Bedömning av skuggverkan från vindkraftsanläggningen Våsberget

Transkript

1 Bedömning av skuggverkan från vindkraftsanläggningen Våsberget Författare: Alan Duckworth Datum: 12 april 2010 Ref: Detta dokument ( rapporten ) har utarbetats av Renewable Energy Systems Ltd ( RES ). RES ska inte anses göra några som helst åtaganden avseende korrekthet, fullständighet, metod, pålitlighet eller nuvarande status för någon del av det material som ingår i denna rapport. RES kan dessutom inte ställas till ansvar i någon fråga eller i samband med någon information som rapporten avser eller innehåller. Den person som utgår från informationen i rapporten ( mottagaren ) gör detta på egen risk, och varken mottagaren eller den part till vilken mottagaren vidarebefordrar rapporten eller någon upplysning eller information som härrör från rapporten ska ha några som helst rättigheter och kan inte ställa några som helst krav gentemot RES eller några av RES närstående företag i anslutning därtill. Mottagaren ska behandla all information i rapporten som konfidentiell.

2 Revisionshistoria Utgåva Datum Författare Ändring apr 2010 Alan Duckworth Första version

3 CONTENTS 1.0 INLEDNING METOD NÄRMASTE GRANNAR RESULTAT Allmänt Samtliga fastigheter METEOROLOGISKA REDUKTIONSFAKTORER Solstrålning Molntäckets effekt Kombination av reduktionsfaktorer EFFEKT FRÅN VEGETATION OCH HINDER VINDKRAFTSANLÄGGNINGENS KONTROLLSYSTEM REFLEXIONER SLUTSATSER REFERENSER... 6 TABELLER... 7 BILDER BILAGA A Originalrapport på engelska finns i ansökan. Översättning av Tranflex AB, febriari 2011.

4 1.0 INLEDNING En standardanalys av skuggverkan har gjorts på regionen runt den föreslagna vindkraftsanläggningen Våsberget, belägen cirka 8 km sydväst om Ramsjö i Ljusdals kommun i Gävleborgs län. Analysen har genomförts med tillämpning av skuggverkanmodulen (Shadow/Flicker module) (version ) i analyspaketet RESoft Windfarm. Skuggverkan uppkommer när skuggan från vindkraftverkets roterande rotorblad faller på en observatör. När vindkraftverkets rotorblad vrids kommer också skuggorna att flyttas och detta kan ge upphov till en flimmereffekt i fönster och dörrar där kontrasten mellan ljus och skugga är som tydligast. Om skuggverkan är störande eller ej beror på observatörens avstånd från vindkraftverket, riktningen till bostaden och placeringen av dess fönster och dörrar i förhållande till vindkraftsanläggningen, flimrets frekvens och effektens varaktighet, antingen vid ett visst tillfälle eller totalt över ett helt år. Flimrets frekvens beror på rotationshastigheten och antalet rotorblad. Den kritiska frekvensen bör enligt de rekommendationer som ges [1] inte överstiga 2,5 Hz, vilket för ett trebladigt vindkraftverk motsvarar en rotationshastighet på 50 rpm. De föreslagna turbinerna vid vindkraftsanläggningen Våsberget skulle rotera med en maximal hastighet långt under olägenhetströskeln. Denna analys utgår från en planeringslayout bestående av åtta vindkraftverk med en maximal höjd till rotorbladens spets på 175 m enligt vad som framgår av ritning [2]. Någon särskild typ av vindkraftverk har ännu inte valts i det här skedet, så alla tekniska analyser utförs på de dimensioner för vindkraftverket som ger de kraftigaste effekterna inom ramen för den allmänna planen. För skuggeffekt/flimmer är de kritiska parametrarna den roterande strukturens maximihöjd och maximidiameter. För en maximal höjd på 175 m är motsvarande realistiska största diameter 112 m och navhöjd 119 m. Dessa planerade dimensionsparametrar har använts i den analys som återges här. 2.0 METOD De analysparametrar som anges i de svenska rekommendationerna [3] har tillämpats. För en viss given layout på anläggningen har antalet timmar som skuggan från varje turbinrotor faller på fastigheter inom en radie på 1,85 km från vindkraftsanläggningen beräknats. Gränsen 1,85 km är det ungefärliga avstånd vid vilket ett vindturbinblad med en radie på 56 m och med typiska genomskärningsmått täcker 20 procent av den solbelysta arean enligt vad som anges i [3]. Följande numeriska värden har använts som ingångsvärden i beräkningen: Bladspetsens korda = 0,487 m Bladrotens korda = 4,370 m Genomsnittlig korda = 2,429 m Bildad vinkel (diameter) mot solskivan = 0,52 grader. Om man tillämpar dessa parametrar i analysen som anges i [3] erhålls ett gränsvärde för avståndet för skuggverkan/flimmer på 1,704 km [4]. Siffran har rundats av uppåt till 1,85 km för att medge en viss planeringsmarginal för vindkraftverkens position och så att bedömningen av skuggverken/flimmer förblir konservativ. Enbart fall där solen har en elevationsvinkel överstigande 3 beaktas [3]. p.2

5 Analysen bygger på ett tänkbart värsta scenario eftersom det antas att himlen är molnfri 365 dagar per år och att solen, och därmed också skuggan, alltid är synliga. Blockering av skuggorna genom fasta föremål såsom andra byggnader och träd beaktas dessutom inte, även om terrängens blockeringseffekt beaktas. 3.0 NÄRMASTE GRANNAR Totalt har 11 fastigheter i närheten av Våsberget analyserats med avseende på skuggverkan enligt vad som redovisas i tabell 3.1 och illustreras i ritning [5]. I figur 3.1 visas vindkraftverkens och fastigheternas placering inom ett avstånd av 1,85 km från varje vindkraftverk. Som ett tänkbart värsta scenario och i frånvaro av detaljerad information för varje enskild fastighet antas att varje byggnad har ett fönster på 360 som sträcker sig längs fastighetens hela omkrets på en höjd av 2 m ovanför marknivån. 4.0 RESULTAT 4.1 Allmänt I detta avsnitt presenteras den teoretiska maximala varaktigheten för skuggverkan/flimmer, bortsett från all reduktion eller dämpning på grund av träd, byggnader eller meteorologiska förhållanden. I avsnitt 5 behandlas vidare och behandlar den möjliga reduktionen av skuggeffekten på grund av rådande meteorologiska förhållanden. 4.2 Samtliga fastigheter Här presenteras detaljerade resultat för en anläggning som består av elva vindkraftverk med en rotordiameter av 112 m [2] på en navhöjd av 119 m. Resultaten togs fram i körning KSWEvas001.WFK [6]. I tabell 4.1 anges det absolut största antalet timmar av skuggverkan per år vid varje fastighet [6]. Av den framgår att fastigheten H9 utsätts för en risk för skugg- och flimmereffekter under ett teoretiskt beräknat maximalt antal timmar på 5,5 per år. Den maximala teoretiska upplevda skugg- och flimmereffekten vid H9 ligger därmed under det maximala riktvärde på 30 timmar per år som anges i [3]. I figur 4.1 redovisas dessa resultat grafiskt. Det bör också framhållas att maximivärdena förutsätter en molnfri himmel varje dag under året och bortser från den blockerande effekten från träd och andra hinder. I tabell 4.2 anges den maximala dagliga varaktigheten för skugg- och flimmerpåverkan vid varje fastighet [6]. Detta visar att det värsta fallet, vid H9, skulle vara en maximal daglig varaktighet på 0,28 timmar. Dessa värden ligger under det riktvärde på 30 minuter som anges i [3]. I figur 4.2 redovisas dessa resultat grafiskt. I tabell 4.3 anges antalet timmar av skuggverkan/flimmer som orsakas av varje vindkraftverk vid varje enskild fastighet [6]. Det framgår av tabellen att vindkraftverk T5 svarar för hela skugg- och flimmerverkan vid H9. Den informationen redovisas grafiskt i figur 4.3. Bilaga A innehåller en komplett förteckning över samtliga händelser som gäller skuggverkan/flimmer i samtliga fastigheter, med angivande av start- och sluttid för varje skugga samtliga årets dagar. Alla klockslag avser GMT. Som en sammanfattning av denna information presenteras data för den drabbade fastigheten i grafisk form i figur 4.4. Situationen vid denna fastighet kan subjektivt anges som följer: H9 skulle kunna uppleva skuggverkan i början och slutet av vintern. Flimmer skulle förekomma på morgonen. p.3

6 5.0 METEOROLOGISKA REDUKTIONSFAKTORER 5.1 Solstrålning Olika meteorologiska effekter minskar i realiteten den teoretiska förekomsten av skuggverkan/flimmer. Solstrålningens styrka är en sådana parameter som direkt påverkar upplevelsen av skuggverkan/flimmer. I det vägledande dokumentet [3] anges att skuggverkan endast märks när solens effekt överstiger 120 W/m 2. Solens styrka är beroende av latitud och årstid. I figur 5.1 visas den teoretiska variationen för maximal daglig soleffekt under ett helt år i en position som ligger inom Våsbergetområdet (62,13 N, 15,54 E, WGS84 Datum). Variationen har räknats ut [7] med en SOLPOS-kalkylator [8]. Om man jämför detta med de teoretiska perioder när det förekommer skuggverkan i figur 4.4, så står det klart att den teoretiska solstrålningen (om man antar att himlen är molnfri) i allmänhet är tillräckligt stark för att åstadkomma skuggverkan/flimmer vid någon tidpunkt varje dag hela året, om man undantar ett par dagar i december. I figur 5.2 visas soleffektens variation under den dag när soleffekten är maximal, den 20 juni 2010, midsommardagen. Före kl och efter kl är soleffekten mindre än 120 W/m 2 och skulle följaktligen vara för svag för att ge upphov till skuggverkan. I figur 5.3 visas hur soleffekten varierar under den dag när den är som svagast, den 21 december Den dagen är solstrålningen under 120 W/m 2 hela dagen och följaktligen för svag för att orsaka skuggverkan/flimmerstörningar. Om man jämför varje enskilt teoretiskt fall av skuggverkan/flimmer (bilaga A) med rådande solintensitet, så finner man [7] att inga av fallen av skuggverkan kan elimineras på grund av att den faktiska maximala soleffekten kommer att vara mindre än 120 W/m 2 när det aktuella fallet av skuggverkan/flimmer inträffar. I tabell 5.1 anges reduktionsfaktorerna och resulterande timmar av skuggverkan för varje fastighet. I tabell 5.2 redovisas reduktionsfaktorerna för varje vindkraftverk och varje fastighet. Dessa resultat betraktas som konservativa, eftersom enbart fall där den maximala solintensiteten under händelsen är mindre än 120 W/m 2 har eliminerats. Samtliga de fall av skuggverkan/flimmer där soleffekten är större än 120 W/m 2 under bara en del av händelsens varaktighet har därför behållits. 5.2 Molntäckets effekt Under vintermånaderna när dagarna är korta och man kan förvänta sig mer molnighet än under sommaren, kommer skuggverkan/flimret förmodligen att ligga betydligt under den teoretiska maximinivån. Data över molntäcket [9] har erhållits från FN:s klimatpanel [10] och återges grafiskt i figur 5.4. En beräkning av det genomsnittliga månadsvisa molntäcket har gjorts utifrån dessa kartor och återges i tabell 5.3. Om man kombinerar statistik över det genomsnittliga molntäcket med den månad när varje fall av skuggverkan/flimmer inträffar (bilaga A), kan ytterligare reduktionsfaktorer tas fram [7] enligt vad som visas i tabell 5.4. Resultaten pekar på att betydande reduktioner i faktisk skuggverkan/flimmer kan uppkomma på grund av molntäcket. 5.3 Kombination av reduktionsfaktorer Eftersom det inte finns någon minskning av skugg- eller flimmerverkan på grund av låg solstrålning, är den kombinerade reduktionsfaktorn i realiteten reduktionen på grund av moln- p.4

7 täcket. De resulterande totala årliga antalet timmar av skuggverkan/flimmer (från tabell 4.1) redovisas i tabell 5.5. Av den framgår att H9 skulle uppleva skuggverkan under 1,9 timmar varje år, och följaktligen skulle samtliga fastigheter i närheten av vindkraftsanläggningen uppleva mindre än de rekommenderade åtta timmarna [3] av skuggflimmer per år. 6.0 EFFEKT FRÅN VEGETATION OCH HINDER Hittills har i analysen antagits att vindkraftverken och fastigheterna varit belägna på barmark utan träd eller annan vegetation, vilket följaktligen utgjorde ett tänkbart värsta scenario för skuggverkan/flimmer. Av flygfotot [11] framgår inte placeringen av H9, som verkar vara placerat i ett område med tät skog, vilket skulle kraftigt minska eventuell skuggverkan på fastigheten. Eftersom detta inte kan bekräftas i skrivande stund är det omöjligt att kvantifiera denna reduktion. 7.0 VINDKRAFTSANLÄGGNINGENS KONTROLLSYSTEM För att medge en ytterligare minskning av skuggverkan/flimmereffekt kan vindkraftsanläggningen utrustas med ett system för dämpning av skuggverkan/flimmer. Sådana system kan programmeras med en tidtabell för teoretiska kritiska fall av skuggverkan/flimmer (ett utdrag ur de fall som anges i bilaga A) och även förses med en sensor som mäter intensiteten för den faktiska soleffekten. När ett kritiskt fall av skuggverkan/flimmer är omedelbart förestående kommer systemet att mäta solstrålningens intensitet och om den överstiger den kritiska effektnivån (120W/m 2 ) kommer det eller de vindkraftverk som kan orsaka effekten att stängas av automatiskt under den tid som skuggverkan/flimret skulle ha pågått. Att förse anläggningen med en solintensitetssensor är viktigt för att se till att vindkraftverken inte stoppas under molniga eller dimmiga dagar. Ingen fastighet upplever mer än åtta timmars [3] skuggverkan om man tar hänsyn till sol- och molntäckningsreduktion. Någon solintensitetssensor behövs därför inte. 8.0 REFLEXIONER En visuell effekt som har samband med skuggverkan är reflekterat ljus. Rent teoretiskt skulle ljus som reflekteras från ett roterande rotorblad mot en observatör kunna ge upphov till en stroboskopisk effekt. I praktiken kommer ett antal faktorer att begränsa fenomenets effekter och det finns inga kända rapporter om att reflekterat ljus skulle vara ett betydande problem vid andra vindkraftsanläggningar. För det första har vindkraftverk en halvmatt ytfinish, vilket innebär att de inte reflekterar ljus lika starkt som material som glas eller blanka bilkarosser. För det andra kommer det reflekterade ljuset i regel att spridas på grund av de konvexa ytor som finns på ett vindkraftverk. För det tredje innebär de varierande vindflödena inom en vindkraftsanläggning att de olika rotorbladen inte får exakt samma inriktning. Det är därför inte troligt att en observatör skulle uppleva reflexer från flera olika vindkraftverk samtidigt. För det fjärde krävs det, precis som när det gäller skuggverkan, vissa väderförhållanden och solpositioner innan en observatör upplever fenomenet. Slutsatsen blir därför att alla eventuella olägenheter på grund av reflekterat ljus är försumbara. p.5

8 9.0 SLUTSATSER Analysen av skuggverkan/flimmer har visat att det teoretiskt värsta scenariot vad gäller påverkan från skuggverkan/flimmer inte överskrider angivna riktvärden [3] invid någon av fastigheterna nära den föreslagna vindkraftsanläggningen Våsberget. Om man beaktar den faktiska molntäckningen, kommer det att ge betydande minskningar av det teoretiska värdet. Detta ger ett värde för den faktiska skugg- eller flimmerverkan som ligger under de rekommenderade åtta timmarna [3] vid samtliga fastigheter. Därför behövs det ingen strategi för att stänga av vindkraftverken REFERENSER [1] Clarke A.D, A case of shadow flicker/flashing: assessment and solution, Open University, Milton Keynes, [2] Duckworth A.P., Turbine Layout RES ritning 01497D , 1 april m=3 [3] Planering och Provning av Vindkraftverk på land och i kustnära vattenområden, Boverket, augusti 2008, [4] Duckworth A.P., Area of Sun Blocked by Turbine Rotor - Våsberget, RES beräkning , 12 april [5] Duckworth A.P., House Layout RES ritning 01497D , 19 mars um=1 [6] Duckworth A.P., ShadowFlickerOutputKSWEvas001.xls, RES beräkning , 12 april [7] Duckworth A.P., Solar Radiation and Cloud Cover at Våsberget, beräkning , 12 april [8] MIDC SOLPOS Calculator, National Renewable Energy Laboratory (NREL), Golden, Colorado, USA. [9] Duckworth A.P., IPCC Cloud Cover at Våsberget, RES beräkning , 13 april 2010, [10] Intergovernmental Panel on Climate Change data service [11] Online-karta, (konsulterad 13/04/2010) p.6

9 TABELLER Tabell 3.1 Byggnader närmast vindkraftsanläggningen (DSWEvsb001) Nätkoordinater ID Öster Norr Avstånd / m Närmaste vindkraftverk H T5 H T5 H T5 H T5 H T5 H T5 H T5 H T5 H T5 H T3 H T3 Tabell 4.1: Teoretiskt maximalt antal timmar av skuggverkan totalt per år vid varje fastighet KSWEvas001 ID Timmar totalt H1 0 H2 0 H3 0 H4 0 H5 0 H6 0 H7 0 H8 0 H9 5,5 H10 0 H11 0 p.7

10 Tabell 4.2: Teoretisk maximal daglig varaktighet (timmar) för skuggverkan vid varje fastighet KSWEvas001 ID Max timmar/dag H1 0 H2 0 H3 0 H4 0 H5 0 H6 0 H7 0 H8 0 H9 0,28 H10 0 H11 0 Tabell 4.3: Antal timmar av skuggverkan från varje vindkraftverk vid varje fastighet. Vindkraftverk fastighet T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 Totalt H H H H H H H H H , ,5 H H p.8

11 Tabell 5.1: Reduktionsfaktorer för skuggverkan/flimmer på grund av otillräcklig soleffekt [7]. Fastighet Timmar totalt Reduktions faktor Timmar totalt H1 0 0,0 % 0,0 H2 0 0,0 % 0,0 H3 0 0,0 % 0,0 H4 0 0,0 % 0,0 H5 0 0,0 % 0,0 H6 0 0,0 % 0,0 H7 0 0,0 % 0,0 H8 0 0,0 % 0,0 H9 5,5 0,0 % 5,5 H10 0 0,0 % 0,0 H11 0 0,0 % 0,0 Tabell 5.2: - Reduktionsfaktorer för skuggverkan/flimmer för varje vindkraftverk på grund av otillräcklig soleffekt [7] Vindkraftverk Fastighet T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 H1 H2 H3 H4 H5 H6 H7 H8 H9 100 % H10 H11 Tabell 5.3: Observerat molntäcke för perioden i närheten av Våsberget (källa IPCC[10]). Månad Molntäckning Januari 65,00 % Februari 65,00 % Mars 60,00 % April 65,00 % Maj 55,00 % Juni 50,00 % Juli 60,00 % Augusti 60,00 % September 65,00 % Oktober 70,00 % November 65,00 % December 65,00 % p.9

12 Tabell 5.4: Reduktionsfaktorer för skuggverkan på grund av molntäcke [7] Vindkraftverk Fastighet T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 Totalt H1 H2 H3 H4 H5 H6 H7 H8 H H10 H11 33,96 % Tabell 5.5: Kombinerade reduktionsfaktorer för soleffekt och molntäckning och resulterande antal timmar av skuggflimmer per år [7] Fastighet Reduktionsfaktor Reduktionsfaktor Timmar Timmar Timmar för för totalt totalt totalt soleffekt molntäcke H1 H2 H3 H4 H5 H6 H7 H8 H9 5,5 100,0 % 5,5 34,0 % 1,9 H10 H11 33,96 % p.10

13 BILDER Figur 3.1: Fastigheternas placering i relation till buffertzonen på 1,85 km runt vindkraftverken. p.11

14 4.1: Skuggverkans teoretiska varaktighet totalt per år vid varje fastighet. Figur p.12

15 p.13 Figur 4.2: Teoretisk maximal daglig skuggverkan vid varje fastighet och varaktighet från varje enskilt vindkraftverk..

16 p.14 Figur 4.3: Teoretisk maximal skuggverkan per år vid varje fastighet

17 4.4: Maximal teoretisk förekomst av skuggverkan vid byggnad H9 Figur Figur 5.1: Den teoretiska solstrålningens (effektens) variation på Våsberget år 2010 [7]. p.15

18 Figur 5.2: Den teoretiska solstrålningens (effektens) variation på Våsberget den dag (20 juni) som har högst soleffekt år 2010 [7]. Figur 5.3: Den teoretiska solstrålningens (effektens) variation på Våsberget den dag (21 december) som hade lägst soleffekt år 2010 [7]. p.16

19 Figur 5.4 Observerat molntäcke per månad (IPCC) [10] Januari Februari Mars April Maj Juni p.17

20 Juli Augusti September Oktober November December p.18

21 BILAGA A Projekt: SWEVAS Körningens W:\WINDFARM\SWEGLO\KSWEGLO001.WFK Rubrik : KSWEvas001 - PSWEvas008 + DSWEvas001 Tidpunkt: ######## SKUGGTIDER PÅ VARJE FÖNSTER Hus/ Öst Nord Bredd Djup Höjd Grader Lutning Fönster från vinkel (m) (m) (m) Norr 01-Jan Inga skuggor faller på detta fönster Hus/ Öst Nord Bredd Djup Höjd Grader Lutning Fönster från vinkel (m) (m) (m) Norr 02-Jan Inga skuggor faller på detta fönster Hus/ Öst Nord Bredd Djup Höjd Grader Lutning Fönster från vinkel (m) (m) (m) Norr 03-Jan Inga skuggor faller på detta fönster Hus/ Öst Nord Bredd Djup Höjd Grader Lutning Fönster från vinkel (m) (m) (m) Norr 04-Jan Inga skuggor faller på detta fönster Hus/ Öst Nord Bredd Djup Höjd Grader Lutning Fönster från vinkel (m) (m) (m) Norr 05-Jan Inga skuggor faller på detta fönster Hus/ Öst Nord Bredd Djup Höjd Grader Lutning Fönster från vinkel (m) (m) (m) Norr 06-Jan Inga skuggor faller på detta fönster Hus/ Öst Nord Bredd Djup Höjd Grader Lutning Fönster från vinkel (m) (m) (m) Norr 07-Jan Inga skuggor faller på detta fönster Hus/ Öst Nord Bredd Djup Höjd Grader Lutning Fönster från vinkel (m) (m) (m) Norr 08-Jan Inga skuggor faller på detta fönster Hus/ Öst Nord Bredd Djup Höjd Grader Lutning Fönster från vinkel (m) (m) (m) Norr 09-Jan Vindkraftverk Öst Nord Dag Starttid Sluttid Varaktighet % Täckning :56:38 09:05:07 00:08:28 50, :55:02 09:06:51 00:11: :54:01 09:07:58 00:13: :53:21 09:08:44 00:15: :52:56 09:09:14 00:16: :52:45 09:09:29 00:16: p.19

22 :52:45 09:09:30 00:16: :52:58 09:09:18 00:16: :53:25 09:08:50 00:15: :54:10 09:08:02 00:13: :55:20 09:06:48 00:11: :57:19 09:04:41 00:07:21 38, :26:10 08:35:25 00:09:16 63, :24:28 08:36:58 00:12: :23:23 08:37:54 00:14: :22:41 08:38:29 00:15: :22:16 08:38:48 00:16: :22:06 08:38:55 00:16: :22:09 08:38:49 00:16: :22:26 08:38:32 00:16: :22:58 08:38:02 00:15: :23:47 08:37:16 00:13: :25:01 08:36:08 00:11:08 93, :34:19 00:07:19 36,83 Hus/ Öst Nord Bredd Djup Höjd Grader Lutning Fönster från vinkel (m) (m) (m) Norr 10-Jan Inga skuggor faller på detta fönster Hus/ Öst Nord Bredd Djup Höjd Grader Lutning Fönster från vinkel (m) (m) (m) Norr 11-Jan Inga skuggor faller på detta fönster p.20