REA Insight: Bachelorarbeit zur Automatisierung von Potentialflächenanalysen an der TH Köln

Im Rahmen einer Abschlussarbeit des Bachelorstudienganges Erneuerbare Energien an der TH Köln in Zusammenarbeit mit der REA konnte unser Mitarbeiter Sebastian Nows neue Erkenntnisse zur Automatisierung von Potentialflächenanalysen erlangen und diese bereits in unseren Workflow integrieren.

Sebastian Nows ist bereits seit mehreren Jahren neben seinem ingenieurwissenschaftlichen Studium im Bereich Erneuerbare Energien an der TH Köln bei der REA tätig. Nach einem sechsmonatigen Praktikum unterstützt er das technische Team als Werksstudent bei der Planung von Wind- und Solarenergieanlagen. Es lag ihm daher Nahe, auch seine Abschlussarbeit bei uns durchzuführen. Unser Leiter des technischen Teams Klaus Wildrath war gerne bereit, als Zweitprüfer bei der von Prof. Dr. Thorsten Schneiders des Cologne Institute for Renewable Energy betreuten Bachelorarbeit Unterstützung zu leisten.

In der Arbeit Entwicklung und Automatisierung von GIS-basierten Potenzialanalysen für die Windenergieplanung entwickelte Herr Nows eine Methode zur Erstellung von Potenzialflächenanalysen für die Planung von Windenergieanlagen durch Programmierung eines Plugins für Geoinformationssysteme (GIS). Der Einsatz eines GIS-Systems ermöglicht uns, deutlich schneller und präziser Potentialflächenanalysen durchzuführen.

(Kurze) Einführung in die Potentialflächenanalyse

Was sind Potentialflächen?

Potentialflächen stellen im Rahmen der Planung von Windenergieanlagen solche dar, die für die Verwendung der Windenergie grundsätzlich zur Verfügung stehen. Verschiedene Kriterien werden dazu genutzt, um die grundsätzliche Eignung der Fläche zu bestimmen. Dieses Potentialflächen stellen jedoch nicht die abschließende von der Kommune ausgewiesene Zone für die Windenergie dar. Hierzu werden von den politischen Entscheidungsgremien die sogenannten Konzentrationsflächen ausgewiesen. Nur in diesen Zonen ist es möglich, Windparks zu errichten. Gleichzeitig verlangt das Baugesetzbuch, dass der Windenergie substanziell Raum zu verschaffen sei. Vereinfacht bedeutet dies, dass die für die Windenergie zur Verfügung gestellte Fläche groß genug sein muss. Wenn diese Anforderung durch die Konzentrationsflächen erfüllt ist, werden alle anderen Flächen auf dem Gemeindegebiet von der Windenergienutzung ausgeschlossen.

Bei der Findung von Potentialflächen werden harte und weiche Tabuzonen ermittelt. Harte Kriterien basieren auf Gesetzen und Verordnungen des Bundes und der Länder und inkludieren zum Beispiel den Abstand zur Wohnbebauung. Komplizierter sind die weichen Kriterien, da diese von jeder Kommune individueller festgelegt werden. Diese regionalen Besonderheiten führen bei den PlanungsingenieurInnen zu einem erheblich größeren Arbeitsaufwand. Hierbei kann die Nutzung eines GIS-Systems den administrativen Aufwand deutlich reduzieren.

Was sind Geoinformationssysteme (GIS) und wie werden sie in der Windparkplanung eingesetzt?

GIS ermöglichen die visuelle Darstellung von Geodaten und bieten den IngenieurInnen die Möglichkeit, diese schnell und präzise zu analysieren. Während viele Analysen meistens eher eine grobe Auflösung besitzen, müssen für die Windenergieplanung sehr detailreiche Gegebenheiten berücksichtigt werden. Die Möglichkeit der Automatisierung von Prozessen im Rahmen der Windparkplanung wurden bisher nur sehr begrenzt innerhalb der Branche ausgenutzt.

Die Grunddaten werden in der Regel durch die Kommunen oder Länder bereitgestellt und stehen allen Unternehmen, die ein berechtigtes Interesse haben, frei auf Anfrage zur Verfügung. Für den Fall das weitere Daten benötigten werden, können diese durch Mitarbeiter in das System importiert werden. Beispielsweise können so Höhenbegrenzungen durch Flugverkehr früh berücksichtigt und Probleme in späteren Planungsschritten umgangen werden. Dies steigert die Wahrscheinlichkeit einer erfolgreichen Planung erheblich bzw. fokussiert die Arbeit unserer IngenieurInnen auf die am erfolgversprechendsten Flächen.

Die Automatisierung im Rahmen der Abschlussarbeit

Wie bereits erwähnt wurden viel Arbeit manuell durchgeführt, sodass sich die Arbeitsprozesse als sehr arbeitsintensiv und damit kostenintensiv darstellten. Durch die umgesetzten Automatisierungen können 70% aller manuellen Schritte zur Erstellung der Flächenanalyse eingespart werden, die mindestens 90% der benötigten Zeit ausmachen. Insbesondere repetitive Aufgaben wie zum Beispiel Beschriftungen, Zuschneiden oder Koppeln von Daten sind vollständig automatisiert. Im Wesentlichen müssen nach Einführung nur die Zielparameter und das zu untersuchende Gebiet vom ProjektingenieurIn ausgewählt werden. Hierzu wurden Plugins, also kleine Erweiterungen, die weitere Funktionen zu einem Programm hinzufügen, erstellt. Dieses Vorgehen ermöglicht eine schnelle Implementierung und Aktualisierung der Software. Im Folgenden werden kurz die Schritte gezeigt, die unser Plugin durchführt:

Schritt 1: Auswahl Untersuchungsgebiet

Im ersten Schritt wird das Untersuchungsgebiet erstellt. Hierzu werden auf Basis der kommunalen Daten alle Wohngebiete und Außenbereiche analysiert und anschließend zu einer Karte zusammengefasst.

Schritte 2: Separierung Wohngebiet und Außenbereich

Dieser Schritt ermöglicht dem Plugin, zwischen den Wohngebieten, Mischgebieten und den Außenbereichen zu unterscheiden. Falls die Daten nur in analoger Form in alten Flächennutzungsplanen zur Verfügung stehen, müssen die Daten weiterhin per Hand eingespielt werden. Dies ist notwendig, da für die Bebauungsgebiete unterschiedliche Anforderungen bestehen. Zusätzlich kann so Zeit bei späteren Verfahrungsschritten, wie zum Beispiel bei der Schalluntersuchung im Rahmen der Genehmigung, eingespart werden.

Schritt 3: Abstandsflächen erzeugen

Im nächsten Schritte können die aktuell gültigen Parameter für die Abstände eingegeben werden. Diese inkludiert über 40 verschiedene Flächentypen, darunter auch die in der Politik diskutierten Abstände zur Wohnbebauung. Naturschutzgebiete oder andere Gebiete die sich nach den Kriterien der Gemeinde nicht zur Windparknutzung eignen, können direkt von der weiteren Analyse ausgeschlossen werden. Das Plugin berechnet die dazu auszuschließenden Flächen und stellte diese Daten zusätzlich visuell dar.

Schritt 4: Flurstücksbenennung und Eigentümerzuordnung

Im letzten Schritt werden die Daten der Flurstücke beim Katasteramt erfragt und ins Programm importiert. Die Informationen ermöglichen unserem Akquise-Team, direkt Kontakt zu den Eigentümern für geeignete Flächen herzustellen.

Bei weiteren Fragen zur Arbeit, können Sie sich gerne bei Herrn Nows melden.

Die REA Firmengruppe

Die REA Firmengruppe ist ein regional agierendes Ingenieurbüro für Erneuerbare Energien mit Sitz in Düren. Seit über 20 Jahren planen, projektieren und betreiben wir in Zusammenarbeit mit Bürgern und regionalen Partnern Windenergie- und Solaranlagen im Rheinland. Unsere Dienstleistungen rund um den Bau, der Betriebsführung bis hin zum Repowering decken dabei den gesamten Lebenszyklus einer modernen erneuerbaren Energieanlage ab. Unsere regionale Präsenz und tiefe Verbundenheit mit den Menschen vor Ort ermöglicht uns, jedes Projekt an die örtlichen Gegebenheiten und Bedürfnisse optimal anzupassen. Die Steigerung der Akzeptanz der Bevölkerung an der Energiewende durch direkte Teilhabe an der lokalen Wertschöpfung und durch gezielte Informationskampagnen ist uns dabei eine Herzensangelegenheit.

Mit einer installierten Leistung von über 70 MW sind wir bereits jetzt in der Lage, mehr als 60.000 Haushalte mit sauberer und umweltfreundlicher Energie zu versorgen.