Hinderlijk geluid van windturbines

Het halen van klimaatdoelstellingen leidt in Nederland tot de plaatsing van steeds meer en hogere industriële windturbines met verschillende ‘bijwerkingen’ waaronder geluidoverlast. Vooral laagfrequente geluiden en infrasone trillingen zijn tot meer dan 10 km afstand waarneembaar. In naburige woonkernen leidt langdurig aanbod daarvan, vooral ’s nachts, tot slaapstoornissen en meer gezondheidsklachten.

Inleiding: de gevoeligheid van ons gehoororgaan

Mensen horen lage tonen vanaf 20 Hz en hoge tonen tot 20 kHz. In het spraakgebied, rond de middentonen, beginnen we geluid te horen vanaf 0 dB, wat overeenkomt met een geluidsdruk van 20 µPa. De pijndrempel ligt in de buurt van 140 dB. In het laagfrequente gebied is onze (h)oorspan veel minder groot, in de buurt van 20 Hz nog maar zo’n 50 dB, d.w.z. dat we extra gevoelig zijn voor laagfrequente geluiden, en dat geldt voor ouderen meer dan voor jongeren.

Toelichting Figuur 1: De Y-as geeft het geluiddrukniveau weer in dB, de x-as de trillingsfrequentie (of toonhoogte) in Hz. De groene lijn geeft de gehoordrempel weer waar beneden geluid niet door mensen kan worden waargenomen, de rode lijn geeft de onaan-gename luidheid weer, die bij nog meer geluidenergie tot pijnsensaties aanleiding geeft. De afstand tussen de groene en rode lijn is het dynamische bereik van het gehoor, ofwel “hoorspan”, de horizontale uitbreiding ervan heet “hoorvaam”. De blauwe lijn geeft de grens aan waarboven geluid c.q. lawaai bij langdurige blootstelling schadelijk is voor het gehoor. Het donkergroene gebied “spraak” geeft aan waarin de menselijke spraak zich afspeelt. Het lichtgroene gebied “muziek” daaromheen is groter dan het spraakgebied. Merk op dat het gehoor het meest gevoelig is rond 3-4 kHz en dat de onderlinge afstand tussen groen en rood, het dynamisch bereik, kleiner wordt in de richting van de infrasone frequenties (rond 20 Hz).

Industriële windturbines (IWT’s)

Een windturbine zet energie van wind om in elektriciteit door middel van een generator die aangedreven wordt door ronddraaiende wieken. Moderne IWT’s zijn geplaatst op een betonnen fundering, hebben een masthoogte van soms wel 200 meter hoog, en een tiphoogte van meer dan 300 meter. Het geleverde vermogen kan oplopen tot meer dan 12 MW. De grootste IWT’s staan offshore [15].

Hinderlijk geluid van IWT’s

Het hoorbare geluid van IWTs is anders dan verkeerslawaai: pulserend, zwiepend, zoevend, bonkend. De relatie tussen de (variabele) windsnelheid, de hoek waaronder de wind de wieken treft, de hoogte van de mast en de geluidsproductie op diverse afstanden tot de mast is ingewikkeld.

De windsnelheid varieert. Door 24-uursverschillen in temperatuur van aarde en lucht ontstaan verticale luchtstromen en tussen luchtlagen bestaan windsnelheidsverschillen. Hoge IWTs vangen vaak hogere windsnelheid dan laag bij de grond. Het hoorbare lawaai van IWTs is ‘s nachts hinderlijker dan overdag, omdat er ‘s nachts meer behoefte is aan stilte om te slapen dan overdag, er ’s nachts minder omgevingslawaai is en de verstoring van het windturbinegeluid meer opvalt. Laagfrequente-geluiden (LF) en infrasone trillingen (IS) worden vooral voortgebracht door compressie van lucht tussen de wieken en de mast. Die trillingen zijn via de mast, het betonnen fundament en de bodem kilometers verderop waarneembaar. Hogere masten en langere wieken veroorzaken meer en lagere geluiden en trillingen [17].

Internationaal wetenschappelijk onderzoek laat zien dat langdurige blootstelling aan het al dan niet hoorbare laagfrequente geluid (5-100 Hz) van windturbines nadelige gezondheidseffecten met zich mee kan brengen [1, 13, 14]. In het prille verleden, toen windturbines gebouwd werden die niet hoger waren dan 110 meter (tip­hoogte) met ’n vermogen onder 1 MW, werden nog maar weinig klachten gehoord, behalve heel dichtbij de turbine. Hierover werd in de afgelopen jaren door het RIVM gerapporteerd [5, 10]. In Nederland gaat het sinds kort om windturbines, op land geplaatst, met ’n tiphoogte van 145-188 meter en ‘n vermogen van 3-7 MW. Voorlopige conclusie: het risico op het regelmatig voorkomen van “ziekteverschijnselen” zoals tinnitus, duizeligheid, misselijkheid, abnormaal hoge bloeddruk wordt over het algemeen laag ingeschat. Daarentegen is er wel degelijk sprake van (te) hoog risico op het zich voordoen van slapeloosheid, concentratieverlies, druk op de oren c.q. het hoofd, hoofdpijn, spanningen (stress), soms lijkend op zeeziekte. Dit laatste hangt vaak samen met de stroom van klachten die bewoners van huizen in de nabije omgeving van zo’n windmolenpark (zullen) melden als niet voldaan wordt aan verschillende criteria t.a.v. de locatie van de windturbines.

De WHO heeft “guidelines” geformuleerd [16]. In deze “guidelines” wordt rekening gehouden met verschillende lokale omstandigheden, zoals te verwachten windsnelheden (klasses 1-25), molens op het land of in de zee en bodemstructuur/-gesteldheid (heuvels, zand, weiland, bossen, rots, water). In die “guidelines” is er sprake van ’n bufferzone rondom de windturbines, waarbinnen geen woningen (c.q. woonkernen) mogen voorkomen om ervoor te zorgen dat het risico op gezondheidsklachten zo laag mogelijk is.

Deze “guidelines” zijn en worden door sommige landen in regelgeving opgenomen die strenger is dan de regels die gelden voor geluid afkomstig van verkeerslawaai. Bijvoorbeeld in Beieren, Duitsland: het gemiddelde geluidsniveau, buitenshuis gemeten, mag buiten de bufferzone niet boven 35 dB(A) uitkomen (fluisterniveau, zie onderstaande figuren 3 en 4), om ervoor te zorgen dat bewoners ’s nachts zonder problemen met open ramen kunnen slapen. Voor hoge krachtige windturbines geldt ’n veilige bufferzone met ’n straal van 10 x de ashoogte van de molen, d.w.z. voor turbines met ’n ashoogte van 150 meter heeft die bufferzone ’n straal van 1500 meter rondom elke windturbine [4, 8].

In figuur 3 is een voorbeeld weergegeven van het klachtenpatroon (mate van hinderlijkheid) als functie van het gemiddelde geluidsdrukniveau in de nachtelijke uren. Dan blijkt dat als dat geluidsniveau boven 35 dB(A) uitkomt het percentage gezondheidsklachten boven het kritische niveau van 8% uitkomt, terwijl de wens/eis van de WHO op 5% ligt, zoals te zien in de volgende figuur 4.

Figuur 4, overgenomen uit de WHO guidelines16 (blz. 82), laat zien dat het percentage “highly annoyed” onder de acceptabele grens van 5% komt te liggen bij blootstelling aan Lden < 35 dB (Lden is het geluiddrukniveau gemiddeld over dag, avond en nacht), wat weer overeenkomt met de strekking van figuur 3.

Conclusie

Alles overziend moet de conclusie zijn: beter voorkomen dan genezen, op ’n verantwoorde en te handhaven wijze, zoals inmiddels gebeurt in Beieren, Duitsland, en binnenkort mogelijk ook in Denemarken, Canada, Nieuw-Zeeland, Australië: indien op land geplaatste windturbines (nog) noodzakelijk zijn, plaats de turbines dan op een zodanige afstand van de rand van de bebouwde kom, namelijk 10x de masthoogte, dat het geluid en de trillingen van de turbines de nachtrust niet verstoren.

Door dr.ir. Jan A.P.M. de Laat, klinisch-fysicus – audioloog, Audiologisch Centrum (KNO), Leids Universitair Medisch Centrum, Leiden en prof.dr. Louw Feenstra, emeritus hoogleraar KNO, Erasmus Universitair Medisch Centrum, Rotterdam

Referenties

1. Alves-Pereira M. Acoustics & Biological Structures. Intech Open. 2019: 1-22
2. Ambrose SE. Wind Turbine Acoustic Investigation, Infrasound and Low-Frequency Noise, A Case Study – Bull Sci Techn Soc. 2012: 128-41
3. Ambrose SE, Rand RW. Sound Survey and Analysis Report Proposed Douglas Woods Wind Farm. Massachusetts. 2013: 1-27
4. Bayerisches Landesamt für Umwelt. Windenergieanlagen, beeinträchtigt Infraschall die Gesundheit. Bayern (D). 2018
5. Berg, GP vd. The sound of high winds. The effect of atmospheric stability on wind turbine sound and microphone noise. Thesis Universiteit Groningen. 2006
6. https://www.ge.com/news/reports/how-loud-is-a-wind-turbine
7. Guski R. WHO Environmental Noise Guidelines for the European Region, A Systematic Review on Environmental Noise and Annoyance – Int J Env Res Publ Health. 2017: 1-39.
8. Jakobsen J. Danish regulation of low frequency noise from wind turbines. J. low freq noise vibr act contr. 2012 (4): 239-46
9. Janssen S. A comparison between exposure-response relationships for wind turbine annoyance and annoyance due to other nose sources. J Acoust Soc Am. 2011: 3746-53
10. Kamp I v, Berg GP vd. Gezondheidseffecten van windturbinegeluid. RIVM-rapport 0214. 2020
11. Kuwano S. Social survey on wind turbine noise in Japan. Noise Contr Engin J. 2014: 503-20
12. Poulsen AH. Short-term nighttime wind turbine noise and cardiovascular events, a nationwide case-crossover study from Denmark. Env Int. 2018 (114): 160-6
13. Salt AN, Hullar TE. Responses of the ear to low frequency sounds, infrasound and wind turbines. Hear Res 268 (1–2): 12–21
14. Tonin RA. Review of Wind Turbine-Generated Infrasound: Source, Measurement & Effect on Health. Acoust Aus. 2018 (46): 69–86
15. Vanhollebeke – Dynamic analysis of a wind turbine gearbox. Thesis KU Leuven. 2015
16. WHO Publication: Environmental Noise Guidelines for the European Region. 2018
17. Wagner S. Wind Turbine Noise. Springer. 1996