Ljud från vindkraftverk. Lisa Granå WSP Akustik

Transkript

1 Ljud från vindkraftverk Lisa Granå WSP Akustik

2 Min bakgrund Civ.Ing Väg och vatten (KTH) 1998 Examensarbete - ljud från havsbaserade vindkraftverk (Byggnadskonstruktör) Licenciat KTH, ljud från havsbaserade vindkraftverk 2003 Akustikkonsult WSP 2007 startade WSP:s vindkraftsnätverk 2009 avdelningschef WSP Akustik i Stockholm

3 WSP Akustik En av de ledande akustikkonsulterna globalt och i Sverige Stockholm Uppsala (ca 15) Göteborg Malmö Jönköping (ca 25) Norge, Finland, England, Dubai m.fl.

4 WSP Akustik våra tjänsteområden Samhällsbuller Byggnadsakustik Rumsakustik Vibrationer Arbetsmiljö Utredningar Projektering Beräkning Mätning Utbildning

5 WSP Group globalt konsultföretag konsulter globalt Omsätter SEK 7,8 miljarder Noterat på börsen i London sedan 1987

6 WSP i Sverige lokal förankring Söker optimala hållbara lösningar Specialisttjänster och integrerade lösningar medarbetare i Sverige Stark lokal förankring

7 Våra verksamhetsområden Hus & Industri Transport & Infrastruktur Miljö & Energi

8 WSP Vindkraft Nätverk med ca 40 personer Konsulttjänster från idé till färdigt projekt

9 Ljud från vindkraftverk Dagens program Allmänt om ljud Alstring av vindkraftsbuller Maskering Störning från vindkraftsbuller Bedömningsgrunder Ljudutbredning i atmosfären Beräkningsmodeller Speciella förhållanden Skog Havsbaserad Mätningar Frågor och diskussion

10 Vad är ljud? Ljud är en vågrörelse i luften Små tryckförändringar Likheter med andra vågrörelser (vattenvågor, ljus mm) Amplitud = ljudstyrka Våglängd = 1/frekvensen = tonhöjd

11 Frekvens Frekvensen är ett mått på tonhöjd och mäts i Hertz. Mänskliga örat uppfattar ljud inom ca Hz. Vi hör bäst i de frekvenser vi talar. Lågfrekvent ljud (< 200 Hz) Mellanfrekvent ljud ( Hz) Högfrekvent ljud (över 4000 Hz) 500 Hz 1000 Hz 2000 Hz

12 Ljudnivå Ljudnivån beskriver ljudtrycket och mäts i decibel. Decibelskalan är anpassad så de vanliga förekommande ljuden ligger mellan 0 och 100 db. 0 db motsvarar hörseltröskeln för en person med god hörsel. Skalan är logaritmisk.

13 0 + 0 = 3! En fördubbling av ljudtrycket ökar ljudnivån med 3 db 3 db är också den minsta ändring örat uppfattar i normal miljö. 1 db kan uppfattas i ett tyst lab. Kring 8 db upplevs som fördubbling/halvering

14 Vanliga ljudnivåer

15 Ekvialentnivå och maxnivå motorväg Maxnivå Högsta toppen under en viss tid Ekvivalentnivå Medel över en viss tid

16 Vägd ljudnivå dba och dbc Ljudnivå i db är inte alltid den bästa beskrivningen av ett ljud. Därför finns filter som sänker vissa frekvenser och höjer andra. dba anpassning till normal hörsel, dvs reduktion av låga och mycket höga frekvenser

17 Ljud från vindkraftverk

18 Varifrån kommer vindkraftsbuller? Mekaniskt ljud Växellåda Infästningar mm Påverkas av: Rotationshastighet Typ av växellåda Slitage Aerodynamiskt ljud Rotorblad Påverkas av: Vindhastigheten Turbulens kring torn Turbulens från närliggande verk Vertikala vindar Äldre modeller (rotorn i lä från tornet) Periodiskt dunkade ljud

19 Varifrån kommer vindkraftsbuller? Forts. Det mekaniska ljudet byggs successivt bort Isolerat maskinhus Variabel hastighet Upphängning av växellåda Kvar är det aerodynamiska Variabel hastighet Pitch bladens vinkel Möjlighet att sänka ljudet På bekostnad av effekten På moderna verk ska toner, dunkande och slammer ej förekomma. Då är något fel på turbinen.

20 Vindkraftverkens utveckling Källa: J.Thorén, Simulering av vindkraftljud med beräkningsmodellen Nord2000 (2009)

21 Nya verk är mer ljudeffektiva Källa: Naturvårdsverket, Ljud från vindkraftverk, koncept 2009

22 Mekaniskt och aerodynamiskt ljud Mekaniskt ljud mer störande än aerodynamiskt eftersom det har en onaturlig karaktär. Aerodynamiskt ljud alstras även av vind i träd och runt byggnader möjlighet till maskering

23 Maskering från vegetation + 2 MW vindkraftverk o uppmätt ljud från lövträd Källa: K. Bolin, Wind Turbine Noise and Natural Sounds- Masking, Propagation and Modeling (2009)

24 Maskering från vattenvågor Brytande vågor Ökad våghöjd Källa: K. Bolin, Wind Turbine Noise and Natural Sounds- Masking, Propagation and Modeling (2009)

25 Effektiv maskering Om ljudnivån från vindkraftverken är 10 db lägre än bakgrundnivån kan man anta att vindkraftverken inte hörs. Detta gäller i varje frekvensband. Större verk -> mer lågfrekvent ljud -> mindre effektiv maskering Det naturliga ljudet varierar kraftigt Den naturliga miljön är föränderlig (årstidsvariationer, avverkning) Det är därför knappast lämpligt att godta högre ljudnivåer med hänvisning till maskering.

26 Hur störande är vindkraftsbuller? Källa: E. Pedersen, Human response to wind turbine noise (2007)

27 Tendenser i störningsstudier Ökad störning vid ökad ljudnivå Ser man verken ökar risken för störning Låg bakgrundsnivå ökar risken för störning (landsbygd) Verken hörs även vid höga vindhastigheter Stora variationer mellan olika studier Andra aspekter Hur mycket är man hemma på dagarna Hur mycket är man ute på tomten Sover man med öppet fönster

28 Finns det hälsorisker? NEJ Liten risk för sömnstörningar

29 Varför är vindkraftsbuller mer störande än många andra ljudkällor? Tänkbara orsaker Människors inställning Ny teknik Svårt att se nyttan Osämja bland grannar Inte på min bakgård Ljudets karaktär Amplitudmodulation (swichande ljud, 1s frekvens) Differenser i vind mellan mottagare och vindkraftverk

30 Riktvärden för buller Riktvärde för vindkraft 40 dba Motiv - kontinuerlig ljudkälla dygnet runt

31 Riktvärden för ljud från vindkraft Normalfall 40 dba nivå som ej ska överskridas 35 dba gäller för Områden planlagda för friluftsliv Områden där ljudmiljön är särskilt viktig (fjäll och skärgård) Vindskyddade områden Vid rena toner

32 Ljudutbredning i atmosfären Ljudets spridning påverkas av Vindriktning Vindhastighet Vindgradient Temperatur Temperaturgradient Turbulens Luftfuktighet Lufttryck

33 Ljudutbredning forts. Absorption Refraktion Turbulens Ljudenergi övergår till värme Krökning av ljudstrålar Fluktuationer pga variationer i atmosfärens egenskaper Temperatur Luftfuktighet Lufttryck Vindriktning Vindhastighet Vindgradient Temperaturgradient Turbulens

34 Absorption Ljudvågen sätter fart på molekylerna i luften Energi från ljudet övergår till värme i atmosfären Finns standardvärden (15 ºC, 70 % RH) och formel för beräkning Standardvärden överskattar absorptionen för normala svenska förhållanden Relativt liten effekt på avstånd under 1 km

35 Refraktion Refraktion kan beskrivas som krökning av ljudstrålar Refraktion pga vindriktning och vindstyrka Källa: Ljud från vindkraftverk Naturvårdsverket rapport 6241 (2001)

36 Refraktion forts. Refraktion pga temperaturens skiktning Avtagande temperatur Ökande temperatur (inversion) Källa: Ljud från vindkraftverk Naturvårdsverket rapport 6241 (2001)

37 Refraktion forts. I normala fall har temperaturgradienten inte så stor påverkan på utbredning av vindkraftsbuller. När det blåser blandas atmosfären om och temperaturen blir utjämnad med höjden.

38 Geometrisk spridning Sfärisk spridning Cylindrisk spridning -6 db per avståndsfördubbling -3 db per avståndsfördubbling Industri, flyg, enstaka fordon Vindkraft Vindstilla svag vind Trafikerade vägar, långa tåg Vindkraft Kraftig medvind

39 Turbulens Bubblor av luft med annan sammansättning Turbulensen ökar med kraftiga vindar och kraftiga temperaturändringar Turbulens ger ett fluktuerande ljud Kan minska ekvivalentnivån Kan samtidigt öka hörbarheten

40 Markeffekt Mjuk mark dämpar ljud Nyfallen snö Mossa Hård mark reflekterar ljud Asfalt Vattenytor Små ojämnheter gör att marken blir akustiskt mjukare - råhetsklass

41 Sammanvägning av utbrednings- och markeffekter Korta avstånd mottagare och källa nära marken (vägtrafikbuller) Källa: C. Larsson, Bullerutbredning

42 Sammanvägning av utbrednings- och markeffekter Långa avstånd högt placerad källa (flygbuller) Källa: C. Larsson, Bullerutbredning

43 Sammanvägning av utbrednings- och markeffekter vindkraft? Källa: J.Thorén, Simulering av vindkraftljud med beräkningsmodellen Nord2000 (2009)

44 Beräkningsmodeller Den svenska modellen (Ljud från vindkraftverk, Naturvårdsverket) Nord2000 Industribullermodellen (General prediction method) Harmonoise, Imagine (EU-modeller)

45 Den svenska modellen avståndsdämpningen Landbaserade verk - avstånd upp till 1000 m absorption L A ljudnivå hos mottagare L WA,korr ljudeffekt hos vindkraftverket, korrigerat för vindhastighet på platsen r avstånd Ingen hänsyn till refraktion, turbulens eller marktyp (= antar platt, hård mark)

46 Den svenska modellen, forts L WA ljudeffekt enligt tillverkare enligt IEC-standard k ljudeffektens variation med vindhastigheten enl tillverkare (i db(a)/m/s) v nav vindhastighet vid nav H - navhöjd

47 Den svenska modellen, forts v h aktuell vindhastighet (normalt 8 m/s på 10 m höjd) z 0 - markråhetslängden

48 Råhetslängd i den svenska modellen Faktor som påverkar vindgradienten Antaganden Vindstyrka 8 m/s på 10 m höjd Logaritmisk vindgradient Plan, slät mark (liten råhetslängd) -> lägre vindhastighet vid navhöjd Kuperad mark (högre råhetslängd) -> högre vindhastighet vid navhöjd Vindhastighet vid navhöjd styr ljudeffekten på verket I den svenska modellen påverkar markråheten bara ljudeffekt, inte ljudets utbredning.

49 Den svenska modellen forts. Långa avstånd Ljudnivå i oktavband Absorption i oktavband Havsbaserade verk Mycket kraftig medvind Cylindrisk utbredning Worst-case-modell Reviderats i det nya konceptet vilket ger ca 5 db lägre ljudnivåer

50 Nord2000 Framtagen för trafikbuller Mer korrekt beskrivning av ljudutbredning Meteorologiska effekter Absorption Turbulens Mer detaljerad markbeskrivning 8 marktyper Terräng Skog Tät bebyggelse

51 Nord2000 forts. L R = L W + ΔL d + ΔL a + ΔL t + ΔL s + ΔL r L W ljudeffekt ΔL d inverkan av avståndsspridning ΔL a inverkan av absorption ΔL t inverkan av terräng ΔL s inverkan av vegetation eller tät bebyggelse ΔL r inverkan av reflexer

52 Nord2000 terräng Modellering av terrängen Modellen kan ta hänsyn till skärmning av terräng. Källa: J.Thorén, Simulering av vindkraftljud med beräkningsmodellen Nord2000 (2009)

53 Nord2000 scattering zones Skog eller tät bebyggelse beräknas med sk scattering zones 1. Skog mellan vindkraftverk och mottagare Ca 4 5 db dämpning på 500 m 2. Skog vid vindkraftverk, ej vid mottagare Ger ingen dämpning alls 3. Skog vid mottagare Ger samma dämpning som översta fallet Källa: J.Thorén, Simulering av vindkraftljud med beräkningsmodellen Nord2000 (2009)

54 Råhetslängd och råhetsklass Råhetslängd Relevant för vindkraft Påverkar vindgradienten och därmed vindhastigheten vid navhöjd I Nord2000 måste ljudeffekten hos ett verk korrigeras på samma sätt som i den svenska modellen Råhetsklass Markparameter En ojämn yta sprider en del av ljudet bakåt och gör ljudfältet mindre koherent. Ingen direkt koppling mellan parametrarna

55 Nord2000 jämförelse med mätningar Rött beräkning, medvind, platt mark Svart mätning Medelnivån ligger rätt, modellen missar de stora variationerna Källa: J.Thorén, Simulering av vindkraftljud med beräkningsmodellen Nord2000 (2009)

56 Nord2000 begränsningar och styrkor Modellen antar rak ljudhastighetsprofil Dvs logaritmisk vindgradient Kan ej beräkna kraftig refraktion t.ex. vid stark inversion, low level jets, terrängeffekter mm. Ingen hänsyn till ökad ljudnivå vid medvind och långa avstånd Succesiv övergång från sfärisk till cyindrisk utbredning Dålig hantering av strykande infall Strykande infall =markeffekt vid låg infallsvinkel (ökad ljudnivå) Kan ge stora felaktigheter vid motvind eller vid viss terräng I medvind ger modellen god överensstämmelse med tendensen bland många mätningar men kan ej beskriva den stora variation som förekommer för vindkraftsbuller Kräver stor kunskap om ingående parametrar och modellens begränsningar

57 Industribullermodellen Används i Sverige för industribuller (och i något modifierad version, även för skottbuller och buller från motorsportbanor). Antar svag medvind i alla riktningar Meteorologin kan ej varieras Tar hänsyn till terräng, byggnader och vegetation (förenklat) 2 marktyper (mjuk och hård) Väl verifierad för normala industribullerkällor Oklart hur väl den fungerar för en hög källa som vindkraftverk

58 Harmonoise och Imagine Europeiska projekt för harmionisering av beräkning av buller Harmonoise modell för utbredning och alstring av trafikbuller Utbredningsmodellen är Nord2000 med några mindre ändringar Imagine utveckling av Harmonoise för industri och flyg Hantering av höga källor Databas för industribullerkällor Ännu inga beslut tagna om implementering av dessa modeller inom EU

59 Vindkraft i skog Vindkartering har visat att vindarna i skogsområden är kraftigare än man tidigare trott. I kombination med högre vindkraftverk blir skogsområden intressanta för etablering Fördelar med relativt gles bebyggelse och minskad risk för visuella störningar. Vegetation dämpar ljud och minskar risk för störning genom visuellt hinder och maskering

60 Vindkraft i skog forts. Men Vindprofilen för skogsområden är komplicerad och stämmer ej med den som beskrivs i beräkningsmodellerna (både den svenska och Nord2000) Vad händer där skogen tar slut (i många fall där bebyggelse tar vid) Kunskap saknas!

61 Vindkraft till havs Kraftiga vindar kan ge höga ljudnivåer på långa avstånd Low Level Jets kraftiga vindar på ca m höjd Uppstår under våren över Östersjön Ger cylindrisk utbredning En plan vattenyta är totalt reflekterande Källa: Källstrand B. (1998) Low level jets in a marine boundary layer during spring, Conrt. Atmos. Phys. 71, pp

62 Vindkraft till havs forts. Ljudkänsliga miljöer kring kusten (sommarstugor, naturupplevelser) Nord2000 kan ej hantera kraftig medvind, Den Svenska modellen (reviderad 2009) baseras på långtidsmätningar i Kalmarsund. Är fortfarande en ogynnsam modell. Kunskap saknas

63 Att mäta ljud från vindkraftverk Det finns två metoder för mätning av allt externt industribuller 1. Inmätning av källan (emissionsmätning) 1. Kontroll av ljudkällans emission 2. Beräkning av ljud hos en mottagare för kontroll av krav och riktvärden Kräver att man kommer nära källan. 2. Mätning hos mottagaren (imissionsmätning) 1. Kontroll av uppfyllelse av krav och riktvärden Kräver lagomt mycket medvind, bar mark och uppehållsväder Känsligt för störning från andra ljudkällor Generellt förespråkas emissionsmätning eftersom det är en mer tillförlitlig metod och är mindre beroende av rätt meteorologi.

64 Att mäta ljud från vindkraftverk Emissionsmätning är att föredra vid enstaka verk. Mätmetod enl IEC-standard Mätning genomförs vid flera vindhastigheter på ett avstånd av vindkrafttornets höjd. Mätposition väljs i medvind Närliggande verk stängs av vid mätningen Antalet mätningar bestäms utifrån syftet med mätningen Emissionsmäting kan ej genomföras för havsbaserade verk Imissionsmätning kan vara det enda genomförbara vid vindkraftsparker Att hitta mätpositioner i medvind för flera vindhastigheter kan vara mycket tidskrävande. Kostsamt att under lång tid stänga ned närliggande verk Oövervakad långtidsmätning vid mottagare som utvärderas tillsammans med meteorologiska data kan visa om riktvärdet överskridits. Stor risk för andra störningar

65 Frågor Om ett vindkraftbolag söker på ett verk med max-höjd 170 m (navhöjd 120 m, rotordiameter 100 m) och en effekt på 3,5 MW, men bullerberäkningarna är gjorda på ett verk som har en max-höjd på 145 m (navhöjd på 100 m, rotordiameter 90m) och en effekt på 2,5 MW Hur stor skillnad gör det i den beräknade ljudnivån? Skillnad i elektrisk effekt oklart vad det ger för skillnad i ljudeffekt Skillnad i höjd vindhastigheten ökar med höjden. Om samma turbin lyfts upp 20 m ökar ljudeffekten. Går ej att säga vad som händer med olika turbiner. Rekommendation: Var man inom 5 db från riktvärdet med den första layouten kräv en ny ljudberäkning!

66 Frågor Råhetsklass- vad säger den? För bullerberäkningar i skogslandskap presenteras olika råhetsklasser ex. 1,3; 1,5; 2,0 eller 2,5 vad är det för skillnad? Olika för olika terränger, ex skog, slättlanskap mm. Finns det några tips på råhetslängd på respektive landskapstyp? Råhetslängd vad säger den? Har ex. på 0,043; 0,055; 0,100 och 0,200 i olika bullerberäkningar vad är det för skillnad? Är det något förhållande mellan råhetsklass och råhetslängd? Ex. Råhetsklass: 1,3 1,5 2,0 2,5 Råhetslängd: 0,043 0,055 0,100 0,200 Råhetslängd vindkraftsparameter, korrigerar turbinens ljudeffekt Råhetsklass markparameter i Nord2000, ojämn mark dämpar ljudet. Ingen direkt koppling, bedömning av vilka värden som ska användas görs av den som räknar.

67 Frågor Immisionshöjden har den någon betydelse? Ofta beräknat på 1,5 m. Har ingen betydelse så länge inte mottagaren är skärmad bakom en kulle (Nord2000). Då kan skärmningen minska drastiskt med högre mottagarhöjd. Bullerkällor från ett vindkraftverk rotorblad, maskinljud? Rena toner förklara fenomen, när uppkommer det, går det att dämpa? När bullrar ett vindkraftverk som mest ex. när det blåser hård vind eller när det blåser lite grand? Se tidigare bilder

68 Frågor Orientering av modellerna WinPro och Nord 2000 För- och nackdelar, när fungerar resp. modell bäst? WindPro = ett program som räknar med den svenska modellen SoundPlan, ExSound = räknar med Nord2000 Den svenska modellen är väl validerad för plan, hård mark (slättlandskap). I övriga miljöer räknar den sannolikt för höga nivåer. För en snabb kontroll är den svenska modellen bra och lätt att använda (excel-ark) I miljöer med skog och terräng beskriver Nord200 verkligheten bättre. Man bör ej använda Nord2000 för att räkna motvindsfall. Försök att med den modellen tillgodoräkna sig förhärskande vindriktning ska därför undvikas. Den som räknar med Nord2000 måste ha kunskap om parametrarna. Havsbaserade verk jag rekommenderar den svenska modellen (försiktighetsprincipen).

69 Frågor Vindkraftbolag redovisar ibland olika källbullernivåer för samma verk vid sina bullerberäkningar (bolaget hänvisar till att de ställer ner verken för att klara riktlinjer för buller) Vad anses om detta? Är det sannolikt att vindkraftverket kommer hålla det angivna källbullret för de nedställda verken? Kan man precisionsställa verken exakt efter beräkningarna? Hur kontrollerar man det i tillsynen? Hur sker inställningen av verken med avseende på buller då vindkraftverken är byggda? Tillsyn - Uppföljning av buller när vindkraftverken är i drift? Mätning/beräkning? Hur går man tillväga vid mätning? Detta är en vedertagen metod. Det finns en koppling mellan ljudeffekt och elektrisk effekt. Den mest praktiskt genomförbara kontrollen är troligtvis långtidsmätningar vid mottagare. Skulle riktvärdet överskridas och det ej kan förklaras med andra störningar får man gå vidare med en inmätning av verken.

70 Frågor Betydelsen av källbullernivån vid mindre omflyttningar av vindkraftverk (t.ex inom 50 meters radie), topografi? Om det inte är mycket kraftiga terrängskillnader kan man flytta bullerkurvan till den nya positionen. Ligger man nära eller över ett riktvärde bör en ny beräkning göras. Beräkning av ljud med den svenska modellen görs enkelt i t.ex. WindPRO. Bolagen har all indata och gör ändå vindberäkningar för alla layouter. Begär kompletteringar av bullerberäkningarna om något är oklart.

71 Frågor Störning från vindkraftbuller för hus som ligger i lä från övrig vind. Problem lösning? Naturvårdsverkets riktvärden 50 % lägre vind än vid agreggatet -> 5 db lägre riktvärde Fastställt av MÖD i dom om vindkraftverk i Örnsköldsvik Kräver mycket kunskap om lokala förhållanden och ev extra vindmätningar.

72 Diskussion