Signal vs. Hintergrund

In der Infraschall Windkraftdebatte gibt es immer wieder Missverständnisse, was es bedeutet, wann das Signal einer Windenergieanlage im Hintergrund verschwindet. Grund für dieses Missverständnis liegt in zwei Definitionen.

1. Trägt das Windradsignal signifikant zur Erhöhung der Infraschallenergie in einem bestimmten Frequenzbereich bei (typischerweise Terzpegel)
2. Lässt sich das Windradsignal über dem Hintergrund detektieren

Schmalbandspektren, Terzpegel, Zeitsignal eines künstlichen Windradsignals

Um den Unterschied aufzuzeigen arbeite ich mit künstlichen Zeitreihen:

1. Ein gemessenes Infraschallsignal bei abgeregeltem Windrad dient als Hintergrund (Werte aus Infraschall im Gebäude - 350m vom Windrad). Das es an diesem Tag sehr windig war wurde der Hintergrund um Faktor 3 in der Amplitude reduziert.
   
2. Die Länge der Zeitreihe ist 4h
3. Über diesen Hintergrund wird ein ideales 100% frequenzkonstantes Windradsignal gelegt. (Werte aus Messkampagne Windrad Harsdorf 05/2020)
4. Die Signalstärke wird für verschiedene Abstände über geometrische Dämpfung (6dB pro Abstandsverdopplung) berechnet.

Für verschiedene Abstände ergeben sich die folgenden Grafiken

 

Fazit

Wenn man die Grafiken betrachtet fällt folgendes auf

1. Selbst in 6400m wäre eine theoretische Detektierbarkeit unter diesen Annahmen gerade noch gegeben. Im Schmalbandspektrum ragen einige Peaks aus dem Hintergrund heraus.
2. Diese Peaks sind jedoch für Infraschall-Energie völlig irrelevant. Schon ab 800m gibt es kaum einen Unterschied zwischen den Terzpegel und den Terzpegel des Hintergrunds. Das ist auch das Hauptergebnis der LUBW-Messungen
3. Das gleiche wie für die Terzpegel gibt auch für das Zeitsignal. Auch hier ist der Einfluss des Windrads nur bei 200m und 400m direkt zu erkennen. Danach überwiegen die Schwankungen des natürlichen Hintergrunds
4. Die BGR möchte transiente Signale (z.B. Expolsionen) detektieren. Das geht um so besser je weniger zusätzliche Signale im Drucksignal sind. Doch wie man gut erkennen kann, stört das Windrad das Drucksignal schon ab 800m kaum. 15km, wie die BGR fordert, sind Unsinn. Als Maß, ob ein Signal die Detektion eines transienten Signals stört taugen Peaks in Schmalbandspektren nicht. Terzpegel wären eine viel bessere Wahl.
5. In der Realität ist die Detektierbarkeit von Windradsignalen jedoch deutlich schwieriger, weil moderne Windräder mit variabler Drehzahl arbeiten. Diese klaren scharfen Peaks gibt es bei modernen Windenergieanlagen nicht (vgl. Warum Terzpegel sinnvoll sind). Die BGR hat hier eine veraltete Vorstellung von Windrädern, die sich wahrscheinlich aus dem 2004 vermessen Windrad herleitet. Dieses arbeitete tatsächlich noch mit relativ fester Drehzahl.
6. Entscheidend bei der ganzen Betrachtung ist auch die Höhe des Hintergrunds. Dieser ist natürlich keine Konstante sondern hängt von allen möglichen Größen ab. Insbesondere gilt, dass der Hintergrund bei starken Wind viel höher liegt als bei Windstille. Bei meinen Messungen musste ich feststellen, dass es bei starkem Wind wieder schwieriger wurde, das Windradsignal über größere Entfernungen zu detektieren, weil a) das Windrad eine variablere Drehzahl aufwies und b) das Hintergrundrauschen deutlich höher war.
7. Grundsätzlich können sich die Werte je nach Höhe des Hintergrundrauschens und der Anzahl der Windräder verschieben. Doch 15km, wie sie die BGR fordert, scheinen selbst in Worst Case Szenarien kaum plausibel.