Vertical Sky®: Neudefinition der akustischen Leistung in der Windenergie
Akustische Emissionen bleiben eines der größten Hindernisse für den Einsatz von Windkraftanlagen in umfeldsensiblen Gebieten. Messungen, die in der vom Schweizer Bundesamt für Energie (BFE) unterstützten Testanlage Vertical Sky® A6 durchgeführt wurden, zeigen, dass die Betriebsgeräusche unter den berechneten Vorhersagen liegen. Selbst in einer Entfernung von 25 Metern liegen sie mit 38 dB(A) nur geringfügig über den Umgebungsgeräuschen. Dieser Artikel beschreibt die technologischen Grundlagen dieser Leistung und erörtert ihre Relevanz für skalierbare, dezentrale Windenergieanwendungen.
Abbildung 1: Satellitenbild, das die Vielfachen der Entfernung zwischen der Windkraftanlage und dem Messmast (L) anzeigt.
Lärm als strukturelle Einschränkung in der Windenergie
Trotz kontinuierlicher Verbesserungen im aerodynamischen Design und in den Steuerungssystemen schränken Lärmemissionen weiterhin die Standortwahl für konventionelle Windkraftanlagen mit horizontaler Achse ein. Insbesondere in bebauten oder gemischt genutzten Umgebungen überwiegen akustische Einschränkungen oft gegenüber Überlegungen zum Energieertrag und erschweren die Genehmigungsverfahren. Infolgedessen bleiben viele potenzielle Standorte für die Windenergie unzugänglich, selbst wenn Nachfrage und Infrastruktur eine dezentrale Erzeugung unterstützen würden.
Vertical Sky® begegnet dieser Einschränkung nicht durch nachgelagerte Minderungsmaßnahmen, sondern durch die Integration der akustischen Leistung in die Kernarchitektur des Systems.
Konstruktionsprinzipien für geringe Geräuschemissionen
Ein wesentliches Merkmal von Vertical Sky® ist die geringe Blattspitzengeschwindigkeit. Während herkömmliche Windkraftanlagen zur Erzielung ihrer Effizienz auf hohe Drehzahlen angewiesen sind, bewegen sich die Rotorblätter von Vertical Sky® gleichmäßig und vergleichsweise langsam. Dadurch werden Luftverwirbelungen an den Blattspitzen, die bei herkömmlichen Windkraftanlagen die Hauptgeräuschquelle darstellen, erheblich reduziert.
Das vertikale Achsen-Design und die Blattsteuerung sorgen zusätzlich für einen gleichmäßigen Betrieb und tragen dazu bei, plötzliche Laständerungen zu vermeiden, wodurch mechanische Geräusche und Vibrationen reduziert werden.
Empirische Validierung in der A6-Testanlage
Akustische Messungen, die in der Vertical Sky® A6-Testanlage durchgeführt wurden, bestätigen diese Konstruktionsannahmen. Die vom Schweizer Bundesamt für Energie unterstützten Messungen zeigen, dass die Schalldruckpegel während des Betriebs unter den zuvor berechneten Werten bleiben. Unter vergleichbaren Umgebungsbedingungen liegen die gemessenen Geräuschpegel nur geringfügig über denen der Umgebungsgeräusche. In einer Entfernung von nur 25 Metern zur Vertical Sky®-Windkraftanlage betragen die gemessenen Geräuschemissionen der Windkraftanlage lediglich 38 dB(A)!
Diese Ergebnisse liefern eine empirische Validierung des Vertical Sky®-Ansatzes und unterstreichen die Relevanz von Designentscheidungen auf Systemebene für die akustische Leistung.
Skalierbarkeit und Auswirkungen auf den Einsatz
Wichtig ist, dass die akustischen Vorteile, die bei der A6-Anlage nachgewiesen wurden, nicht auf kleine Anlagen beschränkt sind. Die größere A40-Turbine wird aufgrund der gleichen niedrigen Blattgeschwindigkeit die gleichen Eigenschaften aufweisen. Das leise Betriebsprofil bleibt daher auch bei größerem Maßstab und höherer Leistungsabgabe erhalten.
Geringe Geräuschemissionen erweitern die Auswahl an möglichen Einsatzorten. Standorte mit bestehenden Gebäuden – wie Industriegebiete, Gewerbegebiete oder Infrastrukturstandorte – werden zu realistischen Optionen für die Windenergieerzeugung. In diesem Zusammenhang ist die akustische Leistung nicht nur ein Konformitätskriterium, sondern ein wichtiger Faktor für dezentrale und ortsnahe Anwendungen.
Fazit
Durch die Einbeziehung akustischer Aspekte in die grundlegende Konstruktion der Turbine definiert Vertical Sky® die Rolle von Lärm beim Einsatz von Windenergie neu. Anstatt Schallemissionen als sekundäre Einschränkung zu behandeln, macht die Technologie geringe akustische Auswirkungen zu einem primären Merkmal des Systems – und eröffnet damit neue Wege für eine skalierbare, dezentrale Windenergieerzeugung.
Quellen:
- Swiss Federal Office of Energy (SFOE): Support of acoustic measurements at the Vertical Sky® A6 test facility.
- IEC 61400-11: Wind energy generation systems – Part 11: Acoustic noise measurement techniques.
- Hansen, M. O. L.: Aerodynamics of Wind Turbines, Routledge, 2015.
