efectul fermelor eoliene asupra pregătirii militaresmap.mapn.ro/directii/impactul...
TRANSCRIPT
NESECRET
R O M Â N I A
MINISTERUL APĂRĂRII NAŢIONALE
Statul Major al Forţelor Aeriene
STUDIU
PRIVIND
IMPACTUL DEZVOLTĂRII
PARCURILOR CU CENTRALE EOLIENE ASUPRA
DETECŢIEI ŢINTELOR AERIENE DE CĂTRE RADARELE DIN
CADRUL SISTEMULUI DE SUPRAVEGHERE AERIANĂ
- BUCURESTI -
- 2011 -
NESECRET
NESECRET
2 din 40
Coordonarea elaborării studiului: Colonel Ilie CAMENŢU
Şeful colectivului de elaborare:
Lt.col.ing.dr. Gheorghe MAXIM
Colectivul de elaborare: Maior Costinel CRANTA
Cpt.ing. Grigore STAN
Cpt.ing. Constantin ŞTEFAN
Locotenent Marius CAZACU
M.m. cls. a V-a Florentina BUTNARIU
NESECRET
NESECRET
3 din 40
CUPRINS
INTRODUCERE ............................................................................................................................. 5
I. RADARUL – NOŢIUNI GENERALE ....................................................................................... 7
1.1 Principiile fundamentale de funcţionare ale radarului ................................................... 7
1.2 Tipuri de radare ................................................................................................................ 13
1.2.1. Radarul primar de supraveghere ................................................................................. 13
1.2.2. Radarul secundar de supraveghere .............................................................................. 15
1.2.3. Radarul meteorologic .................................................................................................. 16
II. IMPACTULUI REFLEXIILOR INDUSE DE CENTRALE EOLIENE ASUPRA
SISTEMELOR RADAR ............................................................................................................... 17
2.1 Caracteristicile turbinelor eoliene cu influenţe asupra radarelor ................................ 17
2.2 Influenţa centralelor eoliene asupra sistemelor radar şi modalităţi de evaluare a
acesteia ...................................................................................................................................... 18
III. INFLUENŢA CENTRALELOR EOLIENE ASUPRA SISTEMELOR RADAR AFLATE ÎN
ÎNZETRAREA STATULUI MAJOR AL FORŢELOR AERIENE ............................................ 34
3.1. Aspecte teoretice ............................................................................................................... 34
3.2. Rezultatele testelor de zbor ............................................................................................. 34
CONCLUZII ................................................................................................................................. 38
BIBLIOGRAFIE ........................................................................................................................... 40
NESECRET
NESECRET
4 din 40
NESECRET
NESECRET
5 din 40
INTRODUCERE
În ultimii ani există un interes crescând al sectorului public şi privat în generarea
energiei electrice folosind energia eoliană. Astfel, peste 60.000 MW sunt produşi în lumea întreagă,
cu ajutorul energiei eoliene. Aceste sisteme sunt în general formate din instalaţii de la 2-3 până la
câteva sute de turbine eoliene, cu pale rotative, care ajung la înălţimi de peste 160 m. Numărul,
înălţimea şi mişcarea de rotaţie a acestor turbine eoliene prezintă provocări tehnice la adresa
eficienţei sistemelor radar care trebuie să fie evaluate în mod atent de la caz la caz, pentru a se
asigura că se menţine un nivel acceptabil al capacităţii de supraveghere a spaţiului aerian.
Această lucrare se concentrează asupra efectelor pe care parcurile eoliene le au asupra
radarelor şi al impactului potenţial al acestora asupra capacităţii de supraveghere a spaţiului aerian.
Obiectivul acestui document este acela de a oferi un ghid de referinţă concis şi transparent, în
principal pentru Statul Major al Forţelor Aeriene dar şi pentru dezvoltătorii de parcuri eoliene,
atunci când se evaluează impactul turbinelor eoliene asupra sistemelor de supraveghere aeriană.
Necesitatea elaborării acestui studiu a apărut odată cu solicitările repetate de emitere
a avizelor pentru proiecte de urbanism general (PUG) sau zonal (PUZ) care prevăd construirea
de centrale eoliene izolate sau parcuri de centrale eoliene în proximitatea dispozitivului de luptă,
al subunităţilor de radiolocaţie.
În prezent, cadrul legal, instituit la nivel naţional, care să stabilească normele de
amplasare a centralelor eoliene faţă de elementele de infrastructură aeroportuară militară,
sistemului de supraveghere a spaţiului aerian şi/sau sistemului terestru de navigaţie aeriană este
extrem de limitat sau este specific doar domeniului militar.
Provocarea la care se încearcă aflarea unui răspuns este dată de determinarea punctului
de unde performanţele senzorului pot fi intolerabil alterate prin construirea unei turbine eoliene în
proximitatea locului de dispunere a acestuia.
Studiul începe cu o scurtă introducere a principiilor de bază ale sistemelor radar, descrie
în ce împrejurări s-ar putea afecta detecţia ţintelor aeriene de către radare şi implicit cauza probleme
pentru sistemul de supraveghere al spaţiului aerian şi în ce condiţii astfel de parcuri eoliene nu ar
cauza probleme. Studiul în mod special discută despre cum turbinele eoliene poate avea un impact
semnificativ asupra capabilităţilor de descoperire ale sistemelor radar militare. Turbinele eoliene de
NESECRET
NESECRET
6 din 40
această dimensiune sunt de obicei considerate a fi unităţi „de mare putere din clasa utilitară”
adesea grupate în parcuri eoliene, pentru a furniza energie electrică pentru reţelele electrice locale
sau regionale. În contextul acestui studiu termenul de parcuri eoliene va fi folosit pentru a denumi
un ansamblu de două sau mai multe turbine eoliene de clasă megawatt într-o zonă geografică care
poate varia în mărime de la un hectar la câteva zeci sau chiar sute de hectare.
În cadrul studiului nu ne-am propus să luăm în considerare impactul sistemelor de
turbine eoliene deţinute de micii proprietari (aşa numitele sisteme domestice). Versiunile moderne
de astfel de unităţi au dimensiuni relativ mici, cu capacităţi de generare mici, în clasa kilowatt. Ele
nu sunt de aşteptat să aibă un impact semnificativ cu excepţia cazului în care este situate în
apropierea unui sistem de apărare.
Datorită complexităţii fenomenului, o evaluare detaliată este destul de dificilă, necesită
mult timp şi este prea costisitoare pentru a putea fi întreprinsă. De aceea lucrarea a luat în calcul
câteva caracteristici cheie pentru a genera o abordare simplificată, care să fie folosită într-o
evaluare iniţială a efectelor turbinelor eoliene dispuse în proximitatea unui radar şi care i-ar putea
afecta acestuia posibilitatea de descoperire.
NESECRET
NESECRET
7 din 40
I. RADARUL – NOŢIUNI GENERALE
1.1 Principiile fundamentale de funcţionare ale radarului1
Sistemele radar sunt larg folosite pentru multe aplicaţii atât militare cât şi comerciale. În
forma sa cea mai simplă (figura 1), un radar este un senzor care utilizează radiaţia electromagnetică în
spectru de frecvenţă , de la câţiva MHz până dincolo de spectru vizibil (radar laser), constând dintr-un
emiţător, o antenă, un receptor şi un procesor. Semnalul de sondaj folosit cel mai des are forma unui
tren de impulsuri scurte generate de emiţătorul radarului şi radiate în spaţiu de antenă. Unda
electromagnetică care ajunge la un obiect, care de obicei este denumit ţintă, creează în corpul acesteia
oscilaţii induse iar ţinta se comportă ca şi cum ar fi un generator de energie electromagnetică. O mică
parte din energie este re-radiată în direcţia radarului şi creează în antena radarului semnalul ecou care
reprezintă purtătorul de informaţie despre ţintă. . Baza de operare a unui sistem radar este determinată
de conţinutul informaţiilor de la semnalul ecou şi de modul cum este procesat acest semnal.
Gradul de dificultate întâmpinat în prelucrarea semnalului ecou de la ţintă depinde de
puterea semnalului util recepţionat de receptor precum şi de raportul dintre nivelul semnalului util şi
nivelul perturbaţiilor produse de alte surse, raport cunoscut sub denumirea de raportul semnal/zgomot.
De exemplu, puterea semnalului reflectat recepţionat de radar va depinde de puterea de emisie,
distanţa până la ţintă, fenomenele atmosferice, suprafaţa efectivă de reflexie, prezenţa posibilă a
obiectelor fizice şi de geometria antenei. Radarul poate recepţiona, de asemenea, semnale reflectate de
la alte obiecte cum ar fi: copaci, clădiri, vehicule, dealuri, precum şi radiaţii electromagnetice produse
de surse naturale sau create de om, cum ar fi: antene, turnuri pentru telefonie mobilă, televiziune şi
radio, generatoare electrice.
Variaţia puterii semnalului recepţionat poate apare ca urmare a mişcării ţintei şi
schimbărilor de mediu, cum ar fi cele cauzate de ploaie sau de grindină. O serie de alte efecte
generate de zgomotul termic inerent componentelor interne ale radarului, fizica sistemelor de antene,
atmosferă şi obiectele de pe direcţia de propagare a radiaţiei electromagnetice, de asemenea,
trebuiesc luate în considerare la stabilirea performanţelor unui sistem radar.
Figura 1. Ilustrarea componentelor sistemului radar
1 Termenul „RADAR” este un acronim de origine americană creat în 1941din literele cuvintelor „RAdio Detection
and Ranging”. Folosirea acestui acronim a devenit atât de uzuală încât astăzi este acceptat ca substantiv comun şi rare
ori se scrie cu majusculă.
NESECRET
NESECRET
8 din 40
Termenul de bruiaj electronic defineşte orice semnal nedorit reflectat şi recepţionat, care
poate interfera în determinarea parametrilor doriţi despre ţinta de interes. Discuţiile din următoarele
secţiuni ale acestui studiu vor oferi exemple ale efectelor bruiajului care interferează cu posibilităţile
de descoperire ale radarului, cum ar fi detectarea prezenţei unei ţinte reale sau capacitate de separare
între două obiecte aflate la distanţă foarte mică şi, ulterior, de urmărire a mişcării tuturor ţintelor de
interes.
La nivelul de bază, capacitatea de a procesa cu succes semnalele reflectate de la ţintă
depinde de puterea acestui semnal în raport cu zgomotul de fond inerent în electronica internă a
radarului. Acesta este caracterizat ca raportul semnal/zgomot. Creşterea distanţei de descoperire duce
la o scădere accentuată a valorii semnalului recepţionat. De exemplu, pentru mărirea distanţei de
două ori se cere modificarea potenţialului energetic de 16 ori, . Deoarece un obiectiv de proiectare
pentru un radar militar este acela de a detecta ţintele aflate la distanţa maximă posibilă, capacitatea de
a detecta semnale foarte mici este esenţială. La cealaltă extremă, nivelul minim de zgomot absolut
care poate apărea într-un sistem este limitat în principiu la zgomotul termic indus în senzor de
componentele electronice şi de radiaţia termică din atmosferă. Însă, nivelul real de zgomot, incluzând
efectele bruiajului electronic, cărora un senzor radar trebuie să le facă faţă, este semnificativ mai
mare decât în acest caz teoretic de limitare.
Multe dintre atributele ce caracterizează un sistem radar implică valori ce presupun
multe ordine de mărime. De exemplu, raportul semnal/zgomot pentru un sistem radar poate varia cu
mai mult de un milion în timpul funcţionării. Decibelul (dB), un raport logaritmic a două cantităţi,
este folosit pentru a descrie aceste rapoarte în termeni de valori numerice mai mici. De exemplu, o
valoare a raportului semnal/zgomot de -30 dB înseamnă că puterea semnalului este de 1/1.000 din
puterea de zgomot. În mod similar, pentru o valoare de 10 dB, semnalul ar fi de 10 ori mai mare
decât zgomotul. Unitatea dB va fi utilizată frecvent în secţiunile următoare. Pentru comoditatea
cititorului, tabelul 1 oferă exemple de conversie a dB la factorul echivalent.
dB -50 dB -30 dB - 10 dB -3 dB 0 dB 3 dB 10 dB 30 dB
Factor 1/100.000 1/1.000 1/10 1/2 1 2 10 1.000
Tabelul 1. Echivalentul în decibeli (dB) pentru câteva rapoarte numerice2
Datorită dimensiunii finite şi a formei unei antene, puterea emisă este distribuită în
formă de lob. Lobul central (sau principal), conţine cea mai mare parte din energie, însă lobii
secundari, terţiari, etc. (lobi laterali) pot radia suficientă energie pentru a introduce un bruiaj în
sistem. Figura 2 ilustrează lobul principal şi cei laterali pentru un radar bidimensional. Figura 2b
oferă o secţiune în azimut a fasciculului, la care nivelul de putere, în funcţie de azimut, este
comparat cu nivelul de putere al lobului principal.
2 Report to the Congressional Defense Committees, The Effect of Windmill Farms On Military Readiness, Office of
the Director of Defense Research and Engineering, 2006, p. 12.
NESECRET
NESECRET
9 din 40
a. Lobul principal în funcţie de b. Amplitudinea lobilor laterali, principal şi
azimut şi distanţă posterior în funcţie de azimut
Figura 2: Lobii laterali, lobul principal şi posterior ai unui radar 2-D
Influenţa curburii Pământului asupra distanţei de descoperire operaţionale se manifestă
prin limitarea vizibilităţii directe asupra ţintelor aflate la înălţimi mici şi distanţe mari. Orizontul
radar este mult mai scurt decât distanţa de acoperire radar.
Figura 3.1. Influenţa curburii Pământului asupra distanţei de descoperire
Bătaia maximă a unui sistem optic este, în cele din urmă, limitată de linia orizontului. În
cazul sistemelor radar, radiaţia electromagnetică suferă fenomenul de refracţie în timpul propagării
prin atmosferă, ceea ce permite ca aceasta să poată fi reflectată de un obiect aflat dincolo de linia
orizontului optic. Analizele efectului de refracţie au indicat că, pentru frecvenţele radar, distanţa
Hţintă
Suprafaţa solului
H
Diagrama de
directivitate a antenei
NESECRET
NESECRET
10 din 40
orizontului radio poate fi aproximată în mod rezonabil prin formula ţor HahkmD ..12,4 3,
aşa cum este ilustrat în figura 3.2:
Figura 3.2. Aproximare geometrică pentru distanţa radioorizontului
Obiectele aflate pe direcţia de propagare a undei electromagnetice afectează
caracteristicile acesteia. Acest lucru presupune fie blocarea propriu-zisă a propagării de către
obstacolele distincte de mari dimensiuni, fie interferenţe în continuitatea undei datorită difracţiei
cauzate de obiecte distincte sau multiple. Efectul cauzat de acestea este adesea denumit
„umbrirea” fascicolului radar.
Prezenţa unei singure clădiri înalte pe direcţia de propagare a undei electromagnetice
oferă un exemplu tipic de blocaj. Din moment ce o clădire înaltă blochează în mod eficient
propagarea unei unde electromagnetice, zona din spatele clădirii nu mai este vizibilă pentru radar. În
cazul în care clădirea este aproape de radar, vor exista zone „acoperite” complet sau parţial. Acest
lucru este ilustrat în figura 4.
Figura 4. Regiuni de acoperire parţială sau completă
În regiunea în care unda este complet blocată este imposibilă detectarea ţintei. În
contrast, detectarea este încă posibilă, dar cu o dificultate mai mare, în zona de blocaj parţial. În
această zonă atât semnalul emis cât şi cel reflectat vor fi afectate. Aceasta este o formă a efectului de
acoperire.
3 Memoratorul trupelor radiotehnice, Ministerul Apărării Naţionale, Bucureşti, 1982, p. 6.
NESECRET
NESECRET
11 din 40
A doua formă de perturbare se produce din cauza fenomenului numit difracţie. Efectele
difracţiei au fost studiate de către fizicianul danez Christian Huygens şi fizicianul francez Jean
Augustin Fresnel. După cum este ilustrat de figura 5, ori de câte ori o undă întâmpină o linie de
obiecte, acestea vor perturba propagarea undei. Acest fenomen poate fi ilustrat ca propagare a
undelor sferice de la fiecare dintre obiecte. Aceste unde se vor combina constructiv şi distructiv pe
partea opusă a obiectelor. În zona de unde perturbate, reflexia semnalului radar este semnificativ
diferită faţă de cea din zonele în care acestea nu au fost perturbate. Aceste diferenţe includ variaţii ale
intensităţii şi fazei semnalului radar în funcţie de frecvenţa de emisie şi distanţa dintre obiecte.
Figura 5. Difracţia undei electromagnetice
Aceste efecte vor perturba atât unda emisă cât şi unda reflectată de către ţintă. Ca
urmare, capacitatea de a detecta o ţintă în această zonă va fi alterată. Aceasta este forma de
acoperire care ridică probleme în cazul existenţei parcurilor eoliene, deoarece acestea pot crea
acest fenomen, numit difracţie.
În sistemele radar, iradierea ţintelor de către unda electromagnetică, indiferent de
natura acesteia, duce la forţarea unor oscilaţii ale purtătorilor de sarcină. Oscilaţiile forţate ale
acestora creează o radiaţie secundară în interiorul şi în afara corpului vizat. Ca urmare energia
electromagnetică a undei incidente se împrăştie în toate direcţiile, în particular şi în direcţia
radarului. Caracterul radiaţiei secundare (reflexiei undei electromagnetice) depinde de forma
obiectului, dispunerea sa în raport cu direcţia de propagare a undei incidente, de dimensiunile şi
caracteristicile electrice ale obiectului, lungimea de undă şi polarizarea undei emise. Pentru a
caracteriza proprietăţile reflectante ale ţintei se foloseşte o mărime generalizată, care ţine seamă
de factorii menţionaţi mai sus numită suprafaţă efectivă de reflexie.
Puterea semnalului reflectat, indiferent dacă obiectul este iluminat de către lobul
principal ori de către unul sau mai mulţi dintre lobii laterali, depinde nu numai de nivelul de
putere al semnalului emis ci şi de cât de mare este suprafaţa efectivă de reflexie a ţintei.
Obiectele cu suprafaţă efectivă de reflexie mare vor reflecta, în mod proporţional, o cantitate mai
mare de energie decât cele cu o suprafaţă efectivă de reflexie mai mică, şi astfel vor fi mai uşor
de detectat.
Suprafaţa efectivă de reflexie este în mod normal exprimată în termeni de decibeli
metri pătraţi (dBm2), o expresie logaritmică a suprafeţei de reflexie a unui obiect. Figura 6
prezintă valorile suprafeţelor efective de reflexie tipice, atât metri pătraţi cât şi dBm2, pentru o
serie de elemente comune, inclusiv cea a unei turbine eoliene de 1.5 MW. Spre deosebire de alte
obiecte prezentate în figura 6, suprafaţa efectivă de reflexie pentru turbinele eoliene reprezintă o
combinaţie de suprafeţe aproape fără reflexii Doppler compuse din turn şi nacelă şi suprafeţe cu
reflexii Doppler variabile compuse din palele turbinei. În general, partea din semnalul reflectat cu
NESECRET
NESECRET
12 din 40
aproape zero reflexii Doppler, nu cauzează probleme pentru radar. Cu toate acestea, partea cea mai
mare cu diferite reflexii Doppler din semnalul reflectat de turbinele eoliene o poate depăşi adesea
pe cea produsă de o aeronavă.
Figura 6. Valorile suprafeţei efective pentru mai multe obiecte comune4
Mărimea suprafeţei efective de reflexie a unui obiect depinde de unghiul sub care este
observat de radar. Modificarea unghiului de observare sau schimbarea benzii de frecvenţă folosită
pentru măsurare va schimba caracteristicile suprafeţei efective de reflexie măsurate. Figura de mai
jos prezintă un exemplu de cum variază valoare suprafeţei efective de reflexie a unei ţinte în funcţie
de unghiul sub care este observat de radar.
Figura 7. Reflexia undelor electromagnetice pe o aeronavă/suprafaţa efectivă de reflexie
4 Report to the Congressional Defense Committees, The Effect of Windmill Farms On Military Readiness, Office of
the Director of Defense Research and Engineering, 2006, p. 15.
NESECRET
NESECRET
13 din 40
Sistemele radar au fost proiectate pentru o varietate de aplicaţii şi misiuni. Aceste
sisteme includ radare pentru apărarea aeriană, radare pentru controlul traficului aerian, radare pentru
avertizare anti-rachetă, radare meteorologice, etc. Designul fiecăruia dintre aceste radare depinde de
cerinţele misiunii, fenomenele ce vor fi exploatate şi tehnologia disponibilă.
Progresele în domeniul electronicii au permis îmbunătăţirea unor capabilităţi ale
sistemelor radar. O capacitate cheie oferită de aceste progrese şi utilizată în aproape toate sistemele
radar moderne este aceea a detecţiei diferenţei de fază, fapt ce permite astfel, exploatarea efectului
Doppler.
Efectul Doppler, caracterizat prin schimbarea frecvenţei semnalului reflectat de către
un obiect aflat în mişcare, a fost descoperit de Christian Doppler. Acesta se aplică tuturor undelor
propagate şi este deosebit de util pentru radare. Această schimbare Doppler rezultă din faptul că
frecvenţa unui semnal recepţionat de către un observator va depinde de faptul că sursa acelui
semnal staţionează, se apropie sau se îndepărtează faţă de observator. Pentru aplicaţia radar,
„sursa” acelui semnal este unda reflectată de la ţintă. În cazul în care ţinta se îndepărtează de radar,
frecvenţa semnalului reflectat va fi mai mică decât frecvenţa semnalului emis de sistemul radar. În
schimb, dacă ţinta se apropie de radar frecvenţa va fi mai mare. În plus, amploarea schimbării
frecvenţei semnalului reflectat este direct proporţională cu viteza radială a ţintei faţă de radar. Numai
obiectele staţionare sau cele care se deplasează tangenţial la semnalul radar nu vor produce o
schimbare Doppler. Dezvoltarea capacităţilor de înaltă performanţă în procesarea semnalului,
împreună cu tehnicile inovatoare de calcul adaptate pentru a extrage informaţiile dorite dintr-o
multitudine de date disponibile, a oferit o gamă largă de metode de prelucrare a informaţiilor furnizate
de către radare, în special a celor destinate sistemului de apărare aeriană.
1.2 Tipuri de radare
1.2.1. Radarul primar de supraveghere
Radarele pentru apărarea aeriană operează, de obicei, în ceea ce este numit mod de
„supraveghere primară” (radiolocaţie activă cu răspuns pasiv). Când operează în acest mod se
face referire la „Radar de Supraveghere Primară” - Primary Surveillance Radar (PSR). Un astfel
de radar va transmite unde de radiofrecvenţă, concentrate de către antenă pentru a forma
caracteristica de directivitate. Forma carcteristicii de directivitate a unui radar depinde de tipul şi de
forma antenei şi de posibilitatea acesteia de rotire şi balansare.
Figura 8 ilustrează un model de radar a cărui antenă formează o caracteristică de
directivitate lată în unghi de înălţare şi îngustă în plan orizontal. Acest tip de radar, în general, se
roteşte pentru a extinde volumul de acoperire. Antena se poate roti într-un sector de câteva grade sau
de până la 360 de grade pentru a acoperi întregul spaţiu aerian din jurul radarului. Alternativ, antena
se poate deplasa înainte-înapoi pentru a acoperi doar un sector al spaţiului aerian. Acest tip de
sisteme radar, realizează o zonă de supraveghere circulară în jurul poziţiei de amplasare (se rotesc
complet 360 de grade).
Radarele precum cele din figura 2 sunt denumite radare bi-demensionale (2-D), deoarece
acestea determină doar distanţa până la aeronavă şi azimutul (poziţia unghiulară faţă de Nord),
înălţimea la care zboară aeronava nu poate fi determinată.
Forma volumului de acoperire radar în care o ţintă poate fi descoperită se prezintă în
figura de mai jos.
NESECRET
NESECRET
14 din 40
Figura 8. Acoperirea volumetrică realizată de un radar
Cele mai multe radare concepute pentru a determina toate cele 3 coordonate
(distanţă, azimut, înălţime) folosesc mai multe fascicole şi sunt menţionate ca fiind radare
tridimensionale (3-D).
Figura 9 ilustrează două tipuri diferite de radare care formează o diagramă de
directivitate cu mai multe fascicole. Primul are câteva emiţătoare care formează mai multe fascicole
ce se suprapun. Similar cu radarul 2-D ilustrat mai sus şi antena acestuia se roteşte pentru a acoperi
întregul spaţiu aerian. Al doilea tip de radar 3-D este cel cu reţele fazate de antene, la care sute sau
mii de emiţătoare şi receptoare alcătuiesc antena. Radarul permite baleierea electronică a
caracteristicii de directivitate în plan vertical prin defazaje diferite ale semnalelor aplicate fiecărui
element. Rotirea mecanică a antenei în azimut face posibilă acoperirea volumului de supraveghere.
Figura 9.a. Caracteristica de directivitate a unui radar 3-D. Fascicole suprapuse
NESECRET
NESECRET
15 din 40
Figura 9.b. Caracteristica de directivitate a unui radar 3-D. Caracteristică
multifascicol
Radarele cu reţea fazată de antene au, de asemenea, lobi laterali. Lobi laterali multipli
pot exista în ambele direcţii, verticală şi azimutală, faţă de axele fascicolului lobului principal. La
un sistem radar, puterea emisă pe lobii laterali trebuie să fie mult mai mică decât cea emisă pe lobii
principali.
Figura 10. Lobul lateral teoretic în elevaţie pentru fascicolul 5 al reţelei de antene fazate din
figura 9b
1.2.2. Radarul secundar de supraveghere
Radarul secundar de supraveghere - Secondary Surveillance Radar (SSR) este un
radar „interactiv” deoarece necesită o cooperare a aeronavei ţintă. Radarul SSR îşi are originile
în sistemul de Identificare Amic sau Inamic (IFF), dezvoltat pentru prima oară în timpul celui
de-al Doilea Război Mondial pentru a ajuta personalul de apărare anti-aeriană să facă o distincţie
clară între avioanele amice şi cele ostile. Sistemele SSR sunt denumite uneori sisteme de
urmărire.
Un radar secundar de supraveghere operează prin transmiterea unui semnal codat
(semnal de interogare), care este recepţionat de un sistem de pe aeronavă numit transponder.
Transponderul decodează semnalul de interogare şi răspunde deasemenea prin transmiterea unui
semnal codat. Acest semnal va conţine informaţii de identificare a aeronavei, precum şi alte date,
cum ar fi altitudinea de zbor. Frecvenţele de interogare şi de răspuns sunt diferite, iar ambele
Lobul principal al
fascicolului 5
Lobul secundar al fascicolului 5
(-20 dB faţă de valoarea de vârf a lobului principal)
NESECRET
NESECRET
16 din 40
frecvenţe diferă de cea a radarului primar, astfel încât semnalele nu interferează.
Un avantaj major al radarelor secundare de supraveghere este acela că semnalul de
răspuns al transponderelor aeronavelor este mult mai puternic decât semnalele reflectate care se
întorc la radarul primar şi în general nu este afectat de bruiajul care influenţează semnalul recepţionat
de radarul primar. Acest lucru se datorează faptului că sistemul SSR nu depinde de reflexia
semnalului transmis ca interogare. În schimb, recepţionează un semnal diferit emis de transponder.
Astfel, pierderile de propagare a undelor în orice direcţie sunt minimizate. Acest lucru permite
folosirea unei antene de dimensiuni mai mici pentru SSR. Figura 11 ilustrează atât antena PSR cât şi
cea SSR ale unui radar folosit pentru controlul traficului aerian (ATC).
Un dezavantaj al radarului secundar de supraveghere este acela că aeronava trebuie să fie
dotată cu un transponder aflat în stare de funcţionare. Nu toate aeronavele au transpondere. În plus,
chiar şi pentru cele echipate cu transponder, în cazul în care este defect sau este oprit, radarul secundar
de supraveghere nu va poate urmări avionul. În aceste condiţii, doar un radar primar de supraveghere
va fi capabil să detecteze şi să urmărească aeronava.
Figura 11. Antenele PSR şi SSR ale radarului
1.2.3. Radarul meteorologic
Radarul poate fi, de asemenea, folosit pentru monitorizarea condiţiilor meteorologice.
Fenomenologia folosită de un radar meteorologic este împrăştierea Rayleigh. Radarele
meteorologice folosesc schimbarea de frecvenţă Doppler, dar nu în acelaşi mod ca şi cele de
supraveghere aeriană. În general, când se monitorizează condiţiile meteo, cum ar fi ploaia, grindina
sau zăpada, schimbarea de frecvenţă Doppler va fi prea mică pentru a măsura cu precizie folosind
un singur impuls. Astfel, radarele meteorologice folosesc perechi de impulsuri temporizate.
Diferenţa unghiului de fază dintre reflexiile a două impulsuri consecutive este direct proporţională
cu viteza particulelor, care se apropie sau se îndepărtează faţă de radar. Prin combinarea acestor
măsurători pentru mai multe perechi de impulsuri consecutive, radarul este capabil de a construi o
hartă Doppler care ilustrează ploaia, grindina sau ninsoarea.
Figura 12. Imaginea radar (harta Doppler) pe un radar meteorologic
NESECRET
NESECRET
17 din 40
II. IMPACTULUI REFLEXIILOR INDUSE DE CENTRALE
EOLIENE ASUPRA SISTEMELOR RADAR
2.1 Caracteristicile turbinelor eoliene cu influenţe asupra radarelor
Turbinele eoliene moderne de „clasă utilitară” sunt formate din trei elemente majore, aşa
cum se arată în figura 13. Unitatea generatoare de electricitate propriu-zisă este montată într-o nacelă
în vârful unei coloane verticale. Cele mai multe coloane sunt cilindrice sau conice şi sunt fabricate
din oţel. Înălţimea turnului este adaptată la condiţiile specifice ale terenului unde va fi amplasată
turbina eoliană. Creşterea înălţimii turnului poate permite poziţionarea palelor turbinelor eoliene în
condiţii favorabile dar cresc costurile de construcţie. Turnurile turbinelor eoliene au în medie între,
aproximativ, 30 şi 200 m înălţime. Din perspectiva unui radar, turnul va apărea ca un reflector
staţionar fără reflexii Doppler.5
Nacelă Palele turbinei Turn
Figura 13. Turbinele eoliene
Nacela găzduieşte generatorul. La turbinele de ultimă generaţie, nacela se poate roti
complet 360° pentru a permite palelor turbinelor să facă faţă vântului şi să ofere o eficienţă
maximă. Vitezele de rotaţie pentru nacelă tind să fie relativ scăzute. Astfel, nacela va apărea
practic pe radar ca un obiect staţionar chiar şi atunci când se roteşte.
Palele turbinelor sunt mari, având formă aerodinamică, şi funcţionează pe acelaşi
principiu ca aripa unui avion. La turbinele moderne, unghiul de atac al palei este de obicei controlat
de computer pentru a debita un flux de energie mare într-un număr redus de rotaţii.
Palele tipice, de ultimă generaţie, sunt fabricate din fibră de sticlă şi pot include inserţii
de metal montate pe suprafaţă şi cablare internă pentru protecţia împotriva fulgerelor, precum şi
sisteme interne de amortizare pentru controlul vibraţiilor. Cele mai multe turbine de ultimă
generaţie sunt modele „contra vânt”. În această configuraţie nacela se roteşte astfel încât palele să se
poziţioneze perpendicular pe direcţia vântului, asigurându-se astfel un debit de aer constant. Vitezele
de rotaţie ale palelor se încadrează, în general, într-un interval de la aproximativ 10 la 20 rot./min.
Vitezele de rotaţie mai mari sunt în general evitate pentru a limita forţele centripete şi pentru a
minimaliza nivelul de zgomot fonic generat.
Dimensiunile semnificative ale palelor turbinelor creează o ţintă cu suprafaţă efectivă
de reflexie mare indiferent dacă sunt văzute de un radar frontal sau din lateral. Vitezele maxime ale
5 Report to the Congressional Defense Committees, The Effect of Windmill Farms On Military Readiness, Office of
the Director of Defense Research and Engineering, 2006, p. 26.
NESECRET
NESECRET
18 din 40
acestor turbine se încadrează într-o gamă de viteze valabilă şi pentru aeronave. În consecinţă,
palele turbinei vor apărea pe radar ca o ţintă în mişcare, de dimensiuni semnificative, dacă acestea
se află în zona de cercetare a radarului.
2.2 Influenţa centralelor eoliene asupra sistemelor radar şi modalităţi de
evaluare a acesteia
În cursul ultimilor ani, s-a depus un efort sporit pentru a explora şi documenta impactul
pe care turbinele eoliene îl au asupra apărării aeriene şi a sistemelor radar. Acest lucru a fost un
rezultat direct al creşterii numărului de parcuri eoliene deja construite, a numărului de parcuri
eoliene propuse pentru a fi construite, precum şi a numărului de turbine eoliene incluse în aceste
parcuri şi a creşterii dramatice a dimensiunilor fizice ale acestora.
Trebuie menţionat că atunci când nu se află în radioorizontul radarului sau sunt
mascate de teren centralele eoliene nu influenţează sistemele radar.
Specialiştii sunt relativ unanimi în opinia că pentru a putea face o evaluare a
impactului centralelor eoliene asupra radarelor trebuie definite cel puţin trei zone corespunzătoare
diferitelor niveluri de expertizare tehnică, coroborate cu influenţa centralei/centralelor asupra
capacităţii radarului de a-şi îndeplini misiunea pentru care a fost instalat, respectiv o zonă de
protecţie exclusivă, o zonă în care să se realizeze evaluări detaliate şi eventual o zonă în care nu se
mai fac evaluări.
În conformitate cu precizările şi studiile elaborate la nivelul ICAO şi
EUROCONTROL, aceste zone sunt prezentate în tabelele de mai jos6:
Tabel 2. Zonele de analiză recomandate pentru radarul secundar
Zona 1 De protecţie
Zona 2 Evaluare detaliată
Zona 3 Nu necesită evaluare
0 - 5 km 5 km - 16 km şi în radioorizont
Peste 16 km şi în afara radioorizontului
Pentru radarele primare, zonele respective sunt:
Tabel 3. Zonele analiză recomandate pentru radarul primar
Zona 1 De protecţie
Zona 2 Evaluare detaliată
Zona 3 Evaluare simplă
Zona 4 Nu necesită evaluare
0 - 5 km 5 km - 15 km şi în limita radioorizontului
în limita radioorizontului dar peste 15 km
În afara radioorizontului
Zona de protecţie a radarului primar, acolo unde nici o turbină nu ar trebui amplasată,
precum şi celelalte zone au fost obţinute prin studierea practicilor uzitate de mai multe state membre
NATO, ICAO şi ECAC.
Se poate remarca că pentru radarul secundar nu există zonă de evaluare simplă. Mai
departe de 16 km de locul de staţie impactul unei centrale eoliene asupra radarului secundar este
considerat tolerabil.
Evaluarea tehnică simplă pentru radarul primar presupune analiza următorilor factori:
probabilitatea de descoperire, apariţia ţintelor false şi capacitatea de procesare a radarului.
Datorită diferitelor variante constructive, materialelor folosite şi a condiţiilor
specifice fiecărei poziţii radar nu este posibilă determinarea cu precizie a unei distanţe minime,
6 European Guidance Material on Managing Building Restricted Areas, The European and North Atlantic Office of
ICAO, 2009, p. A-4-1, A-4-2 şi Guidelines on How to Assess the Potential Impact of Wind Turbines on Surveillance
Sensors, Eurocontrol Headquarters, Bruxelles, 2009, p. 27.
NESECRET
NESECRET
19 din 40
universal valabile, de la care începe să se manifeste interacţiunea dintre radar şi turbinele
eoliene. Totuşi este posibilă determinarea unei distanţe minime de la care efectele produse de
turbinele eoliene nu ar trebui să se fie observabile.
Pentru aceasta se va verifica dacă distanţa dintre turbina eoliană şi radar este mai
mare decât distanţa orizontului radio, caz în care efectele produse de structura fizică a turbinei
eoliene sau cele datorate efectului Doppler produs de rotaţia palelor turbinei eoliene nu ar trebui
să fie observabile.
Fig. 14. Reprezentarea geometrică a sistemului radar – turbină eoliană pentru o turbină eoliană
aflată la limita orizontului radio
Folosind teorema lui Pitagora în sistemul reprezentat în figura anterioară avem:
pentru hi << R
unde:
Di – distanţa dintre un obiect şi linia orizontului în cazul globului pământesc sferic fără forme de
relief
R – raza medie a pământului – 6380km
hi – înălţimea unui obiect faţă de nivelul mării
Însă, pentru a ţine cont de fenomenul de refracţie a undelor electromagnetice la
propagarea acestora prin atmosferă în condiţii normale, vom înlocui raza medie a pământului cu
raza efectivă a pământului în ecuaţia anterioară, şi astfel ecuaţia devine:
Atunci, distanţa orizontului radio este dată de formula:
NESECRET
NESECRET
20 din 40
unde:
hr – înălţimea centrului antenei radarului faţă de nivelul mării
ht – înălţimea totală a turbinei eoliene faţă de nivelul mării
În cazul în care între turbina eoliană şi radar se află obstacole naturale (forme de
relief) sau artificiale (clădiri), efectele turbinelor eoliene asupra radarului pot fi atenuate sau
anulate în funcţie de gradul de acoperire a turbinei eoliene realizat de aceste obstacole. Trebuie
precizat totuşi că datorită difracţiei undelor electromagnetice în jurul obstacolelor, înălţimea
efectivă a obstacolului este obţinută prin scăderea din înălţimea reală a obstacolului a razei
primei zone Fresnel, obţinută astfel:
unde λ este lungimea de undă, iar D este obţinut din relaţia:
unde d1 este distanţa dintre radar şi obstacol, iar d2 este distanţa dintre turbina eoliană şi obstacol.
Fig.15. Reprezentarea zonei de umbrire în cazul existenţei unui obstacol
Probabilitatea de descoperire scade în regiunea acoperită din spatele turbinei şi în spaţiul
de deasupra şi din jurul turbinei, atunci când aceasta se află în radioorizontul unui radar.7 Atenuarea
apare datorită faptului că turbina constituie un obstacol pentru radiaţia electromagnetică, iar în a doua
porţiune de spaţiu cantitatea mare de energie reflectată de către turbină determină o creştere a
nivelului bruiajului pasiv în acel sector.
Înălţimea regiunii cu nivel crescut al bruiajului pasiv de deasupra turbinei eoliene este
cuprinsă între 1 şi 16 celule de rezoluţie pentru estimarea nivelului bruiajului pasiv, în funcţie de
algoritmul CFAR utilizat de către radar în procesarea semnalului.
7 CAA Policy and Guidelines on Wind Turbines, UK Civil Aviation Authority, Londra, 2010, cap. 2, p. 2.
NESECRET
NESECRET
21 din 40
Figura 16. Zona acoperită din spatele turbinei eoliene şi regiunea cu nivel ridicat al bruiajului pasiv
de deasupra şi din jurul acesteia
În cazul radarului primar zona de umbrire (sectorul 1) se întinde până la limita distanţei
maxime de descoperire. Caracteristicile de bază ale zonei acoperite sunt prezentate în figurile de mai
jos.
Figura 17. Vedere de sus a zonei acoperite
NESECRET
NESECRET
22 din 40
Figura 18. Vedere din lateral a zonei acoperite
Înălţimea zonei acoperite se calculează luându-se în considerare înălţimea turbinei şi a
antenei radar, aşa cum se poate vedea în figura 18, curbura pământului (vezi figura 19), raza
pământului (R) şi faptul că undele electromagnetice nu se propagă în linie dreaptă la suprafaţa
pământului, în consecinţă se va folosi un factor k (=4/3) pentru a calcula unghiul central.
Figura 19. Principiul calculării înălţimii sectorului cu acoperiri8
Se ia în calcul că:
8 Guidelines on How to Assess the Potential Impact of Wind Turbines on Surveillance Sensors, Eurocontrol
Headquarters, Bruxelles, 2009, p. 44.
NESECRET
NESECRET
23 din 40
Unde Drt este distanţa dintre radar şi turbină, R este raza pământului, Hradar este înălţimea
geodezică a antenei radarului, Hturbină este înălţimea geodezică a turbinei eoliene şi Lacoperire este
lungimea zonei acoperite.
Înălţimea zonei acoperite poate fi calculată astfel: Hacoperire =b'-k.R
În figura 17 este reprezentată simplist lăţimea zonei acoperite, însă acesta se poate estima
într-un mod mult mai realist pe baza următorului raţionament. O secţiune transversală în distanţă,
tipică pentru fenomenul de acoperire este prezentată în figura 18 unde se presupune că există reflexii
de la un obiect metalic, prin urmare semnalul direct şi cel reflectat sunt în anti-fază.
Figura 20. Diagrama unei secţiuni transversale a acoperirii
La punctul A diferenţa de drum este 0 şi astfel semnalele se descompun generând cea
mai pronunţată acoperire. În punctul B, unde diferenţa de cale este egală cu λ/2, semnalele se
compune pentru a genera un maxim. Trebuie avut în vedere că maxime succesive sunt multiplii
impari de λ/2, unde diferenţa de drum este egală cu (2n+1) λ/2. Maximul scade datorită faptului
că semnalul interferent este mai slab la unghiuri de deflexie mai mari.
Cu aproximaţie se poate spune că lăţimea acoperirii este locul geometric al punctelor
NESECRET
NESECRET
24 din 40
formate de proiecţia ortogonală a punctului B, aşa cum este prezentat în figura 19.
Figura 21. Diferenţa de drum transpusă geometric pentru calculul lăţimii acoperirii
Diferenţa de drum, Δ, dintre unda directă şi cea reflectată la recepţie este:
Iar locul geometric al punctelor care definesc lăţimea acoperirii la o distanţă D dincolo
de turbină se află prin luarea în considerare a diferenţei de drum egale cu λ/2 şi prin calcularea
jumătăţii lăţimii, j:
Datorită suprafeţei efective de reflexie mari şi a componentelor lor mobile, turbinele pot
determina apariţia ţintelor false pe radarul primar. Dacă cel mai înalt punct al turbinei este în
radioorizontul radarului primar se presupune că aceasta va fi detectată de acesta. De asemenea dacă
numărul de ţinte false generate de reflexiile de la turbinele eoliene este mult prea mare, astfel încât se
depăşeşte capacitatea de procesare a radarului, capacitatea operaţională va avea de suferit. Trebuie
menţionat că în această situaţie, sectoarele afectate nu depind de zona unde sunt amplasate turbinele
ci de configuraţia internă a sistemului.
Când o turbină eoliană este amplasată în apropierea unui radar (la mai puţin de 15 km
pentru radarul primar şi la mai puţin de 16 pentru radarul secundar) se va face o evaluare detaliată.
Acest studiu de impact trebuie să ia în calcul următoarele aspecte: acoperirile ce apar, ţintele false
generate, erorile în determinarea distanţei sau azimutului, depăşirea capacităţii de procesare şi
saturarea receptorului în cazul radarului primar, iar pentru radarul secundar probabilitatea de
descoperire, apariţia ţintelor false şi precizia în determinarea coordonatelor.
Acoperirile şi saturarea receptorului vor fi abordate din perspectiva probabilităţii de
descoperire descrise mai sus.
O evaluare detaliată privind apariţia ţintelor false trebuie să includă:
• un calcul al cantităţii de energie reflectate de către centrala eoliană care să ţină cont
de: diferitele orientări ale nacelei, poziţiilor palelor, frecvenţele radar, condiţiile de mediu şi de
reflexiile din zona apropiată;
• impactul energiei electrice produse în termeni de afişare a ţintelor fixe având în
vedere următoarele: sensibilitatea receptorului, regalarea automată în timp a amplificării, tipul de
antenă, filtrarea Doppler, puterea minimă la recepţie.
Pe lângă acestea, un alt mecanism ce poate genera ţinte false îl constituie recepţia
semnalelor provenite de la ţinte reale dar reflectate de turbină sau de reflexii de la turbina eoliană
NESECRET
NESECRET
25 din 40
care ajung apoi să se reflecte de la aeronave. Există patru cazuri referitoare la trinomul radar –
turbină eoliană – aeronavă unde apar ecouri secundare datorate semnalelor reflectate ce pot fi
recepţionate de radiolocator..
Figura 22. Reflexia semnalului de la radarul primar - cazul 1
În primul caz reflexia are loc pe azimutul turbinei eoliene, semnalul reflectat fiind
recepţionat în lobul principal al antenei. În această situaţie puterea semnalului reflectat este egală cu:
Comparând puterea acestui semnal cu puterea minimă la recepţie se poate afla volumul
spaţiului din jurul centralei eoliene unde trebuie să se afle aeronava pentru a genera o reflexie.
Cazul cel mai nefavorabil poate fi calculat presupunând că Frt=Fta=1, Ge=Gr=G şi σt1=
σt2= σt.
NESECRET
NESECRET
26 din 40
Figura 23. Reflexia semnalului de la radarul primar - cazul 2
În cel de-al doilea caz reflexia are loc pe azimutul turbinei eoliene, iar semnalul
reflectat este recepţionat pe unul din lobii laterali.
În acest caz puterea semnalului reflectat este egală cu:
Comparând puterea acestui semnal cu puterea minimă la recepţie se poate afla volumul
de spaţiu din jurul centralei eoliene unde trebuie să se afle aeronava pentru a genera o reflexie.
Cazul cel mai nefavorabil poate fi calculat presupunând că Frt=Fta= Far=1, σt1= σt şi
σa2= σa.
NESECRET
NESECRET
27 din 40
Figura 24. Reflexia semnalului de la radarul primar - cazul 3
În cel de-al treilea caz reflexia are loc pe azimutul aeronavei, iar semnalul reflectat este
recepţionat pe unul din lobii laterali.
În acest caz puterea semnalului reflectat este egală cu:
Comparând puterea acestui semnal cu puterea minimă la recepţie se poate afla volumul
de spaţiu din jurul centralei eoliene unde trebuie să se afle aeronava pentru a genera o reflexie.
Cazul cel mai nefavorabil poate fi calculat presupunând că Fra=Fat= Ftr=1, σa1= σa şi
σt2= σt.
NESECRET
NESECRET
28 din 40
Figura 25. Reflexia semnalului de la radarul primar - cazul 4
În al patrulea caz reflexia are loc pe azimutul aeronavei, semnalul reflectat fiind
recepţionat în lobul principal al antenei. În această situaţie puterea semnalului reflectat este egală cu:
Comparând puterea acestui semnal cu puterea minimă la recepţie se poate afla volumul
de spaţiu din jurul centralei eoliene unde trebuie să se afle aeronava pentru a genera o reflexie.
Cazul cel mai nefavorabil poate fi calculat presupunând că Fra=Fat=1, Ge=Gr=G şi σa1=
σa2= σa.
Simbolurile din ecuaţiile celor patru cazuri au următoarea semnificaţie:
Pref – puterea semnalului reflectat care ajunge la recepţie (W)
Pe – puterea la emisie (W)
Pmin rec – puterea minimă la recepţie (W)
Ge – câştigul antenei de emisie
Gr – câştigul antenei de recepţie pe lobul principal
Grl – câştigul antenei de recepţie pe lobii secundari
σa – suprafaţa efectivă de reflexie a aeronavei (m2)
σt – suprafaţa efectivă de reflexie a turbinei (m2)
NESECRET
NESECRET
29 din 40
σa1 – suprafaţa efectivă de reflexie a aeronavei faţă de semnalul de la radar către
turbină (m2)
σa2 – suprafaţa efectivă de reflexie a aeronavei faţă de semnalul de la turbină către
radar (m2)
σt1 – suprafaţa efectivă de reflexie a turbinei faţă de semnalul de la radar reflectat
către aeronavă (m2)
σt2 – suprafaţa efectivă de reflexie a aeronavei faţă de semnalul de la aeronavă către
radar (m2)
Frt= Ftr – factor de atenuare indus de terenul dintre radar şi turbină
Fta= Fat – factor de atenuare indus de terenul dintre turbină şi aeronavă
Fra= Far – factor de atenuare indus de terenul dintre radar şi aeronavă
Drt= Dtr – distanţa dintre radar şi turbină (m)
Dta= Dat – distanţa dintre turbină şi aeronavă (m)
Dra= Dar – distanţa dintre radar şi aeronavă (m)
λ – lungimea de undă.
La fel ca şi în cazul radarului primar, radarul secundar este afectat de regiunile cu
acoperiri. Dacă o turbină eoliană se află în apropierea unui radar secundar poate influenţa negativ
posibilitatea de descoperire a unei aeronave aflate pe acelaşi azimut cu turbina. Impactul asupra
radarului secundar trebuie estimat separat pentru semnalul de interogare şi pentru semnalul de
răspuns. În cazul semnalului de răspuns determinarea poziţiei aeronavei s-ar putea să nu fie afectată,
în timp ce recepţia semnalelor în modurile A şi C poate fi afectată.9
Semnalele de interogare şi răspuns pot fi privite după modelul legăturilor de comunicaţii
unidirecţionale şi probabilitatea de descoperire poate fi derivată din puterea semnalului recepţionat Pr
şi sensibilitatea receptorului. Pr poate fi calculată prin determinarea densităţii de putere, P, la o
distanţă D faţă de un emiţător care transmite în spaţiu un semnal de putere Pe:
Capacitatea radarului de a recepţiona acest semnal este o funcţie a suprafeţei efective a
antenei Ae şi a Pr, fiind dată de formula: Pr = P · Ae
Înlocuind Ae cu valoarea sa reală rezultă:
Înlocuind P cu ecuaţia de dinainte vom avea:
când acest semnal este reflectat de un obiect cu o suprafaţă efectivă de reflexie bi-statică σ, cum este
şi cazul unei turbine eoliene, şi nu recepţionat direct, această ecuaţie se modifică astfel:
unde simbolurile au următoarea semnificaţie
9 Guidelines on How to Assess the Potential Impact of Wind Turbines on Surveillance Sensors, Eurocontrol
Headquarters, Bruxelles, 2009, pp. 55-57.
NESECRET
NESECRET
30 din 40
Pref – puterea semnalului reflectat care ajunge la recepţie (W)
Pe – puterea la emisie (W)
Get – câştigul antenei de emisie faţă de turbina eoliană
Grt – câştigul antenei de recepţie faţă de turbina eoliană
σ – suprafaţa efectivă de reflexie bi-statică a turbinei eoliene
Fet – factor de atenuare indus de terenul dintre emiţător şi turbină
Frt – factor de atenuare indus de terenul dintre turbină şi receptor
Det – distanţa dintre emiţător şi turbină (m)
Dtr – distanţa dintre turbină şi receptor (m)
λ – lungimea de undă.
Figura 26. Reflexia semnalului de interogare în cazul radarului secundar. Trasele semnalului direct
şi reflectat
Prin înlocuirea Pref cu puterea minimă la recepţie Pmin rec, distanţa de la turbină la receptor
pentru care semnalul reflectat este probabil de a fi recepţionat, dată fiind geometria turbină/emiţător,
este:
Pentru anumite evaluări, raportul dintre puterea semnalului recepţionat pe calea directă
D trebuie să fie comparată cu puterea semnalului recepţionat pe calea indirectă. Vom avea astfel
următoarea ecuaţie:
trettret
tretredir
ref
direct
FFDGGσ
DDπGGF
P
P
2
224
Prin inversarea acestei ecuaţii obţinem raportul dintre semnalul direct şi cel reflectat din
spatele turbinei:
22
2
4 tretredir
trettret
direct
ref
DDπGGF
FFDGGσ
P
P
Pentru un punct aflat direct în spatele turbinei, putem folosi următoarele relaţii
Get = Ge
Gtr = Gr
D = Det + Dtr
Fdir = Fet · Ftr
2
224
SL
NESECRET
NESECRET
31 din 40
tret DD
L11
2
Unde L este dimensiunea primei zone Fresnel şi S este diametrul pilonului, astfel
rezultă:
tretdirect
ref
DD
DS
P
P 2
Utilizând relaţia dintre intensitatea câmpului şi atenuarea, A, obţinem: 22
11
tretdirect
ref
DD
DS
P
PA
Ecuaţia poate fi rearanjată pentru a obţine:
112
2A
S
D
DD
et
ettr
Această ecuaţie ne oferă lungimea zonei de umbrire pentru o valoare acceptabilă a
atenuării puterii emise ca urmare a propagării undelor electromagnetice.
Considerând că o atenuare de 3 dB este acceptabilă în cazul SSR şi luând în calcul un
diametru al turnului turbinei eoliene de 6 m şi distanţa Det ≥ 16 km, atunci lungimea maximă a zonei
de umbrire este de 1600 m. În acest caz, înălţimea zonei de umbrire la 1600 m în spatele turbinei
eoliene este egală cu 310 m, pentru o turbină eoliană cu înălţimea de 200 m (înălţimea turnului plus
jumătate din diametrul rotorului turbinei) amplasată la o altitudine mai mare cu 50 m decât cea a
radarului. De asemenea, calculând lăţimea zonei de umbrire obţinem valoarea de 45 m.
Astfel, în aceste condiţii, zona de umbrire produsă de o turbină eoliană în cazul SSR are
următoarele dimensiuni: L=1600 m, l=45 m, h=310 m, ceea ce face ca această zonă de umbrire să fie
acceptabilă din punct de vedere operaţional.
Acest raţionament a fost făcut pentru o singură turbină eoliană. În cazul existenţei mai
multor turbine eoliene în lăţimea lobului principal al antenei radarului zona de umbrire rezultată va fi
mai mare.
Cu toate acestea, se consideră distanţa de 16 km ca fiind limita dintre zona 2 SSR (de
evaluare detaliată) şi zona 4 SSR (care nu necesită evaluare).
Datorită reflexiilor semnalului de interogare, ale semnalului de răspuns sau ale ambelor
semnale pe suprafaţa turbinei eoliene pot apărea ţinte false.
Vom studia cazul când semnalul de interogare este reflectat de către turbina eoliană.
Datorită implementării ISLS (Suprimarea Lobilor Secundari la Interogare),
transponderele aflate la bordul aeronavelor au o perioadă de blocare de 35 μs 9 de la recepţionarea
unui semnal de interogare prin lobii secundari. Astfel, orice transponder aflat la o distanţă mai mică
de 5250 m (jumătate din distanţa corespunzătoare intervalului de 35 μs) nu va răspunde semnalelor
de interogare reflectate deoarece diferenţa de drum dintre semnalul direct şi cel reflectat va fi
întotdeauna mai mică de 35 μs.
În cazul în care distanţa dintre transponder şi turbina eoliană este mai mare de 5250 m,
vom calcula puterea minimă a semnalului de interogare reflectat recepţionat de transponder şi o vom
compara cu puterea minimă la recepţie necesară receptorului transponderului, a cărei valoare minimă
este -77 dBm 9. Astfel, putem calcula distanţa minimă dintre SSR şi turbina eoliană folosind formula:
NESECRET
NESECRET
32 din 40
rectr
etrettretet
PD
PGGFFD
min
23
2
4
în care: Pmin rec= -77 dBm = 10-10,7 W
Pe = 2 kW
Fet = Ftr = 1
σ = 35 dBm2 = 103,5 m2
Get = 27 dB = 102.7
Gtr = 1
Dtr = 5250 m
λ = 0,2913 m (corespunzător frecvenţei de 1030 Mhz)
obţinem: Det = 15698 m
Astfel, în cazul în care turbina eoliană este amplasată la o distanţă de 16 km de SSR iar
distanţa dintre transponder şi turbina eoliană este mai mică de 5250 m, atunci transponderul nu va
răspunde semnalului de interogare reflectat de către turbina eoliană datorită folosirii ISLS. De
asemenea, transponderul nu va răspunde nici în cazul în care distanţa dintre transponder şi turbina
eoliană este mai mare de 5250 m deoarece puterea semnalului de interogare reflectat recepţionat de
transponder este mai mică decât puterea minimă la recepţie.
În cazul reflexiei semnalului de răspuns pe suprafaţa turbinei eoliene apar erori în
determinare a coordonatelor de către SSR.
Erorile în determinarea coordonatelor pentru radarul secundar apar atunci când apare o
uşoară diferenţă de drum între semnalul direct şi cel reflectat aşa cum se poate vedea în figura 22.
Figura 28. Reflexia semnalului de răspuns al radarului secundar
Dacă criteriul diferenţei de drum de mai sus este îndeplinit, atunci acest lucru va
influenţa capacitatea de determinare a azimutului dacă raportul dintre semnalul direct şi cel reflectat
este mai mic decât un anumit prag.
Raportul dintre semnalul de răspuns direct şi cel reflectat poate fi calculat având în
vedere următoarele:
o atenuările de propagare ale semnalului de la radarul secundar către turbină şi către aeronavă
sunt similare;
o atenuările de propagare ale semnalului între transponder şi turbină, şi între transponder şi
radarul secundar sunt similare;
o câştigul antenei transponderului este acelaşi atât pe direcţia turbinei eoliene cât şi pe direcţia
radarului secundar;
o câştigul antenei radarului secundar este acelaşi atât pe direcţia turbinei eoliene cât şi pe
NESECRET
NESECRET
33 din 40
direcţia transponderului.
Dacă supoziţiile de mai sus sunt întrunite atunci:
42
22
er
tret
reflectat
direct
D
DD
S
S
Unde σ este suprafaţa efectivă de reflexie a antenei.
Cum Det ≤ Der, obţinem
24tr
reflectat
direct DS
S
Astfel, luând în calcul că un raport de 50 dB între cele două semnale este suficient pentru
a asigura o bună discriminare între semnalul direct şi cel reflectat, putem calcula Dtr minimă în cazul
unei turbine eoliene cu suprafaţa efectivă de reflexie σ = 35 dBm2, ca fiind egală cu 5016 m.
Având în vedere raţionamentele anterioare putem afirma că atunci când distanţa dintre
SSR şi turbina eoliană este mai mare 16 km, impactul asupra preciziei în determinarea azimutului
este acceptabil indiferent de diferenţa de drum dintre semnalul direct şi cel reflectat.
Trebuie menţionat că în cazul parcurilor de centrale eoliene toate calcule prezentate în
acest capitol trebuie refăcute pentru fiecare centrală în parte.
NESECRET
NESECRET
34 din 40
III. INFLUENŢA CENTRALELOR EOLIENE ASUPRA
SISTEMELOR RADAR AFLATE ÎN ÎNZETRAREA STATULUI MAJOR AL
FORŢELOR AERIENE
3.1. Aspecte teoretice
În perioada iunie-decembrie 2010, la nivelul Statului Major al Forţelor Aeriene a fost
constituit un colectiv care a analizat influenţa construcţiei centralelor/parcurilor eoliene asupra
performanţelor radarelor din cadrul sistemului de supraveghere aeriană, atât prin calcule bazate pe
aparatul matematic la dispoziţie cât şi prin analiza unor rezultatele studii dezvoltate în state precum
Marea Britanie, Olanda şi, mai ales, Statele Unite ale Americii, studii care au avut la bază multiple
teste de zbor efectuate în zona parcurilor eoliene.
Rezultatele studiilor mai sus amintite au arătat că turbinele eoliene din clasa utilitară pot
avea un impact semnificativ asupra capacităţilor operaţionale ale sistemelor radar destinate atât
furnizării de informaţii pentru sistemul de apărare aeriană, cât şi asupra radarelor civile destinate
managementului traficului aerian.
Rezultatele empirice şi calculele matematice, efectuate de colectivul care a elaborat
studiul, au demonstrat că suprafaţa efectivă de reflexie mare a unei turbine eoliene combinată cu
schimbarea de frecvenţă Doppler produsă de rotirea palelor acesteia poate diminua capacitatea unui
radar de a diferenţia turbinele eoliene de o aeronavă.
În continuare vom determina, în funcţie de unghiurile de acoperire, care sunt valorile
ipotetice ale distanţelor de descoperire pentru diferite radare, aflate în dotarea Statului Major al
Forţelor Aeriene, în situaţia în care în zona lor de supraveghere se află o centrală eoliană. Se va lua în
calcul o turbină eoliană cu o înălţime medie de 150 m (înălţimea nacelei + lungimea palei), a cărei
poziţie va fi transpusă în mai multe puncte aflate la distanţe diferite faţă de radar (Drt).
Formula pe baza căreia se calculează distanţele de descoperire pe azimutul unde se află
turbina eoliană este:
HKD udesc 1747,247,2
2 10
unde Ku este coeficientul de utilizare a radioorizontului, care reprezintă raportul dintre distanţa
maximă de descoperire şi distanţa radioorizontului, α este unghiul de acoperire măsurat în minute şi
H înălţimea pentru care se determină posibilităţile.
Din tabelul cu posibilităţile de descoperire în teren ideal, plat, (din formularul tehnic al
fiecărui radar) se ia distanţa de descoperire pentru înălţimea dată, iar distanţa radioorizontului se
calculează conform formulei prezentate în capitolul I.
În anexa nr.1 sunt prezentate distanţele de descoperire teoretice pentru diferite
unghiuri de acoperire ale radarelor din înzestrarea Forţelor Aeriene, în raport cu distanţa
radar-turbină eoliană şi unghiul de acoperire indus de aceasta (la o înălţime a turbinei eoliene de
125m).
Se poate observa că distanţele de descoperire scad faţă de distanţa maximă de
descoperire atunci când o turbină eoliană se află în zona de descoperire a radarului. Scăderile cele
mai dramatice se produc la înălţimile mici, unde pot să apară sectoare pe care radarul să nu mai
detecteze nici o aeronavă.
3.2. Rezultatele testelor de zbor
Pentru validarea concluzii şi calculelor matematice prezentate mai sus, la nivelul
Statului Major al Forţelor Aeriene, în perioada 08 – 12.08.2011, a fost planificat exerciţiul
10 Memoratorul trupelor radiotehnice, Ministerul Apărării Naţionale, Bucureşti, 1982, p. 123.
NESECRET
NESECRET
35 din 40
GREEN ENERGY 2011 care a prevăzut dislocarea unui radar TPS79R/Gap Filler, în zona
localităţii SĂCELE, în proximitatea parcului cu centrale eoliene COGEALAC-FÂNTÂNELE şi
teste de zbor cu aeronave de tipul IAR-99 şi IAR-330 cu diferite profile de zbor în scopul
determinării influenţei reflexiilor generate de centralele eoliene asupra performanţelor radarelor
din cadrul sistemului de supraveghere a spaţiului aerian.
Obiectivele exerciţiului au vizat determinarea probabilităţii de descoperire a ţintelor
aeriene care evoluează în regiunea acoperită din spatele centralelor/parcurilor de centrale eoliene
(şi în spaţiul de deasupra şi din jurul turbinelor acestora), atunci când aceasta se află la o distanţă,
cuprinsă în intervalul, de 5 – 15 km faţă de un radar, precum şi - evaluarea impactului suprafeţei
efective de reflexie a turbinelor centralelor eoliene, combinată cu schimbarea de frecvenţă
Doppler produsă de rotirea palelor acestora, asupra capacităţii unui radar de a diferenţia reflexiile
de pe turbinele eoliene de o aeronavă.
Pentru atingerea obiectivelor exerciţiului:
- au fost alese două poziţii în extravilanul comunei SĂCELE, jud. Constanţa la
cca. 11-12 km şi, respectiv 16 km distanţă faţă de parcul eolian COGEALAC-FÂNTÂNELE,
jud. CONSTANŢA;
- au fost planificate zboruri în două zile, respectiv marţi 09.082011 şi joi
11.08.2011 cu câte două aeronave IAR-99 ŞOIM/SAFA (viteză cca. 425 km/h şi înălţimi între
500 şi 1000m) şi un elicopter IAR-330/Fl. 86.Aer. (viteze 180 – 200 km/h şi înălţimi între 200 şi
500m);
- au fost luate în consideraţie şi ţinte de oportunitate, respectiv o aeronavă MiG
21L/Fl.86 Aer., aflată în zbor pentru testarea-evaluarea operaţională a radarului TPS-79R/Cp.
107 Rdlc. IANCA, care a efectuat o porţiune de traiect în zona de interes pentru exerciţiu şi o
aeronavă C-27J Spartan aflată în zbor de instrucţie în aceeaşi zonă;
În urma executării cercetării spaţiului aerian şi urmăririi aeronavelor aflate în
zbor planificat sau ţintelor de oportunitate au rezultat următoarele:
- radarul de tipul TPS-79R este puternic influenţat de reflexiile datorate suprafeţei
efective de reflexie a turbinelor centralelor eoliene, combinată cu schimbarea de frecvenţă
Doppler produsă de rotirea palelor acestora, influenţă materializată pe harta Doppler furnizată de
radar, în care parcul cu centrale eoliene apare ca o formaţiune de relief bine pronunţată şi care nu
este înlăturată prin creşterea pragului de procesare a semnalului (9 din 12);
-
Figura 29. Harta Doppler realizata de radarul TPS 79R în prezenţa reflexiilor de la parcul
eolian Cogealac – Fântânele
NESECRET
NESECRET
36 din 40
- intensitatea reflexiilor este influenţată de viteza de rotaţie a palelor centralelor
eoliene (viteza şi intensitatea vântului), precum şi de numărul centralelor eoliene aflate în
funcţiune la momentul respectiv;
- pe ecranele radarelor de tipul TPS-79R şi P-37, în zona parcului eolian, se
iniţializează ploturi primare (PSR) care se menţin mai multe perioade de scanare/treceri de
antenă, iniţializându-se chiar şi track-uri, care au o viteză variabilă de la 150 la 850 km/h şi
înălţimi variind de la 100m la 6500m, evoluţia acestora în azimut, distanţă, înălţime şi viteză
fiind total aleatoare pentru acelaşi track ID; numărul acestora este influenţat de viteza de rotaţie a
palelor centralelor eoliene (viteza şi intensitatea vântului), precum şi de numărul centralelor
eoliene aflate în funcţiune la momentul respectiv;
Figura 30. ”Ţinte false” induse pe radarul TPS 79R, generate de către reflexiile de la parcul
eolian Cogealac – Fântânele
- în evoluţia ţintelor aeriene (aeronavele IAR-99 şi MiG-21) la înălţimi de peste
500m, deasupra şi în spatele parcului eolian, se manifestă discontinuităţi în urmărirea acestora,
adică se pierde semnalul pe mai multe perioade (3 la 10/ 30 secunde la 100 secunde) de sondare
a spaţiului aerian (treceri de antenă), în principal pe radarul primar (PSR), dar şi pe cel secundar
(SSR).
Figura 31. Alterarea informaţiilor SSR şi PSR pe radarul TPS 79R indusă de către reflexiile de
la parcul eolian Cogealac – Fântânele
NESECRET
NESECRET
37 din 40
- ţintele aeriene care au evoluat la înălţimi de sub 400m, deasupra şi în spatele
parcului eolian (aeronavele IAR-330), nu au putut fi urmărite pe fondul reflexiilor de la
centralele eoliene.
Figura 32. Imposibilitatea urmării unui elicopter IAR 330 de către radarul TPS 79R pe fondul
ţintelor false induse de reflexiile de la parcul eolian Cogealac – Fântânele
- manifestările prezentate mai sus au fost comune ambelor poziţii de dislocare de
pe care s-a executat cercetarea spaţiului aerian.
În concluzie, putem afirma că impactul suprafeţei efective de reflexie a turbinelor
centralelor eoliene, combinată cu schimbarea de frecvenţă Doppler produsă de rotirea palelor
acestora, asupra radarelor de tipul TPS-79R şi P-37 este semnificativ afectând negativ
capacitatea radarelor de a diferenţia reflexiile de la turbinele eoliene de cele de la o aeronavă
aflată în zbor, în zona respectivă.
Nu s-a putut trage o concluzie fermă asupra impactului pe care aceste centrale
eoliene o au asupra radarului FPS-117 deoarece distanţa dintre radar şi parcul eolian este de cca.
30-40 km, aflându-se la limita orizontului radio.
NESECRET
NESECRET
38 din 40
CONCLUZII
Analizând influenţa construcţiei centralelor/parcurilor eoliene asupra performanţelor
unui radar, concluzia, fără echivoc, este aceea că acestea au un impact negativ asupra capacităţii
radarului de a-şi îndeplinii funcţiunile de bază atunci când acestea sunt amplasate în zona de
supraveghere a radarului. Amploarea impactului va depinde de mai mulţi factori cum ar fi: poziţia
turbinei şi a palelor faţă de fascicolul radar, precum şi de numărul acestora şi distanţele dintre ele.
Turbinele eoliene afectează în mod diferit radarul primar (PSR) şi cel secundar (SSR)
datorită particularităţilor constructive ale celor două tipuri de radare.
Astfel în cazul radarelor primare (PSR), când turbina eoliană este amplasată la o
distanţa mai mică decât cea a orizontului radio apar următoarele efecte:
1. Reducerea probabilităţii de detecţie a ţintelor datorită:
- zonei de umbrire din spatele turbinei eoliene, zonă ce se întinde până la
distanţa maximă de descoperire a radarului, datorită faptului că turbina
reprezintă un obstacol în calea propagării undelor electromagnetice;
- creşterii nivelului pragului alarmelor false (CFAR) în cadrul celulei de
rezoluţie azimut-distanţă în care se află situată turbina precum şi în celulele
adiacente acesteia, şi mai ales într-un număr de 1-16 celule de rezoluţie aflate
deasupra celulei în care se află turbina eoliană, ca urmare a nivelului mare al
semnalului reflectat de către turbina eoliană. Dimensiunea acestei celule
azimut-distanţă depinde de tipul radarului şi de algoritmul folosit de acesta la
prelucrarea semnalului recepţionat.
2. Apariţia de ţinte false pe azimutul pe care se află turbina eoliană ca urmare a
reflexiei semnalului emis de radar pe structura fizică a turbinei eoliene. Aceste ţinte pot fi:
- ţinte fixe datorate reflexiilor de la turnul sau nacela turbinei eoliene şi pot fi
eliminate doar de radarele prevăzute cu sisteme de selecţie a ţintelor mobile
(SŢM sau MTI).
- ţinte mobile datorate reflexiilor de la palele turbinei eoliene, care datorită
dimensiunilor pe care le au, la vitezele normale de lucru, produc semnale
reflectate ale căror frecvenţe Doppler corespund unor viteze cuprinse între
100-300km/h. Datorită acestui fapt, aceste ţinte mobile nu pot fi eliminate în
totalitate de către sistemele MTI ale radarelor; ţintele false mobile care nu pot
fi eliminate vor fi afişate şi vor forma şi traiecte aleatoare în zona de amplasare
a turbinelor eoliene.
3. Apariţia de ţinte mobile false (ţintă imagine a unei ţinte reale) pe azimutul turbinei
eoliene ca urmare a reflexiei semnalului ecou al unei ţinte reale de către turbina eoliană, în cazul în
care ţinta reală se află în apropierea turbinei eoliene sau în apropierea radarului.
4. Apariţia de ţinte mobile false pe azimutul unei ţinte reale ca urmare a ca urmare a
reflexiei semnalului de sondaj al radarului de către turbina eoliană, în cazul în care ţinta reală se află
în apropierea turbinei eoliene sau în apropierea radarului.
5. Supraîncărcarea procesorului de date radar. Această supraîncărcare apare în cazul în
care numărul total de ploturi (inclusiv cele provenite de la reflexiile datorate turbinelor eoliene) este
mai mare decât capacitatea de prelucrare a procesorului de date radar, fapt de face ca procesorul de
date radar să aplice metode specifice de evitare a supraîncărcării. Acest fapt are un impact major
asupra capacităţii operaţionale a radarului şi nu depinde de zona de amplasare a turbinelor eoliene.
6. Apariţia erorilor în determinarea distanţei şi azimutului ţintelor reale. Atunci când
între semnalul direct şi semnalul reflectat există o mică diferenţă de drum, semnalul recepţionat va fi
o combinaţie a celor semnale, ceea ce va duce la erori în determinarea coordonatelor (azimut şi
NESECRET
NESECRET
39 din 40
distanţă) ţintelor reale. Acest efect apare în cazul ţintelor aflate pe acelaşi sector de azimut cu
turbina eoliană şi la o distanţă faţă de radar mai mare decât distanţa la care se află turbina eoliană.
7. Saturarea receptorului radarului. În anumite cazuri, când turbina eoliană este
amplasată aproape de poziţia radarului, cantitatea de energie reflectată de turbina eoliană este foarte
mare, ceea ce poate duce la saturarea receptorului radarului, fapt ce duce la afectarea majoră a
probabilităţii de detecţie a ţintelor.
Pe de altă parte, în cazul radarului secundar (SSR), când turbina eoliană este
amplasată la o distanţa mai mică decât cea a orizontului radio apar următoarele efecte:
1. Reducerea probabilităţii de detecţie a ţintelor şi a probabilităţii de detecţie a răspunsurilor
în modurile A şi C datorită zonei de umbrire din spatele turbinei eoliene, zonă care în cazul în care distanţa
dintre SSR şi turbina eoliană este mai mare de 16 km, are dimensiuni mici, ce nu afectează decât ţintele
aflate pe acelaşi azimut cu turbina eoliană şi în imediata vecinătate a turbinei eoliene.
2. Apariţia ţintelor false datorată reflexiei semnalului de interogare sau a semnalului de
răspuns sau a ambelor semnale pe suprafaţa turbinei eoliene. Deşi majoritatea sistemelor SSR folosesc
hărţi ale ţintelor fixe (ale reflexiilor din teren) pentru suprimarea semnalelor de răspuns ale ţintelor
reflectate de acestea, în cazul turbinelor eoliene, datorită particularităţilor lor constructive, această
metodă nu este eficientă deoarece acestea nu sunt văzute ca obiecte fixe de către SSR. Acest efect este
înlăturat prin poziţionarea turbinei eoliene faţă de poziţia radarului la o distanţă mai mare de 16 km şi
prin implementarea mecanismului ISLS la transponderele aeronavelor.
3. Apariţia erorilor în determinarea distanţei şi azimutului ţintelor reale. Atunci când
între semnalul direct şi semnalul reflectat există o mică diferenţă de drum, semnalul recepţionat va fi
o combinaţie a celor semnale, ceea ce va duce la erori în determinarea coordonatelor (azimut şi
distanţă) ţintelor reale. Datorită particularităţilor constructive ale radarelor SSR impactul asupra
preciziei de determinare a coordonatelor este considerat ca fiind tolerabil, în cazul în care distanţa
dintre radar şi turbina eoliană este mai mare de 16 km, indiferent de diferenţa de drum dintre
semnalul direct şi cel reflectat.
În dezvoltarea acestui studiul s-au avut în vedere şi au fost discutate şi rezultatele
obţinute în urma multiplelor teste de zbor efectuate lângă parcurile eoliene din state precum Marea
Britanie, Olanda, Italia şi, mai ales, Statele Unite ale Americii. Rezultatele acestor studii au arătat că
turbinele eoliene din clasa utilitară pot avea un impact semnificativ asupra capacităţilor operaţionale
ale sistemelor radar destinate atât furnizării de informaţii pentru sistemul de apărare aeriană, cât şi
asupra radarelor civile destinate managementului traficului aerian. Rezultatele au demonstrat că
suprafaţa efectivă de reflexie mare a unei turbine eoliene combinată cu schimbarea de frecvenţă
Doppler produsă de rotirea palelor acesteia poate afecta capacitatea unui radar de a diferenţia
turbinele eoliene de o aeronavă. Aceste teste au demonstrat, de asemenea, că parcurile eoliene au
potenţialul de a altera capacitatea de localizare, ca urmare a efectelor de umbrire şi a ecourilor
parazite produse pe indicatorul radarului.
Amplasarea centralelor eoliene în apropierea radarelor face aproape imposibilă
descoperirea aeronavelor care evoluează la înălţimi mici, fapt ce afectează executarea misiunilor de
către subunităţile de radiolocaţie din subordinea Statului Major al Forţelor Aeriene.
Conform celor prezentate în acest studiu, coroborat cu studii similare dezvoltate în
statele mai sus menţionate sau de către EUROCONTROL, rezultă că efectele produse de centralele
eoliene asupra radarelor (PSR şi SSR) au un impact major asupra capacităţii operaţionale a radarelor
şi ca urmare distanţele la care acestea pot fi amplasate faţă de locul de staţie al radarului trebuie să
fie reglementate pe baza unui act normativ, asigurându-se astfel baza legală pentru acordarea sau nu
a avizelor pentru Planurile Urbanistice Zonale.
Dincolo de limita orizontului radio nu sunt restricţii de amplasare a centralelor eoliene
deoarece, în acest caz, acestea nu afectează capacitatea operaţională a radarelor.
Concluziile de mai sus ţin seama doar de acoperirile generate de turbinele eoliene, dar,
după cum am văzut pe parcursul lucrării, pot apărea şi alte efecte negative generate de poziţionarea
acestora în zona de descoperire a radarului. Aceste efecte vor fi determinate pentru fiecare caz în
parte atât pe baza calculelor teoretice, cât şi pe baza măsurătorilor din teren efectuate cu radare
NESECRET
NESECRET
40 din 40
mobile amplasate în zone unde există deja construite centrale eoliene şi prin efectuarea de zboruri în
aceste regiuni.
Măsurile actuale pentru prevenirea oricăror alterări ale performanţelor radarelor sunt
limitate la metodele care evită amplasarea turbinelor eoliene în zona de observare radar. Aceste
atenuări pot fi realizate prin distanţă, mascarea terenului sau prin forma reliefului şi trebuie să fie
examinate de la caz la caz.
S-au iniţiat eforturi de cercetare şi dezvoltare pentru elaborarea unor strategii de
atenuare suplimentară care, în viitor, ar putea permite turbinelor eoliene să fie amplasate în zona de
supraveghere a radarelor fără a avea vreun impact asupra performanţelor acestora. Eforturile de
dezvoltare ar trebui să fie continuate. Viitoarele tehnici de atenuare vor necesita o testare adecvată şi
de validare înainte de a putea fi folosite.
Având în vedere creşterea preconizată în dezvoltarea energiei eoliene, procedurile
existente de amplasare precum şi abordările privind atenuarea efectelor acestora trebuie să fie
revizuite şi consolidate în scopul de a asigura dezvoltarea continuă a acestei resurse importante de
energie regenerabile menţinând în acelaşi timp capacitatea vitală de apărare. Toate aceste
considerente vor fi corelate cu cerinţele şi indicaţiile structurilor internaţionale în domeniul
aeronautic la care România este parte.
BIBLIOGRAFIE
1. *** European Guidance Material on Managing Building Restricted Areas, The
European and North Atlantic Office of ICAO, 2009;
2. *** Guidelines on How to Assess the Potential Impact of Wind Turbines on
Surveillance Sensors, Eurocontrol Headquarters, Bruxelles, 2009;
3. *** F.A./Rdlc.-1, Manualul pentru întrebuinţarea Centrului de Supraveghere
Aeriană, Statul Major al Forţelor Aeriene, Bucureşti, 2010;
4. *** Memoratorul trupelor radiotehnice, Ministerul Apărării Naţionale,
Bucureşti, 1982;
5. *** F.A.-8/3, Manualul specialistului de radiolocaţie, Statul Major al Forţelor
Aeriene, Bucureşti, 2006;
6. *** F.A./Rdlc-2, Manualul pentru întrebuinţarea radarului FPS-117, Statul
Major al Forţelor Aeriene, Bucureşti, 2002;
7. *** Report to the Congressional Defense Committees, The Effect of Windmill
Farms On Military Readiness, Office of the Director of Defense Research and Engineering,
Washington, 2006;
8. *** CAA Policy and Guidelines on Wind Turbines, UK Civil Aviation
Authority, Londra, 2010;
9. *** ICAO Annex 10 Volume IV 4th edition, July 2007
10. *** Assessment of the Effects of Wind Turbines on Air Traffic Control Radars -
NTIA Technical Report TR-08-454, National Telecommunication and Information
Administration, July 2008, http://www.its.bldrdoc.gov/pub/ntia-rpt/08-454/08-454.pdf;
11. ***Windmills characteristics, Danish Wind Industry Association Wiki,
http://wiki.windpower.org/index.php/Main _Page;
*** Influence of Windmill Activity on Radiolocation Means, Lockheed Martin
MS2, August 10, 2011.