Skottarevet, Falkenberg havsbaserad vindkraftpark

Transkript

1 Projektrapport Skottarevet, Falkenberg havsbaserad vindkraftpark Ljud, undervattensljud, vibrationer och elektromagnetiska fält. MKButredning Projekt: Rapport Antal sidor: 39 Bilagor: Skottarevet.pdf, data.pdf Uppdragsansvarig Göteborg Martin Almgren Utkast. Ingemansson Technology AB Box 276, SE Göteborg, Sweden Phone Fax ISO9001 ISO14001 \\FILEGBG\DATA\POWSELL\TECH\DOCUMENT\ \ _MA DOC

2 Skottarevet, Falkenberg havsbaserad vindkraftpark Ljud, undervattensljud, vibrationer och elektromagnetiska fält. MKButredning Uppdragsgivare: Triventus Consulting AB Jesper Knudsen Sjönevadsvägen 26 SE Vessigebro Tel: +46 (0) Uppdrag: Uppdraget har varit att beräkna buller över vatten, under vatten, vibrationer i tornet och elektromagnetiska fält kring den planerade vindkraftanläggningen till havs vid Skottarevet utanför Falkenberg med olika beräkningsmetoder och att föra ett resonemang om förväntad ljudnivå på land då verken är i drift. En litteraturstudie ligger till grund för uppskattning av ljud i vatten och vibrationer från vindkraftverkanläggningen. Analyser för bedömning av elektromagnetiska fält från kraftledningarna från vindkraftanläggningen har även gjorts. Sammanfattning: De havsbaserade vindkraftverken Skottarevet utanför Falkenberg beräknas ge en ljudtrycksnivå på högst 25 dba på land. Beräkning har skett med beräkningsmodellen Nord 2000 vid en medvind om 8 m/s på 10 m höjd. I beräkningarna tas hänsyn till att vattenytan är ljudhård, dvs att ljudvågor reflekteras i vattenytan, att ljudvågorna sprids som på arean av en sfär kring ljudkällorna, att ljudvågorna kröks ned mot marken på grund av att ljudhastigheten ökar med höjden vid medvind och att ljudet dämpas på grund av luftabsorption. Om beräkning sker med Naturvårdsverkets beräkningsmodell för ljudutbredning över hav blir beräknad ljudtrycksnivå på land mycket högre, upp till 43 dba. Denna beräkningsmodell representerar ett väderfall som är mycket ovanligt. Mätningar av ljudutbredning över hav ingående i ett forskningsprojekt vid KTH har hittills inte kunnat visa att ljudutbredningen är såsom föreskrivet i Naturvårdsverkets beräkningsmodell. Det södra placeringsalternativet ger 2 3 db lägre nivå vid \\FILEGBG\DATA\POWSELL\TECH\DOCUMENT\ \ _MA DOC Sida 2 (39)

3 Stafsinge Strand än det norra alternativet. Skillnaden i ljudtrycksnivå vid land mellan att placera vindkraftverken i ett rombiskt mönster och i ett trekantigt mönster är obetydlig. Den absoluta ljudnivån under vatten på 1 m avstånd från vindkraftverken bedöms bli lika stor för alla tre utformningarna av Skottarevet. Den uppskattade absoluta ljudnivån under vatten beräknas bli 138 db re 1Pa på 1 m avstånd för en ton vid 20 Hz och 124 db re 1Pa på 1 m avstånd för en ton vid 630 Hz. De verkliga frekvenserna beror på egenskaper hos växellådan och turbinens varvtal. En livscykelanalys m.a.p. ljudkällsrankning under vatten av havsbaserade vindkraftverk visar att om man bortser från hur lång tid ljudet varar ser ut så här (starkaste källan överst): - Fundamentbortagning; användning av sprängmedel - Monopile-fundamentinstallation och vindkraftverksrelaterade geofysiska undersökningar - Borrning, kabeldragning - Fartyg och övriga maskiner, vindturbindrift. Den bedömda vibrationsexponeringen för Skottarevets vindkraftverk kommer huvudsakligen att domineras av lågfrekventa toner i frekvensband under 100 Hz. Dessa vibrationer genereras från de mekaniska komponenterna i vindkraftverket. Den uppskattade vibrationsnivån för frekvenser under 100 Hz på en 3 MW turbin blir ~102 db rel. 1 nm/s och för en 5 MW turbin ~104 db re. 1 nm/s. Uppskattningen är baserad på monopilefundament med vibrationer i distinkta frekvenser. På stora avstånd från en eventuell växelströmskraftledning d.v.s. avstånd mycket längre än det inbördes avståndet mellan växelströmskablarna kan magnetfältet försummas. På korta avstånd från växelströmskabeln d.v.s. avstånd kortare än det inbördes avståndet mellan växelströmskablarna, under ca. 10 cm, kan det finnas ett litet nettomagnetfält p.g.a. osymmetrin. Detta nettomagnetfält är mer komplicerat att bestämma när förutsättningarna, avstånd och placering och val av isolermaterial i kablarna, inte är kända och lämnas utanför i denna rapport. Om det blir en ren likströmskraftledning (utan pulsationer) från Skottarevet så kommer den endast att ge ett statiskt magnetfält som inte kan generera någon ström i levande materia. På 1 m avstånd från den eventuella likströmskraftledningen blir den magnetiska flödestätheten 900 T (30 vindkraftverk om vardera 3 MW) och 1500 T (30 vindkraftverk om vardera 5 MW). Den \\FILEGBG\DATA\POWSELL\TECH\DOCUMENT\ \ _MA DOC Sida 3 (39)

4 magnetiska flödestätheten från Skottarevet kommer därför att överskrida jordmagnetfältets nivå som är 50 T. Om återledning av strömmen sker i en kabel alldeles intill blir det resulterande magnetfältet betydligt lägre. Handläggare: Kvalitetskontroll: Åsa Collet Martin Almgren \\FILEGBG\DATA\POWSELL\TECH\DOCUMENT\ \ _MA DOC Sida 4 (39)

5 Innehåll 1. Inledning Beräkning av ljud över vatten och land Beräkningsfall Indata Beräkningsresultat Kommentarer till beräkningsresultaten Kommentarer till utformningsalternativ Kommentarer till väderförhållanden och ljudutbredning Uppskattning av ljud i vatten Allmänt om ljud i vatten Ljudets reduktion i vatten Omgivningsljud och bakgrundsljud i vatten Ljudgenerering från havsbaserade vindkraftverk Livscykelanalys m.a.p. undervattensljud för havsbaserade vindkraftverk Sammanställning av undervattensljudundersökning av havsbaserade vindkraftverk Nogersund i Hanöbukten Svante Vindeby Danmark Bockstigen Näsudden Gotland Undervattensljuduppskattning av 2 MW vindkraftverk i Rødsand Danmark Utgrunden Kalmar Sund Betke et al [19] Bedömning av trolig ljudnivå vid Skottarevets olika alternativ Sammanställning och analys av uppmätt undervattensljud Uppskattning av undervattensljud om Skottarevet har monopile fundament27 7. Sammanställning av vibrationer från havsbaserade vindkraftverk Utgrunden Kalmar Sund Lelystad i Nederländerna Jämförelse mellan Näsudden Gotland och Vindeby Danmark och ett landbaserat 2 MW vindkraftverk Viktiga vibrationsfrekvenser från monopile fundament Uppskattning av vibrationsnivå på monopile fundament för Skottarevet34 8. Elektromagnetiska fält Magnetfält från trefas växelström Magnetfält från likström Referenser \\FILEGBG\DATA\POWSELL\TECH\DOCUMENT\ \ _MA DOC Sida 5 (39)

6 1. Inledning Uppdraget har varit att beräkna buller kring den planerade vindkraftsanläggningen till havs vid Skottarevet utanför Falkenberg. Favonius planerar en anläggning med 30 aggregat och tre olika utformningar är aktuella. En analys eller beräkning av ljudnivån över och under vatten från vindkraftparken för de tre olika alternativen har blivit utförda. Det har även gjorts en uppskattning av förväntade vibrationer och elektromagnetiska fält från vindkraftanläggningen. Resultaten från de olika utformningarna på de havsbaserade vindkraftverken vid Skottarevet har jämförts med varandra. Ljudimmissionen har beräknats med olika väderförhållanden som ger olika ljudutbredning. Skillnader kommenteras. Den ekvivalenta ljudnivån över ett år har skattats under förutsättning att vindkraftverken alltid är i drift när det blåser. Det årsekvivalenta värdet är i ungefär detsamma som värdet för ett genomsnittligt dygn under ett år. Indata i form av digitalt kartmaterial, uppgifter om aggregatens ljudeffekt frekvensuppdelat vid olika vindstyrkor och källhöjd har använts. En fördelning av vindhastighet och vindriktning för uppskattning av årsmedelvärdet har också utnyttjats. 2. Beräkning av ljud över vatten och land 2.1. Beräkningsfall Vi har gjort följande beräkningar för den havsbaserade vindkraftparken: Beräkning har utförts med nya nordiska beräkningsmodellen Nord 2000, Delta, av 1719/01, 2002 med en aktuell vindros där vinden fördelas på 12 olika vindsektorer för ett år för att få en årsekvivalent ljudnivå. De 12 olika vindhastigheterna för vardera vindsektor är mätta på 10 m höjd. Beräkningen är gjord för 2 m mottagarhöjd. Denna typ av beräkningar kan inte göras med Naturvårdsverkets beräkningsmodell. Beräkning med nya nordiska beräkningsmodellen Nord 2000, Delta, av 1719/01, 2002 för konstant medvind, för 8 m/s på 10 m höjd. Beräkningen är gjord för 2 m mottagarhöjd. Beräkning med nya nordiska beräkningsmodellen Nord 2000, Delta, av 1719/01, 2002 för ostlig vind, för 6.60 m/s på 10 m höjd. Beräkningen är gjord för 2 m mottagarhöjd. Beräkning med nya nordiska beräkningsmodellen Nord 2000, Delta, av 1719/01, 2002 för västlig vind, för 8.38 m/s på 10 m höjd. Beräkningen är gjord för 2 m mottagarhöjd. \\FILEGBG\DATA\POWSELL\TECH\DOCUMENT\ \ _MA DOC Sida 6 (39)

7 Ovanstående beräkningar har skett med Soundplan version 6.3. Triventus har själva utfört beräkning av beräkning enligt Naturvårdsverkets modell för havsbaserad och landbaserad vindkraft med hjälp av programmet Windpro. De har skickats till Ingemansson i e-post från Triventus, Johanna Ottosson, Nord 2000 är en beräkningsmodell som är gemensamt framtagen av de nordiska länderna för att räkna ljudutbredning med inverkan av vind, temperatur, markegenskaper och skärmning. Modellen kan användas även vid ljudutbredning över vatten. Olika vindhastighets- och temperaturgradient kan väljas. Beräkningar för vindkraftverk i olika miljöer redovisas i Kragh, m.fl, Beräkning för ljudutbredning över vatten redovisas också Indata Uppgifter om placering av de havsbaserade aggregaten levererad i e-post från Jesper Knudsen, Triventus Ljuddata för de havsbaserade aggregaten kommer från Windtest, Kaiser- Wilhelm-Koog GmbH, Report of acoustical emissions of a wind turbine generator system of the type Vestas V90-2 MW VCS, Mode 0 near Schönhagen in Prignitz (Germany), Report WT4128/05, April Ljuddata finns angivna I tersband. Ljudata är därefter uppskalad till dba källnivå vid en vindstyrka på 8 m/s mätt på höjden 10 m för att representera Skottarevets 3-5 MW aggregat och omräknat till oktavband, se tabell 1. Informationen är levererad i e-post från Jesper Knudsen, Triventus Värdena har korrigerats i september Oktavbandsfrekvens [Hz] Ljudnivå i oktavband [dba] 31, , , , , , , , ,0 Tabell 1: Använda ljudnivåer i oktavband normaliserade till dba källnivå Procentuell fördelning av vind i tolv olika sektorer, se tabell 2, och Weibullkurvor med vindhastighetsfördelning i olika sektorer på 10 m höjd analyserat med WindPro levererad i e-post från Jesper Knudsen, Triventus Analysen är baserad på mätningar utförda vid Glommen och Nidinge För beräkning med Nord 2000 har luftfuktigheten RH 70 % och temperaturen 15 C ansatts. \\FILEGBG\DATA\POWSELL\TECH\DOCUMENT\ \ _MA DOC Sida 7 (39)

8 Vindriktning Vindhastighet [m/s] Frekvens [%] N NNE ENE E ESE SSE S SSW WSW W WNW NNW Tabell 2: Vinddata med representativa nivåer för Skottarevet på 10 m höjd 2.3. Beräkningsresultat I bilaga Skottarevet.pdf redovisas beräkningsresultat i form av lika-ljudnivå-konturen på ljudkartor. Alla beräkningar är gjorda med en mottagarhöjd på 2 m. En ljudkarta finns för vardera utformningsalternativ och beräkningsfall enligt följande: Utformning 1: Norra alternativet romb vind från väst. Beräknad med Nord2000. Utformning 1: Norra alternativet romb vind från öst. Beräknad med Nord2000. Utformning 1: Norra alternativet romb årsekvivalent ljudnivå med vindros för ett år. Beräknad med Nord2000 Utformning 1: Norra alternativet romb konstant medvindsfall 8 m/s. Beräknad med Nord2000. Utformning 2: Norra alternativet triangel vind från väst. Beräknad med Nord2000. Utformning 2: Norra alternativet triangel vind från öst. Beräknad med Nord2000. Utformning 2: Norra alternativet triangel årsekvivalent ljudnivå med vindros för ett år. Beräknad med Nord2000. Utformning 2: Norra alternativet triangel konstant medvindsfall 8 m/s. Beräknad med Nord2000. Utformning 3: Södra alternativet romb vind från väst. Beräknad med Nord2000. \\FILEGBG\DATA\POWSELL\TECH\DOCUMENT\ \ _MA DOC Sida 8 (39)

9 Utformning 3: Södra alternativet romb vind från öst. Beräknad med Nord2000. Utformning 3: Södra alternativet romb årsekvivalent ljudnivå med vindros för ett år. Beräknad med Nord2000. Utformning 3: Södra alternativet romb konstant medvindsfall 8 m/s. Beräknad med Nord Kommentarer till beräkningsresultaten Kommentarer till utformningsalternativ Utformningsalternativ Högsta ljudtrycksnivå vid land dba Naturvårdsverket ljudutbredning hav Nord 2000 medvind 8 m/s Norra alternativet romb 43 (småbåtshamn) 25 Norra alternativet triangel 43 (småbåtshamn) 25 Södra alternativet romb 44 (Grimsholmen) 25 Tabell 3: Högsta ljudtrycksnivå vid land för de olika utformningsalternativen Skillnaden i ljudtrycksnivå vid land mellan triangel och rombplaceringarna är försumbar, se tabell 3.. Södra alternativet ger ca 2 db lägre ljudnivå vid Stafsinge Strand än Norra alternativet beräknat med modellen med ljudutbredning över hav. Med modellen med ljudutbredning över land blir skillnaden något större, nästan 3 db. \\FILEGBG\DATA\POWSELL\TECH\DOCUMENT\ \ _MA DOC Sida 9 (39)

10 Kommentarer till väderförhållanden och ljudutbredning Skillnaden med olika väderförhållanden och ljudutbredning kommenteras här för utformningsalternativet Norra alternativet triangel. Slutsatser om skillnader blir likartade för de övriga utformningsalternativen. Beräkningsmodell Naturvårdsverket ljudutbredning över hav Naturvårdsverket ljudutbredning över land Högsta ljudtrycksnivå vid land dba Nord m/s medvind 25 Nord m/s västlig vind Nord m/s ostlig vind < 20 Nord m/s årsekvivalent med avseende på vindriktningar < 20 Tabell 4: Högsta ljudtrycksnivå vid land för norra alternativet triangel Naturvårdsverket, Boverket och Energimyndigheten anvisar i rapport 6241 Ljud från vindkraftverk från december 2001, att ljudimmission ska beräknas med en särskild beräkningsmodell för ljudutbredning över vatten. Naturvårdsverkets beräkningsmodell för havsbaserade vindkraftverk utgår på förekomst av vindar med ett stort språng i vindhastighet på några hundra meters höjd, se Johansson Naturvårdsverkets modell för havsbaserade vindkraftverk är inte tillräckligt verifierad. I rapporten som beskriver beräkningsmodellen sägs: För havsbaserade aggregat redovisas en preliminär modell som primärt är avsedd för stora avstånd. Vidare sägs: Teoretiskt korrekta beräkningsmodeller som är validerade gentemot mätvärden saknas på avstånd som är mer än några hundra meter. I brist på sådana modeller beräknas ljudnivån i immissionspunkten på följande sätt (modellen bygger på vissa, men få, svenska, danska och holländska mätdata). Denna beräkningsmodell ger en övre gräns för vad ljudet kan tänkas uppgå till. Beräkningsmodellens förutsättning är, enligt rapporten: Det förekommer dock tillfällen, då det är vindstilla eller mycket låg vind vid marken samtidigt som vindhastigheten på vindkraftverkets navhöjd är åtskilliga m/s högre. Denna \\FILEGBG\DATA\POWSELL\TECH\DOCUMENT\ \ _MA DOC Sida 10 (39)

11 kraftigare vindhastighetsgradient kan också förstärkas genom förekomst av low level jet, som är ett vertikalt vindmaximum i de lägsta hundra metrarna. Vid KTH pågår för närvarande ett forskningsprojekt med mätning av ljudutbredning över hav i Kalmarsund. Vindhastighets- och temperaturgradienter och andra väderegenskaper mäts samtidigt. Mätningar har skett vid många tillfällen med medvind och kommer att fortsätta med fler mätningar. Mätningarna visar (personlig kommunikation med Mathieu Boué på KTH, oktober 2005) hittills inte på att den extrema situation, som är en förutsättning för Naturvårdsverkets modell för ljudutbredning över hav, förekommer. I SOU 1993:65, handlingsplan mot buller, Bilaga 14 sidan 18, tar man upp inverkan av vinden. Man hänvisar till VDI 2714 "Schallausbreitung im Freien", Där anges att ovanligt god ljudutbredning, som uppträder bara kort tid, kan ge 3 db ökning jämfört med vanliga medvindsförhållanden på avstånd över 1000 m. Sidvind och motvind sägs ge 7-20 db lägre ljudnivå än vanlig medvind. Ökningen 3 db är mycket måttlig jämfört med de db som low-level jets i riktning från hav till land skulle ge för Skottarevet vindkraftpark. Med beräkningsmodellen Nord 2000 är det möjligt att beräkna ljudimmissionen uppströms och nedströms verken. Det är också möjligt att beräkna ett årsekvivalent värde med hänsyn till statistik över vindriktningar. Beräkning med Nord 2000, konstant medvind 8 m/s, hård vattenyta stämmer ganska bra med Naturvårdsverkets modell för ljudutbredning över land. Den modellen stämmer i sin tur relativt bra med de beräkningsmodeller som används I andra länder, t ex ISO , och som används i många andra länder vid beräkning av ljud från havsbaserad vindkraft. Sammanfattningsvis är det vår bedömning att Naturvårdsverkets beräkningsmodell för havsbaserad vindkraft utgår från ett extremt väderfall som är mycket sällan förekommande för Skottarevet vindkraftpark. Vi rekommenderar att man använder en ljudutbredningsmodell med ljudhård vattenyta och vind motsvarande 8 m/s på 10 m höjd i medvind. I våra beräkningsexempel kallar vi detta fall konstant medvindsfall med 8 m/s vindhastighet. Beräkningen sker med den Nordiska beräkningsmodellen Nord Risken är mycket liten att det väderfall uppstår där ljudimmissionen blir så hög som förutsägs av Naturvårdsverkets beräkningsmodell. 3. Uppskattning av ljud i vatten 3.1. Allmänt om ljud i vatten Mäter man ljudtryck under vatten kommer man upptäcka att det finns en stor spridning på trycknivåerna från Pa i ett helt tyst hav upp till 10,000,000 Pa vid en explosion i vatten. \\FILEGBG\DATA\POWSELL\TECH\DOCUMENT\ \ _MA DOC Sida 11 (39)

12 För att göra det lättare att uttrycka dessa nivåer används en logaritmisk skala där ljudtrycksnivå uttrycks relateras till 1 Pa för vatten (i luft används 20 Pa som är den minsta hörbara ljudtrycket vid tonen 1 khz). Anledningen till att referenserna skiljer sig åt mellan vatten och luft beror på att ljudets hastighet i vatten, 1500 m/s, är mycket större än i luft, 340 m/s. Ljudtrycksnivå, SPL, definieras som P SPL=20 log ) ( 10 P ref P= ljudtryck, P ref =1 Pa vatten, 20 Pa luft I exemplet ovan får ett tyst hav 0 db re 1Pa och en undervattensexplosion 260 db re 1 Pa. Det är möjligt att göra en grov jämförelse mellan ljudtrycksnivåer i vatten mot luft med följande formel. SPL luft = SPL vatten 26 db Valet av referensnivåer innebär att man inte kan jämföra decibel i vatten med motsvarande i luft utan ovanstående omvandling. Omvandlingen är inte exakt när ljudgenereringen och ljudmottagningen i luft och vatten skiljer sig åt. För stationära ljudsignaler d.v.s. som inte varierar med tiden medelvärdesbildas ljudtrycket innan man bestämmer ljudtrycksnivån. Om samma sak görs för transienta ljudsignaler ex. från pålning kommer ljudtoppen att medelvärdesbildas bort. Därför introducerar man ett mått SPL peak som ger det maximala ljudtrycket under mätningen Ljudets reduktion i vatten Ett havsbaserat vindkraftverk genererar ljud under vattnet. Ljudet kommer då att vara starkast närmast källan för att avta längre bort från källan. Ljudets intensisitet kommer att reduceras via geometrisk spridning (utspädning av akustisk energi över en större yta), absorption (< 0.1 db/km för frekvenser > 1 khz), refraktion (böjning av ljudvågor p.g.a. inhomogen ljudhastighet i mediet) och reflektion [8]. Om ljudet genereras under vattenytan så kommer det att vara instängt mellan vattenytan och havsbotten. Det har till följd att i grunda vatten, < 30 m, så kommer ljudenergin att sprida sig på arean av en cylinder. Ytan för en cylinder beräknas som (A=h**r). En avståndsfördubbling innebär att ytan ökas till det dubbla och följaktligen så halveras ljudintensiteten. Skottarevets planerade vindkraftspark kommer att stå på grunt vatten så undervattensljudet kommer att ha cylindrisk spridning. Uttryckt i decibelskala innebär en avståndsfördubbling att ljudet avtar med 3 db. I en mjuk botten kan ljudvågorna tränga ner och delvis absorberas. Ljudet kan därför avta med mer än 3 db per avståndsdubbling. Nära vattenytan blir ljudtrycket i det närmaste 0 Pa. \\FILEGBG\DATA\POWSELL\TECH\DOCUMENT\ \ _MA DOC Sida 12 (39)

13 Detta är den enkla beräkningsmodellen för ljudutbredning. Meterologiska och hydrologiska fenomen kan påverka ljudutbredningen väsentligt. Exempel på detta kan vara dämpning i havsbotten, temperaturskiktning i vattnet, varierande vattendjup m.m Omgivningsljud och bakgrundsljud i vatten Omgivningsljudet i havet är ljud från brytande vågor, regnfall, seismiska störningar i botten, avlägsen fartygstrafik och ljud från det vilda marina livet. Omgivningsljudet kommer från alla riktningar och varierar med magnitud och frekvens för olika djup, platser och tider. Oftast måste en statistisk modellering komplettera resultaten för att erhålla bättre uppskattning på mätningar av omgivningsljudet i havet [5]. Osäkerheten i omgivningsljudmätningar från litteraturen kan därför vara stor. I mätningar från Rødsand [7] var osäkerheten uppskattad till 10 db. Bakgrundsljudet är omgivningsljudet tillsammans med allt övrigt ljud som inte kommer från från den nya källan (vindkraftverk) t.ex. ljud från lokal fartygstrafik, vattensportfordon och lokalt marint djurliv. Det är viktigt att ha så god kännedom som möjligt om bakgrundsljudet i havet för att veta effekterna av att introducera en ny ljudkälla (vindkraftverk). Bakgrundsljudet maskerar lätt en ny ljudkälla (vindkraftverk). Det innebär att bakgrundsljudet kan ibland maskera vindkraftsljudet på vissa platser och tider men vara mycket lägre på andra platser och tider där ljudet från vindkraftverket hörs tydligt. Kunskapen om bakgrundsljudet och speciellt omgivningsljuden på grunda vatten är inte lika utforskat som på djupa vatten p.g.a. all den militära forkningen som har fokuserat på djuphavsakustik. Analyser gjorda av Wenz [9] kom fram till att omgivningsljudet är 5 db högre på grunda vatten än på djupa. De flesta havsbaserade vindkraftverk är belägna på grunda vatten d.v.s. < 30 m pga att det är enklare och mer ekonomiskt att bygga kraftverk på dessa djup Ljudgenerering från havsbaserade vindkraftverk Val av turbinfundament spelar stor roll för hur mycket ljud som genereras ut i vattnet. Den vanligaste fundamenttypen, monopile, ger mest ljud mellan Hz [7]. Gravitationsfundamentet däremot ger mer ljud < 50 Hz [7]. Från tornet skapas vibrationer i form av böjvågor som exciterar vattnet där ytvågor genererar ljud under vattnet. För monopilefundament, en stålcylinder som slås ned i botten, är detta den största källan till undervattensljud. Böjvågorna kommer att dämpas när de passerar genom sammanfogningpunkter (svetsningar och kopplingar) i tornet. Generellt ger en sammankoppling 5 db dämpning [7]. Dämpning beror också på material och frekvens. Höga frekvenser d.v.s. > 10 khz, kommer att dämpas kraftigt pga av det höga tornet. \\FILEGBG\DATA\POWSELL\TECH\DOCUMENT\ \ _MA DOC Sida 13 (39)

14 Ett betongfundament har en mycket större yta än en monopile cylinder så därför strålar själva ytan ut mer ljudenergi jämfört ett monopile-fundament. Ljudet från vindkraftverken leds ut till en observatör i vattnet t.ex. fisk på tre olika sätt: luften, vattnet och botten. Turbinbladen skapar ljud som når vattnet via luften. Detta är en mycket liten del då det mesta av ljudet reflekteras bort. Huvuddelen av ljudet leds ut via vattnet där tornet ger ifrån sig böjvågor som antingen strålar ut direkt via fundamentet (gravitationsfundament) eller som ytvågor (monopile-fundament). Den sista inledelsevägen är via bottnen. Ljudabsorptionen i bottnen är högre än den i vattnet så denna del bidrar också mycket lite [5]. Vibrationerna från vindkraftverken kommer att öka med ökande vindhastighet eftersom krafterna på de mekaniska delarna ökar. Likaså ökar vibrationerna med maskinens åldrande pga av slitatge.[5] I en vindkraftpark med flera vindkraftverk är möjligt att det blir inteferens d.v.s. i vissa punkter förstärks ljudet och i andra försvagas ljudet [8]. Interferensmönster skapade från närliggande vindkraftverk, havsbotten, havsytan skulle kunna på platser mellan vindkraftverken där undervattensljuden från de kringliggande verken har ungefär samma nivå. Ljudkällorna är dock inte korrelerade med varandra och inteferensmönstren blir inte bestående, men kan ge fluktuationer i ljudnivån. 4. Livscykelanalys m.a.p. undervattensljud för havsbaserade vindkraftverk Havsbaserade vindkraftsparker har en livscykel på ca 30 år m.a.p. undervattensljud som består av fyra faser [5]. Vissa faser skaper mer ljud under kort tid och andra mindre ljud under lång tid. 1. Undersökningar och projekteringar av havsområdet. Tidslängd ca 1-5 år. 2. Byggförloppet. Tidslängd ca 1 år 3. Drift. Tidslängd ca år 4. Avveckling. Tidslängd ca 1 år Många olika typer av aktiviteter kommer att äga rum i fasen undersökningar och projekteringar av havsområdet som kommer att ge en ökad fartygstrafik. Exempel på sådana akiviteter kan exempelsvis vara byggnation av en meterologisk mast för att hålla koll på vindhastighet och riktning. Att installera en mast innebär ofta att ett fundament måste byggas. Diverse geotekniska undersökningar måste också utföras. Alla dessa aktiviteter skapar undervattensljud. En 25 m lång bogserbåt med tom last ger 170 db re 1 Pa på 1 m källnivå. \\FILEGBG\DATA\POWSELL\TECH\DOCUMENT\ \ _MA DOC Sida 14 (39)

15 Under Skottarevets byggförlopp kommer huvudelen att bestå i att bygga fundament till de 30 vindkraftverken. Erfarenheter visar att bygga 30 fundament tar ca 3-4 månader. Fundamentbyggnationen skapar mycket mer undervattensljud jämfört med vad driften av vindkraftverken orsakar fast under betydligt kortare tid. Ljudmätningar finns tillgängliga för monopile fundament utförda med slag- och vibrohammare. En 4 m diameter monopile installation ger 262 db re 1 Pa på 1 m avstånd, mellan Hz. Inga mätresultat finns tillgängliga för gravitationsfundament. Eventuellt kommer muddring att behövas under byggfasen. Muddring ger peak spektral ljudnivå upp till 177 db re 1Pa på 1 m avstånd mellan Hz. Driftsfasen är den längsta ljudfasen, men den ger inte de högsta ljudnivåerna. Däremot kommer den troligtvis att påverka en generation av det vilda djurlivet. Hur mycket undervattensljud som driftsfasen alstrar beror mycket på vilken typ av turbinfundament som väljs. De två vanligaste fundamenttyperna är monopile och gravitationsfundament. Turbiner med gravitationsfundament genererar mer ljud under 50 Hz och lägre ljud mellan 50 Hz och 500 Hz jämfört med monopile fundament [6]. Avvecklingsfasen kan ge de högsta undervattensljuden om borttagningen av fundamentet kräver eventuella sprängningar som kan skapa tryckvågor. Tyvärr finns inga mätningar som visar ljudnivåer vid borttagandet av turbinfundament. Om man bortser från hur lång tid ljudet varar och gör en ljudkällsrankning under livscykeln så ser den ut så här (starkaste källan överst) 1. Fundamentbortagning använding av sprängmedel 2. Pile fundament installation och vindkraftverksrelaterade geofysiska undersökningar 3. Borrning, kabeldragning 4. Fartyg och övriga maskiner, vindturbindrift. \\FILEGBG\DATA\POWSELL\TECH\DOCUMENT\ \ _MA DOC Sida 15 (39)

16 5. Sammanställning av undervattensljudundersökning av havsbaserade vindkraftverk I figur 1 visas en karta över befintliga havsbaserade vindkraftverk i Europa. Blyth Tuno Knob Horns Rev Frederikshav Bockstigen Samsø Utgrunden Yttre Stengrund Middelgrunden Arklow Bank North Hoyle Vindeby Nysted/Rødsand Scroby Sands Lely Ems-Emden Irene Vorrink Figur 1: Byggda havsbaserade vindkraftverk. Röda markeringar: MW vindkraftsparker, lila markeringar: kw vindkraftsparker Det finns mycket lite uppgifter att hämta från publicerade och offentliga tillgängliga undervattensljudmätningar från andra platser med havsbaserade vindkraftverk. Vi har hittat totalt fem redovisningar av undersökningar av undervattensljud från havsbaserade vindkraftverk, se tabell 1. Ljudundersökningarna i Vindeby och Bockstigen ligger till grund för en uppskattning av Rødsands 2 MW vindkraftverk. \\FILEGBG\DATA\POWSELL\TECH\DOCUMENT\ \ _MA DOC Sida 16 (39)

17 Plats Effekt [MW] Fundament Havsdjup [m] Referens Nogersund 0.2 tripod 5-15 Westerberg (1994) Vindeby 0.5 gravitationsfundament 3-5 Degn (2000) Bockstigen 0.5 monopile 6-17 Degn (2000) Fristedt et al. (2001) Utgrunden 1.5 monopile 5-10 Ingemansson (2003) Okänd 1.5 Monopile 10 m Betke et al (2005) Tabell 5: Havsbaserade vindkraftverk där undervattensljudundersökningar utförts. En utförligare redovisning ges i bilaga data.pdf. North Hoyle i England som består av 30 st vindkraftverk om totalt 60 MW som står på m djup 6 km från kusten är den park som bäst skulle kunna jämföras med Skottarevet specifikation såvida Skottarevet fundamenteras med monopiles. Tyvärr finns ingen direkt information om undervattensljud för North Hoyle utan bara ett utlägg om att det marina djurlivet inte har påverkats till det sämre [10] 5.1. Nogersund i Hanöbukten Svante1 Den första undervattensljudsundersökningen av havsbaserade vindkraftverk utfördes i Sverige på turbinen Svante 1, 220 kw, av Westerberg [12]. Undervattensljudmätningar gjordes i frekvensområdet 1 Hz- 20 khz. Hydrofonen placerades på 4 m djup och på olika avstånd från turbinen (de olika avstånden är inte angivna i rapporten). Mätningarna gjordes för två olika vindhastigheter 6 och 12 m/s. Undervattensljudet domineras av harmoniska komponenter från turbinrotorn (mellan Hz). Den högsta ljudtoppen finns vid 16.7 Hz vilket är den 8:e övertonen till bladpassagefrekvensen. Från figur 2 ses ljudtoppar vid 8 Hz och 16 Hz för 12 m/s vindhastighet men endast vid 16 Hz för 6 m/s vindhastighet. Ljudtoppen vid 16 Hz ligger på samma konstanta nivå över bakgrundsbruset för båda två vindhastigheterna. Absoluta ljudtrycksnivån för ljudtoppen vid 16 Hz blir för 6 m/s vindhastighet 102 db rel. 1 Pa och 113 db rel. 1 Pa vid 12 m/s vindhastighet. Detta visar att fastän den absoluta nivån av turbinljudet ökar med vindhastigheten så kommer ljudnivån relativt bakgrundsbruset, vilket också är vindberoende, att hålla sig nästan konstant vid 16 Hz. \\FILEGBG\DATA\POWSELL\TECH\DOCUMENT\ \ _MA DOC Sida 17 (39)

18 Figur 2: Ökning av ljudtrycksnivån relativt bakgrundsbruset på grund av kraftverket för två vindhastigheter 6 m/s och 12 m/s Från dessa mätningar är det möjligt att uppskatta vindturbinens undervattensljudnivå 1 m ifrån turbinen förutsatt cylindrisk dämpning med 3 db per avståndsfördubbling ( se sektion 1.2). Vi gör antagande att hydrofonen var placerad 100 m från tornet. Ljudnivån 1 m från tornet skulle då bli ~ db över bakgrundsljudet. Vid en mycket låg bakgrundsljudnivå ca ~ 80 db re 1 Pa (lugnt hav) skulle den absoluta ljudnivån bli ~ db re. 1 Pa 1 m, vilket fortfarande är en mycket låg ljudnivå Vindeby Danmark Undervattensmätningarna i Vindeby [7] gjordes i frekvensintervallet 10 Hz khz. Hydrofonen placerades 14 m från turbinen och på 2.5 m djup. Vindhastigheten var vid mättillfället 13 m/s. Mätningarna från Vindeby visar att upp till 400 Hz är ljudet från vindturbinen större än bakgrundsljudet. Högsta toppen finns vid 20 Hz och ligger 33 db över bakgrundsnivå eller 119 db re. 1 Pa. Det är oklart om toppen vid 20 Hz är en harmonisk komponent till turbinens rotationsfrekvens när det inte är specificierat i rapporten. Antas cylindrisk dämpning, se sektion 1.2, kan ljudnivån 1 m från tornet bestämmas till ~ 44 db över bakgrundsljudet. Vid en mycket låg bakgrundsljudnivå ca ~ 80 db re 1 Pa (lugnt hav) skulle den absoluta ljudnivån bli ~ 124 db re. 1 Pa 1 m, vilket fortfarande är en mycket låg ljudnivå. Över 400 Hz är det mindre än 3 db skillnad mellan bakgrundsljudet och ljudet från vindkraftverket. I ultraljudsområdet 20 khz-100 khz är skillnaden endast 1-2 db vilket ligger inom mätosäkerheten. \\FILEGBG\DATA\POWSELL\TECH\DOCUMENT\ \ _MA DOC Sida 18 (39)

19 En viktig slutsats som kom fram från mätningarna var att undervattensljud alstrat från vindkraftverk blir större än bakgrundsljudet för frekvenser mindre än 1 khz. För frekvenser större än 1 khz maskeras undervattensljudet från vindkraftverk av bakgrundsljudet Bockstigen Näsudden Gotland Undervattensmätningarna i Bockstigen [7] gjordes i frekvensintervallet 10 Hz khz. Hydrofonen placerades 20 m från turbinen och på 4 m djup. Vindhastigheten var vid mättillfället 8 m/s. Mätningarna från Bockstigen visar att det mesta ljudet genereras mellan Hz och är som högst vid 160 Hz. Vid 160 Hz är undervattensljudet 25 db över bakgrundsnivån. Antas cylindrisk dämpning, se sektion 1.2, kan ljudnivån 1 m från tornet bestämmas till ~ 38 db över bakgrundsljudet. Vid en mycket låg bakgrundsljudnivå ca ~ 80 db re 1 Pa (lugnt hav) skulle den absoluta ljudnivån bli ~ 118 db re. 1 Pa 1 m, vilket fortfarande är en mycket låg ljudnivå För frekvenser större än 630 Hz är skillnaden mellan undervattensljud från vindkraftverket och bakgrundsljudet mindre än 3 db. En mycket liten skillnad som hamnar i mätosäkerheten Undervattensljuduppskattning av 2 MW vindkraftverk i Rødsand Danmark Undervattensljudmätningarna från Vindeby vindkraftverk, 500 kw, och Bockstigen, 550 kw, har använts för att uppskatta undervattensljudet från Rødsands planerade vindkraftverk på 2 MW [7]. För att kunna göra denna uppskattning kompletterades ljudmätningarna med mätningar av tornvibrationer från de båda havsbaserade vindkraftverken samt ett på land stående vindkraftverk på 2 MW. Båda vibrationsmätningarna från Vindeby och Bockstigen korrelerar bra med frekvensinnehållet i undervattensljudmätningarna. Detta bevisar att undervattensljudet från vindkraftverken är strukturburet och kommer ifrån tornet. Eftersom Vindeby har gravitationsfundament och Bockstigen monopile kunde uppskalningen till 2 MW vindkraftverk göras för de båda fundamenttyperna. Prediktering visar att vindkraftverk med betongfundament alstrar mer ljud för frekvenser under 50 Hz och motsvarande monopile genererar mer ljud mellan Hz. Prediktering visar också att för frekvenser under 100 Hz blir ett 2 MW vindkraftverk bullrigare än ett 500 kw vindkraftverk. Samtidigt blir det tystare för frekvenser över 100 Hz Utgrunden Kalmar Sund Undervattensmätningarna i Utgrunden [13] gjordes i frekvensintervallet 1Hz - 2 khz. \\FILEGBG\DATA\POWSELL\TECH\DOCUMENT\ \ _MA DOC Sida 19 (39)

20 Tre hydrofoner placerades på tre olika avstånd, 463 m 160 m och 83 m, från en av de sju turbinerna för att kunna verifiera hur ljudnivån avtar med ökat avstånd från källan. Dessa hydrofoner placerades på tre olika djup, 18 m 15.2 m och 12.9 m. För att kunna bedöma hur vindhastigheten påverkar ljudnivån så analyserades ljudmätningarna uppmätta under tre olika vindhastigheter, ca. 4 m/s, 8 m/s och 14 m/s. Mätningarna från Utgrunden visar att ljudet från vindkraftverken hudvudsakligen strålar ut ljud vid vissa få frekvenser mellan Hz, se figur 3. Det analyserade smalbandsspektrumet i figur 3 är beräknat med Flattop fönster och en frekvensupplösning på 1 Hz. Den högsta ljudtoppen finns vid 178 Hz och ligger ~ 40 db över bakgrundsnivån eller 125 db rel. 1Pa. För att ta reda på vad som orsakar det ljud som mätts upp så placerades fyra accelerometrar på tornet. De uppmätta vibrationerna jämfördes sedan med det ljud som registrerats av hydrofonen. Slutsaten är att nästan alla toppar som kan ses i ljudmätningen även finns med i en eller flera av vibrationsmätningarna på tornet. Dessa vibrationer härrör i sin tur från växellådan. Turbinalstrat ljud för alla hydrofoner Turbin 4 igång vid m/s Östlig vind 140 H1 H2 H3 130 Ljudtryck (db rel. 1e-6 Pa) Frekvens (Hz) Figur 3: Ljudet från vindkraftverk 4 vid m/s ostlig vind för de olika hydrofonpositionerna. Konstant bandbredd 1 Hz. För att korrekt kunna bedöma den verkliga dämpningen av ljudet mättes amplituden vid några tydliga ljudtoppar för alla hydrofoner, se fig. 3. Genom att man vet hydrofonernas avstånd till vindkraftverket så kan den verkliga dämpningen per avståndsdubbling beräknas. Resultatet visar en dämpning på ca. 4 db för varje avståndsfördubbling och stämmer relativt väl överens med den 3 db:s försvagning \\FILEGBG\DATA\POWSELL\TECH\DOCUMENT\ \ _MA DOC Sida 20 (39)

21 som gäller när man har cylindrisk utbredning, se sektion 1.2, och ingen bottendämpning eller förändring i vattendjup. Att dämpningen överstiger 3 db för Utgrunden kan bero på absorption i botten. Antas en 4 db dämpning för varje avståndsfördubbling, kan ljudnivån 1 m från tornet bestämmas till ~ 65 db över bakgrundsljudet. Vid en mycket låg bakgrundsljudnivå ca ~ 80 db re 1 Pa (lugnt hav) skulle den absoluta ljudnivån bli ~ 145 db re. 1 Pa 1 m, vilket fortfarande är en låg ljudnivå. Vindhastighetens betydelse för ljudet analyserades också. Genererellt så ger en ökad vindhastighet en ökad ljudtrycksnivå. En slutsats man kan dra av mätningarna är att den dominerande toppen ändrar frekvens med ändrad vindhastighet. Detta kommer sig av att vindkraftverkets rotationshastighet ändras med vindhastigheten. Vid analysen av Utgrundens mätningar tittade man även på om ljudet från de totalt sju stycken kraftverken interfererar med varandra. Det upptäcktes inga tecken på att interferens kunde påverkar den totala ljudbilden. De troliga orsakerna är de små variationerna i turbinhastighet mellan vindkraftverken samt att hydrofonerna var placerade så att den registrerade nivån dominerades för mycket av det närmaste vindkraftverket Betke et al [19] I referens 19 redovisas undervattensljudmätningar gjorda för en vindturbin med monopilefundament stående på ca 10 m djup. Författarna redovisar inte var den är belägen eller när mätningarna gjordes. De anser att ljudet uppstår genom utstrålning av vibrationer i den del av tornröret som är under vatten, vilket också är vår erfarenhet, se figur 4. \\FILEGBG\DATA\POWSELL\TECH\DOCUMENT\ \ _MA DOC Sida 21 (39)

22 Figur 4: (från referens 19) Mekanismen för ljudutstrålning i vatten från ett havsbaserat vindkraftverk med monopilefundament. Mätuppställningen redovisas i figur 5. Signalerna spelades in på band under en månad och utvärderades i efterhand. \\FILEGBG\DATA\POWSELL\TECH\DOCUMENT\ \ _MA DOC Sida 22 (39)

23 Figur 5: (från referens 19) Mätuppställning för övervakning av undervattensljud alstrat av ett havsbaserat vindkraftverk med monopilefundament. Vattendjupet var ungefär 10 m. Några ljudspektra visas i figur 6. Vid låga vindhastigheter går generatorn med ungefär 1100 varv per minut. Det nominella värdet 1800 varv per minut nås vid 700 kw uteffekt. Turbinens märkeffekt är 1500 kw. Den uppmätta turbinen visar två huvudsakliga spektra ett för låga vindhastigheter och ett för moderat och stark vind. Författarna anger att ljudspektrum orsakas av två uppsättningar kuggingreppsfrevenser från växellådan. Författarna har erfarenhet av turbiner med högre märkeffekt. Mätningar av vibrationer i tornet på turbiner på land med effekten 2 till 2,5 MW har visat på högre nivåer än för den uppmätta 1,5 MW-turbinen. Om sådana turbiner placeras i havet kommer de att ge högre vibrationsnivåer i den strålande delen av tornet under vatten. Å andra sidan har större turbiner oftast lägre varvtal och kuggingreppsfrekvenser. Dessutom minskar normalt ljudutstrålningseffektiviteten av böjvågor i tornskalet vid lägre frekvenser. En tredje omständighet är att marina däggdjurs hörförmåga avtar med minskande frekvens. \\FILEGBG\DATA\POWSELL\TECH\DOCUMENT\ \ _MA DOC Sida 23 (39)

24 Figur 6: (från referens 19) Mätning av undervattensljudtrycksnivå i tersband på 110 m avstånd från vindkraftverk med monopile-fundament. Vindhastigheten hänförs till navhöjd (nacelle anemometer). I figuren visas också lågfrekventa delen av hörtröskeln för säl och tumlare. 6. Bedömning av trolig ljudnivå vid Skottarevets olika alternativ 6.1. Sammanställning och analys av uppmätt undervattensljud Spektrum av undervattensljud består normalt av en bredbandig del och toner. Tonerna härrör oftast från kuggingreppsfrekvenser i växellådan. Den bredbandiga delen maskeras oftast av omgivningsljudet i havet. I mätningen vid 3,5 m/s vindhastighet redovisad i referens 19 verkar det dock som om den bredbandiga delen överstiger bakgrundsljudet. Notera att om bredbandigt ljud ska jämföras med en hörtröskel hos ett marint däggjur eller en fiskart, måste man räkna om till lika bandbredd, t ex en Hz eller bandbredden motsvarande tersband. I bilaga xx har uppgifter om mätningar sammanställts. Nivåer för toner som funktion av frekvens visas i figur 7. \\FILEGBG\DATA\POWSELL\TECH\DOCUMENT\ \ _MA DOC Sida 24 (39)

25 db re 1 upa på 1 m y = -0,0227x + 128, normerat ljudtryck 1 m - toner Linear (normerat ljudtryck 1 m - toner) Hz Figur 7: Sammanställning av nivå av toner för olika frekvenser från mätningar på fem havsbaserade vindkraftverk. Kraftverken har olika effekt, mätning har skett vid olika vindhastighet och mätningarna har skett på olika avstånd men normerats till avståndet 1 m från ljudkällans centrum under antagande av cylindrisk utbredning. Ljudtrycksnivån för toner som funktion av avståndet visas i figur 8. Nivån avtar med 15 gånger logaritmen av avståndet. Cylindrisk utbredning motsvarar 10 gånger och sfärisk utbredning motsvarar 20 gånger tiologaritmen av avståndet db re 1 upa y = -14,732x + 130,25 ljudtryck-avstånd Linear (ljudtryckavstånd) log(m) Figur 8: Sammanställning av nivå av toner för olika avstånd, eller snarare tiologaritmen av avståndet, från mätningar på fem havsbaserade vindkraftverk. Kraftverken har olika effekt, mätning har skett vid olika vindhastighet och tonerna har olika frekvens. Ljudtrycksnivån för toner som funktion av vindhastighet visas i figur 9. Nivån ökar svagt med vindstyrkan. I referens 7 antogs att ljudtrycksnivån ökar med 10 gånger tiologaritmen av vindhastigheten. I figur 9 antyds 5 gånger tiologaritmen. Om \\FILEGBG\DATA\POWSELL\TECH\DOCUMENT\ \ _MA DOC Sida 25 (39)

26 analysen sker för ett och samma vindkraftverk bör man få ett bättre svar för just det vindkraftverket. Mätningarna redovisade i referens 19 visar på en ökning med ca 14 db då vinden ökar från 3,5 till 12 m/s. Det motsvarar 26 gånger tiologaritmen av vindhastigheten. Från 12 till 17 m/s ökar inte ljudtrycksnivån, dvs faktorn blir db re 1 upa på 1 m y = 5,2995x + 116,07 normaliserat ljudtryck 1m - log(vindhastighet) Linear (normaliserat ljudtryck 1m - log(vindhastighet)) 0 0 0,5 1 1,5 log(m/s) Figur 9: Sammanställning av nivå av toner för olika vindhastighet från mätningar på fem havsbaserade vindkraftverk. Kraftverken har olika effekt, tonerna har olika frekvens och mätningarna har skett på olika avstånd men normerats till avståndet 1 m från ljudkällans centrum under antagande av cylindrisk utbredning. Ett större vindkraftverk borde intuitivt ge en högre ljudtrycksnivå i vattnet än ett mindre. Figur 10 visar tonernas nivå, normaliserat på 1 m avstånd för olika effekt. Det går inte att se någon tydlig trend. Den linjära regressionslinjen visar att ljudtrycksnivån avtar med 0,8 db då elektriska effekten ökar med en faktor 10. Troligen har aggregaten med mindre effekt äldre tillverkningsdatum och har bullrigare växellåda. De större aggregaten har längre torn, vilket gör att vibrationerna som utbreder sig från växellådan ner till vattnet får längre väg att vandra och de hinner dämpas mer db re 1 upa på 1 m y = -0,815x + 121, ,5-1 -0,5 0 0,5 log(mw) normaliserat ljudtryck 1 m - log(effekten) Linear (normaliserat ljudtryck 1 m - log(effekten)) \\FILEGBG\DATA\POWSELL\TECH\DOCUMENT\ \ _MA DOC Sida 26 (39)

27 Figur 10: Sammanställning av nivå av toner för olika vindhastighet från mätningar på fem havsbaserade vindkraftverk. Tonerna har olika frekvens, de har mätts vid olika vindstyrka och mätningarna har skett på olika avstånd men normerats till avståndet 1 m från ljudkällans centrum under antagande av cylindrisk utbredning. Som förslag påmodell för beräkning av undervattensljud föreslår vi att den linjära regressionskurvan plus 10 db i figur 7 används för nivå av toner i undervattensljudet oberoende av aggregatstorlek och vindstyrka. Enligt figur 7 bör detta motsvara ett värsta fall. Vi förutsätter att nivån gäller för ca 2-3 toner inom frekvensområdet Hz. Formeln för källstyrkan blir då L, 1 = 0,0227 f + 138,6, db re 1 µpa på 1 m avstånd p m Vi antar att ljudtrycksnivån avtar som för cylindrisk utbredning, dvs med 3 db per avståndsdubbling. Ljudtrycksnivån för en ton med frekvensen f i Hz på avståndet r i m blir då ( r) 0,0227 f + 138,6 10 log ( r) L p 10 =, db re 1 µpa Den bredbandiga delen av spektrum kan vi inte förutsäga. Vi förutsätter att formeln gäller för vindkraftverk med monopilefundament. Det är troligt att gravitationsfundament ger en lägre nivå Uppskattning av undervattensljud om Skottarevet har monopile fundament Skottarevets vindkraftspark är tänkt att ha turbiner i storleksordningen 3-5 MW. Ett exempel för toner vid 20, 125 och 630 Hz på några avstånd från ett verk redovisas i tabell 6. Avstånd Ton 20 Hz Ton 125 Hz Ton 630 Hz 1 m 138 db re 1 µpa 136 db re 1 µpa 124 db re 1 µpa 10 m 128 db re 1 µpa 126 db re 1 µpa 114 db re 1 µpa 100 m 118 db re 1 µpa 116 db re 1 µpa 104 db re 1 µpa db re 1 µpa 110 db re 1 µpa 98 db re 1 µpa 1000 m 108 db re 1 µpa 106 db re 1 µpa 94 db re 1 µpa Tabell 6: Beräknad ljudtrycksnivå för tre toner för olika avstånd från ett vindkraftverk vid Skottarevet. \\FILEGBG\DATA\POWSELL\TECH\DOCUMENT\ \ _MA DOC Sida 27 (39)

28 Skottarevet kommer att ha en vindkraftspark på 30 stycken vindkraftverk. Avståndet mellan verken uppskattas till ~ 800 m. En beräkning med bidragen från de sex närmaste vindkraftverken gjord enligt, figur 11, visar att den totala ljudnivån på 1 m avstånd från ett vindkraftverk tillsammans med de sex närmaste vindkraftverken ger en obetydlig ökningen av ljudnivån, < 0.1 db. r=800 m Totala ljudnivån på 1 m avstånd från ett vindkraftverk Figur 11: Sju stycken vindkraftverk på det inbördes avståndet 800 m En slutsats man kan dra enligt ovan är då att de övriga 23 vindkraftverken kommer inte att bidra något nämnvärt till den totala ljudnivån för både triangel- och rombutformningen eftersom avstånden mellan vindkraftverken är för båda utformningarna 800 m. r=800 m Totala ljudnivån på 400 m avstånd från ett vindkraftverk Figur 12: Sju stycken vindkraftverk på det inbördes avståndet 800 m Beräknas den totala ljudnivån på samma sätt fast nu på 400 m avstånd, mitt emellan turbinerna se fig 5, från ett vindkraftverk blir den totala ljudnivån ca 18 db lägre än på 1 m avstånd från ett verk. Antag t ex att nivån för en ton vid 125 Hz är 136 db re 1 µpa på 1 m avstånd. På 400 m avstånd blir nivån från ett verk 110 db enligt tabellen ovan och 118 db med inverkan av de kringliggande verken. \\FILEGBG\DATA\POWSELL\TECH\DOCUMENT\ \ _MA DOC Sida 28 (39)

29 På 10 km avstånd bedöms ljudtrycksnivån från alla 30 verken bli högst 113 db vid 20 Hz, 111 db vid 125 Hz och 99 db re 1 µpa vid 630 Hz. 7. Sammanställning av vibrationer från havsbaserade vindkraftverk 7.1. Utgrunden Kalmar Sund Varje vindkraftverk i Utgrunden ger 1.5 MW. I två mätpositioner på tornet mättes vibrationerna [13]. I varje position finns det två accelerometrar där en mäter accelerationen i radiell och en i tangentiell riktning. Bild 3: Tornet med två mätpositioner, Acc High och Acc Low Resultaten från vibrationsmätningarna visar att vibrationerna från tornet genereras mekaniskt från växellådan och domineras av toner som härrör från grundtoner och harmoniska komponenter från växellådan. I figur 13 kan de dominerande tonerna som finns upp till ~ 800 Hz ses för de två mätpositionerna i jämförelse med undervattensljudet. \\FILEGBG\DATA\POWSELL\TECH\DOCUMENT\ \ _MA DOC Sida 29 (39)

30 Correlation - Tower vibrations - Underwater noisevibratio Acc. Low, radial Acc. Low, tangential Acc. High, radial Acc. High, tangential Hyd , ,1 Acceleration (m/s2) 0,01 0,01 0,001 Sound pressure (Pa) 0,001 0,0001 0,0001 0, Frequency (Hz) Figur 13: Mätresultat som visar vibrationer från tornet tillsammans med undervattensljud vid mätningar vid 14 m/s Hz. Konstant bandbredd 1 Hz. Från figur 13 kan det också ses att det utstrålade ljudet har bra samhörighet med vibrationer i tornet. \\FILEGBG\DATA\POWSELL\TECH\DOCUMENT\ \ _MA DOC Sida 30 (39)