Vindmätning i Tomta 2014

Transkript

1 1 Vindmätning i Tomta 2014 Resultatrapport Undersökningen utförd med stöd av utvecklingsanslag från

2 2 Innehållsförteckning 1. Sammanfattning Bakgrund Mätplatsen Mätutrustning Mätning med mekaniska givare Mätning med Sodar Mätperiod och dataöverföring Dataredovisning Erhållna datamängder Korrelation och avvikelse mellan de olika mätsystemet Jämförelse mellan virtuell och verklig mätning av vindhastighet Resultat Vindhastighetsdistribution Vindhastighet Vindriktning Turbulens Kommentarer och slutsatser Tack....14

3 3 1. Sammanfattning Roslagskraft e.f. (tidigare Björkö-Arholma vindkraft e.f.) har som verksamhetsidé att främja medlemmarnas intresse genom planering för miljövänliga och ekonomiskt fördelaktiga lösningar på medlemmarnas behov av elkraft genom samverkan för produktion av och/eller inköp av vindkraftsproducerad elektricitet. Som ett led i verksamhetsidén har föreningen, inför etablering av vindkraftproduktion vid en möjlig byggplats för ett verk i Tomta (Väddö), mätt vinden på denna plats. Mätningarna har finansierats av Leader Uross, en ideell förening bestående av representanter från kommuner inom Stockholms län och med ekonomiskt stöd från Länsstyrelsen i Stockholms län. Leader är en metod för landsbygdsutveckling som bygger på lokala initiativ och beslut. Uross avser Utveckling av Roslagen och Stockholms skärgård. Mätningarna har omfattat analys av en virtuell vindrapport från SMHI innefattande data för medelvind och vindriktning på den aktuella platsen för åren , samt en verklig mätning på platsen, dels med givare på mätmast och dels med akustisk mätteknik (Sodar/akronym från engelskans Sonic Detection And Ranging/).) De verkliga mätningarna påbörjades i oktober 2013 och avslutades i januari Registrering av vindhastighet och -riktning utfördes med mekaniska givare på masten på 45 resp. 60 m höjd. Med akustisk teknik gjordes registreringar från en närbelägen plats i höjdintervallet m i 5-meterssteg. Registrering av vindhastighet och -riktning gjordes från samtliga givare var 10:e minut dygnet runt under mätperioden. Mätningen med mekaniska givare var behäftad med vissa störningar, framför under den första delen av mätperioden. En jämförelse mellan de mekaniska givarna uppvisade emellertid en mycket hög korrelationskoefficient (0,97-1,00) och korrelationen mellan mekaniska givare och Sodar var tillfredsställande (0,76-0,95). Sodar-data var kompletta till 89-98% för de höjder (100 resp. 150 m) som bedöms vara mest intressanta inför en kommande etablering. Den virtuella mätningen visade att medelvinden för ett normalår, dvs baserat på mätningar , på 100 m höjd var 6,7 m/s. Den verkliga mätningen visade att medelvinden för kalenderåret 2014 var 6,2 m/s på mäthöjd 100 m, dvs något lägre än för normalåret, och 7.3 m/s på mäthöjd 150 m. Den huvudsakliga vindriktningen varierade inom intervallet o, d.v.s. mellan syd och nordväst, såväl under normalåret som under år Vid en kommande kalkylering av elproduktion och finansiering bör den av SMHI angivna vindhastigheten på 100 m höjd för normalår på denna plats, d.v.s. 6,7 m/s användas med försiktighet. Skillnaden mellan den uppmätta medelvinden för 2014 (6,2 m/s) och normalårets vindhastighet på platsen (6,7 m/s) bör bedömas i samråd med meteorologisk expertis.

4 4 2. Bakgrund I början av juni 2011 samlades elva entusiaster från Björkö-Arholma runt en fråga. Borde man inte ta tillvara den vind som så vi så ofta upplever här? Detta var starten för Björkö-Arholma vindkraft ekonomisk förening. Den första uppgift som den nya föreningen tog sig an var att finna en lämplig etableringsplats för ett vindkraftverk. Initialt utsågs en handfull kandidatplatser på ön Arholma och närliggande öar, vilka underställdes försvarsmakten för kommentar avseende lämplighet. Det blev avslag för samtliga. I en andra omgång utsågs nio nya kandidatplatser, vilka likaledes granskades av försvarsmakten. Fyra av dessa bedömdes interferera med försvarsmaktens riksintressen, men för resterande fem platser fanns inga invändningar. Efter föreningens närmare granskning av dessa fem platser föll emellertid fyra bort, några pga risk för störning av fågelliv, andra pga förmodade svårigheter att bygga på platsen och några pga närhet till bebyggelse. Kvar blev en plats i Tomta, ett område några kilometer söder om Grisslehamn. Denna plats bedömdes lämplig ur fågelskyddssynpunkt (verifierat av Riksmuseet och Lantmäteriet i Norrtälje), genom tillräckligt avstånd till bebyggelse (ca 800 m), genom en i huvudsak positiv inställning hos befolkningen i närområdet (bedömt efter genomförande av tre informationsmöten), genom närhet till väg och elanslutning, och genom en välvilligt inställd markägare. Nästa steg i projekteringen av ett vindkraftverk i Tomta var vindmätning. Föreningen begärde in offerter från att antal företag med rätt kompetens och fick offerter som varierade från 200 till 1200 tkr. Efter noggrann analys av offerterna och flera samtal med anbudsgivarna beslutades anlita företaget Allwinds AB, med hemvist i Mariehamn på Åland. Allwinds hade offererat det näst lägsta priset, hade gott renommé på Åland där företaget sedan länge är djupt engagerat i etablering och drift av vindkraftverk, och hade dessutom en bra teknik att erbjuda (kombination av mekanisk mätning med givare på mast och akustisk mätning med Sodar). Mätkostnaden för en 12-månadersperiod var enligt offerten euro, d.v.s. c:a 240 tkr SEK. Till detta kom kostnader för bygglov, preparering av väg, markhyra för mättiden, vissa gräv- och kranarbeten m.m. Sammanlagt beräknades mätkostnaden bli tkr SEK. Sedan anbudsgivaren med lägsta offerten dragit tillbaka sitt anbud beslutades att anlita Allwinds AB för mätningen. För att finansiera mätkostnaden gjordes en ansökan till Leader Uross om projektanslag. Två olika ansökningar inlämnades i maj 2013: (i) en ansökan ( bygdecheck ) om 35 tkr att användas för att bekosta en av SMHI utförd virtuell mätning av vind på den aktuella mätplatsen, samt (ii) en ansökan om medel till en verklig mätning på platsen enligt Allwinds offert till en kostnad om tkr. I den senare ansökan ingick dessutom äskade medel till vissa informationsinsatser, samt till geologisk undersökning av markförhållandena på den tilltänkta byggplatsen. Sammanlagda beloppet i denna ansökan var 398 tkr. En förutsättning var att föreningen bidrog med samma belopp genom styrelsens oavlönade arbete. Ansökan om miljöcheck beviljades snabbt, vilket medgav att SMHIs undersökning var klar redan i slutet av juni Resultatet var - som förväntat - att de virtuellt beräknade vindförhållandena på platsen var tillräckligt bra för att motivera en verklig mätning på platsen. Bygglovsansökan för en mätmast ingavs till byggnadsnämnden i Norrtälje kommun i augusti 2013, och beviljades under senare delen av september. Masten restes under hösten För att vidga den geografiska intressesfären för projektet och därmed underlätta fortsatt rekrytering av medlemmar/investerare bytte föreningen 2014 namn till Roslagskraft e.f.

5 5 3. Mätplatsen Mätplatsen är belägen på norra delen av Väddö, Norrtälje kommun, Stockholms län. Den är markerad med ett litet kryss, som på Fig. 1 till vänster (1:50000) återfinns 15 mm VSV om G i Grisslehamn. Platsens koordinater är i RT 90 - systemet N och E På Fig. 2 nedan (1:3000) återfinns mätmastens placering ungefär vid siffran 5 i beteckningen 11:56. Den tilltänkta byggplatsen är identisk med placeringen av mätmasten. Sodar - utrustningen blev slutgiltigt uppställd i det gulmarkerade fältet 20:1, ungefär vid bokstaven b i Fäbro. Fig 1 Fastigheten där masten var placerad: Väddö Tomta 11:56 Ägare: Krister Karlsson Tomta Skogsväg Grisslehamn Fastigheten där Sodar-vagnen var placerad: Väddö Tomta 20:1 Ägare: Jan-Eric Mattsson Tomta 302A Väddö Fig. 2 Området är i de på detaljkartan gröna avsnitten beväxt med blandskog, där gran dominerar. Området är lätt kuperat. Själva platsen för mätmasten/tilltänkta byggplatsen är en kulle med berg i dagen, ca 5 m hög och 50 m i diameter

6 6 4. Mätutrustning 4.1 Mätning med mekaniska givare Mätutrustningen bestod av fyra mekaniska givare av typ Young Wind Sentry 03005, parvis monterade i spetsarna på tvärgående bommar anbringade på en teleskopisk mätmast på 45 resp. 60 m höjd. Avståndet mellan givarna i sidled var ca 4 m och i höjdled således 15 m. Givarna var anslutna via kabel till en elektronisk minnesenhet placerad i en låst box på mastens nedre del. Minnesfunktionen avlästes månadsvis via GSM-uppkoppling av minnesenheten till entreprenören Allwinds AB i Mariehamn, som vidarebefordrade mätuppgifterna redovisade i Excel-format till Roslagskraft via Mätning med Sodar Sodar - tekniken fungerar ungefär som radar men använder ljudvågor i stället för radiovågor. Sodarutrustningen som användes för mätningarna var av typ AQS 500. Den ställdes initialt upp ca 30 m norr om mätmasten i en glänta i skogen där röjning utförts, men måste pga störningar flyttas till en äng belägen ytterligare 250 m norrut (Fig 2). Sodarutrustningen var via kabel ansluten till en elektronisk minneshet placerad på mätmastens nedre del. Mätresultaten avlästes av Allwinds AB och vidareefordrades till Roslagskraft på samma sätt som mätresultaten från de mekaniska givarna. Sodar - utrustningen var strömförsörjd från batterier placerade i samma vagn som själva utrustningen. Batterierna laddades från solpaneler anbringade på vagnens utsida. Som back-up för batteriladdningen vid otillräcklig försörjning från solpanelerna fanns ett automatiskt dieselaggregat med laddningsgenerator i vagnen. Bränslenivån i dieselaggregatets tank kunde avläsas av Allwinds AB i Mariehamn. 5. Mätperiod och dataöverföring All mätutrustning på platsen monterades och masten restes den oktober De mekaniska givarna fungerade omedelbart från start. De första månaderna noterades problem med överföringen av data från minnesboxen till Allwinds AB, vilket medförde ett visst databortfall. Bakgrunden till dessa bortfall kunde inte fastställas med säkerhet. Från mars 2014 var mätning med de mekaniska givarna och dataöverföring i huvudsak felfri. Sodar-mätningarna gav under den första hela mätmånaden (november 2013) data som uppvisade störningar och betydande avvikelse från motsvarande data från de mekaniska givarna. Detta bedömdes av tillverkarens expertis bero på att de akustiska Sodar - signalerna reflekterades mot närstående träd. Sodar - vagnen flyttades därför den 20 december 2013 till ett öppet fält (jfr. Fig 3). Flytten medförde att störningsproblemen försvann och att överensstämmelsen mellan data från de mekaniska givarna och Sodar - data blev tillfredsställande. Egentligt startdatum för de operativa mätningarna blev därmed 20 december Masten monterades ner och dataregistreringen upphörde den 30 januari Sammanlagda mätperiodens längd blev därmed 406 ( ) dagar.

7 7 6. Dataredovisning 6.1 Erhållna datamängder Data från mekaniska givare och från de olika höjdnivåerna i Sodar-mätningen registrerades var 10e minut hela dygnet under hela kalenderåret Antal möjliga observationer blir då, d.v.s. i frånvaro av bortfall, 365 d x 24 h x 6 = mättillfällen. I tabellen nedan anges hur många observationer som i verkligheten gjordes, i absoluta tal och i % av antalet möjliga observationer. Tabell 1 Mek.givare 1 Mek.givare 2 Sodar Sodar 60 m 60 m 100 m 150 m Antal mätvärden % av max antal möjl. mätvärden Korrelation och avvikelse mellan de olika mätsystemen Korrelationen mellan de mekaniska givarna och Sodar mättes på den högsta nivå som var möjlig, d.v.s. på 60 m. Korrelationens medianvärden samt högsta och lägsta värden är angivna i tabellen nedan. MG = mekanisk givare. Tabell 2 Medianvärde korrelationskoefficient Intervall korrelationskoefficient MG 1/MG 2 0,99 0,97-1,00 MG 1/ Sodar 0,92 0,73-0,95 MG 2/ Sodar 0,91 0,74-0,94 Medianvärdet för mätavvikelsen, uttryckt i m/s, mellan de mekaniska givarna och Sodar, beräknad enligt formeln (0,5(MG 1 + MG 2) Sodar) var 0,33 m/s. Avvikelsen varierade under årets månader från 0,04 till 0,73 m/s. 6.3 Jämförelse mellan virtuell och verklig mätning av vindhastighet Genom vänligt tillmötesgående från SMHI erhöll Roslagskraft en virtuell beräkning av medelvinden för första halvåret 2014 på 100 m höjd på platsen för mätmasten. Vindhastigheten för perioden angavs av SMHI till 6,2 m/s. Enligt de egna mätningarna var medelvinden vid uppställningsplatsen för Sodar-vagnen (ca 280 m norr om mastplatsen) 6,22 m/s under samma period.

8 8 7. Resultat 7.1 Vindhastighetsdistribution Fig. 3 Vindhastighetsdistribution under perioden på 100 m höjd vid den tilltänkta byggplatsen enligt virtuell beräkning av SMHI. Distributionen uppvisar form överensstämmande med en s.k. Rayleigh-fördelning (en Rayleigh-fördelning är ett specialfall av en s.k. Weibull-fördelning och används inom meteorologin för att beskriva frekvensfördelningen av vindhastigheter. Weibull-fördelningen är brett använd inom teknik för att ex.vis beskriva och beräkna hållfasthet. Weibull-fördelningar kan bara innehålla positiva värden). Fig. 4 Vindhastighetsdistribution under 2014 på 100 m höjd nära den tilltänkta byggplatsen, beräknad från mätningar med Sodar.

9 9 Fig. 5 Vindhastighetsdistribution under 2014 på 150 m höjd nära den tilltänkta byggplatsen, beräknad från mätningar med Sodar. Svackan i toppen på fördelningen beror sannolikt på visst databortfall. 7.2 Vindhastighet Fig. 6 Vindhastigheter under perioden på höjderna 60, 80, 100 och 120 m vid den tilltänkta byggplatsen enligt virtuella mätningar (SMHI). Den räta linjen är en beräknad regressionlinje för höjden 120 m.

10 10 m/s 150 m 100 m febr apr jun aug okt dec jan mar maj jul sep nov Fig. 7 Vindhastighet under år 2014 på höjderna 100 och 150 m vid den tilltänkta byggplatsen enligt egna mätningar med Sodar. Tabell 3 Numerisk presentation av de mätvärden som utgör basen för Fig. 6 och 7 ovan. År 60 m 80 m 100 m 120 m Månad m 150 m ,3 6,6 6,8 7,0 Januari 6,7 7, ,3 6,6 6,8 7,0 Februari 6,0 7, ,3 6,7 6,9 7,1 Mars 6,8 8, ,4 6,7 6,9 7,1 April 6,1 7, ,2 6,5 6,6 6,8 Maj 5,8 6, ,6 6,9 7,1 7,3 Juni 6,0 6, ,5 6,8 6,9 7,1 Juli 4,9 5, ,4 6,6 6,8 6,9 Augusti 6,2 7, ,0 6,4 6,6 6,8 September 5,4 5, ,8 6,2 6,4 6,6 Oktober 6,9 8, ,9 6,2 6,4 6,7 November 5,9 7, ,6 5,9 6,1 6,3 December 7,3 9, ,7 5,9 6,1 6, ,0 6,4 6,7 6, ,9 6,3 6,5 6, ,1 6,4 6,7 6,8 Medelvärde 6,2 7,3

11 Vindriktning Fig. 8 Vindros, utvisande vindstyrka och vindriktningar under perioden på 100 m höjd vid den tilltänkta byggplatsen. Vindriktningar mellan SSV och NV dominerar, och vindstyrkan är vanligtvis 3-9 m/s. Fig. 9 Vindrosor som visar vindstyrka och vindriktning på 100 (vä) resp. 150 (hö) m höjd vid den tilltänkta mätplatsen, baserad på data från helåret Som framgår domineras vindriktningen av SV vindar och av vindstyrkor i intervallet 3-9 m/s.

12 Turbulens TI % m Fig. 10 Turbulensindex (TI) baserat på mätningar med Sodar på höjderna m under januari Den röda linjen representerar högsta värden på TI på olika höjder under månaden, och den blåa linjen representerar medelvärden på TI på olika höjder under månaden. Samtliga värden på TI hänför sig till de registrerade 10-minutersobservationerna. TI % m Fig. 11 Turbulensindex (TI) baserat på mätningar med Sodar på höjderna m under augusti Den röda linjen representerar högsta värden på TI på olika höjder under månaden, och den blåa linjen representerar medelvärden på TI på olika höjder under månaden. Samtliga värden på TI hänför sig till de registrerade 10-minutersobservationerna.

13 13 8. Kommentar och slutsatser Föreliggande vindmätning har haft som mål att ge underlag för bedömning av sannolikheten för lönsam produktion av elektricitet från ett vindkraftverk placerat på platsen för mätningen. Nedan kommenteras resultaten som utmynnar i ett förslag om inriktning av det fortsatta projekteringsarbetet. Den aktuella mätningen föregicks av analys av vindresultat från en virtuell mätmast placerad på mätplatsen. Denna förstudie, som gjordes av SMHI, omfattade en period om 15 år och gav därmed ovärderliga resultat om normalårsförhållandena avseende vindstyrka och vindriktning. Den gav därtill besked om vissa långsiktiga tendenser till förändringar av dessa variabler. Den virtuella mätningen visade på en medelvind på 100-metersnivån om 6,7 m/s för perioden Som framgår av Fig. 6 ovan finns i 15-årsmätningarna en tendens mot lägre årsmedelvind med tiden, som kvantitativt kan uppskattas till 0,5 0,7 m/s för hela perioden. Denna tendens stämmer också väl med den verkliga mätningen, som för år 2014 visade på en medelvind om 6,2 m/s på mätplatsen. Mätningarnas kvalitet bedömdes dels genom statistisk jämförelse mellan de olika givarnas mätresultat, inbördes och gentemot Sodar-mätningarna, och dels genom en numerisk jämförelse mellan resultat från den virtuell mätningen under första halvåret 2014 och Sodar-mätningarna under samma period. Jämförelse mellan de mekaniska givarnas mätresultat visade en inbördes mycket hög korrelationskoefficient, och det var endast vid låga vindhastigheter (som för övrigt är ointressanta eftersom ett vindkraftverk inte producerar någon el vid vindhastigheter < 3 m/s) som korrelationskoefficienten mellan de mekaniska givarna sjönk något. Det finns därför skäl att anta att de mekaniska givarna lämnade korrekt information i vindstyrkor överstigande 3 m/s. Statistisk jämförelse mellan mätressultaten från de mekaniska givarna och Sodar gjordes endast vid 60-metersnivån, dvs vid den högsta höjd där jämförelse var möjlig. Överensstämmelsen mellan ressultaten från mekaniska givare och Sodar var god samtliga månader utom juli och december Anledningen till den lägre korrelationen i juli var sannolikt att de mekaniska givarna har sämre linearitet vid de perioder av mycket låga vindhastigheter som förekom denna månad. Skälet till den låga korrelationen i december var troligen isbildning i de mekaniska givarna; de registrerade hastigheterna från de mekaniska givarna var periodvis noll vid låga temperaturer. Sodar-mätningar har inte denna typ av problem vid isbildning. Vindriktningen var under mätperioden 2014 i huvudsak densamma som under den virtuella mätperioden , dvs vindar mellan syd och nordväst dominerade. Någon säker tendens till förändring av vindriktningen på årsbasis framkommer inte i de beräknade vindrosorna. Vindriktningen är inte heller av någon avgörande betydelse för bedömning av elproduktionen från ett tilltänkt vindkraftverk, eftersom den omkringliggande topografin vid mätplatsen knappast kan påverka vare sig vindhastighet eller turbulens på ett signifikant sätt. Däremot kan vindriktningen ha betydelse för ljudtransmission till omgivningen, dvs risken för bullerstörning hos boende inom närliggande bebyggelse. Även vid bedömning av påverkan på fågellivet i området måste hänsyn till vindriktningen vägas in. Vindens turbulens har betydelse för beräkningen av storlek och form på vindkraftverkets vingar, liksom på bedömningen av vilken navhöjd som bör komma ifråga. Turbulensen är normalt större närmre marken och beroende av marktopografin. Den är vanligen också större sommartid pga vertikala vindar från den uppvärmda marken. För acceptabel turbulens vid vingarnas nedre

14 14 vändpunkt, dvs (navhöjd minus vinglängd) används ofta ett turbulensindex (TI) om max 30 %. De erhållna värdena för TI låg inom förväntat område och bör inte innebära några problem för ett vindkraftverk på platsen. Den ovan nämnda tendensen till nedgång i årsmedelvind vid mätplatsen bör uppmärksammas. Osäkerheten om hur, och i så fall på vilket sätt, denna tendens kommer att utvecklas vidare gör att kalkylering av elproduktion från ett vindkraftverk på platsen bör göras med försiktighet. Det är inte självklart att normalårets vindhastighet ger bästa kalkylunderlag. Ytterligare kontakter med SMHI bör tas för att bringa klarhet i huruvuda tendensen till lägre årsmedelvind är generell i hela mellansverige eller utgör ett mer lokalt fenomen. Självklart kan inte en eventuell nedgång i vindhastighet fortsätta år efter år. Om och i så fall när en nedgång kan förväntas brytas är möjligen något som meteorologisk expertis kan hjälpa till att bedöma. Projekteringen av ett vindkraftverk på mätplatsen går nu vidare. Nästa steg blir att (i) (ii) (iii) (iv) komplettera fågel- och fladdermusstudier för att klargöra om dessa arter kan bli störda av ett vindkraftverk på mätplatsen, beräkna buller vid närbelägna fastigheter för olika typer av turbiner och vingar, kontakta välrenommerade tillverkare av vindkraftverk för diskussion av vilken elproduktion som kan påräknas utifrån erhållna mätdata, samt göra en lönsamhetskalkyl för elproduktion 9. Tack Roslagskraft vill framföra ett varmt tack till Leader Uross för det ovärderliga finansiella stöd som erhållits, och som utgjort en förutsättning för denna vindmätning. Det intresse som företrädare för Leader Uross visat vårt projekt har också upplevts som mycket stimulerande. Roslagskraft vill också tacka SMHI, som visat stor beredvillighet att diskutera mätresultaten, att komplettera dessa vid framväxande behov under projektets gång, och att tillhandahålla ITstöd och tolkningshjälp avseende de erhållna resultaten. Slutligen tackas Allwinds AB för gott samarbete, särskilt i form av snabba leveranser av resultat, beredvillighet att diskutera mätresultaten, och föredömligt ansvarstagande för att lösa uppkommande problem.