SOUNDMODUL: Höherer Energieertrag durch optimierte Lärmabschaltung von Anlagen zur Erzeugung und Speicherung von erneuerbaren Energien

Auf einen Blick

• Ausgangslage: Windenergieanlagen und Hybridparks (z. B. Wind+Elektrolyse) müssen oft pauschal in schall-, aber auch leistungsreduzierten Betriebsmodi gefahren werden, um Lärmgrenzwerte nach den Vorgaben des Bundes-Immissionsschutzgesetzes (BimSchG)/ TA Lärm einzuhalten. Das führt zu erheblichen Ertragseinbußen.
• Projektziel: Entwicklung einer Methodik, mit der aus kurzzeitigen Schall- und Umgebungsmessungen einfache Abschaltregeln abgeleitet werden können. Dafür ist die Entwicklung eines kompakten Soundmoduls (Retrofit-Add-on) geplant, das an der Anlage installiert wird und ein binäres Signal (Normalbetrieb / schallreduzierter Betrieb) an die Steuerung liefert.
• Es ist ein Demonstrator-Einsatz am Hydrogen Lab Bremerhaven (HLB) des Fraunhofer IWES (Projektkoordination) und der Windenergieanlage AD8 in Bremerhaven geplant. Dabei wird erwartet, dass weniger unnötige Abschaltungen erforderlich sind und sich dadurch höhere Jahresbetriebsstunden und Energieerträge ergeben. Eine Konsequenz wäre auch die effizientere Wasserstoffproduktion in Hybridparks. Die technische Lösung könnte einen wichtigen Beitrag dazu liefern, die Wirtschaftlichkeit und regulatorischer Weiterentwicklung im Rahmen des 8. Energieforschungsprogramms zu befördern. 

Herausforderung

Die Lärmbewertung von Windenergieanlagen und Hybridparks basiert heute auf konservativen Prognosen nach BImSchG/TA Lärm mit vereinfachten Punktquellenmodellen. Zentrale Einflussgrößen wie Windrichtung, vertikale Windprofile, Temperatur, Feuchte, Stabilität, Bebauung, Orographie und die Überlagerung mehrerer Quellen (Windenergieanlagen, Elektrolyseure, Kompressoren) werden nur unzureichend berücksichtigt. Die Folge sind pauschale Nachtabschaltungen oder dauerhafte Schallmodi – oft ohne tatsächliche Grenzwertüberschreitung am Immissionsort. High-End-Lösungen mit permanenter Immissionsmessung und KI-Auswertung sind allerdings teuer, komplex und abhängig von Herstellerschnittstellen. Es fehlt bislang eine praxistaugliche Methode, mit der aus kurzzeitigen Messungen am Immissionsort robuste Betriebsregeln abgeleitet werden können. Zu klären sind insbesondere die relevanten Messgrößen, die nötige Messdauer, wie groß die Unsicherheiten bei kurzen Messkampagnen sind und wie meteorologische Effekte (z.B. die atmosphärische Grenzschicht) einfach in eine Steuerlogik integriert werden können. Jede Lösung muss kostengünstig nachrüstbar und von Genehmigungsbehörden akzeptiert sein.

Lösung

Das Forschungsprojekt SOUNDMODUL adressiert dies durch zunächst einjährige Feldmessungen an mehreren Wind- und Hybridparks (u.a. AD8 und HLB), bei denen Schallimmissionen, Meteorologie und Anlagendaten parallel erfasst und durch Mikrofon-Array-Messungen ergänzt werden. Die Daten werden technisch aufbereitet. Mittels statistischer Auswertungen werden relevante Einflussgrößen und notwendige Messdauern bestimmt. Re-Analysedaten und Schallausbreitungsmodelle dienen dazu, meteorologische Effekte quantitativ zu erfassen und in ein einfaches Korrekturmodell zu überführen. 

Mehrwert

Daraus wird eine Abschaltlogik entwickelt, die mit wenigen lokal messbaren Parametern eine Ja-/Nein-Entscheidung über schallreduzierten Betrieb trifft. Diese Logik wird in einem kompakten Soundmodul umgesetzt, das als Retrofit installiert wird, Sensorik und Auswertung integriert und ein binäres Schaltsignal an die Anlagensteuerung liefert. Der Demonstrator wird im Labor aufgebaut, an der Anlage AD8/HLB im Feld getestet und hinsichtlich der Einhaltung der Lärmgrenzen sowie des Ertragspotenzials validiert. Parallel werden Behörden und Stakeholder eingebunden, Ergebnisse offen publiziert und so der Weg zur breiten Anwendung und späteren Verankerung im Regelwerk vorbereitet.