NORD2000-Überblick

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NORD2000 ist ein Berechnungsmodul für komplexe Schallberechnungen. Es wurde für die Prognose von Verkehrslärm entwickelt, in späteren Jahren wurde es für die Berechnung von WEA-Schall erweitert und umfangreich validiert[1].

Die Berechnung mit NORD2000 hat das Ziel, den tatsächlich auftretenden Geräuschpegel an einem Rezeptor zu ermitteln. Da die Ausbreitungsbedingungen von vielen Faktoren abhängig sind, fließen auch entsprechend viele Parameter in diese Berechnung ein. Viele dieser Parameter sind zeitabhängig, so dass eine normale NORD2000-Berechnung den Schalldruckpegel für eine spezifische Situation ermittelt, welche tatsächlich nur für einen kurzen Zeitraum Bestand hat.

Den meisten nationalen Schallrichtlinien liegen festgelegte Bedingungen zu Grunde, innerhalb derer die Schallimmissionen durch WEA bestimmte Grenzwerte einhalten müssen. Häufig sind hierfür bestimmte Schallausbreitungsmodelle festgeschrieben; in diesen Fällen werden Schallprognosen mit dem DECIBEL-Modul durchgeführt. Wird jedoch die Untersuchung spezifischer Bedingungen verlangt, z.B. bestimmter Windrichtungen, Windgeschwindigkeiten, Turbulenzbedingungen, atmosphärischer Stabilität, Luftfeuchte oder des jahreszeitlichen Wandels der Oberflächen (Bsp. Weizenfeld im Sommer vs. Weizenfeld im Winter), ohne dass ein konkretes Schallausbreitungsmodell vorgeschrieben ist, kann das NORD2000-Modell verwendet werden, um die Bedingungen nachzubilden.

Bestimmte Konstellationen dieser Einflussgrößen können besonders ungünstige Ausbreitungsbedingungen, einen sogenannten „worst case“, bewirken. Ein “worst case”-Szenario tritt in der Realität selten auf, ein realistischer Ansatz zur Beurteilung wäre z.B. die Ermittlung desjenigen Beurteilungspegels, der nur in 10% der möglichen Fälle überschritten wird.

Zu diesem Zweck kann NORD2000 aus einem diskreten Bereich von Windgeschwindigkeiten und Windrichtungen die ungünstigste Konstellation = „worst case“ ermitteln oder für eine komplexere Analyse die Schallberechnung mit einer Windmessung kombinieren, um zu kalkulieren, wie häufig verschiedene Geräuschpegel an den Schallimmissionsorten auftreten.

Eine naheliegende Anwendung von NORD2000 ergibt sich bei der Beurteilung von Standorten, bei welchen zweifelhaft ist, ob die Emissionswerte einer Windenergieanlage unter gegebenen meteorologischen Gesichtspunkten die Grenzwerte nicht übersteigen.

Ist eine Wasserfläche (See) in unmittelbarer Nähe eines Wohnhauses diesbezüglich problematisch? Wie bildet sich schalltechnisch eine trockene, klare Nacht an einem Schallrezeptor ab? NORD2000 ist in der Lage die Analysen zu erstellen, die diese spezifischen Fragen beantwortet.

Von größtem Nutzen jedoch kann sich NORD2000 in Ländern oder Regionen erweisen, wo flexible Schallreduktionsmaßnahmen erlaubt sind, wie z.B. windrichtungsabhängige Schallreduzierungen, welche auf der einen Seite die schallschutzbedingten Verluste mindern und auf der anderen Seite dennoch Anwohnern entsprechenden Schutz vor Lärm gewähren. Selbst eine Steigerung der Energieproduktion von einigen Prozentpunkten durch verminderte Schallreduktionsmaßnahmen bedeutet bei großen Projekten einen Gewinn von einigen Millionen €.


Hintergrund

Das NORD2000-Modell wurde ursprünglich für die Bewertung des Ausmaßes von Verkehrslärm von einer internationalen Arbeitsgruppe entwickelt. Das ursprüngliche Modell sowie das Projekt sind beschrieben in (Plovsing, 2010).

Im Jahr 2007 begann eine Projektgruppe, bestehend aus Vertretern von DELTA, EMD und DONG, mit der Validierung des NORD2000-Schallmodells für Windenergieanlagen und der Implementierung des Modells in die Software WindPRO. Das Projekt mit dem Namen “Noise and energy optimization of wind farms” wurde finanziert von Energinet.dk.

Infolge dieses Projektes wurde das NORD2000-Modell erfolgreich auf zwei Teststandorten mit auf verschiedenen Höhen installierten Lautsprechern (Dänemark) und Windenergieanlagen im laufenden Betrieb (Norwegen) validiert. Die Ergebnisse wurden auf der „Wind Turbine Noise 2009 Conference“ präsentiert

(Sondergaard, Plovsing, 2009).

Die Umsetzung des Schallberechnungsmodells erforderte auch eine Reihe von Erwägungen, die nur in geringem Maße mit dem ursprünglichen Verkehrslärm-Projekt verknüpft waren. Diese beinhalten die Beziehungen zwischen Windgeschwindigkeit und Schallleistungspegel, klimatischen Gegebenheiten und deren Verhältnis zu Schallleistungspegeln sowie die generelle Anwendbarkeit eines aggregierten Modells. Einige dieser Betrachtungen wurden ebenfalls auf der „Wind Turbine Noise 2009 Conference“ (Sørensen et. al., 2009) vorgestellt.

Die Implementierung von NORD2000 in WindPRO ist das Resultat dieser Arbeit. Das Modul besteht aus einem von DELTA entwickelten Berechnungsalgorithmus sowie einer Anwenderschnittstelle, die von EMD umgesetzt wurde.

Anmerkung zur Solver-Version Mit windPRO 3.2 wurde der neue NORD2000-Solver Version 5.022 eingeführt. Dieser ist bedeutend schneller als der vorherige Solver behebt einige Probleme im Zusammenhang mit komplexen Terrainbeschreibungen und großen Windfarmen. Bitte beachten Sie, dass Änderungen am Solver - auch zukünftige - zu geringfügig anderen Berechnungsergebnissen führen können


Grundlagen der Berechnung

Die grundlegende NORD2000-Berechnung ermittelt die Schallausbreitung einer Windenergieanlage zu einem Rezeptor über das gegebene Gelände unter spezifischen Wind- und sonstigen klimatischen Bedingungen.

Als erstes muss der Schallleistungspegel einer Turbine festgestellt werden. Dieser ergibt sich aus der Windgeschwindigkeit, die an der Anlage anliegt, in Verbindung mit den Turbinenspezifikationen. Der Schallleistungspegel wird durch 8 Oktav- oder 24 Terzbänder dargestellt.

Eine Schwierigkeit besteht darin, dass die WEA in einem Windpark kaum zur selben Zeit dieselbe Windgeschwindigkeit erfahren, darüber hinaus ist der Standort für die Referenz-Windgeschwindigkeit häufig nicht klar definiert.

Eine weitere Aufgabe besteht darin, den Einfluss des Geländes zu definieren. Das Terrain verursacht eine Dämpfung, die sich aus der Geländeform und der akustischen Geländehärte ergibt. Akustisch hartes Gelände, wie Wasser oder asphaltierte Flächen, dämpft den Schall nur in geringem Maße, während weiche Untergründe wie Wiesen oder Ackerland den Schall in größerem Maße dämpfen.

Das Gelände beeinflusst über seine Rauigkeit auch das Windprofil, welches sich wiederum auf die atmosphärische Dämpfung auswirkt.

Letztere ist auch von einer Reihe klimatischer Parameter abhängig.

Diese sind:

  • Windrichtung
  • Windgeschwindigkeit
  • Luftfeuchte
  • Temperatur
  • Turbulenzstärke (Wind)
  • Turbulenzstärke (Temperatur)
  • Standardabweichung Windfluktuationen
  • Inverse Monin-Obukhov-Länge
  • Temperaturgefälle T*


Die letzten 5 Parameter sind nicht trivial und können aus Gründen der besseren Handhabung auf Standardwerte für Tag und Nacht sowie heiter und bewölkt gesetzt werden.

Abschließend muss noch die Höhe des Rezeptors über Grund definiert werden.

Der Schallleistungspegel sowie die Einstellungen für klimatische Parameter und Gelände werden an den NORD2000-Berechnungsalgorithmus übermittelt, welcher daraus den resultierenden Schalldruckpegel der WEA an den Rezeptoren ermittelt.

Die Berechnung wird für die restlichen Anlagen im Windpark wiederholt und die Geräuschemissionen werden kumuliert.

Zu beachten ist, dass die ermittelten Schalldruckpegel den Außenlärm repräsentieren. Das heißt, dass der Berechnungsalgorithmus keine baulichen Hindernisse oder Strukturen im schalltechnischen Sinne bei der Ermittlung der Schalldämpfung einbezieht. Ausgenommen ist davon die tieffrequente Berechnung.


NORD2000 Schritt für Schritt


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Literatur:

  1. Søndergaard und Plovsing (Delta): Validation of the Nord2000 propagation model for use on wind turbine noise; PSO-07 project no 7389; 2009