Tekniken som ska göra vindkraften ljudlös

Ofta grundar sig motstånden på oro för ljudföroreningar från vindkraftverken. Det handlar dels om att de snurrande bladen skapar turbulens som medför ett ”swishande” ljud, dels om att äldre turbiner producerar ”hummande” ljud på fasta frekvenser.

Så kan ljudet minskas radikalt

Just vindkraftens ljudproblematik är något som det franska mjukvaruföretaget Dassault Systèmes tagit sig an att lösa. Dassault Systèmes arbetar med digital simulering och det är just med hjälp av avancerade analyser och simuleringar som företaget menar man kan ta fram ny design och nya material som kan få ljudet från vindkraftverken att minska radikalt.

– Det handlar i princip om oljud eller aeroakustiskt buller som kommer från bakre kanten av vindkraftsbladen. Sedan finns det också så kallad vibrationsakustik som kommer från saker som växellådan och drivlinan och hur tänderna i kugghjulen möter varandra. Ljudet därifrån överförs genom hela turbinen till stora komponenter som tornet, bladen och navet. De här högfrekventa svängningslägen strålar sedan ut från turbinen som en stor högtalare, säger Steve Mulski som är design- och simuleringschef för Dassault Systèmes vindkraftsenhet.

Bland de tekniker som Dassault Systems arbetar med för att lösa ljudproblemen finns 3D-modellering, avancerade funktioner för simulering av flerkroppsystem. Simulering av flerkroppssystem handlar om att undersöka hur olika delar av ett system fungerar tillsammans. I verktygslådan finns också det som kallas mekatronik, en metod som bygger på elektronik, mekanik och smart datorbaserad styrning.

Allt detta möjliggör att designval kan utvärderas redan på ritbordet, vilket minskar den tid och de kostnader som krävs för att göra fysiska tester.

– För aerodynamiskt buller har vi ett verktyg för beräkningsmässig strömningsdynamik som vi kallar Powerflow. Genom verktyget får man en mycket noggrann undersökning på hur vinden strömmar runt bladen och hur de skär luften och skapar ljud. Med hjälp av Powerflow har vindkraftstillverkare till exempel lyckats minska ljudet med hjälp av tandade blad, berättar Steve Mulski.

Jämfört vindkraftverken med vingar på fågel

För att förklara tekniken jämför Steve Mulski tandade blad i ett vindkraftverk med vingarna på en fågel.

– Om en duva flyger förbi dig så hör du dess vingslag tydligt. Om en uggla flyger förbi dig kommer du garanterat inte höra ett ljud. Att ugglan är så tyst beror just på hur fjädrarna längs kanten på dras vingar är formade. I dag finns många typer av tandade blad för att minska ljudnivån från vindkraftverk, och många hart tagits fram med hjälp av vår strömningsanalys.

Det aeroakustiska bullret har enligt Steve Mulski minskat avsevärt från alla vindkraftverk som byggts de senaste åren. Mycket tack vare tandade blad och andra innovationer. Däremot har man inte alls kommit lika långt med problemet med vibrationsakustik, det ljud som genereras inifrån vindkraftverken.

– Det tonala ljudet från vibrationsakustiken, som kan vara ganska irriterande, var inget som folk reagerade på förr när det aerodynamiska bullret var så högt. Men nu kan människor höra ljudet, och därför har kraven blivit mycket striktare, berättar han.

Tyska vindkraftägare måste stänga turbiner på natten

I Tyskland, som har de strängaste kraven för vindkraftsbuller, har man tvingat vindkraftsägare att stänga turbinerna på natten, trots att det finns bra vind som kan generera fossilfri el.

– Motståndet till nya parker, och att tidvis behöva stänga av existerande parker, är en utmaning för våra kunder. Därför gör man nu allt för att förstå hur vibrationerna genereras och hur den överförs genom turbinens komponenter, för att sedan kunna skapa ljudlösa lösningar.

Här berättar Steve Mulski att kunderna använder systemet för simulering av flerkroppsystem för att simulera hur turbinen samverkar med växellådan och kugghjulen.

– Med hjälp av beräkningsmodeller kan vi sedan ta resultaten från vibrationerna i tornet och faktiskt beräkna exakt vilken ljudnivå det blir vid mikrofoner på marken 50 meter från turbinen.

Den här utvecklingen kommer att minska kostnaderna för våra kunder ytterligare.

Steve Mulski

Alla Dassault Systèmes modeller och simuleringar är i stort sett virtuella tvillingar av det riktiga kraftverket. Det här fyller också en funktion efter att vindkraftsparken har byggts.

– Då behöver man underhålla verken, och då krävs data om alla enskilda turbiner i parken. Om något går fel måste man veta exakt vad som finns i varje enskild turbin, vad som finns tillgängligt och vad som eventuellt måste beställas. På så sätt optimerar virtuella tvillingar underhållet och driften av hela vindkraftsparken.

Hur tror du att er teknik kommer att utvecklas i framtiden?

– När jag började jobba med det här 2003 kunde vi bara modellera drivlinan i torsionssystemet, det system som möjliggör anpassning och justering av rotorbladens vinkel i förhållande till vinden. I dag har vi kommit så mycket längre, med mycket pålitliga och dynamiska 3D modeller och utvecklingen fortsätter. Vi kommer att fortsätta utvidga modellerna så att de inkluderar allt, och också titta på alltmer specifika detaljer. Den här utvecklingen kommer att minska kostnaderna för våra kunder ytterligare. För i slutändan handlar allt om att sänka energikostnaderna.