Windturbinen sind nicht nur beeindruckende Ingenieurleistungen, sondern auch faszinierende Objekte der akustischen Forschung. Ein entscheidender Aspekt sind die gezackten Kanten der Rotorblätter, die nicht nur ästhetische Gründe haben, sondern auch eine funktionale Bedeutung: Sie tragen zur Reduzierung des Geräuschpegels bei und erhöhen die Effizienz der Turbinen.
Die meisten Menschen erleben Windturbinen aus der Ferne, wo sie wie gigantische, anmutige Strukturen erscheinen, die sanft im Wind drehen. Näher betrachtet, offenbart sich die beeindruckende Größe dieser Maschinen: Typische onshore Windturbinen erreichen eine Höhe von etwa 90 Metern, was der Höhe der Freiheitsstatue (inklusive Sockel) entspricht. Bei den größten Modellen kann die Gesamthöhe, einschließlich der Rotoren, 180 Meter überschreiten. Die Rotorblätter selbst können länger als ein Fußballfeld sein, mit einer Spannweite von über 130 Metern. Solche kolossalen Maschinen erzeugen naturgemäß Geräusche.
Die Geräuschentwicklung von Windturbinen umfasst verschiedene Arten, darunter Breitbandgeräusche, die an Weißrauschen erinnern, tonale Geräusche von Generatoren und mechanischen Teilen sowie infrasonisches Geräusch. Während die meisten Menschen mit Ultraschall vertraut sind, ist infrasonisches Geräusch weniger bekannt. Diese niederfrequenten Schallwellen liegen unter 20 Hz und sind für das menschliche Ohr nicht hörbar, können jedoch in bestimmten Situationen spürbar werden und strukturelle Probleme wie vibrierende Fenster verursachen.
Die gezackten Kanten der Rotorblätter wurden speziell entwickelt, um die Geräuschentwicklung zu minimieren. Diese Konstruktion ermöglicht es der Turbine, auch während der Nacht, wenn andere Turbinen in den Geräuschreduktionsmodus wechseln müssen, mit maximaler Effizienz zu arbeiten. Wissenschaftliche Untersuchungen belegen, dass die gezackten Ränder effektiv dazu beitragen, den Schall zu dämpfen.
Die Wissenschaft hinter den gezackten Rotoren
Um das Geräuschniveau von Windturbinen zu senken, ist es wichtig zu verstehen, wie das tiefgrummelnde Geräusch entsteht. Es entsteht, wenn Luft über die scharfen Kanten der Rotorblätter strömt. Glatte Kanten erzeugen Wirbel oder Luftblasen, die über die Spannweite des Blattes geformt werden. Wenn diese Wirbel auf die Kante treffen, verbreiten sie sich und erzeugen das charakteristische Geräusch.
Wissenschaftler haben gezackte Kanten entwickelt, um diese Wirbel zu stören. Dies führt dazu, dass die Wirbel an verschiedenen Stellen und zu unterschiedlichen Zeitpunkten auf die Hinterkante des Blattes treffen, wodurch das Geräusch geschwächt wird. Die Effektivität dieser Designänderungen wurde im Labor getestet und auch in der Natur beobachtet: Einige Eulenarten besitzen ebenfalls gezackte Flügel und fliegen nahezu geräuschlos.
Ein Unternehmen namens SMART-Blade, das Lösungen für die Gezacktarnsierung von Rotorblättern anbietet, berichtet von einem möglichen Rückgang des Gesamtgeräuschpegels um bis zu 3 dB. Forscher arbeiten zudem an weiteren Geräuschreduktionsmethoden, wie schalldämmenden Getrieben und Generatorsystemen mit Pufferpads. Diese Bemühungen sind von großer Bedeutung, da die Geräuschbelastung durch Windturbinen nicht nur Menschen betrifft, sondern auch negative Auswirkungen auf bestimmte Tierarten haben kann.
