Wake-induced variations in noise levels and amplitude modulation for two interacting wind turbines

Dit onderzoek toont aan dat turbine-turbine-interacties de geluidsdruk en amplitude-modulatie aanzienlijk beïnvloeden, waarbij de specifieke configuratie en rotordynamica cruciale factoren zijn voor de geluidsperceptie en de milieueffecten van windparken.

De kern

Titel: Waarom windmolens soms harder "zuchten" dan je denkt: Een verhaal over wind, geluid en dansende wieken

Stel je voor dat je twee windmolens naast elkaar hebt staan in een veld. Je zou denken dat het geluid dat ze maken gewoon het optellen is van twee geluiden: 1 + 1 = 2. Maar de natuur is een beetje meer als een orkest dan een simpele som. Een nieuw onderzoek van wetenschappers uit Frankrijk en Nederland laat zien hoe de windmolens met elkaar "praten" via de lucht, en hoe dat het geluid voor jou op de grond verandert.

Hier is wat ze hebben ontdekt, vertaald naar alledaags taal:

1. De "Windtunnel" en de "Zwarte Doos"

De onderzoekers hebben geen echte windmolens in de tuin geplaatst om te meten (dat zou heel duur en lastig zijn). In plaats daarvan hebben ze een superkrachtige digitale simulatie gemaakt.

• De simulatie: Denk hierbij aan een virtuele windtunnel in een computer. Ze hebben de luchtstroom heel precies nagebootst, inclusief de turbulentie (die onrustige luchtjes) die je voelt als je langs een vrachtwagen loopt.
• De bron: Ze hebben een model gebruikt dat precies weet hoe een wiek geluid maakt, net als een viool die snaren plukt.
• De reis: Vervolgens hebben ze berekend hoe dat geluid door de lucht reist naar een luisteraar op de grond, rekening houdend met de wind en de temperatuur.

2. Drie Manieren om te staan

Ze hebben gekeken naar drie situaties, alsof je twee vrienden in een rijtje zet:

1. De Achtervolging (Eén achter de ander): De ene molen staat direct in de wind van de andere.
2. De Schouder-aan-Schouder (Naast elkaar): Ze staan naast elkaar, alsof ze hand in hand lopen.
3. De Stagger (Schuin): Ze staan schuin ten opzichte van elkaar, alsof ze een trapje vormen.

3. Wat gebeurt er met het geluid?

Situatie A: Achter elkaar (De "Trein")

Dit is de meest interessante situatie.

• Het probleem: De eerste molen (vooraan) maakt een "wake" (een wake is als de spoor van een boot in het water, maar dan met lucht). De lucht achter de eerste molen is rustiger en draait anders.
• Het effect: De tweede molen (achterin) staat in die rustige, verwarde lucht. Hij draait daardoor langzamer en maakt minder geluid.
• De verrassing: Maar wacht! Het geluid dat de eerste molen maakt, wordt door de luchtstroom van de tweede molen als het ware gevangen en gefocust.
  • De analogie: Stel je voor dat je een schreeuw doet in een tunnel. De muren van de tunnel (de luchtstroom van de tweede molen) reflecteren het geluid en bundelen het naar één punt op de grond.
  • Resultaat: Op plekken achter de molens kan het geluid 3 tot 5 decibel harder zijn dan je zou verwachten. En dat is niet zomaar een beetje harder; het is als het verschil tussen een fluister en een normaal gesprek.

Situatie B: Naast elkaar of Schuin

Hier is het effect minder extreem.

• Omdat de windmolens elkaar minder "in de weg" zitten, is de bundeling van het geluid minder sterk.
• Het geluid: Het wordt iets harder (minder dan 2 decibel), maar het belangrijkste is wat er met de kwaliteit van het geluid gebeurt.
• De analogie: Stel je voor dat twee mensen tegelijk praten. Als ze precies op hetzelfde moment een woord zeggen, klinkt het luid. Maar als ze een beetje uit de pas lopen, "wassen" ze elkaars pieken en dalen weg.
• Resultaat: Het geluid wordt rustiger en minder "piepend". De schommelingen in volume worden kleiner.

4. De "Amplitude Modulatie": Het "Woe-hoe" geluid

Dit is het belangrijkste punt van het onderzoek. Windmolengeluid is niet constant; het heeft een ritme.

• Wat is het? Als de wieken draaien, hoor je een ritmisch "woe-hoe, woe-hoe" geluid. Dit noemen ze amplitude modulatie. Mensen vinden dit vaak erg storend, vooral als het 's nachts is.
• De dans van de wieken:
  • Als de twee molens precies in de pas draaien (hun wieken staan op hetzelfde moment in dezelfde richting), kan het geluid samenvallen en harder worden, of juist uitdoven. Het hangt af van hun "startpositie".
  • Als ze net niet in de pas draaien (een klein verschil in snelheid of positie), ontstaat er een slag-effect (beat).
  • De analogie: Denk aan twee muzikanten die bijna dezelfde noot spelen. Soms klinkt het perfect samen, soms "wankelt" het en hoor je een trilling.
• Het gevolg: Als de rotorsnelheid van de twee molens ook maar een heel klein beetje verschilt (wat normaal is in de echte wereld), krijg je een geluid dat soms heel hard is en soms bijna stil, met een ritme dat langzaam op en neer gaat. Dit kan soms uren duren voordat het patroon zich herhaalt.

Waarom is dit belangrijk?

Vroeger dachten ingenieurs: "Als we de molens ver uit elkaar zetten, is het geluid geen probleem." Dit onderzoek zegt: "Niet zo snel!"

1. Locatie is alles: Als je molens achter elkaar zet, kun je op bepaalde plekken veel harder geluid krijgen dan berekend.
2. Het ritme telt: Het is niet alleen hoeveel geluid er is, maar hoe het schommelt. Die "woe-hoe" ritmes (amplitude modulatie) zijn vaak het vervelendste voor mensen, en die worden beïnvloed door hoe de molens ten opzichte van elkaar draaien.
3. Toekomst: Om windmolens beter te plaatsen en minder overlast te veroorzaken, moeten we niet alleen kijken naar de afstand, maar ook naar hoe de windmolens met elkaar "danssen" in de luchtstroom.

Kortom: Windmolens zijn geen stille, statische objecten. Ze zijn dynamische dansers die de lucht om hen heen veranderen, en die verandering kan het geluid dat bij jou op de raam valt, verrassend hard of juist heel ritmisch maken.

Technische samenvatting

Titel: Wake-geïnduceerde variaties in geluidsniveaus en amplitude-modulatie voor twee interactieve windturbines

Auteurs: Jules Colas, Ariane Emmanuelli, Didier Dragna en Richard J.A.M. Stevens.
Publicatie: arXiv:2508.13575v2 (14 april 2026).

---

1. Probleemstelling

De uitbreiding van windenergie (zowel onshore als offshore) wordt beperkt door geluidsoverlast, wat leidt tot maatschappelijke weerstand en economische kosten door productiebeperkingen (curtailment). Bestaande engineeringmethoden voor geluidsvoorspelling maken vaak gebruik van vereenvoudigde aannames, zoals puntbronnen en uniforme windsnelheden. Deze benaderingen houden geen rekening met de complexe interacties tussen windturbines in een park, specifiek de invloed van wake-effecten (stroomafwaartse turbulentie en snelheidsverlies) op de geluidsgolfvoortplanting.

Een kritiek aspect dat vaak onderbelicht blijft in multi-turbine scenario's is de Amplitude Modulation (AM). AM verwijst naar de "waaiende" of pulserende geluidskwaliteit van windturbines, die als zeer storend wordt ervaren door omwonenden. Het is onduidelijk hoe de interactie tussen de wakes van meerdere turbines de voortplanting van geluid en de daaruit voortvloeiende AM beïnvloedt.

2. Methodologie

De auteurs hebben een hoogwaardig numeriek model ontwikkeld dat drie componenten combineert om de geluidsvoortplanting van een paar windturbines te simuleren:

• Atmosferische Stroom (LES): Grote-Eddy Simulaties (Large-Eddy Simulations) worden gebruikt om de turbulente atmosferische grenslaag (ABL) en de wake-interacties nauwkeurig te modelleren. Een stabiele ABL wordt aangenomen (slechtste geval voor geluidsvoortplanting) met een koelingsrate van -0,2 K/u.
• Bronmodel: Een aeroakoestisch model gebaseerd op de theorie van Amiet wordt gebruikt om het geluid te genereren. Dit model berekent turbulent-inlaatgeluid (TIN) en trailing-edge geluid (TEN) voor elk bladsegment, gebruikmakend van de gemiddelde stromingsdata uit de LES.
• Voortplantingsmodel: De geluidsvoortplanting wordt berekend met behulp van de Parabolische Vergelijking (PE) methode. Deze methode houdt rekening met een bewegende atmosfeer en breekt geluidsgolven af (refractie) door snelheidsgradiënten in de wake, zonder gebruik te maken van een effectieve geluidssnelheidsbenadering.

Configuraties:
Er worden vier scenario's onderzocht met turbines op een afstand van 4 rotor-diameters (480 m):

1. Basis (B): Een enkele geïsoleerde turbine.
2. Kolom (C): Twee turbines achter elkaar in de windrichting.
3. Lijn (L): Twee turbines naast elkaar (zij-aan-zij).
4. Gestaggerd (S): Twee turbines in een gestaggerde opstelling.

3. Belangrijkste Resultaten

A. Geluidsdruk en Wake-Focussing

• Kolom-configuratie (C): Wanneer een turbine direct stroomafwaarts staat, versterkt de wake van de eerste turbine de geluidsvoortplanting van de tweede turbine (en vice versa voor de eerste turbine gezien vanuit de waarnemer). De wake fungeert als een convergerende lens, wat leidt tot een significante toename van het geluidsniveau (SPL) en amplitude-modulatie (AM) stroomafwaarts. De simulaties tonen een toename van meerdere decibels (tot wel 4-5 dBA in specifieke zones) door deze wake-focussing.
• Zij-aan-zij (L) en Gestaggerd (S): In deze configuraties is de wake-interactie beperkter. De toename van het gemiddelde geluidsniveau (OASPL) is klein (< 2 dBA). Sterker nog, door de ruimtelijke middeling van de geluidssignalen van beide turbines, wordt de AM vaak verlaagd in vergelijking met een enkele turbine.

B. Amplitude Modulation (AM) en Rotordynamica

De studie benadrukt dat AM extreem gevoelig is voor de rotordynamica:

• Identieke rotatiesnelheden: Als twee turbines exact dezelfde snelheid draaien, hangt de AM sterk af van de hoekige offset ($\Delta\beta$) tussen de rotoren.
  • Bij een offset van 0° (in fase) kunnen de pieken samenvallen, wat leidt tot hoge AM.
  • Bij een offset van 60° (uit fase) kunnen de signalen elkaar "opheffen" qua variatie, wat leidt tot een AM die dicht bij nul ligt.
  • De gemiddelde geluidsdruk (OASPL) blijft echter gelijk; alleen de fluctuaties veranderen.
• Verschillende rotatiesnelheden: Wanneer de turbines licht verschillende snelheden draaien (bijvoorbeeld door lichte variaties in de inflow-windsnelheid), treedt er een slag-effect (beating) op.
  • Dit resulteert in een tijdsvariabele AM met een lage frequentie (envelop).
  • De AM wordt intermitterend: het wisselt tussen waarneembare en niet-waarneembare niveaus. Dit fenomeen is vooral relevant in stabiele atmosferische omstandigheden.

C. Geometrische Invloeden

• In de gestaggerde configuratie (S) is de refraction door de tweede wake sterker dan in de zij-aan-zij configuratie (L) omdat de voortplantingshoeken die de wake kruisen kleiner zijn. Dit leidt tot een sterkere focussing in de schuine richting.
• De wake van een tweede turbine kan de positie van de "caustic" (het punt van maximale geluidsintensiteit) dichter bij de bron verschuiven.

4. Bijdragen en Significatie

• Systematische Analyse: Dit is een van de eerste studies die systematisch de invloed van meerdere wakes op geluidsvoortplanting en specifiek op AM analyseert, in plaats van alleen geïsoleerde turbines te bekijken.
• Sensitiviteit voor AM: De studie toont aan dat kleine verschillen in rotorsnelheid of hoekige positie grote gevolgen hebben voor de perceptie van geluidsoverlast (AM). Dit is cruciaal voor regelgeving en klachtenbeheer.
• Implicaties voor Parkontwerp:
  • Voor kolom-opstellingen moet rekening worden gehouden met significante geluidsversterking stroomafwaarts door wake-focussing.
  • Voor zij-aan-zij of gestaggerde opstellingen kan de totale geluidsoverlast (AM) juist afnemen door de superpositie van signalen, wat gunstig kan zijn voor de acceptatie.
• Methodologische Vooruitgang: De koppeling van LES, bronmodellen en PE-voortplanting biedt een robuust raamwerk voor toekomstige optimalisatie van windparken die zowel energieproductie als geluidsemissies maximaliseert/minimaliseert.

Conclusie

De paper concludeert dat wake-interacties tussen windturbines niet verwaarloosbaar zijn voor geluidsvoorspellingen. Ze kunnen leiden tot aanzienlijke lokale toenames in geluidsniveau en amplitude-modulatie, vooral bij achter elkaar geplande turbines. Tegelijkertijd kunnen specifieke opstellingen en rotordynamische variaties (slag-effecten) leiden tot een intermitterende AM, wat de perceptie van geluidsoverlast complexer maakt dan lineaire modellen suggereren. Toekomstig werk moet deze effecten integreren in operationele modellen en vergelijken met veldmetingen.