Lofar Kielwindeweer

5.9 Invloed windmolens op Lofar

Radio emissies van windmolens

Elektrische en elektronische apparatuur van de windmolens zenden, onbedoeld, radiogolvenuit en kunnen systemen storen. Deze soort storing valt in de categorie Elektro-Magnetische Compatibiliteit (EMC). Ook al voldoet de apparatuur van de molens aan de geldende EMC emissie normen, toch kunnen ze zwakke signalen uit het heelal storen. Echter, voor dit soort zwakke signalen heeft LOFAR nu juist zijn grote gevoeligheid gekregen. Deze zeer zwakke

signalen uit het heelal worden dan als het ware overstemd door de, op aarde geaccepteerde,signalen uit windturbines. Figuur 3 laat het resultaat zien van een korte meting aan een windmolen: duidelijk is te zien dat de molen signalen uitzendt in het frequentiegebied waarin LOFAR waarnemingen verricht. Het gaat hier niet om sporadische sterke pieken in het spectrum, maar om een brede spectrale band van signalen.

Figuur 3. Windmolenpark Hondtocht Dronten (links) met op de voorgrond de antenne meetwagen van ASTRON; een in één van de windmolens gemeten spectrum laat radio emissies zien die uitgezonden worden door de generatoren en elektronische apparatuur (rechts).

Vanwege bovengenoemd effect is er een veilige minimum afstand nodig tussen een windmolen en LOFAR. Voor een windmolenpark met vele windmolens neemt de veilige minimale afstand toe met het aantal windmolens. Een veilige afstand bedraagt minimaal 4 tot 6 km (zone II), maar wellicht is dit niet voldoende. Een definitief antwoord betreffende deze vorm van storing is pas te geven na nadere analyse. Het type windmolen dat gebruikt wordt is bijvoorbeeld van belang.

Ook de aansluiting van de stroomkabels op het elektriciteitsnet is van cruciaal belang.Metingen op Sardinië hebben aangetoond dat de aansluiting van windmolens aldaar op het elektriciteitsnet gepaard gaat met zeer sterke storingen voor de lokale radiotelescoop. Bij zorgvuldig, ondergronds, elektriciteitstransport hoeft dit niet te gebeuren, maar het is een belangrijk aspect dat de nodige aandacht vereist.

Overigens speelt op de LOFAR antennevelden zelf een soortgelijk EMC verhaal voor de signaalverwerkings-elektronica. De LOFAR elektronica die op de velden aanwezig is produceert ook elektromagnetische storing. Om het effect daarvan te minimaliseren is deze apparatuur “ingepakt” in speciaal daarvoor geprepareerde hoogfrequent dichte kasten die de radio emissies van de elektronica met een factor 10000 onderdrukken. Deze onderdrukkingsfactor is voor LOFAR een noodzaak. Geschat wordt dat windmolens, die weliswaar aan de licht-industriële normen voldoen, op een afstand van enkele km's van het centrale LOFAR gebied toch zeer veel meer storen dan de LOFAR elektronica die in de hoogfrequent dichte kasten bij de antennevelden staan.Reflectie van zendersignalen aan windmolens Naast directe emissie kunnen windmolens ook storen door de signaalniveaus van zenders in de verre omgeving van LOFAR te verhogen door reflecties aan de mast en aan de vleugels.De locatie van het centrale LOFAR gebied is onder andere gekozen vanwege de relatief lage dichtheid van zenders. Echter door de grote hoogte van de windmolens (130 tot 200 meter) kunnen ook signalen gereflecteerd worden van zenders die voor LOFAR ver achter de horizon liggen, maar voor de windmolens niet. Dit effect is geïllustreerd in figuur 4.

Figuur 4. LOFAR antennes kunnen signalen van zenders ontvangen via het “directe” pad en via reflecties aan windmolens.

Het effect hiervan is dat de beschikbare hoeveelheid radio-spectrum waarin geen zenders zichtbaar zijn, kleiner wordt. Hoe kleiner het spectrum-deel waarin LOFAR kan waarnemen hoe minder gevoelig de telescoop wordt. Hoeveel de afname van de gevoeligheid van LOFAR op deze manier bedraagt is op dit moment nog niet precies te zeggen, daarvoor zijn aanvullende metingen en analyses nodig. Dat windmolens zendersignalen in sterke mate kunnen reflecteren is te zien aan de meting weergegeven in figuur 5: vlak bij een windmolen is minstens de helft van het ontvangen vermogen van een FM zender te wijten aan reflecties door de windmolen.

Figuur 5. Reflecties van windmolens op afstand van ~100m zoals gemeten op een afstand van 100 m tot het windmolenpark “Hondtocht”nabij Dronten. Duidelijk zichtbaar is de periodiciteit (1.25 seconden) van het ontvangen gereflecteerde vermogen, veroorzaakt door de omwentelingen van de wieken.

Metingen door ASTRON nabij het windmolenpark bij de Eemshaven eerder dit jaar lieten zien dat het achtergrondniveau van zenders ter plekke van een lokaal LOFAR station aldaar duidelijk meetbaar verhoogd is door het windmolenpark op een afstand van 4-6 km en op een afstand van rond de 400 m zelfs verdubbelt. Uit de beperkte metingen lijkt dat een veilige minimale afstand tot het centrale LOFAR gebied minstens 4-6 km moet zijn. In deze beperkte analyse zitten aannames die nog theoretisch en experimenteel geverifieerd moeten worden. Overigens is op een afstand van 15 km van het centrale LOFAR gebied al een operationeel windmolenpark aanwezig. We verwachten niet dat het nadelige effect van dit park op LOFAR tot grote extra verstoringen zal leiden.

Remote stations

Bovenstaande concentreert zich vooral op de effecten van windmolens in de nabijheid van het centrale LOFAR gebied, de kern van LOFAR. Voor verder gelegen antenne velden, de “remote stations”, liggen de zaken iets anders. De eisen voor de radio astronomie zijn daar wat minder streng vergeleken met het centrale gebied. Datzelfde geldt ook voor de minimale afstanden tussen remote stations en groepen windmolens. De reden dat de eisen voor remote stations wat minder streng zijn heeft onder andere te maken met de “dichtheid” van antenne velden ter plekke en met de afstand tot het centrum van LOFAR.

Aan het inschatten van bovengenoemde effecten wordt momenteel gewerkt, maar vanwege de complexiteit van de problematiek is er niet op korte termijn een definitief antwoord te verwachten. Een belangrijke achterliggende reden is dat LOFAR deels nog in een inregel- en calibratiefase zit en dat de uiteindelijke extreme gevoeligheid nog niet bereikt is.

Geofysica

Geofoons voor seismisch onderzoek kunnen door mechanische trillingen van windmolens gestoord worden. Uit een studie uit 2005 (2nd ILIA-GW, Mallorca) blijkt bijvoorbeeld dat seismische golven boven 3 Hz zeker gedetecteerd kunnen worden op een afstand van 2 km, en zelfs daarbuiten. De minimale afstand van een windmolenpark tot de seismische detectoren zou dan minimaal 2 km moeten zijn. Ook hier is verder onderzoek nodig. De grondsoort heeft uiteraard invloed op de voortplanting van de seismische signalen, maar ook het type, het aantal molens en de wijze van fundering spelen daarbij ook een rol. Het windmolenpark dat voorgesteld wordt zou het grootste veld in Nederland op land kunnen worden met hoogtes tot 200 m. Het is dus de vraag of de geschatte minimale afstand van 2 km al dan niet te krap is.

Infrageluid

Roterende turbinebladen van windmolens produceren infrageluid met frequenties beneden de 20 Hz. Een studie uit 2006 (Ceranna et al, Der Unhörbare Lärm von Windkraftanlagen) laat zien dat een veilige minimale afstand tot een windmolen 2 km is om het onderzoek naar Infra sound naar behoren te kunnen uitvoeren De minimale afstand tot het beoogde windmolenpark tot de instrumenten voor het infra sound onderzoek in het LOFAR centrale gebied zal echter een stuk groter moeten zijn omdat het in dat geval over 50 tot 100 molens gaat en omdat de beoogde molens vermoedelijk een stuk groter zijn dan de windmolens uit de studie.