Warum sind Windräder weiß?

Autor: Cheng Mingchen

Der Artikel stammt vom offiziellen Account der Science Academy (ID: kexuedayuan)

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Ich weiß nicht, ob Ihnen schon einmal aufgefallen ist, dass die Ästhetik der Farbe Weiß – von Flugzeugen, Autos und Harmony-Zügen bis hin zu Tastaturen, Mobiltelefonen und Notebooks – tief in den Herzen der Menschen verwurzelt zu sein scheint. Für Hersteller von Produktdesigns ist neben der Optik vor allem wichtig, dass der Preis für weiße Farbe viel niedriger ist als der für farbige Farbe, sodass die Gesamtkosten auf ein Minimum reduziert werden können. Es gibt einen tieferen Grund dafür, dass Windmühlen immer weiß sind und nicht rot, orange, gelb, grün, blau oder violett sein können.

Die komplett weiße Windkraftanlage (Quelle: VEER)

Das Geheimnis der weißen Windräder

Weißes Licht ist eine Mischung allen sichtbaren Lichts im Spektrum und wird allgemein als „farblos“ angesehen und ist in unserem Sichtfeld fast nicht vorhanden. Diese eintönige, neutrale Farbe ist nicht aggressiv und kann harmonisch mit der Umgebung koexistieren. Die weißen Windräder werden von den umstehenden Menschen nur selten als störend empfunden.

Durch die Lackierung von Windkraftanlagen in der Farbe ihrer Umgebung können diese sich bestmöglich in die örtliche Umgebung einfügen. Je nach örtlicher Topographie sind Windräder in Wüstengelb, Graslandgrün, Ozeanblau und weiteren Ausführungen erhältlich. Könnten sie sich nicht in die Umgebung „einfügen“? Die Oberflächenumgebung ist jedoch nicht statisch. Im Winter, Herbst, Frühling, Sommer, Tag und Nacht, an sonnigen, regnerischen und verschneiten Tagen zeigt die Umgebung völlig unterschiedliche Farben und das vielseitige Weiß ist zweifellos die sicherste Wahl.

Windkraftanlage (Quelle: VEER)

Weiß passt gut zur natürlichen Umgebung, hebt andererseits aber auch die Präsenz von Windkraftanlagen hervor. Abgesehen von Schnee sind weiße Flächen in der Natur selten. Für Piloten ist es in der Luft einfacher, die hoch aufragenden weißen Windräder am Boden zu erkennen und diesen Hindernissen im Vorfeld auszuweichen. Um die Windkraftanlage auffälliger zu machen, werden die Spitzen der Rotorblätter oft mit roten Streifen (Leuchtfeuerstreifen) bemalt und auch an der Kabine blinken nachts rote Leuchtfeuer. Gemäß den deutschen Normen muss an der Rotorblattspitze einer Windkraftanlage im Umkreis von 5 km um einen Flughafen ein Navigationsmarkierungsstreifen angebracht sein, außerhalb dieses 5-km-Bereichs sind zwei Navigationsmarkierungsstreifen erforderlich. In den meisten Ländern gibt es keine Standards für Navigationszeichen. In heimischen Windparks sieht man Rotorblätter, die komplett weiß sind, häufiger sind es jedoch Rotorblätter mit ein, zwei oder sogar drei aufgesprühten Navigationszeichen. Neben Rot gibt es auch Farben wie Orange, Blau, Schwarz usw.

Windräder mit roten Beschriftungen (Bildquelle: VEER)

Die geplante Lebensdauer von Windkraftanlagen beträgt 20–25 Jahre und sie werden in rauen natürlichen Umgebungen betrieben. Sie müssen nicht nur täglich „Nordwestwind trinken“, sondern auch lange „sonnenbaden“. Weiß absorbiert die ultraviolette Strahlung im Sonnenlicht nicht so leicht, was dazu beiträgt, das Problem der Wärmeableitung von elektrischen Geräten wie Generatoren und Konvertern im Gerät zu lindern. Gleichzeitig verringert es die Gefahr des Eintrocknens und der Blasenbildung von Schmieröl und -fett. Das weiße Erscheinungsbild hilft dem Betriebs- und Wartungspersonal, Ölflecken auf der Oberfläche zu erkennen und rechtzeitig zu beseitigen. Darüber hinaus werden durch den niedrigeren Preis der weißen Farbe auch die Herstellungs-, Betriebs- und Wartungskosten der Einheiten gesenkt.

Lila Windturbine? Es ist nicht nur kühl, sondern hält auch Insekten fern~

Weiße Windräder sind sowohl schön als auch sparsam, aber sie sind nicht perfekt. Da die Farbe Weiß Insekten anzieht, geraten Insekten, die sich um Windkraftanlagen herumbewegen, in den starken Luftstrom, der durch die sich schnell drehenden Rotorblätter erzeugt wird. Ihre Überreste bleiben in großer Zahl an der Vorderkante der Rotorblätter haften, was die aerodynamische Leistung der Windkraftanlage erheblich beeinträchtigt und ihre Stromerzeugungsleistung verringert. Darüber hinaus ziehen Insekten die Aufmerksamkeit von Raubtieren wie kleinen und mittelgroßen Vögeln und Fledermäusen auf sich. „Die Gottesanbeterin verfolgt die Zikade, ohne den Pirol dahinter zu bemerken.“ Auch Raubtiere höherer Stufen, wie Greifvögel wie Falken, schweben möglicherweise über Windkraftanlagen. Daher stellen die rotierenden Rotorblätter eine potenzielle Gefahr für Vögel in der Umgebung dar. Außerdem besteht die Gefahr, dass die Rotorblätter selbst getroffen werden und die strukturelle Zuverlässigkeit dadurch beeinträchtigt wird.

Schon früh lehnten Schutzorganisationen die Entwicklung und den Bau von Windparks entschieden ab. Als ihnen jedoch klar wurde, dass die Erzeugung von Wärmeenergie den Vögeln größeren Schaden zufügen würde, akzeptierten sie nach und nach die Erzeugung von Windenergie. Sie empfehlen jedoch dringend, zum Besprühen von Windkraftanlagen violette Farbe zu verwenden, da Violett Insekten abwehrt und somit die Sicherheit der Vögel in höchstem Maße gewährleistet. Sie behaupten, dies sei die beste Farbe für Windturbinen.

Tatsächliche Untersuchungen haben gezeigt, dass Insekten eine gewisse Meidungstendenz gegenüber bestimmten Farben haben und eine besondere Vorliebe für Gelb haben. Deshalb wird in der Landwirtschaft gelbes Klebepapier verwendet, um Insekten zu vertreiben. Aus dieser Perspektive sollte bei Windkraftanlagen auf die Verwendung der Farbe Gelb verzichtet werden. Derzeit sind nur die Fundamente einiger Offshore-Windkraftanlagen gelb.

Gelbes Insektenklebepapier, erhältlich bei Amazon (Quelle: Amazon)

Obwohl Insekten die Farbe Lila grundsätzlich meiden, wird sie in Zukunft für die meisten Windkraftanlagen nicht die Farbe der Wahl sein. Faktoren wie Lärm, Luftstrom und Wärmeentwicklung durch Windkraftanlagen sind mögliche Gründe dafür, dass sich Insekten Windkraftanlagen nähern. Obwohl einige violette Windräder eine gewisse insektenabwehrende Wirkung haben, ist diese nicht offensichtlich. Um die Wahrheit darüber herauszufinden, warum Windkraftanlagen Insekten anziehen, bedarf es noch langfristiger Forschung. Vorher werden violette Windräder nicht im großen Stil gebaut und installiert.

Lila Windkraftanlage (Foto: mywindpowersystem.com, Patrick Finnegan)

Schwarze Fächer ermöglichen Vögeln, Hindernisse zu „sehen“

Im Jahr 2015 schätzte der U.S. Fish and Wildlife Service, dass in den gesamten Vereinigten Staaten etwa 300.000 Vögel durch Windkraftanlagen getötet wurden. Dies könnte zu einer perfekten Ausrede geworden sein, sich gegen die Windkraft zu wehren. Trump, der „König des Verstehens“, bezeichnete Windkraftanlagen scherzhaft als „Vogelfriedhöfe“. Nach seinem Amtsantritt hob er eine Reihe von Plänen für saubere Energie, die der vorherige Präsident ausgearbeitet hatte, vollständig auf.

Bereits 2003 entdeckte W. Hodos, ein Wissenschaftler der University of Maryland, im Labor das Phänomen des „Motion Smear“ oder der „Bewegungsunschärfe“ bei Vögeln. Analysen mit optischen Instrumenten ergaben, dass sich die Abbildungsgeschwindigkeit der Rotorblätter auf der Netzhaut der Vögel entsprechend erhöht, wenn sie sich langsam den rotierenden Rotorblättern nähern. Wenn die Abbildungsgeschwindigkeit eine Obergrenze erreicht, werden ihre Netzhautbilder transparent und unscharf. Diese verzerrten Bilder werden an ihr Gehirn übermittelt, woraufhin die Vögel diesen Bereich als sicher betrachten und weiterfliegen, was die Wahrscheinlichkeit, dass sie gegen Windkraftanlagen stoßen, erheblich erhöht.

So könnte ein Windpark aus der Vogelperspektive aussehen (Bildquelle: discoverwindenergy.com)

Da es für Vögel schwierig ist, rotierende Windräder im Flug zu erkennen, wäre es hilfreich, ihnen einige visuelle Hinweise zu geben? Bemalen Sie die Blätter beispielsweise in unterschiedlichen Farben und Mustern. Im Juni 2020 veröffentlichten Forscher des norwegischen Instituts für Naturforschung und der Vogelwarte am Ansø-See einen schockierenden Fund in der Zeitschrift Ecology and Evolution. Sie führten einen Test in einem Windpark im Smøla-Archipel in Norwegen durch und stellten fest, dass die Zahl der Vogelsterben um 70 % sank, wenn eines der drei Rotorblätter der Windturbine schwarz gestrichen wurde.

Eine Windkraftanlage mit schwarz lackierten Rotorblättern (Quelle: arstechnica.com)

Der Windpark Smøla, Phase II, verfügt über insgesamt 68 Windturbinen mit Rotorblättern von 40 Metern Länge. Zwischen 2006 und 2016 führten Ermittler 9.557 planmäßige Kontrollen mit ausgebildeten Hunden durch und fanden 464 Vogelkadaver. Um das Kontrollexperiment zwischen vor und nach der Behandlung durchzuführen, wurden 4 Windturbinen als Versuchsgruppe und Kontrollgruppe ausgewählt.

Im Zeitraum 2006–2013 wurden an den Windkraftanlagen beider Gruppen keine Maßnahmen durchgeführt. Durch die vier Versuchs-Windkraftanlagen kamen insgesamt elf Vögel ums Leben, darunter sechs Seeadler (Haliaeetus albicilla). Auch fünf Moorhühner (Lagopus lagopus) kamen ums Leben, allerdings nicht durch die rotierenden Rotorblätter, sondern durch den Aufprall auf den Turm der Windkraftanlage. Im gleichen Zeitraum töteten die vier Kontrollturbinen sieben Vögel. Die beiden Gruppen von Windkraftanlagen liegen dicht beieinander, sodass der erhebliche Unterschied möglicherweise auf einen anderen, noch unbekannten Faktor zurückzuführen ist.

Im Jahr 2013 wurde an den vier Testturbinen jeweils ein Rotorblatt schwarz lackiert. In den nächsten drei Jahren wurden insgesamt sechs Vogelkadaver gefunden. Im Gegensatz dazu töteten die vier Kontroll-Windturbinen 18 Vögel. Das bedeutet, dass durch das Schwarzstreichen eines einzigen Blattes die jährliche Vogelsterblichkeit um fast 70 Prozent gesenkt werden könnte.

Aus spektraler Sicht ist es tatsächlich so, dass manche Tiere Zapfenzellen in der Netzhaut haben, die für das Farbsehen sorgen, und die Sehpigmente in diesen Zellen können elektromagnetische Wellen unterschiedlicher Wellenlängen absorbieren. Die Spektralbänder, für die die Zapfenzellen im menschlichen Auge am empfindlichsten sind, sind rotes, blaues und grünes Licht, während Vögel vier Arten von Zapfenzellen haben, die für rotes, blaues, grünes und ultraviolettes Licht empfindlich sind.

Die Lichtempfindlichkeit der Zapfen bei Menschen und Vögeln (Bildquelle: Palaeontologia Electronica)

Überlegen Sie einmal: Würde die Sterblichkeitsrate weiter sinken, wenn zwei oder sogar drei Blätter schwarz angemalt würden? Vor weiteren Untersuchungen muss die Wiederholbarkeit dieses Experiments noch einmal bestätigt werden, da scheinbar ideale Ergebnisse auch durch Zufall bedingt sein können. Bevor schwarze Rotorblätter in großem Umfang eingesetzt werden, sind daher noch Langzeituntersuchungen und die Sammlung von Daten in mehreren Windparks erforderlich, um genauere und allgemeingültigere Schlussfolgerungen ziehen zu können.

Windkraftanlagen können nicht nur Strom erzeugen, sondern auch Kunstwerke sein

Alle weißen Windräder sind ein bisschen eintönig. Damit die Windräder die örtlichen Sitten und Gebräuche besser widerspiegeln, wird ein Windpark mit örtlichen Besonderheiten gebaut. An manchen Orten werden die Türme und Rotorblätter von Windkraftanlagen mit Mustern und Designs besprüht, die lokale kulturelle Besonderheiten aufweisen, und so in Kunstwerke verwandelt.

Zum Beispiel die Folk-Show in Guangxi:

Windpark Niutouling im Kreis Tiandeng, Stadt Chongzuo, Guangxi (Fotoquelle: Zuojiang Daily)

Henans Cartoon mit dem gelben Boden:

Tangyin Windpark in Henan (Bildquelle: Wikipedia)

Quellen:

[1] Roel May, Torgeir Nygard, Ulla Falkdalen et al. Malen Sie es schwarz: Wirksamkeit einer verbesserten Sichtbarkeit der Rotorblätter von Windkraftanlagen zur Reduzierung von Vogelsterben. Ökologie und Evolution. 2020;00:1–9.

[2] Hodos, W. Minimierung von Bewegungsschmiereffekten: Reduzierung von Vogelkollisionen mit Windkraftanlagen; Leistungszeitraum: 12. Juli 1999 – 31. August 2002. Vereinigte Staaten. doi:10.2172/15004460.

[3] https://discoverwindenergy.com/the-colors-of-the-wind-turbines-why-are-wind-turbines-white/

[4] https://arstechnica.com/science/2020/08/black-paint-on-wind-turbines-helps-prevent-bird-massacres/

[5] https://www.mywindpowersystem.com/2013/05/14/why-are-wind-turbines-white/

[6] Rowe MP. Schlussfolgerungen zur Netzhautanatomie und den Sehfähigkeiten ausgestorbener Wirbeltiere [J]. Palaeontologia Electronica, 2000, 3(1).