Leise Windräder nach dem Vorbild von Eulen

Schleiereulen gleiten auf ihren Beuteflügen in der Nacht nahezu lautlos durch die Luft. Ermöglicht wird das durch eine spezielle Fächerstruktur der Federn, die der Vogel permanent neu ausrichten kann. Davon inspiriert analysierten Wissenschaftler nun die Luftströmung und Geräuschentwicklung von Rotorblättern mit verschieden aufgefächerten Hinterkanten. Wie sie in der Fachzeitschrift „Physics of Fluids" berichten, ließen sich auf Grundlage ihrer neuen Ergebnisse möglicherweise noch leisere Windkraftanlagen entwickeln.

„Heute ist das Design von Rotorblättern schon weit gereift, doch den Lärm der Windkraftanlagen weiter zu reduzieren, ist immer noch eine Herausforderung", sagt Xiaomin Liu von der Jiaotong-Universität Xi'an in China. Zusammen mit seinem Kollegen Lei Wang simulierte er die Luftströmungen, die an Rotorflügeln entstehen. Die Simulationen führten sie für verschiedene Fächerstrukturen – Serrations genannt – an der Rückkante der Flügel durch. Solche wenige Zentimeter langen, starren Strukturen werden bereits heute schon genutzt, um die Luftströmung an den Flügeln von Windkraftanlagen gezielt zu verändern. Denn je gleichmäßiger die Luftströmungen sind, desto weniger Geräuschentwicklung ist zu erwarten.

Die Analyse der Luftströmungen abhängig von verschiedenen Serrations lieferte nun ein überraschendes Ergebnis: Gleichmäßige Fächerstrukturen mit einer symmetrischen Zackenform reduzieren bereits die Entstehung von Geräuschen. Doch deutlich besser wirkten asymmetrische Strukturen, die abwechselnd eine gewölbte und eine gerade Zacke besitzen. Solche asymmetrischen Fächer reduzierten die Geräusche um 5,47 Dezibel und damit um 3,68 Dezibel stärker als symmetrisch strukturierte Fächer.

Dieser Unterschied ist durchaus relevant, da zehn Dezibel in etwa einer Verdoppelung der vom Menschen wahrgenommenen Lautstärke entspricht. Deswegen schlagen Liu und Wang vor, das Design der Rückkanten von Rotorblättern noch einmal zu optimieren, um die Lärmentwicklung von Windkraftanlagen weiter zu reduzieren. Gerade beim angestrebten Ausbau der Windkraft in Deutschland könnten solche Verbesserungen die Akzeptanz der regenerativen Energiequelle in der Bevölkerung weiter erhöhen.