28.500 masten met wieken staan vast in Duitse velden. Elke dag zouden er gemiddeld vier tot vijf windturbines bij moeten komen als Duitsland zijn klimaatdoelstellingen wil halen: In 2030 moet 80 procent van de elektriciteit uit hernieuwbare bronnen komen. Windturbines zijn enorme stalen constructies, de nieuwste meer dan 200 meter hoog, maar eigenlijk functioneren ze als de tere zaadjes van een esdoorn.
Duitsland heeft meer windenergie en stillere turbines nodig. De rustige vlucht van de kerkuil kan als voorbeeld dienen. De rotorbladen van windturbines hebben dezelfde vorm als de vleugels van de uil.
28.500 zuilen met vleugels zitten vast in Duitse velden. Elke dag zouden er gemiddeld vier tot vijf windturbines bij moeten komen om de klimaatdoelstellingen van Duitsland te halen: In 2030 moet 80 procent van de elektriciteit uit hernieuwbare bronnen komen.
Windturbines zijn enorme stalen constructies, de nieuwste meer dan 200 meter hoog, maar in principe functioneren ze als de tere zaden van een esdoorn. Wanneer de gevleugelde vruchtblaadjes vallen om zo ver mogelijk weg een nieuwe boom te planten, draaien ze door de lucht als kleine tornado’s, de weg van de minste weerstand volgend. Maar omdat windturbines hoog in de lucht te maken hebben met veel sterkere stromingen, zijn hun rotorbladen niet plat zoals esdoornzaden, maar hebben ze de vorm van vleugels. En ze zijn ook niet stil.
HOOG GELUIDSNIVEAU
Het meeste lawaai wordt gegenereerd aan de achterranden van de rotorbladen, omdat de luchtstroom hier abrupt afbreekt. Hoe groter en sneller het blad, hoe harder. Een gemiddelde windturbine produceert geluid tussen 90 en 100 decibel, ongeveer hetzelfde als op de dansvloer van een club. In een aangrenzende, “algemene woonwijk” met een mix van woningen en commerciële gebouwen mag overdag 55 decibel en ’s nachts 45 decibel worden toegelaten om de schadelijke effecten van lawaai binnen de perken te houden – hoewel de WHO zelfs overdag 45 decibel aanbeveelt. Dat is iets meer dan koelkastgeluid. Vanwege de limieten moeten windturbines ’s nachts in een geluidsarme modus draaien, waardoor ze minder energie opwekken dan ze eigenlijk zouden kunnen. Volgens fabrikant Siemens Gamesa vermindert elke decibel minder de jaarlijkse energieproductie met ongeveer 2 tot 4 procent. Met andere woorden, als turbines minder lawaai maken, worden ze efficiënter omdat ze vaker op volle kracht kunnen draaien.
Kerkuilen daarentegen slingeren geruisloos door de lucht. Mensen horen ze alleen op een afstand van iets minder dan een meter. Een vederkam van kleine haakjes aan de voorkant van hun vleugels verbetert de luchtstroom, terwijl franjes aan de achterkant de druk egaliseren en het geluid verminderen. Hierdoor kunnen ze hun prooi ongemerkt benaderen.
SPIKES TEGEN HET LAWAAI
De rotorbladen kregen dus ook kleine spikes gebaseerd op het uilenmodel, de eerste al aan het begin van de jaren 2000. Siemens Gamesa voegde later franjes toe. Ze zijn nu de standaard in de industrie en oude turbines worden achteraf aangepast, zegt Franz Mühle, die onderzoek doet naar windenergie aan de Technische Universiteit van München. De combinatie van kammen en randen kan het geluidsniveau met 2 tot 3 decibel verminderen. Dat klinkt op het eerste gezicht niet veel. Maar: “Als het gaat om waargenomen geluid, is het effect enorm: zelfs 3 decibel minder halveert de geluidsenergie en is duidelijk waarneembaar.”
Het potentieel van dergelijke “vertandingen” (in elkaar grijpen) lijkt groot. De Canadese start-up Biome Renewables adverteert bijvoorbeeld met een geluidsreductie van 8 decibel. Hiervoor combineert het de kammen-frankenstructuur met “destructieve interferentie”, een natuurkundig principe waarbij hoge of lage geluidsgolven tegengestelde golven ontmoeten en elkaar opheffen. “We zeggen altijd dat het is als een ruisonderdrukkende hoofdtelefoon voor windturbines. Er zit dezelfde natuurkunde achter,” aldus oprichter Ryan Church. Tot nu toe is de technologie echter alleen getest in windtunnels; buiten zal de waarde waarschijnlijk minder zijn. Mill legt uit: “Je kunt niet 9 hele turbines meten in windtunnels, je kunt alleen individuele bladprofielen meten.” Andere geluiden, zoals van de generator, kunnen de meetresultaten sterk beïnvloeden.
Naast uilen is Church geïnteresseerd in de aerodynamica van esdoornpitten en ijsvogels, die nauwelijks een plons maken als ze in het water duiken. De vorm van hun snavels vormde al de inspiratie voor de Japanse hogesnelheidstrein Shinkansen. Geïnspireerd door de ijsvogel, die water op een gecontroleerde manier om zich heen leidt vanaf de punt van zijn snavel, plant Church aanpassingen voor het midden van een windturbine, het rotorblad. Het idee is echter nog niet getest en Mühle betwijfelt of de materiaalkosten de moeite waard zullen zijn. Drie gebogen bladen zijn ontworpen om de luchtstroom weg te leiden van het centrum en naar de grote rotoren om de energieproductie te verhogen. Gevormd als esdoornzaden die dansen met de wind.
Bron: The Good Impact & Het Groene Podium.
