Windturbines op land zijn een hoeksteen van de wereldwijde verschuiving naar hernieuwbare energie en leveren schone, duurzame energie voor miljoenen mensen over de hele wereld. Hun aanwezigheid in lokale landschappen stuit echter vaak op weerstand, vooral van bewoners die in de buurt van windparken wonen. De voornaamste zorgen zijn tweeledig: de visuele impact van grote turbines die het landschap domineren en de geluidsoverlast die wordt gegenereerd door de bewegende wieken en mechanische onderdelen.
Terwijl esthetische zorgen subjectiever zijn, is het aanpakken van geluidsoverlast een tastbare uitdaging die ingenieurs actief aanpakken. Een van de meest veelbelovende oplossingen voor dit probleem komt van de vooruitgang in het gebruik van polymeren. Dit artikel onderzoekt de manieren waarop polymeren worden gebruikt om het geluid van windturbines te verminderen en de mogelijke gevolgen hiervan voor de acceptatie van windmolenparken op land.
Inzicht in windturbinegeluid
Lawaai van windturbines wordt over het algemeen in twee soorten gecategoriseerd:
- Aerodynamisch geluid: Dit wordt veroorzaakt door de interactie van de turbinebladen met de lucht terwijl ze draaien. Het resulteert in een "zoemend" geluid dat meer uitgesproken kan zijn in gebieden met hoge windsnelheden.
- Mechanisch geluid: Dit is afkomstig van de interne machinerie van de turbine, zoals de tandwielkast en generator, die trillingen en laagfrequente geluiden kunnen veroorzaken.
Beide soorten geluid kunnen storend zijn voor omwonenden, waarbij in klachten vaak slaapstoornissen en een algehele verminderde levenskwaliteit worden genoemd. Het aanpakken van deze geluidsproblemen is essentieel om windturbines acceptabeler te maken voor lokale gemeenschappen.
Polymeren in bladontwerp om aerodynamisch geluid te minimaliseren
De vorm en het materiaal van de bladen van windturbines spelen een cruciale rol in de hoeveelheid aerodynamisch geluid die ze produceren. Recente innovaties in het ontwerp van bladen hebben zich gericht op het gebruik van polymeren om het geluidsniveau te verminderen zonder afbreuk te doen aan de efficiëntie van de bladen.
1. Polyurethaan (PU) voor geluiddempende randen
Een van de meest effectieve methoden om aerodynamisch geluid te verminderen is het aanpassen van de randen van de bladen van windturbines. Polyurethaan (PU), een veelzijdig polymeer dat bekend staat om zijn elasticiteit en duurzaamheid, wordt steeds vaker gebruikt om geluiddempende bladranden te maken. Door PU op de achterranden van bladen aan te brengen, kunnen ingenieurs de turbulentie verminderen die ontstaat wanneer lucht over het blad gaat, wat een primaire bron is van het "zoemende" geluid.
Voorbeeld: Toonaangevende fabrikanten van windturbines hebben op polyurethaan gebaseerde kartelranden ontwikkeld die het natuurlijke ontwerp van uilenvleugels nabootsen, een vogel die bekend staat om zijn stille vlucht. Deze kartels, gemaakt van duurzame polymeren, helpen de luchtstroom rond het blad te breken, waardoor het geluidsniveau afneemt zonder het vermogen van het blad om efficiënt wind te vangen aan te tasten.
2. Elastomere coatings voor vibratievermindering
Naast het aanpassen van de bladranden worden er op polymeren gebaseerde coatings aangebracht op windturbinebladen om het geluidsniveau te verminderen. Elastomere coatings, gemaakt van flexibele polymeren, helpen bij het absorberen en dempen van trillingen die kunnen bijdragen aan geluidsproductie.
Voorbeeld: Elastomere polymeercoatings worden gebruikt om het oppervlak van windturbinebladen te coaten, wat helpt bij het absorberen van microtrillingen die optreden wanneer de bladen door de lucht bewegen. Deze coatings verminderen niet alleen het geluid, maar verbeteren ook de aërodynamische efficiëntie van de bladen door een gladder oppervlak te creëren, waardoor het geluid van luchtturbulentie verder wordt geminimaliseerd.
Mechanisch geluid in turbinegondels verminderen met polymeren
Hoewel aerodynamisch geluid meer op de voorgrond treedt, kan mechanisch geluid ook een belangrijk probleem zijn, vooral bij oudere turbines. De interne onderdelen van windturbines, zoals tandwielkasten en generatoren, genereren trillingen en geluid die zich kunnen voortplanten door de structuur van de turbine en in de omgeving. Polymeren worden steeds vaker gebruikt in verschillende onderdelen van de gondel - de behuizing die de machines van de turbine bevat - om dit soort geluid te verminderen.
1. Trillingsdemping met polyurethaan en polyamide
Windturbines genereren aanzienlijke mechanische trillingen, vooral in de gondel, waar de tandwielkast en generator zijn ondergebracht. Polyurethaan (PU) en polyamide (PA) worden vaak gebruikt in trillingsdempers en bevestigingen om deze trillingen te absorberen, wat niet alleen het geluid vermindert, maar ook gevoelige onderdelen beschermt tegen slijtage.
Voorbeeld: Trillingsdempers op basis van polyurethaan worden geïnstalleerd tussen de gondelonderdelen en de ondersteunende structuur om de mechanische energie te absorberen die tijdens de werking wordt geproduceerd. Deze dempers helpen voorkomen dat trillingen langs de turbinetoren naar beneden gaan en in de grond worden overgebracht, wat zowel hoorbaar geluid als laagfrequente trillingen kan verminderen die sommige omwonenden als storend kunnen ervaren.
2. Polymeer afdichtingen en lagers voor stillere werking
Een andere bron van mechanisch geluid in windturbines is wrijving tussen bewegende delen, zoals lagers en assen. Polymeren, vooral polytetrafluorethyleen (PTFE) en polyethyleen (PE), worden gebruikt in afdichtingen en lagers om de wrijving te verminderen en zo het geluid te dempen.
Voorbeeld: Afdichtingen en lagers op basis van PTFE in windturbines zorgen voor een soepelere werking door de wrijving tussen bewegende delen te minimaliseren. Deze polymeercomponenten verlagen niet alleen het mechanische geluid, maar verlengen ook de levensduur van de machines, waardoor er minder onderhoud nodig is en de machines minder lang stilstaan.
Akoestische barrières en geluidsisolatie
In sommige gevallen worden polymeren gebruikt om barrières of omkastingen te maken die de overdracht van geluid van windturbines naar de omgeving beperken. Polyvinylchloride (PVC) en acrylpolymeren worden vaak gebruikt bij de constructie van geluiddempende panelen of omkastingen rond de gondel en basis van de turbine.
Voorbeeld: In geluidsgevoelige gebieden worden akoestische barrières op basis van polymeren geïnstalleerd rond de basis van windturbines. Deze barrières, gemaakt van geluidsabsorberende polymeermaterialen, helpen om geluid op te vangen en af te voeren, met name laagfrequente geluiden die op andere manieren moeilijker te dempen zijn. Dit kan een aanzienlijk verschil maken bij het verminderen van de geluidsniveaus die omwonenden ervaren.
Gevolgen van geluidsreductie met polymeren
Het gebruik van polymeren om geluidshinder van windturbines te verminderen heeft verschillende potentiële gevolgen, zowel voor de windenergie-industrie als voor lokale gemeenschappen:
1. Verhoogde publieke acceptatie van windparken
Door het geluid van windturbines te verminderen, vooral in gebieden dicht bij woonwijken, kunnen polymeren helpen om windparken acceptabeler te maken voor het publiek. Dit kan leiden tot minder bezwaren van omwonenden en vlottere goedkeuringsprocessen voor nieuwe windenergieprojecten. Aangezien geluidsoverlast een van de belangrijkste redenen is voor verzet tegen windparken, zou het aanpakken van dit probleem de acceptatie van hernieuwbare energieprojecten aanzienlijk kunnen verbeteren.
2. Uitbreiding van de ontwikkeling van windparken op land
Naarmate de geluidsproblemen worden verminderd, is er ruimte voor uitbreiding van de ontwikkeling van windparken op land in gebieden die voorheen ongeschikt werden geacht vanwege geluidsgerelateerde bezwaren. Dit zou de capaciteit voor het opwekken van hernieuwbare energie kunnen vergroten in regio's waar windbronnen in overvloed aanwezig zijn, maar waar lokale tegenstand de ontwikkeling in het verleden heeft vertraagd.
3. Verbeterde levenskwaliteit voor omwonenden
Voor omwonenden van bestaande windparken kunnen geluidsreductiemaatregelen leiden tot een aanzienlijke verbetering van hun levenskwaliteit. Met minder lawaai van windturbines kan de bezorgdheid over slaapstoornissen en algeheel welzijn worden verminderd, waardoor de spanningen tussen gemeenschappen en exploitanten van windparken afnemen.
Conclusie
Polymeren blijken een essentieel hulpmiddel te zijn bij het aanpakken van een van de belangrijkste uitdagingen voor windenergie op land: geluidsoverlast. Door op polymeren gebaseerde materialen te gebruiken in het ontwerp van bladen, gondelcomponenten en geluiddempingssystemen worden windturbines stiller, efficiënter en minder storend voor omwonenden. Deze vooruitgang heeft het potentieel om niet alleen de publieke acceptatie van windenergie te vergroten, maar ook om de weg vrij te maken voor verdere uitbreiding van windmolenparken op land, om zo te helpen de wereldwijde doelstellingen voor hernieuwbare energie te halen en tegelijkertijd de impact op omwonenden te minimaliseren.
Naarmate de windenergiesector blijft groeien, zullen innovaties in polymeertechnologie een cruciale rol spelen om ervoor te zorgen dat windenergie een duurzame, efficiënte en gemeenschapsvriendelijke energiebron blijft.