01.03.2015, 00:00 Uhr

Geräuschwirkungen von Windenergieanlagen

Ziel des interdisziplinären Forschungsprojekts war es, modellhaft am niedersächsischen Windpark Wilstedt zu analysieren, wie sich Geräuschemissionen von Windenergieanlagen (WEA) auf Anwohner auswirken und ggf. Handlungsempfehlungen zu erarbeiten. Physikalische Emissions- und Immissionsmessungen wurden mit Anwohnerbefragungen verbunden. Zusätzlich trugen die Anwohner mittels Audiorekorder und Beschwerdebogen zur Geräuschdiagnose bei. Etwa 10 % der Befragten fühlten sich bei der Erstbefragung durch WEA-Geräusche stark belästigt, zwei Jahre später nur noch 7 %. Verkehrslärm war dagegen für 16 % stark belästigend. Eine Beschwerdeursache konnte durch die Schallaufzeichnungen der Anwohner aufgedeckt werden: amplitudenmodulierte Geräusche. Ein veränderter Betriebsmodus (Geräuschminderungsmaßnahme) sowie der Abstand der WEA hatten keinen nachweisbaren Einfluss auf die Geräuschbelästigung. Dagegen erweist sich der Planungs- und Bauprozess als zentral. Es ist entsprechend dringend zu empfehlen, diesen möglichst positiv zu gestalten und die Anwohner frühzeitig informell einzubeziehen.

Quelle: Panther Media/ Fokussiert

Quelle: Panther Media/ Fokussiert

Befürchtete negative Auswirkungen der Geräuschemissionen von Windenergieanlagen (WEA) auf Anwohner führen an geplanten WEA-Standorten teilweise zu heftigen Widerständen seitens der Bevölkerung. Auch liegen Beschwerden über Geräuschemissionen bereits im Betrieb befindlicher WEA vor, obwohl die durch die TA Lärm vorgegebenen Grenzwerte für Geräuschimmissionen eingehalten werden. Damit stellen WEA ein Beispiel für Schallquellen dar, die trotz eingehaltener Grenzwerte für Schallpegel im Sinne des Bundes-Immissionsschutz­gesetzes und der TA Lärm zu Belästigungen führen können.

Zur Wirkung der Geräusche von WEA auf Anwohner liegt rund ein Dutzend empirisch belastbarer Studien vor. Die Befundlage weist auf mögliche Belästigungen durch WEA-Ge­räusche hin (z. B. [1 bis 7]). Die Ergebnisse dieser Studien machen u. a. deutlich, dass die Lästigkeit nicht allein durch den Geräuschpegel beeinflusst wird, sondern ebenfalls durch sog. Moderatoren. So konnten wiederholt Beziehungen zwischen nach Ausbreitungsmodellen geschätztem Schallpegel und Lästigkeit in einem Pegelbereich von < 28 dB(A) bis > 45 dB(A) gefunden werden, doch wurden durch den Schallpegel nur 12 bis 26 % der Belästigungsvarianz aufgeklärt [4 bis 6]. Dies spricht für die Beteiligung weiterer Faktoren, der Moderatoren. Ein bekannter Moderator ist z. B. die Sichtbarkeit der WEA – Anwohner berichten im Durchschnitt eine signifikant stärkere Belästigung, wenn sie die WEA von ihrem Grundstück aus sehen [4; 6; 8].

Der Vergleich der Lästigkeit von WEA mit anderen Geräuschquellen zeigt eindeutig, dass WEA stärker belästigend bewertet werden als andere Lärmquellen mit vergleichbarem Schallpegel [4; 5; 9]. Dies weist ebenfalls darauf hin, dass zur Lästigkeit weitere Faktoren beitragen, wie z. B. spezifische Geräuschmuster und -qualitäten. So fühlten sich Anwohner am stärksten durch ein als „swishing“ beschriebenes Geräuschmuster belästigt [5; 10].

Entsprechend der geschilderten Befundlage müssen Lösungsansätze über das Einhalten der Schallpegelgrenzen hinaus­gehen. Unklar ist bislang aber, unter welchen Bedingungen WEA-Geräusche zu starker Belästigung führen können. Es fehlt zudem an Untersuchungen, in denen die verschiedenen akus­tischen, situativen und moderierenden Faktoren gemeinsam analysiert werden, auf der Basis von sozial- und stresspsycholo­gischen Konzepten. Dieses Vorgehen würde die Grundlage für eine integrative Gesamtschau liefern und damit für Anhaltspunkte für Empfehlungen zur Geräuschminderung bzw. zum Umgang mit WEA-Geräuschen. Die vorliegende Studie schließt diese Forschungslücke durch ihren integrativen Ansatz. Gefördert von der Deutschen Bundesstiftung Umwelt (DBU) und des Windparkbetreibers wpd wurde dazu modellhaft der Windpark Wilstedt in Niedersachen analysiert. Der Windpark befindet sich in der niedersächsischen Kommune Wilstedt, im Landkreis Rotenburg an der Wümme, zur Samtgemeinde Tarmstedt gehörend. Er besteht aus neun WEA (Enercon E-82) mit je 2 MW Leistung und einer Gesamt­höhe von 150 m und war zum Zeitpunkt der Erstbefragung 37 Monate in Betrieb.

Ziel des Projekts war es, die physischen und psychischen Faktoren breit zu erfassen, die zur WEA-Geräuschbelästigung und damit verbundenen Stresseffekten beitragen. Hierzu diente die Erhebung verschiedener Stressindikatoren (Belästigung, Symptome, Bewältigungsmaßnahmen) und Einflussgrößen auf die Belästigung, wie z. B. die Einstellung zum Windpark oder der Abstand zur nächsten WEA. Hinzu kamen Merkmale einer ty­pischen Belästigungssituation (z. B. Tageszeit, Wetter, gestörte Tätigkeit). Zum Vergleich wurde zusätzlich die Belästigung durch andere lokale Geräuschquellen erfasst. Das Deutsche Windenergieinstitut (DEWI – UL International GmbH) führte Emissions- und Immissionsmessungen durch, der Windparkbetreiber wpd lieferte die Betriebsdaten, aufbereitet durch Enercon, und Anwohner zeichneten störende Geräusche mit Audiorekordern auf. Zur Beschwerdeanalyse wurden die objektiven mit den subjektiven Daten in Beziehung gesetzt. Weiterhin wurden erstmals Anwohner eines Windparks über einen Zeitraum von zwei Jahren begleitet und wiederholte Befragungen durchgeführt (Längsschnitt). Erstmals wurde in einem Feldversuch mit Anwohnerunterstützung systematisch analysiert, ob sich ein veränderter Betriebsmodus auf die Geräuschbelästigung auswirkt. Der Beitrag stellt ausgewählte Ergebnisse dieses Forschungsprojekts vor.

Vorgehen und Stichprobe

In der ersten Erhebungsphase im Frühjahr 2012 wurden insgesamt 212 Anwohner des Windparks Wilstedt befragt. Die Befragten waren 19 bis 88 Jahre alt, im Mittel 55 Jahre, Männer (52 %) nahmen geringfügig häufiger als Frauen teil. Mehrheitlich waren sie Immobilieneigentümer, verheiratet und hatten Kinder. Die Teilnehmer wohnten durchschnittlich in Drei-Personenhaushalten und rund zwei Jahrzehnte vor Ort. Über die Hälfte war Rentner oder von der Arbeit freigestellt, je ein Fünftel Beamte oder Selbstständige. Zwei Fünftel der Befragten arbeiteten zuhause. Nur acht Befragte verpachteten Land für WEA, keine Person war in der WEA-Branche tätig. Die Teilnehmer lebten durchschnittlich 1,90 km von der nächsten WEA entfernt (SD = 0,37, Spannbreite 1,25 bis 2,89 km). Von ihrem Grundstück aus sahen sie im Mittel rund vier WEA (M = 3,93, SD = 3,35).

Von den 212 Teilnehmern der ersten Befragung nahmen an der zweiten im Frühjahr 2014 knapp zwei Drittel (133 Personen) teil. Entsprechend schied ein Drittel aus, bezeichnet als „Drop-Outs“ (79 Personen). In den zentralen Einstellungs- und Belästigungseinschätzungen gab es keine statistisch bedeutsamen Unterschiede zwischen den Teilnehmern und Drop-Outs. Es fand daher kein selektiver Schwund von Personen mit Extrem­meinungen statt. Somit ist der Vergleich der Befragungswellen 1 und 2 für die jeweils reduzierten Stichprobengrößen zulässig und führt nicht zu Fehlinterpretationen.

Befragung während der Geräuschminderungsmaßnahme

Per Brief wurden 56 Anwohner, die bei der Erstbefragung einer weiteren Befragung zugestimmt hatten und eine mindestens mittelstarke WEA-Geräuschbelästigung aufwiesen, gebeten, an einer zweiwöchentlichen Befragung per E-Mail oder Telefon teilzunehmen. Die Befragung lief von Mitte Oktober 2013 bis Ende Februar 2014. Zu Beginn nahmen 47 Anwohner teil, an allen Terminen 42. Als symbolische Anerkennung erhielten die Teilnehmer ein Los der Aktion Mensch im Wert von 7,50 €.

Methoden

Psychologische Indikatoren

Auf der Basis von Konzepten der Umwelt-, Stress- und Sozialpsychologie wurden zahlreiche Stress- und Akzeptanzindikatoren erfasst [11 bis 16]. Der verwendete Fragebogen mit insgesamt 450 Items basierte auf früheren der Arbeitsgruppe Gesundheits- und Umweltpsychologie [2; 7; 17 bis 19]. Die Teilnehmer wurden in ihrer Wohnung von geschulten Interviewern zu folgenden Themen befragt: Globale Einstellung gegenüber verschiedenen Formen der Stromgewinnung und dem Windpark Wilstedt, wahrgenommene Vor- und Nachteile des Windparks, z. B. hinsichtlich der Lebensqualität oder der Immobilienwerte, sowie vom Windpark ausgelöste Gefühle; Bewertung und Lästigkeit der WEA-Geräusche (u. a. mit den ICBEN-Skalen Q. V. und Q. N. [20; 21]), typische lästige Geräuschsituation, körperliche und psychische Beschwerden in Verbindung mit dem Windpark, kognitive Verarbeitung sowie Maßnahmen zur Geräuschminderung, Beteiligungsmöglichkeiten und Wünschen zum Windpark; gesundheitsbezogene und soziodemografische Daten.

Zusätzlich wurden Einflussgrößen (Moderatoren) erhoben, die die Lästigkeit von WEA-Geräuschen beeinflussen, z. B. Anzahl sichtbarer WEA, Entfernung zur nächsten WEA, geschätzter A-gewichteter Leq-Schalldruckpegel nach ISO 9613 [22]. Auch wurde nach vergangenen Aktivitäten für oder gegen den Windpark gefragt sowie nach der Belastung durch das Planungs- und Genehmigungsverfahren und die Bauphase, dem allgemeinen Gesundheitszustand und der Lärmempfindlichkeit.

Beschwerdebogen, Audiorekorder, Emission- und Immissionsmessungen

Nach jedem Interview wurden den Teilnehmern Beschwerdebogen angeboten, um diese bei einer WEA-Geräuschbelästigung selbstständig auszufüllen. Er enthielt 25 Items, u. a. zum Zeitpunkt, Ausmaß der Belästigung, Geräuschmuster und zur Wetterlage. Ebenso konnten sich die Anwohner einen Audiorekorder ausleihen und damit störende Geräusche aufzeichnen. Die Aufzeichnungen wurden vom DEWI ausgewertet und mit Betriebsdaten der WEA (z. B. Windgeschwindigkeit auf Naben- und 10 m Höhe, Rotordrehgeschwindigkeit) in Beziehung gesetzt. Im Zeitraum von März 2012 bis Januar 2013 wurden von elf Teilnehmern insgesamt 98 Beschwerdebögen ausgefüllt, zwei davon machten insgesamt 28 auswertbare Audioaufzeichnungen. Zusätzlich führte das DEWI einmalige Emissionsmessungen gemäß IEC 61400-11 im Nahbereich der WEA und Immissions­messungen bei einem stark belästigten Anwohner durch.

Auswertung und statistische Methoden

Der besseren Lesbarkeit halber werden im Ergebnisteil nur ausgesuchte statistische Kennwerte genannt, wie z. B. arith­­- me­tischer Mittelwert (M), empirische Standardabweichung (SD) und Standardfehler des Mittelwerts (SEM). Pearson-Korrelationen wurden im Zusammenhang mit der Prüfung von Einflussfaktoren berechnet. Hier wurden nur die Koeffizienten als bedeutsam betrachtet, die mindestens r = |0,30| betrugen (mittlere Effektstärke nach Cohen [23]). Zur Prüfung von Mittelwertunterschieden von Gruppen wurden spezielle t-Tests und Effektstärkemaße [23] eingesetzt. Ein Gruppenunterschied wird als „statistisch bedeutsam“ bezeichnet, wenn sowohl mindestens eine kleine Effektstärke als auch ein p-Wert  0,05 vorliegen. Werden im Ergebnisteil die Effektstärkekategorien (klein, mittel, groß) genannt, handelt es sich um signifikante Gruppenunterschiede.

Ergebnisse

Ausmaß der Geräuschbelästigung

Belästigung durch WEA-Geräusche

Rund zwei Drittel (69,3 %) der Teilnehmer nahmen zum ersten Befragungszeitpunkt im Jahr 2012 WEA-Geräusche wahr, entsprechend 30,7 % nicht (keine Geräuschwahrnehmung; GW). Von der Gesamtstichprobe fühlte sich ein Drittel durch die WEA-Geräusche gar nicht oder wenig belästigt, weniger als ein Fünftel mittelmäßig. Ein geringerer Anteil fühlte sich ziemlich oder sehr belästigt (Bild 1).

Bild 1 WEA-Geräuschwahrnehmung und -belästigung (2012).

Bild 1 WEA-Geräuschwahrnehmung und -belästigung (2012).

Allein ausgehend von diesen Belästigungswerten, wären nach dem Kriterium von Miedema und Vos ([24]; Skalenwert mittelmäßig (2) – sehr (4)) rund ein Drittel (34,9 %) der Teilnehmer als belästigt zu bezeichnen. Aus stresspsychologischer Sicht ist für eine starke Belästigung allerdings das Auftreten von Symptomen als weiteres Kriterium zu berücksichtigen. Daher werden Personen, die sich mittelmäßig bis sehr belästig fühlten, ohne Symptome aufzuweisen, als mittelstark belästigt definiert. Dies traf auf 25,0 % der Stichprobe zu. Als stark belästigt gilt, wer zusätzlich Symptome aufweist. Dies waren 9,9 % der Teilnehmer.

Für die Gesamtstichprobe lag 2012 die durchschnittliche WEA-Geräuschbelästigung zwischen den Skalenstufen „wenig“ und „mittelmäßig“ (M = 1,58, SD = 1,28), auf der ICBEN-Skala Q. V. bei „etwas“ (M = 1,23, SD = 1,14) und auf der ICBEN-Skala Q. N. im niedrigen Bereich bei 3,26 (SD = 2,67). Die Gruppe der stark Belästigten wies jeweils etwas höhere Mittelwerte auf als die der mittelstark Belästigten (mittlere bzw. große Effektstärke). Da die drei Skalen stark korrelieren (0,84 bis 0,91), werden im Folgenden nur die Werte der WEA-Geräuschbelästigungsskala berichtet.

Bis 2012 hatten die Teilnehmer im Mittel keine Veränderung der Belästigung über die Betriebsjahre des Windparks erlebt (M = 0,02, SD = 0,41). Auch zwischen den Jahren 2012 und 2014 gab es kaum Veränderungen, nur bei den mittelstark Belästigten zeigte sich eine leichte Abnahme der Belästigung (große Effektstärke, Bild 2).

Bild 2 WEA-Geräuschbelästigung im Verlauf (M ± SEM, Skala 0 bis 4).

Bild 2 WEA-Geräuschbelästigung im Verlauf (M ± SEM, Skala 0 bis 4).

Typische Situation mit WEA-Geräuschbelästigung

Etwa die Hälfte der Teilnehmer (51,9 %) beschrieb 2012 eine typische Belästigungssituation durch WEA-Geräusche. Rund die Hälfte (53,6 %) dieser Teilstichprobe erlebte lästige Geräusche ungefähr einmal pro Woche, ein Fünftel (20,9 %) rund einmal pro Monat und 13,6 % fast täglich. Am häufigsten traten Störungen abends (33,6 %) und nachts (18,2 %) auf. Am häufigsten gestört fühlte sich diese Teilstichprobe beim Schlafen (30,0 %), Entspannen (24,5 %) und Freizeitaktivitäten (19,1 %). Häufigste emotionale Reaktionen waren Gereiztheit oder Ärger (39,1 %). Mehr als 10 % der Teilstichprobe beschrieben die WEA-Ge­räusche als Rauschen (76,4 %), Wummern (72,7 %), Summen (23,6 %) und Brummen (18,2 %). Am häufigsten traten die Belästigungen bei Westwind auf (68,2 %) – die lokale Hauptwindrichtung – sowie bei feuchtem Wetter (30,9 %) und Frost (13,6 %).

Die Anzahl der Teilnehmer, die eine typische Geräuschsitua­tion angaben, verringerte sich von 2012 zu 2014 deutlich um rund 22 % auf 29,3 %. Das Muster der Geräuschstörungen blieb vergleichbar.

Wirkungen der Geräuschimmissionen auf Anwohner

Globale Wirkung der WEA-Geräusche

Die mittel- und stark Belästigten schätzten 2012 WEA-Ge­räusche deutlich negativer ein als die anderen Gruppen

Bild 3 Globale Wirkung der WEA-Geräusche (2012, M ± SEM, Skala-3 bis +3).

Bild 3 Globale Wirkung der WEA-Geräusche (2012, M ± SEM, Skala-3 bis +3).

(Bild 3, mittlere oder große Effektstärken), die stark Belästigten zudem überwiegend negativer als die mittelstark Belästigten (mittlere Effektstärken). Bedeutsame Veränderungen von 2012 zu 2014 zeigten sich nur in der Gruppe ohne Belästigung, die die Ge­räusche 2014 etwas weniger friedlich und harmlos einschätzte (mittlere Effektstärken).

Psychische und körperliche Symptome

Nur wenige Teilnehmer (9,9 %) berichteten psychische oder körperliche Symptome, die sie auf die WEA-Geräusche zurückführten und mindestens einmal im Monat erlebten (Tabelle 1).

Tabelle 1 Prozentsätze der mindestens einmal pro Monat durch WEA-Geräusche oder Verkehrslärm ausgelösten Symp­tome.

Tabelle 1 Prozentsätze der mindestens einmal pro Monat durch WEA-Geräusche oder Verkehrslärm ausgelösten Symp­tome.

Zur zweiten Befragung im Jahr 2014 nahm dieser Anteil auf 6,8 % ab. Während die betroffenen Personen 2012 durchschnittlich noch zwölf Symptome (M = 12,33, SD = 8,03) schilderten, waren es 2014 deutlich weniger (M = 3,00, SD = 1,94). Zudem schätzten die stark Belästigten ihren allgemeinen Gesundheitszustand 2014 leicht besser ein (2012: M = 2,00, SD = 0,71; 2014: M = 2,59, SD = 1,06; mittlere Effektstärke). Die geschilderten Symptome bezogen sich auf die allgemeine Leistungsfähigkeit, Emotion und Stimmung sowie den Schlaf. Von 2012 zu 2014 nahmen Schlafprobleme ab, Symptome gestörter Leistungsfähigkeit traten nicht mehr auf. Anzumerken ist, dass die Gruppe der stark Belästigten nicht stärker vorbelastet war durch akute oder chronische Erkrankungen als die anderen Gruppen.

Bei nur wenigen Teilnehmern zeigten sich Hinweise auf tieffrequente WEA-Schallwirkung (< 100 Hz): Durch die WEA bedingte Druckgefühle nahmen im Jahr 2012 8,5 % wahr, Vibrationen im Körper 6,1 %. Dieser Anteil nahm über den Unter­suchungszeitraum hinweg zudem ab (6,8 bzw. 3,8 %). Die erlebte Belästigung lag im mittleren Bereich (2012: M = 2,17, SD = 0,86 bzw. M = 1,85, SD = 1,07; 2014: M = 2,00, SD = 1,12 bzw. M = 2,40, SD = 1,52). Das Symptom „Schwindel“ wurde nicht beobachtet. Damit liegt kein Hinweis auf eine negative vegetative Wirkung tieffrequenter Geräusche vor [25].

Um die Stresseffekte angemessen bewerten zu können, wurden WEA-Geräusche mit Verkehrslärm verglichen: Mehr Teilnehmer erlebten Symptome durch Verkehrslärm (15,8 %) als durch WEA-Geräusche; nur drei Personen hatten 2014 durch beide Quellen Beschwerden. Rund ein Drittel (34,9 %) der Befragten war 2014 mittelstark durch Verkehrslärm belästigt, 21,2 % durch die WEA. Die Symptommuster für WEA-Geräusche (2012) und Verkehrslärm (2014) sind sehr ähnlich (Tabelle 1).

Analyse der Beschwerdebogen und Audioaufzeichnungen

In die Analyse gingen 95 Beschwerdebogen von elf sowie 28 auswertbare Schallaufzeichnungen von zwei Teilnehmern ein. Fast alle Aufzeichnungen wurden spätabends oder nachts gemacht. Zusätzlich einbezogen wurden in diese Analyse WEA- Betriebsdaten, Messungen zur Windrichtung und -geschwindigkeit auf Nabenhöhe sowie zusätzlich in 10 m Höhe bei einem Anwohner (für den ausführlichen Bericht siehe DEWI-RS14–00017–01 [26]).

Es zeigte sich eine Beschwerdehäufigkeit bei der Hauptwindrichtung (Südwest), mittleren Windgeschwindigkeiten in Nabenhöhe von 6 bis 9 m/s sowie eine nur leichte Tendenz zu Belästigung bei Mitwindbedingungen, wenn der Wind genau aus Richtung des Windparks kommt. Die Beschwerden betrafen überwiegend die Nachtzeit und frühen Morgenstunden (83 %), gehäuft in der Zeit von 0 bis 3 Uhr. Diese hohe Zahl nächtlicher Beschwerden dürfte sich damit erklären lassen, dass nachts eine Maskierung der WEA-Geräusche durch Verkehrslärm nicht zu erwarten ist, da Wilstedt fernab von Hauptverkehrswegen liegt. Tritt in der Nacht nur wenig Verkehrslärm auf, werden weniger Geräusche verdeckt und auch relativ schwache WEA-Geräusche besser wahrnehmbar.

Nach den vorliegenden Ergebnissen sind für die Beschwerden weder die Lautheit des breitbandigen WEA-Geräuschs noch die Ton- oder Impulshaltigkeit verantwortlich. Denn in den Beschwerdebogen wurden die WEA-Geräusche überwiegend als ungleichmäßig und in der Lautstärke schwankend charakterisiert (71,6 % pulsierendes Rauschen). Es handelt sich um Lautheitsschwankungen mit der Frequenz der drehenden Rotor­blätter. Die Geräuschveränderungen werden wahrgenommen und den rotierenden Rotorblättern direkt zugeordnet. Diese Geräuschcharakteristik wird Amplitudenmodulation (AM) genannt. Die qualitative und quantitative Analyse der AM – mit vom DEWI neu entwickelten Algorithmen [27] – fand anhand von Schallaufzeichnungen als lästig empfundener Geräusche statt.

Bild 4 Modulationszeitverlauf mit starker Modulation über lange Zeit.

Bild 4 Modulationszeitverlauf mit starker Modulation über lange Zeit.

 

Bild 5 Modulationszeitverlauf mit sporadisch auftretender Modulation.

Bild 5 Modulationszeitverlauf mit sporadisch auftretender Modulation.

Beispiele zeigen die Bilder 4 und 5 mit AM über Minuten bzw. sporadisch auftretenden AM von Sekundendauer. Das Analyseverfahren wird in [26] im Detail beschrieben. Der erste Algorithmus erhält lediglich durch die A-Filterung eine psychoakustische Bewertung, berechnet jedoch sonst die rein physikalische Modulationstiefe ΔL in dB. Definiert ist diese Messgröße als die Differenz zwischen dem Spitzen- und darauffolgendem Talwert eines Pegelzeitverlaufs (blaue Linie). Der zweite Algorithmus berechnet die rein psychoakustische Größe der Lautheitsschwankung F*, die der von Zwicker und Fastl entwickelten Schwankungsstärke F stark ähnelt (grüne Linie).

Der am stärksten modulierte Frequenzbereich lag bei etwa 160 bis 200 Hz. Damit wird deutlich, dass es sich bei dem störenden Geräusch nicht um Infraschall handeln kann, dessen Frequenz bei 20 Hz und weniger liegt [25]. Die AM trat im WEA-Drehzahlbereich von 14 bis 18 U/min und im Mittel bei 16,2 U/min auf. Die höchste Modulationstiefe ΔL war ebenfalls im mittleren Bereich zu finden. Daraus ist zu schließen, dass die immissionsrelevante maximale Modulation kurz vor der Nenndrehzahl der WEA auftrat. Die stärksten Modulationen waren in den Nachtstunden zu finden. Ob das tendenziell nachts flachere Windprofil zu stärkerer Modulation führt, sollte in weitergehenden Studien geklärt werden. Ein bedeutsamer Zusammenhang zwischen der Stärke der AM und der Windrichtung konnte nicht gezeigt werden. Die meisten AM waren bei Windgeschwindigkeiten in Nabenhöhe zwischen 6 bis 9,5 m/s zu finden.

Die AM lässt sich heranziehen, um die Lästigkeit von WEA-Geräuschen zu erklären (Bild 6).

Bild 6 Ansatz zur Erklärung der Lästigkeit von AM.

Bild 6 Ansatz zur Erklärung der Lästigkeit von AM.

Die kurzzeitigen Lautheitsschwankungen ziehen Aufmerksamkeit auf sich, da sie unregelmäßig und unerwartet auftreten. Sie können als Alarm- bzw. Orientierungssignal wirken und dadurch Ablenkung und erhöhte Aufmerksamkeit verursachen.

Moderatoren der Belästigung

In der aktuellen Debatte werden immer wieder feste Abstandsregelungen gefordert. Entgegen den in der Debatte vorgebrachten Behauptungen über den Zusammenhang zwischen Abstand und Belästigung fiel der Zusammenhang zwischen der Belästigung durch WEA-Geräusche und dem Abstand zur nächsten WEA sowie dem vom DEWI geschätzten, A-gewichteten Leq-Schalldruckpegel nach ISO 9613-2 ([22]; Tabelle 2) unbedeutend aus (M = 29,29 dB(A), SD = 2,58, Minimum = 23,10, Maximum = 36,40). Unbedeutend war ebenfalls der Zusammenhang zwischen der Geräuschbelästigung und den folgenden Variablen: allgemeiner Gesundheitszustand, Lärmempfindlichkeit, emotionale Labilität, Alter und Zufriedenheit mit Beteiligungsmöglichkeiten. Frauen empfanden die WEA-Geräusche etwas lästiger als Männer (M = 1,80, SD = 1,27 versus M = 1,36, SD = 1,25, kleine Effektstärke).

Tabelle 2 Moderatoren (Pearson-Korrelationen mit WEA-Geräuschbelästigung insgesamt; 2012).

Tabelle 2 Moderatoren (Pearson-Korrelationen mit WEA-Geräuschbelästigung insgesamt; 2012).

Nur für wenige Faktoren zeigte sich ein bedeutsamer Zusammenhang (r > l,30l):

1. Mit der Anzahl gesehener WEA stieg die Geräuschbelästigung an.

2. Je stärker die Planungs- und Bauphase als belastend empfunden wurde und je weniger die Planung als den eigenen Interessen bzw. Gemeindeinteressen gerecht geworden empfunden wurde, desto stärker war die Geräuschbelästigung.

3. Es gab zudem eine deutlich negative Korrelation zwischen der globalen Einstellung zum Windpark und der Geräuschbelästigung – je positiver die Einstellung, desto geringer die Belästigung.

Erprobung einer Geräuschminderungsmaßnahme

Ab September 2013 wurde für ein halbes Jahr ein veränderter Betriebsmodus mit dem Ziel erprobt, die WEA-Geräusche zu mindern. Dazu wurde der sog. Enercon Betriebsmodus IV unterschiedlich eingesetzt: Im monatlichen Wechsel liefen nachts zwischen 22 und 2 Uhr bei Windgeschwindigkeiten von 0 bis 8,5 m/s auf Nabenhöhe, drei der insgesamt neun, alle neun oder keine WEA des Windparks in diesem Modus. Die Abfolge war weder den Anwohnern noch den Interviewern bekannt (doppelblindes Vorgehen).

Bekanntheit der Maßnahme

In der abschließenden Befragung gaben 2014 rund zwei Drittel (65,9 %) der insgesamt Befragten an, ihnen sei die Durchführung der Geräuschminderungsmaßnahme bekannt gewesen.

Bewertung der Maßnahme

Nur 12,8 % der Befragten nahmen infolge der Maßnahme Veränderungen im Befinden und Verhalten wahr. Wegen der geringen Anzahl ist ein Vergleich der Belästigungsgruppen hier nicht möglich. Insgesamt wurde die Maßnahme als geringfügig wirksam (M = 0,30, SD = 1,62) und belästigungsreduzierend (M = 0,53, SD = 1,01), gering bis mittelmäßig angemessen (M = 1,73, SD = 1,55) und sinnvoll (M = 1,78, SD = 1,56) beurteilt. Trotz der geringen Wirksamkeit wurde sie allerdings mittelstark als wünschenswert (M = 1,97, SD = 1,50) eingeschätzt.

Häufigkeit der Geräuschbelästigung

Um mögliche Wirkungen der Geräuschminderungsmaßnahme differenziert erfassen zu können, wurden bereits während der sechsmonatigen Erprobung 42 mittel- und stark belästigte Anwohner zweiwöchentlich zur Häufigkeit der Belästigung befragt. Ein Einfluss der Minderungsmaßnahme auf die Geräuschbelästigung konnte nicht nachgewiesen werden (Bild 7).

Bild 7 Häufigkeit der WEA-Geräuschbelästigung bei Tag und Nacht – Modus IV (M ± SEM).

Bild 7 Häufigkeit der WEA-Geräuschbelästigung bei Tag und Nacht – Modus IV (M ± SEM).

Bei einer Wirksamkeit hätte sich ein klarer Unterschied zwischen Tag- und Nachtwerten zeigen müssen, da der Modus IV nur in der Nacht aktiv war; die mittleren Belästigungswerte in der Nacht hätten also deutlich kleiner sein müssen als die Tagwerte. Ebenso hätten deutliche Unterschiede zwischen den Bedingungen „sämtliche 9 WEA“ und keine WEA in Modus IV auftreten sollen, diese unterschieden sich aber nicht statistisch bedeutsam. Entgegen der Erwartung war die Belästigungshäufigkeit unter der Bedingung „3 WEA“ signifikant größer als unter den Bedingungen „0 WEA“ und „9 WEA“ (Bild 7).

Bild 8 Mittlere Windgeschwindigkeit bei Tag und Nacht – Modus IV (in m/s, Messung in 4 m Höhe im Ort; Messstation: TFA Dostmann Primus).

Bild 8 Mittlere Windgeschwindigkeit bei Tag und Nacht – Modus IV (in m/s, Messung in 4 m Höhe im Ort; Messstation: TFA Dostmann Primus).

Betrachtet man die Windgeschwindigkeiten bei Tag und Nacht (Bild 8), fällt auf, dass das Ergebnismuster nahezu mit dem der Belästigungshäufigkeiten identisch ist. Ebenfalls bestand ein starker Zusammenhang zwischen der Belästigungshäufigkeit und Windgeschwindigkeit (Tag: r = 0,60; Nacht: r = 0,59). Dementsprechend scheint die Belästigungshäufigkeit eher von der Windgeschwindigkeit abzuhängen als vom Modus IV.

Abschließend wurden alle Befragten gebeten, den Einsatz einer Dauermessstation und die Anwendung psychologischer Bewältigungstechniken zu bewerten. Die Einrichtung einer Dauermessstation wurde mittelstark positiv bewertet (M = 1,80, SD = 1,53), von den drei Belästigungsgruppen deutlich positiver als von den Nicht-Belästigten (mittlere bzw. große Effektstärken). Psychologische Bewältigungstechniken zu erlernen, um die Belästigung durch WEA-Geräusche zu verringern, wurde insgesamt schwach positiv eingeschätzt (M = 1,28, SD = 1,63), am wenigsten von den stark Belästigten (M = – 0,05, SD = 2,33; große Effektstärke des Unterschieds zu den Nicht-Belästigten, M = 1,98, SD = 1,33). Die Bereitschaft, diese Verfahren zu lernen, um so die erlebte Geräuschbelästigung vermindern zu können, war insgesamt mittelstark ausgeprägt (M = 1,95, SD = 1,53) – wiederum nahm die Bereitschaft mit steigender Belästigung ab. So war die Bereitschaft bei den stark Belästigten nur gering, bei den Nicht-Belästigten dagegen mittelstark ausgeprägt (M = 1,22, SD = 1,52 versus M = 2,29, SD = 1,59; mittlere Effektstärke).

Verallgemeinerbarkeit der Ergebnisse

Um die Verallgemeinerbarkeit der Ergebnisse einschätzen zu können, wurden die Anwohner des Windpark Wilstedt mit denen von 13 Windparks verglichen, die bundesweit in einer vorhergehenden Studie befragt werden konnten [2; 19]. Sowohl die Wilstedter als auch die bundesweiten Anwohner schätzen die erfassten WEA-Emissionen insgesamt als sehr gering bis mittelstark ein (Bild 9).

Bild 9 Belästigung durch WEA-Emissionen der Wilstedter Stichprobe im Vergleich (M ± SEM, Skala 0 bis 4, * p < 0,05).

Bild 9 Belästigung durch WEA-Emissionen der Wilstedter Stichprobe im Vergleich (M ± SEM, Skala 0 bis 4, * p < 0,05).

Bezüglich der WEA-Geräuschbelästigung unterschieden sich die beiden Gruppen statistisch nicht bedeutsam. Die anderen Emissionen waren für die Wilstedter gering­fügig bis etwas weniger belästigend als für die bundesweite Stichprobe (kleine oder mittlere Effektstärken). Wiederum ist anzumerken, dass sich in beiden Stichproben keine bedeutsamen Zusammenhänge zwischen der Belästigung durch die verschiedenen Emissionsquellen und dem Abstand zur nächsten WEA (alle r < l,25l)fanden.

Bei beiden Befragungen gab es eine vergleichbare Verteilung der Geschlechter, durchschnittlich waren die bundesweit befragten Anwohner vier Jahre jünger als die Wilstedt-Anwohner. Die Differenz ist jedoch zu klein, um die Validität der Interpretation der beschriebenen Gruppenunterschiede zu gefährden. Der Vergleich zeigt, dass Wilstedt bezüglich der Geräuschbelästigung ein typischer Fall ist und somit die Ergebnisse verallgemeinerbar sind. Die anderen WEA-Emissionsquellen wurden in Wilstedt positiver bewertet als in der Vergleichsstichprobe. Die Wilstedter Ergebnisse zu diesen anderen Quellen sollten also nicht verallgemeinert werden.

Diskussion und Empfehlungen

Mit der vorliegenden Studie wurden die Wirkungen von WEA-Geräuschen auf das Erleben und Verhalten von Windpark-Anwohnern erstmals umfassend und differenziert mit einem inter- und transdisziplinären Ansatz analysiert. Zudem ist sie die weltweit erste Untersuchung, die über eine einmalige Erhebung hinaus Stresseffekte durch WEA im zeitlichen Verlauf von zwei Jahren abbildet. Kombiniert wurden dazu sozial-, stresspsychologische und akustische Ansätze, die Auswertung von Betriebsdaten der WEA sowie eine Variation des Betriebsmodus. Diese Variation des Betriebsmodus ist neben einer Pilotstudie [28] das zweite Feldexperiment, in dem überhaupt eine Geräuschminderungsmaßnahme systematisch evaluiert wurde.

Die Ergebnisse weisen nur für einen relativ geringen Prozentsatz der Anwohner eine starke Belästigung auf, der zudem im Verlauf der Untersuchung abnahm: Insgesamt ein Zehntel (9,9 %) war im Jahr 2012 stark belästigt, zwei Jahre später 6,8 %. Die WEA waren aber keinesfalls die stärkste lokale Lärmquelle – als störender erwies sich der örtliche Verkehrslärm, der 15,8 % stark belästigte. Wer zu diesen Gruppen stark Belästigter gehört, fühlte sich allerdings nicht nur mindestens mittelmäßig belästigt, sondern wies zudem Stresssymptome auf. WEA wie Verkehr führten zu einem vergleichbaren Symptommuster, das typisch ist für Lärmwirkungen (Minderung der Leistungsfähigkeit, Konzentration sowie Auftreten von Gereiztheit/Ärger, negativer Stimmung und gestörtem Schlaf; [29]). Ein vergleichbares Muster zeigte sich bereits in einer früheren Studien zur Stresswirkung des Schattenwurfs von WEA und deren Geräuschwirkung [7]. Bezogen auf den gestörten Schlaf fand sich mit 4 bis 6 % ein vergleichbar hoher Prozentsatz in der großen niederländischen Studie von Bakker und Kollegen – in dieser Studie zeigte sich ebenfalls mit 15 % ein vergleichbar hoher Prozentsatz von Symptomträgern aufgrund von Verkehr- und Maschinenlärm [30]. Dieser Vergleich spricht für die Verallgemeinerbarkeit der Ergebnisse. Dass die vorliegenden Ergebnisse keinen Sonderfall darstellen, belegt zusätzlich der Vergleich mit einer bundesweiten Stichprobe aus Anwohnern von 13 Windparks [2; 19]. Die vorliegenden Ergebnisse lassen also eine Verallgemeinerung zu.

Um besser als bisher zu verstehen, warum sich Anwohner mehr oder weniger stark durch die Emissionen der WEA belästigt fühlen, wurden die Anwohner in Untergruppen eingeteilt, je nach Wahrnehmung und Ausmaß der Belästigung. Die stark Belästigten zeigten im Vergleich zu allen anderen Gruppen die stärksten Stresswirkungen durch die WEA-Geräusche. Es ist zu vermuten, dass die Belastung in der Planungsphase des Windparks begann und aufrechterhalten blieb. Diese Annahme wird gestützt durch die Befunde, dass diese Gruppe eine stärke Belastung durch die Planungs-, Genehmigungs- und Bauphase sowie den Streit um den Windpark aufwies und 75 % von ihnen in der Vergangenheit aktiv oder passiv gegen den Windpark waren. Dringlich zu empfehlen ist, die Planungs- und Bauphase möglichst positiv zu gestalten. Dazu sei an dieser Stelle auf die positiven Erfahrungen mit insbesondere der frühzeitigen informellen Anwohnerbeteiligung verwiesen.

Auch informelle Beteiligung führt nicht zu hundertprozentigen Erfolgen. Aber ohne ernsthafte Beteiligung dürften zusätz­liche Probleme wahrscheinlicher werden. Eine immer wiederkehrende Anwohnersorge betrifft die Geräuschwirkung der WEA. In Wilstedt wurde auf Anwohnerbeschwerden mit dieser Begleitstudie reagiert, deren Umsetzung und Ergebnisse auch zu einem Rückgang der Belästigung geführt haben dürften. So zeigten sich zwar im Untersuchungsverlauf von 2012 zu 2014 nur wenige Veränderungen in den Einschätzungen: Bei den mittelstark Belästigten nahm die Geräuschbelästigung geringfügig ab. Als beutende Veränderungen sind aber die Verringerung des Prozentsatzes von Anwohnern mit Geräuschsymptomen von 10 auf 7 % und der Rückgang der mittleren Anzahl der Symptome von zwölf auf drei zu werten. Die positiven Veränderungen führen wir – auch nach Gesprächen mit einigen Beschwerdeführern – darauf zurück, dass die Anwohner die Untersuchung und das Vorgehen begrüßten, es tatkräftig unterstützten und somit involviert waren. So zeichneten die Anwohner selbstständig die störenden Geräusche auf, die wir anschließend analysierten. Über Zwischenergebnisse informierten wir offen (Bürgerversammlung, Brief mit Ergebnisdarstellung) und plausible Erklärungen für die Geräuschbelästigung wurden angeboten und gemeinsam diskutiert (z. B. Amplitudenmodulation). Diese Beteiligung am Forschungsprozess mag zu den positiven Veränderungen beigetragen haben, denn die gemeinsam ermittelten Ergebnisse konnten Unsicherheiten und Interpretationsspielräume reduzieren und so wahrscheinlich indirekt die Geräuschbelästigung etwas mindern.

Für den in politischen Debatten immer wieder behaupteten Zusammenhang zwischen der Belästigung oder Akzeptanz von WEA und dem Abstand zum Wohnraum bietet die Studie keinerlei empirische Evidenz: Das Ausmaß der Geräuschbelästigung war nicht abhängig vom Abstand zu den WEA und dem geschätzten Schallpegel. Auch in den Studien von [2; 7; 31] war die Lästigkeit unabhängig vom Abstand. Dies deutet daraufhin, dass die bestehenden Immissionsschutzrichtlinien wirksam sind. Diese legen die Grenzen für zulässige Geräuschpegel fest, aus dem sich u. a. der einzuhaltende Abstand ergibt. Einen wichtigen Hinweis zur Problemanalyse erbrachte hingegen die akus­tische Analyse der störenden Geräusche, die die Anwohner aufgenommen hatten: Eine Ursache der Geräuschbelästigung dürfte die Amplitudenmodulation (AM) sein, die die Entstehung bestimmter lästiger Geräuschmuster erklärt. Denn es ist plausibel, dass kurzzeitig auftretende Amplitudenänderungen die Aufmerksamkeit auf sich ziehen und somit aktuelles Verhalten stören können. Die Forschung hierzu sollte vertieft werden, um den Wirkmechanismus besser zu verstehen und technische Lösungsansätze zu entwickeln. Die in Wilstedt erprobte Veränderung des Betriebsmodus führte leider nicht zu dem Ziel, störende WEA-Geräusche zu vermindern. Aber auch wenn nur eine Minderheit der Anwohner stark durch WEA-Geräusche belästigt ist, sollten in weiteren Studien andere Maßnahmen, wie z. B. der Einsatz von gezackten Blattprofilen, erprobt werden.

Deutlich wurde, dass es nachweisbare störende Geräusche gibt, die aus akustischer Sicht mit der AM zusammenhängen, jedoch nicht mit Infraschall. Mit weiteren Studien zur AM von WEA-Geräuschen sollte die Datenbasis erweitert werden. Dazu sollte eine zu entwickelnde Langzeitmessstation eingesetzt werden, die kontinuierlich WEA-Schall und die Beschwerden der Anwohner aufzeichnet. Das Beispiel Wilstedt zeigt, dass Akzeptanz für wohnhausnahe Messstationen besteht, wenn sie der Problemlösung dienen.

Parallel zur Schallerfassung sollten WEA-Daten und das Windgeschwindigkeitsprofil (LIDAR) hoch aufgelöst erfasst werden, um die Entstehungsmechanismen von AM besser zu verstehen und z. B. zu prüfen, ob die AM vom Windprofil abhängig ist. Ein weiterer interessanter Aspekt ist das Zusammenspiel der WEA in einem Windpark bei den sporadisch kurzen Modulations­perioden. Offen ist z. B. die Frage, ob die AM durch den turbulenten Nachlauf oder das Zusammenspiel von mehreren WEA begünstigt wird. Aus der Zusammenschau von Meteorologie-, WEA- und Schalldaten können Erkenntnisse zur Entstehung von AM und mögliche Minderungskonzepte abgeleitet werden.

Wesentlich ist, dass der Erfolg von Minderungsstrategien nachweisbar wird. Dazu ist die Messbarkeit von AM mit einem adäquaten Bewertungswerkzeug eine Grundvoraussetzung. Der hier eingesetzte Algorithmus kann noch verbessert werden, da beispielsweise momentan nur die sinusförmige Modulation berücksichtigt wird. Zur Validierung z. B. der Bewertung von nicht sinusförmigen Modulationen und bei anderen Werkzeugmodifikationen in Richtung hin zu einem AM-Bewertungsstandard, sollten Hörversuche durchgeführt werden.

Insgesamt erscheint es vielversprechend, den hier präsentierten Forschungsansatz fortzuentwickeln, um den psychischen und akustischen Ursachen sowie deren Zusammenwirken bei der Entstehung und Aufrechterhaltung der WEA-Geräusch­belästigung noch differenzierter zu verstehen. In Replikationsstudien gilt es weiter aufzuklären, warum manche Personen stark durch WEA-Geräusche belästigt sind und andere nicht – auch im Vergleich zum Verkehrslärm. Die Langzeiteffekte sind ebenfalls weiter zu erkunden, z. B. ob und unter welchen Bedingungen es zu einer Gewöhnung oder Sensitivierung kommt. Um dem Einfluss auf den Schlaf genauer nachzugehen, wäre der Einsatz der Methode des ambulanten Schlafmonitorings nützlich. Denkbar wäre auch, die Forschung um seismologische Unter­suchungen zu ergänzen, um die Übertragung tieffrequenten Schalls (< 100 Hz) durch Bodenschichten aufzuklären. Zwar erbrachten die Aussagen der Wilstedter-Stichprobe keine Hinweise auf Symptome, die auf tieffrequenten Schall hindeuten würden. Um den Bedenken der WEA-Gegner nachzugehen, empfiehlt sich dennoch eine weitere Untersuchung tieffrequenten Schalls von WEA. Vorschläge hierzu wurden in der Machbarkeitsstudie des Umweltbundesamtes dargelegt [25]. Insgesamt erscheinen die Einrichtung einer Dauermessstation für WEA-Geräusche sowie weitere Studien zur Wirkung auf Anwohner sinnvoll, im Sinne eines Homo Sapiens Monitorings. Sie wird von den Wissenschaftlern empfohlen und den Anwohnern befürwortet.

Abschließend ist festzuhalten, dass mithilfe des hier vorgestellten Forschungsparadigmas stark belästigte Personen und Erklärungsansätze für Belästigungsursachen identifiziert werden können. Dieser Ansatz ergänzt die bisherige Forschung, die eher epidemiologisch angelegt war (z. B. [4; 5]).

Die wichtigste, sofort umsetzbare Empfehlung ist, die Planungs- und Bauphase für die Anwohner vonseiten der Betreiber und Behörden positiv zu gestalten, um präventiv die Wahrscheinlichkeit für Beschwerden nach Errichtung des Windparks zu verringern. Dazu gehört auch, die Anwohner frühzeitig informell zu beteiligen und ihren Bedenken gerecht zu werden. Wenngleich mehr Anwohner durch Verkehrslärm als durch WEA stark belästigt sein dürften, ist eine weitere Verbesserung der WEA-Technologie wünschenswert. Denn auch die vorliegende Studie zeigt – Anwohner sind nicht nur zur Windenergie allgemein, sondern auch vor Ort positiv eingestellt, wenn sie nachhaltig entwickelt wird.

Danksagung und Hinweis

Das Forschungsprojekt wurde von der Deutschen Bundes­stiftung Umwelt (DBU) von 2011 bis 2014 gefördert (Az 28754). Die wpd windmanager GmbH & Co. KG förderte die akustischen Messungen und Analysen durch das DEWI – UL International GmbH. Der vollständige Abschlussbericht kann unter www.dbu.de/OPAC/fp/DBU-Abschlussbericht- AZ-28754.pdf heruntergeladen werden. Der Bericht des DEWI (RS14-00017-01) zur akustischen Analyse ist erhältlich unter https://www.dewi.de.

Literatur

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Von Johannes Pohl, Halle (Saale), Joachim Gabriel, Wilhelmshaven und Gundula Hübner, Halle (Saale), Hamburg

Dr. Johannes Pohl, Institut für Psychologie der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg, Arbeitsgruppe Gesundheits- und Umweltpsychologie, Halle (Saale), Joachim Gabriel, DEWI – UL International GmbH,Wilhelmshaven, Prof. Dr. Gundula Hübner, Institut für Psychologie der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg, AG Gesundheits- und Umweltpsychologie, Halle (Saale) und MSH Medical School Hamburg.

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