Viele Flugplätze beantragen daher auch die Lizenz für die leichten Gleiter. Die meisten dieser Airports befinden sich in ebenem Gelände, in dem auch Windkraftanlagen vorzugsweise aufgestellt werden. Doch diese könnten sich als Gefahrenquelle für die Flieger entpuppen, insbesondere bei Start und Landung: Zum einen »klauen« sie den Fliegern den Wind, da die Windgeschwindigkeit hinter einer Anlage sehr viel geringer ist. Fliegen die Flugzeuge in den Bereich hinter dem Rotor, befinden sie sich urplötzlich in einer neuen aerodynamischen Situation. Zum anderen erzeugen die Rotoren Turbulenzen in der Luft, die Flugzeuge ebenfalls beeinträchtigen können.
Simulation berechnet Turbulenzen.

Aktuell ist die Frage, inwieweit Windräder Ultraleichtflugzeuge beeinflussen, jetzt am ULV-Landeplatz Linnich-Boslar, in dessen Nähe ein großer Windpark entstehen soll. Vor dem Bau will der Betreiber, die BMR Windenergie, sichergehen, dass den Fliegern keine Gefahr droht. Forscher am Fraunhofer-Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik IWES in Oldenburg haben im Auftrag der Firma eine Simulation entwickelt, die berechnet, welche Turbulenzen die Anlagen erzeugen, wie sie die Windgeschwindigkeit ändern und welchen Einfluss dies auf die Flugzeuge hat. »Diese Simulationen haben wir für verschiedene Szenarien durchgeführt«, sagt Dr. Bernhard Stoevesandt, Abteilungsleiter am IWES. »Wir haben verschiedene Windrichtungen simuliert, zwei Windgeschwindigkeiten und fünf Flugbahnen, in denen sich der Flieger unterschiedlich lange im Einflussgebiet des Rotors aufhält.«
Komplexes Gittermodell.

Für die Simulationen haben die Forscher zunächst ein Computermodell vom Boden sowie ein Windprofil der Gegend erstellt, in der der Windpark entstehen soll. Über das Modell wurde ein Gitter gelegt. An den verschiedenen Gitterpunkten berechnet der Computer, wie sich Windsituation und Turbulenzen durch die Anlagen ändern. »Die große Kunst besteht darin, das Gitter zu erstellen: Denn die Gitterpunkte, an denen der Computer die einzelnen Berechnungen vornimmt, müssen genau an den relevanten Stellen liegen«, erläutert Stoevesandt. Der Aufwand der Simulation ist enorm – die Software berechnet in vielen Millionen Gitterzellen die jeweiligen Strömungen, die sich gegenseitig beeinflussen. Weitere Herausforderungen liegen darin, den Nachlauf – also die Turbulenzen und die Änderung der Windgeschwindigkeit hinter dem Rotor – richtig darzustellen und herauszufinden, wie er sich auf das Flugzeug auswirkt. »Um die Simulationen zu validieren, wurde der Nachlauf von Windenergieanlagen an einzelnen Punkten hinter dem Rotor gemessen und die Messungen mit den Simulationen verglichen«, weiß Stoevesandt. »Die jeweiligen Daten stimmen gut überein.«

Insgesamt haben die Wissenschaftler die Auswirkungen der Windparks in einem Umkreis von etwa 1500 Meter und einer Höhe von bis zu 500 Meter untersucht. Zum Vergleich: Die Nabe des Rotors befindet sich in 123 Meter Höhe. Das Ergebnis: Am Landeplatz Linnich-Boslar sind die Turbulenzen, die die Windräder erzeugen, geringer als die normalen Umgebungsturbulenzen. Auf andere Flugplätze lässt sich dieses Ergebnis jedoch nur bedingt übertragen: Denn die Umgebung wirkt sich stark auf den Nachlauf aus – ist die Landschaft bewaldet oder hügelig, ist der Nachlauf anders als auf dem platten Land. »Für solche Flugplätze müssten wir die Simulationen entsprechend anpassen«, sagt Stoevesandt.