Tarnkappen für Windräder

Weil Windkraftanlagen Radarsysteme stören, blockieren Flugsicherungsbehörden und Militär allein in Großbritannien den Bau von zehn Gigawatt Windenergie. Neue Rotorblätter und bessere Radarsoftware sollen Abhilfe schaffen.

Der Ausbau der Windkraft in aller Welt schreitet rasant voran. Wenig bekannt ist aber ein Problem, das dieses Tempo derzeit sogar drosselt: Windräder stören die Radarsysteme der Luftfahrt – und werden deshalb mancherorts nicht genehmigt. Dem wollen der dänische Windrad-Hersteller Vestas und das britische Militärtechnik-Unternehmen QinetiQ mit so genannten „Stealth“-Rotorblättern abhelfen.

Nachdem man die Technologie im Oktober in einem Demo-Projekt getestet habe, wolle man nun das erste komplette Stealth-Windrad errichten, sagt Steve Appleton, Vestas-Spezialist für Komposit-Werkstoffe. Ende 2010 könnte dann die serienmäßige Produktion beginnen. „Wenn die Technologie einwandfrei funktioniert und grünes Licht bekommt, würde uns das einen Wettbewerbsvorteil geben“, so Appleton.

Bislang ist allerdings noch nicht klar, wie effektiv sich Windkraftanlagen aus den Radarschirmen heraushalten lassen. Vor allem das Militär mit seinen Radarsystemen, die eine sehr lange Reichweite haben, hat ein Interesse daran, das Problem in den Griff zu bekommen. Die britische Regierung startete deshalb im vergangenen Monat mit dem Radaranlagen-Hersteller Raytheon Canada ein Forschungsprojekt über 8,5 Millionen Dollar. Es soll bereits bestehende Flugsicherungssysteme so umrüsten, dass die den Radarabdruck eines Windrades zweifelsfrei erkennen und herausrechnen können.

Die sind aus verschiedenen Gründen ein Problem. Wenn die sich drehenden Rotorblätter einer Anlage Mikrowellen zurückwerfen, entsteht auf dem Schirm ein Radarschatten, der Flugzeuge verdecken kann. Da die Blätter sich mit wechselnder Geschwindigkeit drehen – bis zu 200 Kilometer pro Stunde schnell –, verändert sich der Schatten außerdem ständig. Militär und Flugsicherungsbehörden sehen darin ein potenzielles Unfallrisiko in der Luft.

Aus diesem Grund können derzeit allein in Großbritannien Windkraftanlagen mit einer Leistung von zehn Gigawatt nicht errichtet werden. Eine Studie des JASON Defense Advisory Panel, einer Beratungsgruppe der Mitre Corporation, im Auftrag des US-amerikanischen Heimatschutzministeriums kam gar zu dem Ergebnis, dass das Radarproblem der Windkraft „ein ernsthaftes Hindernis für das vorgesehene Wachstum nachhaltiger Energien“ sei. So blockiert etwa die US-Flugsicherungsbehörde FAA den Bau von 130 Offshore-Windkraftanlagen im Nantucket Sound vor der Atlantik-Küste des Bundesstaates Massachusetts.

Die Lösung, die Vestas und QinetiQ vorgestellt haben, nutzt ähnliche Materialien wie Tarnkappen-Flugzeuge („Stealth Bomber“). Deren Flügel und Rumpf sind mit einer fünf Millimeter starken Schicht versehen, die einen guten Teil der Mikrowellen schluckt. Für große Rotorblätter würde eine solche äußere Beschichtung aber ein zusätzliches Gewicht von über einer Tonne bedeuten. Deshalb bauten die Ingenieure der beiden Firmen zwei Mikrowellen-absorbierende Stoffe – Glasfaser-verstärktes Epoxidharz und Plastik-Schaum – direkt in die Struktur des Verbundwerkstoffes ein, aus dem die Blätter bestehen.

Ein solches Blatt wurde im vergangenen Monat im britischen Norfolk in ein Windrad eingebaut und mit einem mobilen Radarsystem getestet. Der Radar-Abdruck sei geringer gewesen als bei einer Anlage mit drei herkömmlichen Rotorblättern, sagt Vestas-Mann Steve Appleton.

Er geht davon aus, dass sich das Konzept auf beliebige andere Windkraftanlagen übertragen lässt. Die damit verbundene Kostensteigerung sei für die Kunden „akzeptabel“. Allerdings hänge das Radarproblem nicht nur von den Rotorblättern ab, sondern auch vom konkreten Standort einer Anlage, seiner Entfernung zum nächsten Tower und der Verteilung der Anlagen. Deshalb müsse man im Einzelfall immer untersuchen, ob die neue Blatt-Konstruktion wirklich hilft.

Der JASON-Report war zu dem Schluss gekommen, dass Tarnkappen-Rotorblätter bei kurzwelligem Radar helfen könnten, nicht jedoch beim langwelligen L-Band des US-Flugsicherungsradars. Davon will Appleton allerdings nicht hören: „Wir haben bereits gezeigt, dass sich auch das L-Band absorbieren lässt.“

Eine Alternative zum Konzept von Vestas und QinetiQ verfolgt Raytheon Canada. Statt Blätter mit anderen Materialien zu verwenden, sollen die Radarsysteme umgebaut werden. Die senden nach jeder Drehung, alle paar Sekunden, einen neuen Scan der Himmelsumgebung. „Unsere Lösung ist ein Algorithmus, der in Tracking-Software verwendet wird“, sagt Raytheon-Manager Brian Smith. „Der sagt dann: Das hier kann kein Flugzeug sein, weil es still steht.“ Solche fixen Objekte würden dann gar nicht erst auf dem Radarschirm angezeigt.

2011 will das Unternehmen laut Smith die nötigen Algorithmen sowohl für kurzwelliges als auch für langwelliges Radar fertig haben. Mehr noch: Die Software soll in der Lage sein, Windräder von anderen stationären, aber für die Luftfahrt relevanten Objekten wie Wetterballons zu unterscheiden. Deren metallbeschichtete Hülle macht sie auf dem Radarschirm sichtbar, und das sollen sie auch bleiben. Smith schätzt, dass ab 2012 oder 2013 die 250 Raytheon-Systeme in aller Welt nachgerüstet werden können – das sind immerhin 40 Prozent des Marktes. Der JASON-Report schlug zudem vor, ältere analoge durch digitale Radarsysteme zu ersetzen. Dann könnten auch die Anlagen anderer Hersteller mit der Raytheon-Software nachgerüstet werden. (nbo)