Berekening van de effecten van windturbines op maritieme ... · 12/11/2002 EVL Berekening van de effecten van windturbines op maritieme RF systemen (SRK) • Prof. Emmanuel Van Lil,

12/11/2002EVL

Berekening van de effecten van windturbines opmaritieme RF systemen (SRK)

• Prof. Emmanuel Van Lil, ir. Dave Trappeniers & Prof.Antoine Van de Capelle

• K.U.Leuven, div. ESAT/TELEMIC• Kasteelpark Arenberg, 10 (new since 1/1/2001)• B-3001 Leuven-Heverlee; Belgium• Website:

http://www.esat.kuleuven.ac.be/telemic(/propagation)• E-mail: [email protected]• Presentatie voor URSI

12/11/2002EVL

Overzicht

• Inleiding• Radar-effecten

– Schaduwing– Valse echo’s

• VHF communicatie• RDF-effecten• DGPS-effecten• AIS-effecten• Besluiten

12/11/2002EVL

Inleiding• Literatuur hoofdzakelijk TV

– [BBC1] J.L. Eaton, R.I. Black and G.H. Taylor, "Interference to television receptionfrom large wind turbines", BBC Research Dept., Eng. Div., March 1983

– [BBC2] D.T.Wright, "Effects of Wind Turbines on Television Reception: Field test inDenmark", nov. 1991

– [MEDE] J. Kats and J. Van Rees, "Hinder voor TV ontvangst, een niet teonderschatten aspect van grote windturbines", DNL, Verslag 546 DNL/86, 1986

– [SEN] D. Sengupta and T. Senior, "Electromagnetic Interference to TelevisionReception Caused by Horizontal Axis Wind turbines", IEEE proceedings, Vol. 67, no.8, August 1979.

• Spookbeelden waren meest belangrijk

12/11/2002EVL

Beste zones in Europa• Windzones in Europa: Vlaanderen/Nederland nog goed

12/11/2002EVL

Inleiding

• Modellen van turbines: volledig geleidendewieken (slechtste geval)

12/11/2002EVL

Inleiding

• Modellen van turbines: enkel bliksemafleiders

12/11/2002EVL

Inleiding

• Overzicht van de beschouwde windturbineparken en het VTS-werkingsgebied van de SRK (Vlaamse Kust en Scheldemonding)

Wit = C-Power

Zwart = TotalFina Eolia

Rood = Seanergy

12/11/2002EVL

Overzicht

• Inleiding• Radar-effecten

– Schaduwing– Valse echo’s

• VHF communicatie• RDF-effecten• DGPS-effecten• AIS-effecten• Besluiten

12/11/2002EVL

Radar-effecten• Overzicht van de beschouwde radarinstallaties

Reeds geïnstalleerd:

• Oostende

• Zeebrugge

• Cadzand

• Vlissingen

• Westkapelle

In aanbouw:

• Oostdyckbank

• Schouwenbank

12/11/2002EVL

Radar van Zeebrugge

12/11/2002EVL

Radar-effecten• Beschouwde scheepsposities (radar aan boord van de schepen)

12/11/2002EVL

Enkel wieken (radar op 0, turbine op -1550 m)

Gondel 90°,Wieken 40° gedraaid

12/11/2002EVL

Enkel gondel (radar op 0, turbine op -1550 m)

Gondel 0°gedraaid

12/11/2002EVL

Radar-effecten

• EPICS-GO gebaseerd op klassieke GO-UTD

Gegevens:

• één windtubine in(0,-900 m)

• radar in (0,0)

12/11/2002EVL

Radar-effecten

• Verschillende stralen (1 turbine)

12/11/2002EVL

Radar-effecten

• Problemen indien meer dan één turbine

−40

−35

−30

−25

−20

−15

−10

−5

0

5

10

1600 1610 1620 1630 1640 1650 1660 1670 1680 1690 1700

7750

7760

7770

7780

7790

7800

7810

7820

7830

7840

x afstand in m

Signaal achter een V66 windmolen

y af

stan

d in

m

12/11/2002EVL

Radar-effecten

• Problemen indien meer dan éénturbine: soms diepe schaduwing

−40

−35

−30

−25

−20

−15

−10

−5

0

5

10

−2750 −2745 −2740 −2735 −2730 −2725 −2720 −2715 −2710 −2705 −27001.348

1.349

1.35

1.351

1.352

1.353

1.354

1.355

1.356

1.357

x 104

x afstand in m

Signaal achter een V66 windmolen

y af

stan

d in

m

−2775 −2770 −2765 −2760 −2755 −2750 −2745 −2740 −2735 −2730 −27251.358

1.359

1.36

1.361

1.362

1.363

1.364

1.365

1.366

1.367

x 104

x afstand in m

Signaal achter een V66 windmolen

y af

stan

d in

m

12/11/2002EVL

Radar-effecten• Wind uit Westen: wieken geschaduwd door toren

12/11/2002EVL

Radar-effecten

• Wind uit Oosten: wieken duidelijk te zien

12/11/2002EVL

Radar-effecten• Benadering voor grote parken: invloed van wieken gering

−2750 −2745 −2740 −2735 −2730 −2725 −2720 −2715 −2710 −2705 −2700−40

−35

−30

−25

−20

−15

−10

−5

0

5

10Schaduwing van windmolens A5−A6−A19 bij 9065.0 MHz en positie 13539

Positie in m

Ver

zwak

king

in d

B

Invloed van schaduwing in dB

12/11/2002EVL

Radar-effecten• Benadering voor grote parken: enkel diffractie van toren

12/11/2002EVL

Radar-effecten• Simulatie van een fictief park

12/11/2002EVL

Radar-effecten• Voorbeeld voor C-Power:

12/11/2002EVL

Radar-effecten• Voorbeeld voor Totalfina Eolia en Seanergy:

12/11/2002EVL

Overzicht

• Inleiding• Radar-effecten

– Schaduwing– Valse echo’s

• VHF communicatie• RDF-effecten• DGPS-effecten• AIS-effecten• Besluiten

12/11/2002EVL

• Via windturbine

Type 1 valse echo’s

4 450

222

max2 )4( W

MSBWTT

RPGPR

πσσλ=

12/11/2002EVL

Type 2 valse echo’s

• Via object

4 450

222

max1 )4( WS

MWBSTT

RPGPR

πσσλ=

12/11/2002EVL

Radar-effecten

• Lineaire beweging // windturbine-radarVerhouding tussen de radardwarsdoorsneden in dB

of abolute waarde van het ontvangen signaal in dBW zonder Doppler

-150

-120

-90

-60

-30

0

0 5000 10000 15000 20000 25000

Afstand tot radar in m

Ve

rho

ud

ing

sig

naal v

lie

gtu

ig/v

als

e e

ch

o in

dB

ab

so

vals

-ech

o s

ign

aal in

dB

W

Reflectie via windmolenReflectie via schipValse echo via windmolenValse echo via schipMinimum detecteerbaar signaal

12/11/2002EVL

Radar-effecten

• Veronderstelling: Lineaire beweging // met de lijnwindturbine-radar

• Type 1: Echo “achter” turbine beweegt aan ongeveerdezelfde snelheid als het schip, en vertraagt tot wanneer hetschip het dichtste punt bij de windturbine op zijn koersbereikt. Na dit punt, beweegt de valse echo terug weg vande windturbine volgens dezelfde lijn radar-wind turbine.

• Type 2: Een radar operator merkt dit type echo op als eenecho “achter” het schip, maar naderend aan dubbelesnelheid (!!), tot wanneer het schip de windturbine voorbijis. Vanaf dan blijft de echo nagenoeg onveranderd staan.

12/11/2002EVL

Radar-effecten• Valse echo type 2:

12/11/2002EVL

Valse echo van “Antigoon”

• Radarbeeld van “Antigoon” opgenomen te Zeebrugge op 28/01/2002

12/11/2002EVL

Valse echo van “Antigoon”

• Schip “Antigoon”

12/11/2002EVL

Radar-effecten

• Globaal beeld (types 1 + 2) voor een scheepsradar(positie 1):

12/11/2002EVL

Overzicht

• Inleiding• Radar-effecten

– Schaduwing– Valse echo’s

• VHF communicatie• RDF-effecten• DGPS-effecten• AIS-effecten• Besluiten

12/11/2002EVL

VHF communicatie

• Overzicht van de beschouwde communicatie- en RDF-installatiesVHF-communicatie (geel):

• Oostende (tx + rx)

• Zeebrugge (tx + rx)

• Vlissingen (tx + rx)

• Vlissingen Bachtenreede(tx = rx)

• Westkapelle (tx + rx)

RDF (wit):

• Nieuwpoort

• Zeebrugge

• Haamstede

12/11/2002EVL

VHF communicatie-effecten: kleiner dan radar• Hoogste frequentie: 162,55 MHz

12/11/2002EVL

Overzicht

• Inleiding• Radar-effecten

– Schaduwing– Valse echo’s

• VHF communicatie• RDF-effecten• DGPS-effecten• AIS-effecten• Besluiten

12/11/2002EVL

RDF-effecten: principe

Schip

RDF

Reflecterend voorwerp

Rws Rw

Rs

Aflezing Invloed van reflectie

Directe straal = exacte richtingRDF => schip

Hoekfout1

p

2

2 24BW S

W WS

RpR R

σπ

=

12/11/2002EVL

RDF: Voorbeeld voor C-Power

12/11/2002EVL

RDF: Voorbeeld voor Totalfina Eolia en Seanergy

12/11/2002EVL

Overzicht

• Inleiding• Radar-effecten

– Schaduwing– Valse echo’s

• VHF communicatie• RDF-effecten• DGPS-effecten• AIS-effecten• Besluiten

12/11/2002EVL

DGPS (volmaakt geleidende aarde benadering)

• Verre veld

12/11/2002EVL

DGPS (volmaakt geleidende aarde benadering)

12/11/2002EVL

DGPS (zeewater (εr=70; σ=5) benadering)

12/11/2002EVL

DGPS beschrijving en besluiten

• DGPS zender te Oostende op 312 kHz (frequentiesgecoördineerd door IALA)

• Berekeningen (nabije-veld !!!) met NEC-2.• Versterkt in de richting van de zee!!! (de parken vormen

een passief “endfire” rooster met een maximum naar dezee en interferenties te wijten aan reflecties tegen het parknaar het land toe)

• Afwijkingen beperkt tot 1 dB piek tot piek of 0,75 dB vande waarde zonder de windturbines

12/11/2002EVL

Overzicht

• Inleiding• Radar-effecten

– Schaduwing– Valse echo’s

• VHF communicatie• RDF-effecten• DGPS-effecten• AIS-effecten• Besluiten

12/11/2002EVL

AIS systeem

• “Automatic Identification System”• Wordt een verbeterde “transponder” voor maritieme

toepassingen• Elk schip zendt zijn GPS positie via VHF kana(a)l(en):

161,975 & 162,025 MHz in TDMA mode (update ratehangt af van de snelheid van het schip; kan ookopgevraagd worden (C(ollision)A(voidance)S(ystem)))

• Modulatie: gebaseerd op aanbeveling ITU-R M.1371-1,(1998-2001) & “IALA Guidelines on UniversalShipborne Automatic Identification System”, AIS 9, Kiel,6 april 2001

12/11/2002EVL

AIS: Delay Spreads (C-Power)

• AIS: Delay spread < 400 nsec (2,5 Mbps)

12/11/2002EVL

AIS: Delay Spreads (Totalfina Eolia en Seanergy)

• AIS: Delay spread < 400 nsec (2,5 Mbps)

12/11/2002EVL

Overzicht

• Inleiding• Radar-effecten

– Schaduwing– Valse echo’s

• VHF communicatie• RDF-effecten• DGPS-effecten• AIS-effecten• Besluiten

12/11/2002EVL

Besluiten

• De invloed van de turbines is vrij gering op deschaduwing en de valse echo’s na

• Maritieme communicaties zullen geen hinder ondervindenvan de turbineparken

• Het DGPS systeem wordt door een gelukkig toeval zelfsverbeterd, hoewel niet op een significante wijze, vermitsde parken een passieve “versterking” van het signaalverwezenlijken (in de richting van de parken)

• Het AIS systeem zal veel hogere datarates toelaten danvooropgesteld in de “normen”

12/11/2002EVL

Poëtische ontboezemingen over windturbines

12/11/2002EVL

Dankwoord

• BET-SRK= Beheer- en ExploitatieTeam van deScheldeRadarKeten (ir. Johan Raes & ir. Victor Cox)

• Belgocontrol (ir. Jan Cottyn, ir. Manu Deklerck, ir. AlainBruggeman, ir. Luc Lauvrijs)

• B(elgisch)I(instituut) voor P(ost) en T(elecommunicatie)(ir. Freddy Baert) & R(adiocommunication)A(gency)(dr. David Eden)

• Sponsors (Totalfina-ELF (Fina Eolia), Shell, Electrabel-Tractebel, SPE, WVEM, …)

12/11/2002EVL

Vragen ??