Ljudemission och ljudutbredning för vindkraftverk i skogsterräng. Elforsk rapport 09:22

Transkript

1 Ljudemission och ljudutbredning för vindkraftverk i skogsterräng Elforsk rapport 09:22 Martin Almgren, ÅF-Ingemansson Maj 2009

2

3 Ljudemission och ljudutbredning för vindkraftverk i skogsterräng Elforsk rapport 09:22 Martin Almgren, ÅF-Ingemansson Maj 2009

4 ELFORSK

5 ELFORSK Förord För vindkraftverk i skogsterräng finns vissa frågetecken kring ljudutbredning samt vindkraftverkens ljudalstring med hänsyn t.ex. till den större vindskjuvning som råder i skogen. Arbetet i detta projektet syftar till att belysa frågeställningar kring ljud från vindkraft i skogen och jämföra mätningar av ljud från ett skogsverk med beräkningar. Arbetet har utförts av ÅF-Ingemansson med Martin Almgren som ansvarig och med Stephan Schönfeld, Josefin Grönlund och Paul Appelqvist som handläggare av olika delar. Projektet har genomförts inom ramen för vindkraftforskningsprogrammet Vindforsk-II som projektnummer V-164. Vindforsk-II finansieras av ABB Corporate Research, EBL-Kompetanse, E.ON Vind Sverige, E.ON Elnät, Falkenberg Energi, Göteborg Energi, Jämtkraft, Karlstad Energi, Luleå Energi Elnät, Lunds Energi, Skellefteå Kraft, Statens Energimyndighet, Svenska Kraftnät, Tekniska Verken i Linköping, Umeå Energi Elnät, Varberg Energi, Vattenfall och Öresundskraft Värdefulla synpunkter på arbetet och rapporten har erhållits från projektets referensgrupp bestående av Bo Søndergaard, Delta Acoustics and Electronics i Danmark, Anders Björck (tidigare på Energimyndigheten och numera ansvarig för Vindforskprogrammet på Elforsk AB) och Sven-Erik Thor på Vattenfall Vindkraft AB.

6 ELFORSK

7 ELFORSK Sammanfattning Mätning av ljudemission enligt IEC och ljudimmission upp till 520 m avstånd har utförts för ett vindkraftverk vid Ryningsnäs i Hultsfreds kommun. Vindkraftverket är en 2,5 MW-turbin med 100 m navhöjd och 90 m rotordiameter. Vid mättillfället var vinden ganska låg, mellan 4 och 8 m/s vid navhöjd. Mätningarna visar att ljudeffektnivån som bestämts enligt standarden är några decibel lägre än den av leverantören garanterade och även lägre än den av leverantören redovisade uppmätta ljudeffektnivån i det testade fallet. En arbetshypotes var att vindkraftverket skulle avge en högre ljudeffekt i skogsterräng. Standarden IEC för mätning av ljudemission bör revideras så att den utvärderade ljudeffektnivån relateras till vindhastigheten i navhöjd och inte räknas om till 10 m höjd under olika antaganden. På så sätt minskas risken för fel och missförstånd, särskilt då vindkraftverk planeras i skogsterräng. Vidare bör standarden revideras så att dämpningen på grund av ljudabsorptionen i atmosfären adderas för att undvika underskattning av ljudeffektnivån med minst 1 dba för vindkraftverk med navhöjden 100 m och mer. Mätningarna av ljudutbredning indikerar en ökning av ljudtrycksnivån inne i skogen med 1-2 db. Skillnaden kan bero på efterklang i skogen då ljud från vindkraftverket fångas in och studsar runt mellan trädstammarna. En annan förklaring kan vara att temperaturen ökar med ökande höjd inne i skogen och att ljudvågorna bryts ner mot marken. Orsaken bör utredas mer. En beräkning med svenska myndigheters modell för planeringsändamål tillämpad fullt ut ger ljudnivåer som är högre än de uppmätta. Modelleringen, där ljudeffekten fördelas på 10 delkällor utmed rotorperifierin, visar att det fungerar utmärkt att modellera vindkraftverket som en punktkälla i navhöjd trots att rotorn är stor med 90 m i diameter i detta fall.

8 ELFORSK Summary Measurements of sound emission according to IEC and sound immission up to 520 m distance has been made for a wind turbine at Ryningsnäs in Hultsfreds municipality in Sweden. The wind turbine is a 2,5 MW turbine with 100 m hub height and 90 m rotor diameter. The measurements show that the determined apparent sound power level is some decibels lower than the level guaranteed and also below the level measured by the manufacturer. The hypothesis was that the wind turbine shall be noisier in a forest terrain. The measurements on sound propagation indicate a rise of sound pressure level inside the forest with 1 2 db. This may be due to reverberation or a temperature lapse inside the forest among the trees. Simulation of a distributed source in Nord2000 compared to a point source at hub height shows that the model with an apparent point source placed at the hub position is working well. The standard for sound emission measurement should be improved by stating the sound power level as a function of wind speed at the hub height and not at 10 m height in order to minimize the risk of errors and misunderstanding. Further, for large wind turbines, the atmospheric sound absorption shall be accounted for.

9 ELFORSK Innehåll 1 Bakgrund 1 2 Resultat Resultat ljudemissionsmätning Ljudimmissionsmätning Beräkning av ljudutbredning Diskussion 16 4 Sammanfattning 19 5 Referenser 20 Bilaga 1 Bilaga 2 Bilaga 3 Ljudemission och ljudutbredning för vindkraftverk i skogsterräng. Ljudemissionsmätning enligt IEC Ljudemission och ljudutbredning för vindkraftverk i skogsterräng. Ljudmätning på olika avstånd Ljudemission och ljudutbredning för vindkraftverk i skogsterräng. Beräkning av ljudutbredning

10 ELFORSK

11 ELFORSK 1 Bakgrund För vindkraftverk i skogsterräng finns för närvarande en oklarhet när Naturvårdsverkets beräkningsmodell tillämpas. Den korrektion för ljudemissionens beroende av markråheten som görs i Naturvårdsverkets modell är inte rimlig att göra för moderna bladvinkel- och varvtalsreglerade vindkraftverk. Vidare, i skogsterräng är marken ofta porös, vilket kan ge bidrag till ljudets dämpning med avståndet. Arbetet syftar till att utreda hur ljudemission och ljudutbredningsdämpning ska bestämmas för vindkraftverk i skogsterräng. I denna rapport sammanfattas och diskuteras resultaten som redovisas i de tre delrapporterna i bilaga 1 3 om ljudemissionmätning, ljudimmissionsmätning och ljudimmissionsberäkning. Med ljudemission menas det ljud som skickas ut från en ljudkälla. Den anges oftast som ljudeffektnivå i db re 1 pw. Så sker t ex i internationella standarder. I andra sammanhang, t ex i undervattensakustik, anges ljudemissionen ofta som ljudtrycksnivån på 1 m avstånd från en skenbar punktkälla, som skulle ge samma ljudtrycksnivå på större avstånd från ljudkällan. I luft anges ljudtrycksnivå i db re 20 µpa. Ljudimmission är det ljud som når en punkt eller plats, t ex utomhus vid en bostad. Den anges som ljudtrycksnivå i db re 20 µpa. Normalt brukar man mäta eller beräkna ljudtrycksnivån i fritt fält ca 1,5 m över mark. Med fritt fält i detta sammanhang menas att ljud som reflekteras från bostadshusets väggar inte ska räknas med. Både ljudeffektnivån och ljudtrycksnivån kan filtreras genom A-vägningsfilter. Enheten för respektive storhet blir då dba re 1 pw respektive dba re 20 µpa. 1

12 ELFORSK 2 Resultat 2.1 Resultat ljudemissionsmätning Bestämning av skenbar ljudeffektnivå enligt IEC , se referens 1, som är lika med Svensk standard, se referens 2 och 3, har tillämpats för ett vindkraftverk i Ryningsnäs i Hultsfreds kommun. Vindkraftverket är av typen Nordex N LS, som har en rotor med tre blad med 45 m längd och varvtals- och bladvinkelreglering. Nominella effekten ligger på 2,5 MW. Navhöjden är 100 m. I den kommande vindkraftparken som ägs av Vattenfall Vindkraft, finns för närvarande två verk, se Figur 1. Figur 1 Karta över omgivningen med vindkraftverken och emissions- och immissionsmätpunkterna. Mätpunkterna nedströms Verk 1 benämns EM, IM1 och IM2. En mätpunkt ligger uppströms verket och benämns IM3 eller UW. Mätrapporten redovisas i Bilaga 1 till denna Elforskrapport. Bestämningen av den så kallade skenbara ljudeffektnivån, apparent sound power level på engelska, för en punktkälla placerad i navhöjd, har gjorts vid vindhastigheten 4 m/s på 10 m höjd, vilket motsvarar vindhastigheten 5,7 m/s vid rotorn. Ljudeffektnivån kallas ofta källjudet av personer i vindkraftbranschen. I Figur 2 och Figur 3 visas förhållandena vid mätplatsen. 2

13 ELFORSK Figur 2 Vid ljudemissionsmätningen enligt IEC placerades mikrofonen i mätpunkten EM på en hård platta på marken under en extra vindskärm. Figur 3 En bild av vindkraftverket sett strax vid sidan om emissionsmätpunkten på 150 m avstånd från verket. 3

14 ELFORSK I Figur 4 visas uppmätt ljudtrycksnivå i enminutsintervall med vindkraftverk 1 och bakgrundsnivån med verk 1 avstängt. Vindhastigheten vid navhöjd med verket i drift har beräknats ur elektriska effekten under motsvarande synkroniserade tidsintervall. När Verk 1 var avstängt användes avlästa vindhastigheter från verkets anemometer placerad på turbinhuset. Vindhastigheterna vid navhöjd omräknades sedan till 10 m höjd. Se även kommentar om nacelleanemometern i avsnitt ,0 ] A 50,0 B l [d e 45,0 v le r e 40,0 s su re p 35,0 n d u 30,0 so d r e 25,0 a su e M20,0 15,0 Emission point (microphone on sound hard plate on ground) EM Verk 1 EM Verk 1 + Verk 2 EM bgnoise EM bnoise verk 2 on Poly. (EM Verk 1) Poly. (EM Verk 1 + Verk 2) Linear (EM bnoise verk 2 on) 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 virtual wind speed at 10m height [m/s] Figur 4 Uppmätt ljudtrycksnivå på mikrofonplatta på marken på 150m horisontellt avstånd till vindkraftverkets tornbas i mätpunkten EM. De blå övre symbolerna visar uppmätt ljudtrycksnivå med enbart Verk 1 i drift. De gröna övre symbolerna avser ljudtrycksnivån med båda verken i drift och de undre symbolerna bakgrundsnivån då båda verken var avstängda eller då enbart Verk 2 var i drift. Notera att vindhastigheten är omräknad till 10 m höjd genom att multiplicera vindhastigheten i navhöjd med faktorn 0,697. IEC föreskriver att vindhastigheten i navhöjd vid mätningen ska räknas om till 10 m höjd under antagande av en logaritmisk vindprofil och markråhetslängden 0,05 m.. Vindhastigheten bestämd på detta sätt är en fiktiv vindhastighet som skulle uppstå på 10 m höjd om det hade funnits åkermark istället för skog. Inne i skogen, där mätpunkten för ljud fanns, var vindhastigheten försumbar. Resultatet redovisas i Tabell 1 för total A-vägd ljudeffektnivå tillsammans med uppgifter från leverantören av vindkraftverket. Uppgiften från leverantören har hämtats på webben, se referens 4 4

15 ELFORSK Tabell 1 Uppmätt och garanterad (warranted) ljudeffektnivå för vindkraftverket. Uppmätt ljudeffektnivå vid 4 m/s på 10 m höjd vid referensmarkråhetslängden 0,05 m L WA,4, db re 1 pw Av leverantören garanterad ljudeffektnivå vid 4 m/s L WA,4, db re 1 pw 96,2 99,0 Den garanterade ljudeffektnivån från leverantören är förmodligen beräknad ur den som uppmätts för ett verk med navhöjden 80 m på plan åkermark. Ett utdrag ur den mätningen redovisas i referens 5. Där anges ljudeffektnivån för vindhastigheterna vid 6, 7, 8 och 8,6 m/s på 10 m höjd omräknat från vindhastigheten vid rotorn under antagande av markråhetslängden 0,05 m. Spektrum i tredjedelsoktavband anges för ljudet vid 8,6 m/s på 10 m höjd. Skillnaden mellan garanterad ljudeffektnivå och ljudeffektnivån som har uppmätts av leverantören för ett verk med 80 m navhöjd visas i Tabell 2. Tabell 2: Ljudeffektnivå uppmätt av leverantören och av leverantören garanterad ljudeffektnivå för ett Nordex N LS-verk med 80 m navhöjd på plan åkermark med uppskattad markråhetslängd 0,05 m. Data är hämtade från referens 4 och 5. Vindhastighet vid 10 m höjd, m/s Garanterad ljudeffektnivå L WA,k, db re 1 pw Uppmätt ljudeffektnivå, L WA,k, db re 1 pw Skillnad 6 103,0 100,9 2, ,0 101,7 2, ,0 102,8 1,2 8,6 103,3 db 9 104,8 - Den garanterade ljudeffektnivån bör normalt vara högre än den som uppmätts för ett specifikt verk, eftersom individuella variationer kan förekomma. I det aktuella fallet räknar leverantören enligt tabellen ovan med en skillnad på 1 2 db. Det garanterade värdet 99,0 dba re 1 pw för verket med 100 m navhöjd på plan åkermark, motsvarar således ett uppmätt värde på dba re 1 pw. Uppmätt spektrumform vid mätningen i Ryningsnäs jämförs i Figur 5 med spektrumformen som anges av leverantören. Data har hämtats från delrapporten i Bilaga 3. Spektrumformen visar i båda fallen på en bredbandig karaktär. Mätningen i Ryningsnäs indikerar dock något lägre nivåer vid låga frekvenser under 200 Hz och vid höga frekvenser över ca 2000 Hz. Vid 5

16 ELFORSK 125 Hz visar mätningen i Ryningsnäs dock en topp som inte ses i leverantörens data. Det kan exempelvis bero på att tonalt ljud från växellådan i verket som maskeras vid den högre vindhastigheten då leverantörens data är uppmätt ljudeffekten från vindkraftverk redovisas vid 8 m/s. Eftersom mätningarna i denna rapportserie har gjorts vid 4 m/s uppkommer tonen vid lägre frekvenser och framträder då fram tydligare i spektrumet på grund av vindkraftverkets lägre rotationshastighet. Det föreliggande fallet är ett bra exempel på att det vore önskvärt att också få ett ljudeffektspektrum för andra rotationshastigheter än det vid 8 m/s redovisade i mätrapporter för ljudeffekten. En mera tonal karaktär tillsammans med lägre vindhastighet och därmed lägre maskering genom bakgrundsljud från blad, löv och träden kan leda till att ljudet från vindkraftverk kan bli störande vid lägre vindhastigheter trots att dess totala nivå är lägre än vid 8 m/s LWA,4, db i tredjedelsoktavband Mätt Leverantör 50 Hz 80 Hz 125 Hz 200 Hz 315 Hz 500 Hz 800 Hz 1.25 k 2.0 k 3.15 k 5.0 k 8.0 k Frekvens, Hz Figur 5 Spektrumform, dvs. ljudets fördelning på olika frekvenser. Den blå lägre kurvan avser resultatet av ljudemissionsmätningen i Ryningsnäs vid 4 m/s med total ljudeffektnivå 96,2 dba och den rödvioletta övre kurvan avser spektrumformen angiven av leverantören vid 8,6 m/s omräknat till total ljudeffektnivå 99,0 dba Notera att den så kallade skenbara ljudeffektnivån som bestämdes i ljudemissionsmätningsrapporten i bilaga 1 blev 96,2 dba re 1 pw enligt IEC Formeln som används i IEC-standarden för att beräkna ljudeffektsnivån ur mätningen av ljudtrycksnivå i emissionsmätpunkten tar enbart hänsyn till sfärisk divergens och reflektion i en hård yta. Minskningen av ljud på grund av atmosfärisk absorption medräknas inte. Navhöjden på det aktuella vindkraftverket är dock här så högt att avståndet mellan ljudkällan och mätpunkten blir så stort att ljudabsorptionen i atmosfären inverkar. 6

17 ELFORSK Inverkan ökar med frekvensen, se Figur 6. I det aktuella fallet blir inverkan ca 1 db, som ska läggas till den totala A-vägda ljudeffektnivån. För spektrumformen blir inverkan större. Det är inte gjort i leverantörens redovisning och ska heller inte göras enligt IEC Ljudabsorption i atmosfären till emissionsmätpunkten DeltaLa, db Hz 31.5 Hz 40 Hz 50 Hz 63 Hz 80 Hz 100 Hz 125 Hz 160 Hz 200 Hz 250 Hz 315 Hz 400 Hz 500 Hz 630 Hz 800 Hz 1.0 k 1.25 k 1.6 k 2.0 k 2.5 k 3.15 k 4.0 k 5.0 k 6.3 k 8.0 k 10.0 k Frekvens, Hz Figur 6 Ljudabsorptionsdämpning i atmosfären för 0 C och relativa luftfuktigheten 100% beräknat enligt referens 8 för ljudutbredning från vindkraftverkets nav till emissionsmätpunkten. Temperaturen var i själva verket 2,4 C men har för att förenkla beräkningen satts till 0 C i detta fall Ljudeffektnivån vid 6 m/s vid navhöjd och kompenserad för ljudabsorptionsdämpningen i atmosfären blev 97,8 dba re 1 pw. Denna ljudeffektnivå användes vid jämförelse mellan beräknade och uppmätta ljudnivåer i avsnitt 2.3. Vindhastigheten bestämdes ur producerad elektrisk effekt och en kalibreringskurva från leverantören för effekt som funktion av vindhastighet i navhöjd. Vid bestämning av ljudeffektnivån, att använda vid ljudimmissionsberäkningarna, har vi utgått från medelvärdet av mätningarna i tio enminutsintervall med vindhastigheter mellan 5,5 och 6,5 m/s vid navhöjd. Ljudabsorptionsdämpningen vid varje tersband har lagts till. Sammanlagda A-vägda ljudeffektnivån blev då 97,8 dba re 1 pw. 2.2 Ljudimmissionsmätning Ljudtrycksnivån mättes, förutom i emissionsmätpunkten EM på 150 m avstånd i två punkter längre bort nedströms. Punkten på 330 m avstånd betecknas här IM1 och punkten på 520 m avstånd betecknas IM2. Dessutom mättes i en punkt betecknad UW på avståndet 125 m uppströms vindkraftverket. Mätningarna skedde samtidigt i alla fyra punkter. 7

18 ELFORSK Mätpunkterna, verkens placering och vindriktningen framgår av Figur 1. En bild från punkten på 520 m avstånd visar att mätningen skedde inne i skogen och att det fanns lite snö på marken, se Figur 7. Uppmätt ljudtrycksnivå visas i Tabell 3. Alla värden har korrigerats för bakgrundsbuller. Medelvärdet har tagits av 10 värden mellan 5,5 och 6,5 m/s har använts på samma sätt som vid bestämningen av ljudeffektnivå från ljudtrycksnivån i emissionsmätpunkten vid 6 m/s beskrivet i avsnitt 2.1. Figur 7 Immissionsmätpunkt 2 (IM2) 520 m nedströms från verket. Mikrofonen placerades på ca 1,5 m över markytan. Tabell 3 Entalsvärden för ljudtrycksnivån i mätpunkterna [dba] Mätpunkt Höjd över mark [m] Ljudtrycksnivå [dba] (6 m/s) EM 150 m 0 46,5 IM1 330 m 1,4 37,3 IM2 520 m 1,5 34,3 UW -125 m 1,3 45,8 Exempel på uppmätt ljudtrycksnivå som funktion av vindhastigheten i navhöjd visas i Figur 8. Vindhastigheten vid navhöjd med verket i drift har beräknats 8

19 ELFORSK ur elektriska effekten under motsvarande synkroniserade tidsintervall. När Verk 1 var avstängt användes avläst värde från verkets anemometer placerad på turbinhuset. Motsvarande spektrum, medelvärdesbildat för tio mätintervall, visas i Figur 9. Under mätningen noterades att vindkraftverket hördes mycket tydligt i skogen. Vindhastigheten inne skogen mättes med en 7 m mast och det var i praktiken vindstilla eller <0,5 m/s. Figur 8 Uppmätt ljudtrycksnivå i mätpunkt IM2 på 520 m avstånd, vid olika vindhastigheter. Bo Søndergaard, som är med i referensgruppen för projektet, påpekar att, enligt hans erfarenhet, kalibrerar några fabrikanter nacelleanemometern till att ge korrekta värden när vindkraftverket är i drift. När rotorn är bromsad visar nacelleanemometern typiskt storleksordningen 2 m/s för låga värden. Det tyder också på att vara så för Nordexverken. Det betyder dock inget väsentligt för analysen eftersom bakgrundsljudet är lågt och inte varierar mycket med vindhastigheten. 9

20 ELFORSK Immission position IM2 (h=1.5m) 4.5 m/s 6 m/s 4,2 m/s Verk 1 off, Verk 2 on 30,0 25,0 Sound pressure level [dba] 20,0 15,0 10,0 5,0 0,0 5,0 10,0 15,0 20,0 25 Hz 31.5 Hz 40 Hz 50 Hz 63 Hz 80 Hz 100 Hz 125 Hz 160 Hz 200 Hz 250 Hz 315 Hz 400 Hz 500 Hz 630 Hz 800 Hz 1.0 k 1.25 k 1.6 k 2.0 k 2.5 k 3.15 k 4.0 k 5.0 k 6.3 k 8.0 k 10.0 k Frequency [Hz] Figur 9 Uppmätt ljudtrycksnivåspektrum i mätpunkt IM2 på 520 m avstånd, db-medelvärdesbildat i 10 stycken enminuts mätintervall kring 4,2 m/s, 4,5 m/s och 6,0 m/s) 10

21 ELFORSK Sound pressure level at immission points relative to free field (IM1: 1.4 m height, IM2: 1.5 m height) Considered corrections: Background noise spectrum, distance decay and air absorption 4,5 m/s IM1 6 m/s IM1 4,5 m/s IM2 6 m/s IM2 Sound pressure level difference [db] Hz 31.5 Hz 40 Hz 50 Hz 63 Hz 80 Hz 100 Hz 125 Hz 160 Hz 200 Hz 250 Hz 315 Hz 400 Hz 500 Hz 630 Hz 800 Hz 1.0 k 1.25 k 1.6 k 2.0 k 2.5 k 3.15 k Frequency [Hz] Figur 10 Ljudtrycksnivå i mottagarpunkter relativt till sfärisk ljudutbredning i fritt fält och luftabsorption för tredjedelsokrtavbanden Hz. Spektrum för mätt ljudtrycksnivå relativt fritt fält visas i Figur 10. Ljuddämpning på grund geometrisk spridning över arean på en sfär och på grund av ljudabsorption i atmosfären har räknats bort. Resten av ljuddämpningen eller ljudförstärkningen kan tillskrivas marken och skogen. 2.3 Beräkning av ljudutbredning Vid mätningen i Ryningsnäs gjordes ljudimmissionsmätningar, dvs. mätningar av ljudtrycksnivå, i tre mätpunkter förutom emissionsmätpunkten, såsom beskrivits ovan. Mätpunkterna låg på 150, 330 och 520 m avstånd nedströms verket och på 125 m uppströms verket. Situationen modellerades i Nord2000, se Figur 11, i programvaran SoundPlan. 11

22 ELFORSK Figur 11 Områdets markhöjder med punktkälla vid vindkraftverkets nav 100 m över mark och mottagare 1,5 m över mark Beräkningar har gjorts för fyra varianter enligt följande: Variant 1: Med ljudeffektnivå från leverantörens specifikation för en punktkälla vid navet Variant 2: Med uppmätt ljudeffektnivå för en punktkälla placerad vid navet Variant 3: Med uppmätt ljudeffektnivå för en ytkälla, skapad av tio punktkällor placerade i rotorns ytterkant. Variant 4: Som variant 3 men med spridningsdämpning i skog enligt referens 9. Tabell 4 Ljudtrycksnivå i mottagarpunkterna 1,5 m över mark beräknad med Nord2000. Varianterna beskrivs ovan tabellen Beskrivning Variant 1 Variant 2 Variant 3 Variant 4 IM 1 37,8 36,0 35,9 32,1 IM 2 33,6 31,7 31,8 28,1 EM 44,4 42,6 42,7 39,2 UW 45,3 43,8 43,7 41,1 12

23 ELFORSK Notera att för beräkningen av ljudtrycksnivån uppströms har ljudeffektnivån bestämd nedströms i punkten EM använts. Vindkraftverkets ljudutstrålning kan uppvisa direktivitet. I Tabell 5 visas uppmätta och beräknade ljudnivåer. Både beräkningen och mätningen gjordes för 6 m/s vindhastighet vid navhöjd. Ljudeffektnivån för vindkraftverket som användes i beräkningen är den som bestämdes med hjälp av emissionsmätningen, dock korrigerad för luftabsorptionen mellan vindkraftverket och emissionsmätpunkten. Vidare bestämdes ljudeffektnivån vid 6 m/s vid navhöjd och inte vid 4 m/s på 10 m höjd som redovisades i avsnitt 2.1 enligt IEC m/s på 10 m höjd motsvarade 5,7 m/s vid navhöjd. Resultatet blir att ljudeffektnivån 97,8 dba re 1 pw för 6 m/s vid navhöjd har använts som indata. Beräkningarna och ytterligare förutsättningar redovisas i delrapporten i Bilaga 3. Tabell 5 Uppmätt och beräknad ljudtrycksnivå vid 6 m/s vid navhöjd. Beräkningarna har gjorts med Nord2000 i den kommersiella mjukvaran SoundPlan enligt variant 3 i Bilaga 3. Variant 3 innebär att ljudeffekten fördelats på 10 punktkällor utmed rotorperiferin. Ljudeffektnivån bestämd enligt IEC för vindhastigheten 6 m/s vid navhöjd har använts efter att värdet har korrigerats för atmosfärisk absorption. Med mjuk mark menas här en marktyp som i SoundPlans standardantagande är en marktyp mellan C och F i Nord2000. Hård mark är här marktyp F i Nord2000. Marktyperna beskrivs nedan Mätpunkt EM, 150 m, mätt på en hård platta på mark EM, 150 m. Den uppmätta nivån har räknats om till 1,5 m över mjuk mark IM1, 330 m 1,4 m över marken Mätt dba re 20 µpa Beräknat på 1,5 m höjd för mjuk mark dba re 20 µpa Beräknat på 1,5 m höjd för hård mark dba re 20 µpa 46, ,2 42,7 43,5 37,3 35,9 36,9 IM2, 520 m 1,5 m över mark 34,3 31,8 32,9 UW, -125 m 1,3 m över mark 45,8 43,7 44,4 Omräkningen till 1,5 m över mjuk mark i EM har gjorts med hjälp av Nord2000 i programmet ExSOUND2000 som säljs av Delta. Spektrum i tredjedelsoktavband har korrigerats för beräknad extradämpning utöver sfärisk spridning och luftabsorption. I Figur 12 visas en ljudkarta beräknad för fallet med mjuk mark. Ljudtrycksnivån beräknad med Nord2000 är i medeltal lägre än uppmätt ljudtrycksnivå. Skillnaden är störst vid de två största avstånden. Skillnaden är 2,1 till 2,5 db för antagande om mjuk mark och 1,4 db för hård mark. I Nord2000 används en modell för marken som bygger på markytans porositet. 13

24 ELFORSK Exempel på marktyper är de som i Nord2000 benämns C och F. C beskrivs som okompakt, lös mark exempelvis torv, gräs och lös jord med representativ flödesresistivitet 80 knsm -4. F beskrivs som kompakt, tät mark exempelvis grusväg och parkeringsplats med en representativ flödesresistivitet 2000 knsm -4. Beräkningsprogrammet SoundPlan ansätter standardmässigt en marktyp som motsvarar mjuk mark med en flödesresistivitet mellan C och F och det är det standardantagandet som använts i Tabell 5 för mjuk mark. För hård mark har typ F använts. I Bilaga 3 redovisas även en beräkning med marktyp C. Marktyp C ger ca 0,5 db lägre ljudtrycksnivå än marktypen enligt SoundPlan standardantagande för mjuk mark. Figur 12 Ljudkarta för variant 2 dvs. vindkraftverket är modellerat som en punktkälla med ljudeffektnivån 97,8 dba re 1 pw placerad på 100 m höjd över marken (variant 2) Skillnaden mellan variant 2 och 3 i Tabell 4 är högst 0,1 db, dvs. skillnaden är mycket liten. Nord2000 i SoundPlan version innehåller inte spridningsmodellen för skog. Om hänsyn tas till beräknad dämpning i skog blir den beräknade ljudnivån ytterligare lägre. I SoundPlan finns den modell för dämpning av ljud under utbredning i skog som ISO anvisat, se referens 9. Räknat med denna modell blir ljudnivån ytterligare nästan 4 db lägre, se Tabell 4. För jämförelsens skull har beräkning med Naturvårdsverkets beräkningsmetod för ljudutbredning i referens 6 utförts. Vi har då först utgått från samma 14

25 ELFORSK ljudeffektnivå, dvs. 97,8 dba re 1 pw, som vid beräkningen med Nord2000 i variant 2, 3 och 4. Resultatet redovisas i Tabell 6. Tabell 6 Uppmätt och beräknad ljudtrycksnivå vid 6 m/s vid navhöjd. Beräkningarna har gjorts med Nord2000 i den kommersiella mjukvaran SoundPlan enligt variant 3 i Bilaga 3 och med Naturvårdsverkets metod i referens 6. Ljudeffektnivån bestämd enligt IEC för vindhastigheten 6 m/s vid navhöjd har använts efter att värdet har korrigerats för atmosfärisk absorption. Mätpunkt 1) Mätt dba re 20 µpa Beräknat med Nord2000 på 1,5 m höjd för mjuk mark dba re 20 µpa Beräknat med NV metod på 1,5 m höjd dba re 20 µpa EM, 150 m, mätt på platta på mark EM, 150 m. Den uppmätta nivån har räknats om till 1,5 m över mjuk mark IM1, 330 m 1,4 m över marken 46,5-46,8 2) 42,2 42,7 43,8 37,3 35,9 37,3 IM2, 520 m 1,5 m över mark 34,3 31,8 32,7 1) Mätpunkten 125 m uppströms är inte med i denna jämförelse, eftersom Naturvårdsverkets beräkningsmodell för ljudutbredning avser ett nedströmsfall. 2) Naturvårdsverkets modell gäller inte för fallet på en hård platta på markytan. Modellen har dock modifierats här genom att lägga till 3 db till värdet. Naturvårdsverkets modell för ljudutbredning ger ett 0,3 db högre värde än uppmätt på 150 m avstånd, blir på decimalen lika med uppmätt på 330 m avstånd och 1,6 db lägre än uppmätt på 520 m avstånd. I fallet på 150 m modifierades Naturvårdsverkets beräkningsmodell genom att lägga till 3 db, vilket innebär att ljudtrycksfördubblingen som fås dikt an en hård yta medräknas. Eftersom beräkningen visar att vindkraftverkets karaktär som utspridd källa inte har någon stor inverkan på resultatet skulle framtida utredning för att validera beräkningsmodeller kunna genomföras med en högtalare som källa. Detta skulle tillåta att mäta mera exakt med en väldefinerad och konstant källa avseende både ljudeffektsnivå och direktivitet. 15

26 ELFORSK 3 Diskussion Avger vindkraftverk i skogsterräng mer ljud än vindkraftverk på plan slät terräng? Det är en fråga som denna studie vill besvara. Jämförelsen i Tabell 1 visar att så inte är fallet för det studerade vindkraftverket vid Ryningsnäs. Hypotesen att vindkraftverk i skogsterräng låter mer, har således inte kunnat styrkas. Resultatet av ljudemissionsmätningen visar att ljudeffektnivån från vindkraftverket är nästan 3 db lägre än den av leverantören garanterade ljudeffektnivån och 1 2 db lägre än den av leverantören uppmätta ljudeffektnivån. Metoden i standarden IEC för mätning av ljudemission från vindkraftverk, att räkna om vindhastigheten vid navhöjd till vindhastigheten på 10 m höjd under antagande om en logaritmisk vindhastighetsprofil och markråhetslängd 0,05 m, riskerar att leda till missförstånd. Det är bättre om standarden revideras så att den utvärderade ljudeffektnivån anges vid vindhastigheten i navhöjd. Navhöjden, uppskattad markråhetslängd vid mätplatsen och använd metod att bestämma vindhastigheten ska också anges. Som ett komplement bör också motsvarande beräknade vindhastigheter omräknat på det gamla sättet med antagande om logaritmisk vindhastighetsprofil och 0,05 m markråhetslängd anges. I skog blir risken för fel större än vid plan mark eftersom 10 m kan räknas dels över markytan och dels över trädkronorna eller en nollplansförskjutning av vindhastigheten. Enligt svenska myndigheters beräkningsmetod för planeringsändamål, se referens 6, skall ljudeffektnivån justeras med hänsyn till att vindhastighetsprofilen över skogsterräng har ett annat utseende än över åkermark. Ett värde på konstanten k, som är ljudnivåns beroende av vindhastigheten i db/(m/s), måste då antas. Det generella antagandet i programvaror för projektering av vindkraft, t ex WindPro från det danska EMD, är 1,0 db/(m/s). Uppräkningen för ett verk med navhöjden 100 m och markråhetslängden 0,3 m blir då 0,6 db vid vindhastigheten 4 m/s på 10 m höjd. Den uppräknade garanterade ljudeffektnivån visas i tredje kolumnen i Tabell 7. Om markråhetslängden 1,0 m skulle antas i stället skulle uppräkningen bli 1,6 db. 16

27 ELFORSK Tabell 7 Uppmätt och garanterad ljudeffektnivå för vindkraftverket. Uppräkningen i den tredje kolumnen har gjorts under antagande av markråhetslängd 0,3 m och konstanten k = 1,0 db/(m/s) Uppmätt ljudeffektnivå vid 4 m/s på 10 m höjd vid referensmarkråhetslängden 0,05 m L WA,4, db re 1 pw Av leverantören garanterad ljudeffektnivå vid 4 m/s L WA,4, db re 1 pw Av leverantören garanterad ljudeffektnivå vid 4 m/s, uppräknad enligt referens 6 L WA,4, db re 1 pw 96,2 99,0 99,6 Det är inte alltid korrekt att anta att faktorn k är en konstant, t ex 1,0 db/(m/s). För moderna vindkraftverk med varvtals- och bladvinkelreglering ökar ljudeffekten med vindhastigheten upp till ca 8 eller 10 m/s (mätt på 10 m höjd). Däröver är ljudeffekten ungefär konstant eller kan till och med avta något. Vid beräkningen bör därför maximal uppmätt ljudeffektnivå (eller maximal garanterad ljudeffektnivå) användas i beräkningen i stället för den korrigerade ljudeffekten. Den svenska beräkningsmetoden är under omarbetning i detta avseende, se referens 7. Den, enligt IEC , uppmätta skenbara ljudeffektnivån för vindkraftverket vid Ryningsnäs ligger således 3,4 db under den nivå som, med den svenska metoden i referens 6, räknats fram ur den garanterade nivån. Mätningarna i Ryningsnäs visar också att ljudet vid låga frekvenser inte blir högre än vad leverantören lovar utan snarare lägre. I IEC görs ingen korrektion för luftabsorptionsdämpningen i atmosfären. I fallet i Ryningsnäs blir inverkan ca 1 db som ska läggas till ljudeffektnivån. Bo Søndergaard vid Delta, se referens 10, säger att man tidigare övervägt att lägga till ljudabsorptionsdämpningen i en revision av IEC , men att det blir problem med att vid de höga frekvenserna, där inverkan av luftabsorptionen skulle bli störst, domineras spektrum ibland av bakgrundsljud som inte kommer från vindkraftverket. Trots det kan konsekvenserna bli att ljudeffektnivån underskattas och man bör i standardiseringskommittén ta det under förnyad prövning. Vid mätningen i Ryningsnäs var luftfuktigheten nära 100%. I torrare luft blir inverkan av luftabsorptionen större. Markens inverkan syns tydligt i Figur 10. Vid låga frekvenser leder den till en förstärkning med ca 6 db. En typisk dipp i kurvan kan observeras i frekvensområdet 80 till 200 Hz i detta fall. En del av avvikelsen från 0 db kan också tillskrivas skogens inverkan. Naturvårdsverkets beräkningsmodell ger, avseende ljudutbredning, mindre avvikelse från mätresultaten än vad beräkningarna med Nord2000 ger. Medelavvikelsen, beräknat minus mätt, i de tre mätpunkterna nedströms blir minus 1,1 db för Nord2000 och minus 0,4 db för Naturvårdsverkets modell för ljudutbredning. I Figur 10, dvs. spektrum av ljudtrycksnivån relativt fritt fält, skulle Naturvårdsverkets modell ge +3 db vid alla frekvenser. 17

28 ELFORSK Om Naturvårdsverkets modell hade använts fullt ut vid projektering av anläggningen för beräkning av ljudnivån vid 4 m/s på 10 m höjd, skulle den av leverantören garanterade ljudeffektnivån 99,0 db användas. Mellan 4 och 6 m/s ökar ljudeffektnivån med 2,0 db/m/s enligt referens 4. Om markråhetslängden 0,3 m antages, blir uppräkningen av ljudeffektnivån 1,2 db på grund av skogsmiljön. 0,3 m är det värde på markråhetslängden som Naturvårdsverket rekommenderar för skog och skogsbälten. Den beräknade ljudnivån på 150 m, dikt an plattan på mark skulle då bli 49,3 dba. På 330 m 1,5 m över mark skulle den beräknade ljudnivån bli 39,7 dba och på 520 m 1,5 m över mark skulle den bli 35,1 dba. Medelavvikelsen beräknad minus mätt ljudtrycksnivå i de tre mätpunkterna nedströms blir + 2,0 db för Naturvårdsverkets beräkningsmodell tillämpad fullt ut. Beräkningsexemplet visar att Naturvårdsverkets modell tillämpad fullt ut ger för hög beräknad ljudnivå jämfört med uppmätt ljudnivå. Vid Delta i Danmark pågår ett arbete med att validera Nord2000 för beräkning av ljudutbredning från vindkraftverk. De hittills redovisade resultaten tyder på att Nord2000 har mycket god förmåga att beräkna ljudutbredningsdämpning från vindkraftverk över mark utan skog, se referens 10. Naturvårdsverkets modell för ljudutbredning är konservativ i den mening att den bör ge högre ljudnivå än vad som kommer att mätas. I modellen förutsätts att markytan är hård och att ljudenergin sprids på arean av en halvsfär. Den atmosfäriska ljudabsorptionen klumpas ihop med en eventuell inverkan av mjuk mark till att ge 0,005 db/m upp till 1000 m avstånd. Skillnaden mellan ljudnivåerna beräknade med Nord2000 och med Naturvårdsverkets ljudutbredningsmodell är fullt rimlig. En orsak till att den uppmätta ljudnivån blir högre än den som beräknats både med Nord2000 och med Naturvårdsverkets modell kan vara efterklangen som uppstår då ljudvågorna från vindkraftverket fångas in och studsar runt mellan trädstammarna. Hypotesen är i analogi med hur ljudets reflektioner från väggar, tak och golv i ett rum höjer ljudnivån jämfört med fritt fält. En annan förklaring att undersöka vidare är om temperaturfördelningen med höjden inne i skogen kan påverka ljudutbredningen. Den förväntade sänkningen av ljudtrycksnivån inne i skogen på grund av den beräknade spridningsdämpningen av trädstammarna uteblev. Den kombinerade effekten av efterklang och dämpning på grund av spridning måste undersökas mer. Bostäder byggs sällan inne i skogen, men det kan bli aktuellt att sätta begränsningsvärden för ljud i friluftsområden som pekats ut i en kommuns översiktsplan såsom ett område där en låg bullernivå utgör en särskild kvalitet och naturliga ljud dominerar. Inget påtagligt störande buller från t ex fordonstrafik eller skjutbanor ska förekomma i ett sådant område enligt referens 11. Jämförelsen mellan variant 2 och 3 i Tabell 4 visar att det fungerar utmärkt att modellera vindkraftverket som en punktkälla i navhöjd trots att rotorn är stor med 90 m i diameter i detta fall. 18

29 ELFORSK 4 Sammanfattning Resultatet av ljudemissionsmätningen visar att ljudeffektnivån från vindkraftverket är nästan 3 db lägre än den av leverantören garanterade ljudeffektnivån och 1 2 db lägre än den av leverantören uppmätta ljudeffektnivån. Hypotesen att skogsterräng skulle orsaka större ljudalstring på grund av annan vindhastighetsprofil eller mer turbulent vind, har således inte kunnat styrkas. Standarden IEC för mätning av ljudemission från vindkraftverk bör revideras så att den utvärderade ljudeffektnivån anges vid vindhastigheten i navhöjd istället för att omräkning ska ske mellan navhöjd och 10 m höjd. Risken för missförstånd och fel orsakade av en sådan omräkning minskar då. Ljudabsorptionen i atmosfären inverkar på ljudmätningen vid bestämningen av ljudeffektnivå enligt IEC I fallet vid Ryningsnäs blev inverkan ca 1 db som ska läggas till den utvärderade ljudeffektnivån. I andra fall, t ex med torrare luft och större navhöjder än 100 m blir inverkan större. Standarden bör revideras för att ta hänsyn till detta fenomen för att undvika underskattning av ljudeffektnivån. Ljudtrycksnivån uppmätt inne i skogen är upp till ca 2 dba högre än beräknat med Nord2000. Orsaken till detta behöver utredas mer. En hypotes är att efterklang då ljudvågorna studsar runt mellan trädstammarna kan ge en förhöjd ljudnivå. En annan hypotes att utreda är att det råder temperaturinversion inne i skogen och att ljudvågorna böjs ner från trädtopparna ner mot marken. Modelleringen, där ljudeffekten fördelas på 10 delkällor utmed rotorperifierin, visar att det fungerar utmärkt att modellera vindkraftverket som en punktkälla i navhöjd trots att rotorn är stor med 90 m i diameter i detta fall. 19

30 ELFORSK 5 Referenser 1. IEC , edition 2.1, , Wind turbine generator systems Part 11: Acoustic noise measurements techniques 2. Svensk standard SS-EN , utgåva 2, fastställd , Vindkraftverk - del 11 Mätning av buller 3. Svensk standard SS-EN A1, utgåva 1, fastställd , Vindkraftverk - del 11 Mätning av buller 4. Noise emission Nordex N90/2500 LS, Warranty levels according to IEC :2002. Hub height 90 m 105 m 5. Windtest Kaiser-Wilhelm-Koog GmbH. Auszug WT 4226/05 aus dem Prüfbericht WT 4212/05 zur Schallemisson der Windenergieanlage vom Typ Nordex N90/2500 LS, Messdatum /19 6. Ljud från vindkraft, Boverket, Energimyndigheten och Naturvårdsverket, rapport 6241, dec Ljud från vindkraft, reviderad utgåva av rapport 6241, koncept 26 februari SS-ISO , fastställd : Akustik dämpning av ljud under utbredning utomhus. Del 1: Beräkning av atmosfärens ljudabsorption 9. SS-ISO :2006 Akustik Dämpning av ljud under utbredning utomhus. Del 2: Beräkningsmetod (ISO :1996, IDT) 10. Søndergaard, Bo, IEA RD&D Wind Task 11 Topical Expert Meeting, Sound propagation modeling and propagation measurement, Stockholm 5-6 May Riktvärden för ljud från vindkraft. Naturvårdsverket,

31 ELFORSK Bilaga 1. Ljudemission och ljudutbredning för vindkraftverk i skogsterräng. Ljudemissionsmätning enligt IEC ÅF Ingemansson rapport

32 Projektrapport Ljudemission och ljudutbredning från vindkraftverk i skogsterräng Ljudemissionsmätning enligt IEC Projekt: Rapport Bilaga 1 till Elforsk rapport 09:22 ( ) Antal sidor: 16 Bilagor: 0 Uppdragsansvarig Martin Almgren Göteborg: ISO9001 ISO14001 ÅF-Ingemansson Box 1551, SE Göteborg Phone Fax rapport 09-22_bilaga_1.docx

33 Elforsk rapport 09:22 bilaga 1 ( Ljudemission och ljudutbredning från vindkraftverk i skogsterräng Ljudemissionsmätning enligt IEC Uppdragsgivare: Elforsk AB Anders Björck Stockholm Uppdrag: Mätning av ljudemissionen från en vindturbin i Ryningsnäs i Hultsfreds kommun. Sammanfattning: Mätningen enligt IEC visar, avger verket vid 4 m/s på 10 m höjd ljudeffekten 96,2 dba [relativt 1 pw] Handläggare: Kvalitetskontroll: Stephan Schönfeld Martin Almgren rapport 09-22_bilaga_1.docx Sida 2 (16)

34 Elforsk rapport 09:22 bilaga 1 ( Innehåll 1. Bakgrund Mätmetod ljudimmission Mätutrustning Beskrivning av mätpunkten Allmän information Mätpositionen Emissionsmätpunkt Beskrivning av vindkraftverket Drifts- och väderförhålladen Beräkning av ljudeffekten Resultat Ljudeffekt Mätnoggranhetsanalys Referenser Bilagor Product Data Sheet N90 (2,5 MW) Technical specifications Rotor Tower Operating data Generator Gearbox Bakgrund ÅF-Ingemansson har fått uppdraget av Vindforskprogrammet på Elforsk AB, Stockholm att undersöka hur ljudemission och ljudutbredning ska bestämmas för vindkraftanläggningar i skogsterräng. I detta sammanhang har mätningar av både ljudemission och ljudimmission i skogen utförts vid två vindkraftverkk i Ryningsnäs i Hultsfreds kommun under december året Föreliggande rapport redovisar resultaten från ljudemissionsmätningen. Resultatet från denna mätning på ett vindkraftverk i skogsterräng jämförs med tidigare mätningar på samma typ av verk stående på plan åkermark. Studien om ljudspridningen i skogen som också tillhör projektet redovisas i en separat rapport. rapport 09-22_bilaga_1.docx Sida 3 (16)

35 Elforsk rapport 09:22 bilaga 1 ( Mätmetod ljudemission Ljudmätningen har utförts enligt IEC : Wind turbine generator systems Part 11: Acoustic noise measurement techniques, Ed. 2, [IEC ]. Ljudsignalen har spelats in så att det är möjligt att lyssna på det ljud som spelats in i efterhand. Mätinstrumentet har placerats i skogen på en ljudhård mikrofonplatta på marken. Mikrofonen har försetts med vindskydd och ett tilläggsvindskydd. Efter att mätningen har genomförts har data analyserats med hänsyn till väderförhållanden, producerad eleffekt och bakgrundsbuller från skog, djur, och ett annat vindkraftverk i närheten som tidvis var i gång. Vindhastigheten har beräknats utifrån verkets producerade elektriska effekt och sedan räknats om till 10 m höjd över marken under antagande av plan mark och en logaritmisk hastighetsprofil. Eftersom dessa antaganden inte uppfylls i det aktuella området med tät skogsvegetation är detta ett teoretiskt värde, vilket dock valdes eftersom det möjliggör jämförelse med värden som anges i mätprotokoll för produktspecifikation av ljudemission. Ljudemissionsmätningarna som innefattas i denna rapport redovisas för 3 och 4 m/s vindhastighet. 3. Mätutrustning Benämning Analysatorer Akustisk kalibrator, klass 1 Tabell 1 Använd mätutrustning Fabrikat Norsonic 140 (intern beteckning AL157), Pos.: EM Brüel & Kjær, typ 4231 (intern beteckning KU095) Instrumenten är kalibrerade med spårbarhet till nationella och internationella referenser enligt vår kvalitetsstandard som uppfyller kraven i SS-EN ISO/IEC Datum för senaste kalibrering finns angiven i vår kalibreringslogg. 4. Beskrivning av mätpunkten 4.1. Allmän information Topografi: Typ av mark: Cirkel med radie 50m plan mark runt vindkraftverket, kulle med 10m höjd i riktning sydväst ifrån vindkraftverket, runt omkring skogsmark Marken mellan vindkraftverket och mätpunkten består av skogsmark förutom ett band av 50 m bredd med grusväg direkt vid verkets fot. Marken var vid mättillfället till 80 % täckt av ett ungefär 5 cm tjockt snötäcke. Reflekterande ytor: Det finns inga ljudreflekterande ytor i närheten förutom marken och träden. Vindkraftverkets position: enligt Tabell 2 Andra ljudkällor: Svagt vindsus från buskar och träd och ett fåtal fåglar som sjunger. Dessa tillfällen har dock sorterats ut i största rapport 09-22_bilaga_1.docx Sida 4 (16)

36 Elforsk rapport 09:22 bilaga 1 ( Mätdatum: Mätpersonal: Analys: utsträckning. Ett andra vindkraftverk ( Verk 2 ) finns i position angiven i Tabell 2. Det är av samma typ som det första, men har navhöjden 80 m. Det var delvis i drift under mätningen. Mätningar har genomförts mellan kl.10:00 och kl.16:00 Stephan Schönfeld, ÅF-Ingemansson, Göteborg Paul Appelqvist, ÅF-Ingemansson, Stockholm Stephan Schönfeld, ÅF-Ingemansson, Göteborg RN Ost RN Nord Beskrivning Navhöjd [m] Z [m] Verk Verk Tabell 2: Positioner för vindkraftverk i området 4.2. Mätpositionen Mätare GPS long GPS lat Höjd över marken [m] Horisontell distans från verkets fot [m] EM: AL157 57, ,98688(*) 0* 150 Tabell 3: Mätpositioner. Mätningen utfördes med mikrofonen liggande på en ljudhård mikrofonplatta och försett med ett extra vindskydd. (*) GPS-värdet måste vara felaktig troligtvis påverkad av skogen rapport 09-22_bilaga_1.docx Sida 5 (16)

37 Elforsk rapport 09:22 bilaga 1 ( "! Figur 1: Karta över omgivningen med vindkraftverken och olika mätpunkter. Bara mätpunkten EM användes för ljudemissionsmätningen. rapport 09-22_bilaga_1.docx Sida 6 (16)

38 Elforsk rapport 09:22 bilaga 1 ( Emissionsmätpunkt Figur 2: Mikrofon på en ljudhård platta under ett stort vindskydd Figur 3: Vy mot Verk 1 från en punkt lite vid sidan om emissionsmätpunkten: 5. Beskrivning av vindkraftverket Vindkraftverket är av typen Nordex N LS, som har en rotor med tre blad med 45m längd och varvtals- och bladvinkelreglering. Nominella effekten ligger på 2,5 rapport 09-22_bilaga_1.docx Sida 7 (16)

39 Elforsk rapport 09:22 bilaga 1 ( MW. Navhöjden är 100m. Serienumret på verket är Verket börjar producera vid 3 m/s vindhastighet (gäller för mätning i öppen mark i 10m höjd). Vidare information om vindkraftverket anges i bilaga Drifts- och väderförhållanden Lugn vinterväder med lätt dimma. Temperatur: 2.4 deg C, RH: 100% ( i Kalmar). Tunt snötäcke på marken. Uppgifter om vindhastighet, vindriktning och producerad eleffekt vid vindkraftsverket har erhållits av Vattenfall. Lufttrycket under mätperioden har hämtats från för Kalmar och avläsningen blev 1024 kpa. Producerad elektrisk effekt har räknats om till vindhastighet vid navhöjd med hjälp av Power curve, se Tabell 4. Den så beräknade vindhastigheten har korrigerats för aktuell luftdensitet med hjälp av Ekvation 1. Vindhastigheten vid navhöjd [m/s] Effektkurva [kw] Tabell 4. Samband mellan vindhastighet vid navhöjd och producerad elektrisk effekt för det aktuella verket. Uppgifterna har erhållits av Nordex Ekvation 1 (från IEC , edition 2.1, 2006), p ref är 101,3 kpa och T ref är 288 K där (ekvation 1) rapport 09-22_bilaga_1.docx Sida 8 (16)

40 Elforsk rapport 09:22 bilaga 1 ( v H är den korrigerade vindhastigheten vid navhöjd i [m/s] v D är vindhastigheten i [m/s] läst från diagrammet för vindhastighet mot elektriskt uteffekt Därefter har vindhastigheten vid navhöjd skalats om till vindhastigheten vid 10 m höjd, v 10, under antagande om logaritmisk vindprofil. Ekvation (7) i IEC edition A1:2006 har använts för skalningen (se ekvation 2 nedan). Alla vindhastigheter som är angivna i denna rapport är värden i 10 m höjd. (ekvation 2) Vindhastigheten vid 10 m höjd är ett standardvärde som vanligtvis används i rapporter för utstrålning av ljud från vindkraftverk. OBS! I tät skogsterräng som i det aktuella fallet är detta ett rent teoretiskt värde utan fysikalisk motsvarighet eftersom vindprofilen inte är logaritmisk ovanför marken. Den uppmätta vindhastigheten i skogen på 7 m höjd över mark var under hela mätperioden under 0.5 m/s. Vindhastigheten på z re ef = 10 m höjd blir med ovanstående formel 0,697 av vindhastigheten vid navhöjd H = 100 m. Referensmarkråhetslängden z 0ref i ekvation 2 är 0,05 m och z betecknar anemometerhöjden över mark, vilket är lika med navhöjden H eftersom vindhastigheten bestäms utifrån utmatat eleffekt. När vindkraftverket stod still under bakgrundsbullermätningen kunde effektkurvan inte användas. Då har vi använt data från anemometern som sitter på turbinhuset. Den har också räknats om till 10 m höjd enligt ovan. I denna rapport redovisas all vinddata som vindhastigheten v 10. Vindhastigheten vid 6-10 m/s på 10 m höjd, som standardenn IEC föreskriver, har inte uppnåtts vid mättillfället. Eftersom syftet med mätningen är att bedöma inverkan av skogen på ljudutstrålning så har ingen undersökning av toninnehållet av ljudet från verket gjorts. De vindförhållanden som rådde under mätningens gång dokumenteras i Figur 4. rapport 09-22_bilaga_1.docx Sida 9 (16)

41 Elforsk rapport 09:22 bilaga 1 ( !! " & % $! # *+ +# # '!( ) $& %% &$ ) (! ' ## #' (!) & $% %$ & )! ( '# ''!#(!)!!& Figur 4: Vindhastigheterna under mätperioden, omräknat från navhöjd till 10 m höjd under antagande av logaritmisk hastighetsprofil (teoretiskt värde i skogen!) med faktorn 0, och 5 m/s vid 10 m höjd motsvarar 1,4 och 7,2 m/s vid navhöjd 7. Beräkning av ljudeffekten Ljudeffektsnivån, L WA,k, beräknas med hjälp av ljudtrycksnivån L Aeq,c,k, (som är den uppmätta nivån, korrigerat för inverkan av bakgrundsbullret) vid heltals vindhastigheter (i överenstämmelse med IEC ): L WA, k = L Aeq, c, k 4 π R log S0 2 1 (1) där, bidraget 6 db finns på grund av att den koherenta additionen av ljudet som reflekteras från den ljudhårda plattan under mikrofonen. 2 4 π R 1 10 log = är förhållandet mellan olika area som ljudet går genom S0 under sfärisk spridning, där R 1 är distansen till referensytan S 0. med S 0 = 1 m 2 och R = R0 H R 0 = horisontell distans mellan mikrofonen och projektionen av rotorbladets mitt på marken (153 m). H = summan av turbinens navhöjd över tornfoten (100 m) och upphöjningen av tornfoten över marken (3 m). rapport 09-22_bilaga_1.docx Sida 10 (16)

42 Elforsk rapport 09:22 bilaga 1 ( Resultat Alla spektra som visas är tagna från mätningar när även det andra vindkraftverket Verk 2, som står längre bort, var i drift. För emissionsmätningen från Verk 1 har då ljudet från Verk 2 karaktären av en bakgrundsbullerkälla vars styrka varierar med vindhastighet. Detta har tagits hänsyn till genom korrektion av emissionsmätvärdena. Korrektionen har gjorts genom subtraktion av bakgrundsbullret som har mätts under tiden när Verk 1 var avstängd medan Verk 2 fortfarande var i drift. Spektra för 4 m/s är korrigerade med respektive bakgrundsbullerspektrum för 3 m/s som har blivit extrapolerat till 4 m/s med hjälp av linjär medelvärdesbildning i diagrammet för total ljudtrycksnivå som funktion av vindhastighet. (se Figur 5) $! %%,# -.! *! /01 2 /01.!2 31 *!2 # %#,# $%,# $#,# %,# #,#!%,#!#,# %,#,%!,#!,%,#,% $,# $,% %,# %,% Figur 5: Uppmätt ljudnivå på mikrofonplatta på marken i 150m horisontell distans till vindkraftverkets tornbas. EM står för emissionsmätpunkten. Bg står för background, dvs bakgrund. rapport 09-22_bilaga_1.docx Sida 11 (16)

43 Elforsk rapport 09:22 bilaga 1 ( $!.!!,! $.!,! $# #!# # # 4# 4!#!%56 0%56 $#56 %#56 &56 (#56 % # ##56!%56 &#56!##56!%#56 %56 $##56 %##56 &#56 (##56 0# 0!% 0&!0#!0% 0% $0# %0# &0 (0# #0# &'!()* Figur 6: Spektrum i emissionsmätpositionen. Mikrofonen är placerad på en ljudhård platta på marken Ljudeffekt 50 Hz 63 Hz 80 Hz 100 Hz 125 Hz 160 Hz 200 Hz 250 Hz L WA,3 69,8 69,9 72,3 78,9 82,1 78,2 81,7 85,4 L WA,4 70,7 72,6 74,7 78,4 85,5 80,9 83,3 86,8 315 Hz 400 Hz 500 Hz 630 Hz 800 Hz 1.0 k 1.25 k 1.6 k L WA,3 84,2 82,6 86,8 83,5 83,5 84,0 82,0 81,2 L WA,4 86,5 85,3 86,3 85,0 84,7 85,8 84,2 83,1 2.0 k 2.5 k 3.15 k 4.0 k 5.0 k 6.3 k 8.0 k 10.0 k L WA,3 81,5 78,9 76,6 72,6 67,7 61,1 58,4* x L WA,4 83,5 80,8 78,9 74,7 69,7 62,4 59,1* x Tabell 5: Uppmätt skenbar ljudeffekt in dba (referensvärde: 1 pw) Vindhastighet [m/s] 3 L WA,3 4 L WA,4 Ljudeffekt L WA [dba (re. 1 pw)] 95,2 96,2 Tabell 6: Resultat utstrålad ljudeffekt vid olika vindhastigheter omräknat till 10 m höjd med logaritmisk vindhastighetsprofil och referensmarkråhetslängden 0,05 m. Vindhastigheten på 10 m höjd blir en faktor 0,697 av vindhastigheten vid navhöjd 100 m. rapport 09-22_bilaga_1.docx Sida 12 (16)

44 Elforsk rapport 09:22 bilaga 1 ( % -(. /. 01"2% $ '#,# (%,# (#,# )%,# )#,# &%,# &#,# %%,# %#56 &56 (#56 ##56!%56 &#56!##56!%#56 % #+, %56 $##56 %##56 &#56 (##56 0# 0!% 0&!0#!0% 0% $0# %0# &0 (0# &'!()* Figur 7: Spektrum av ljudeffekten över frekvens i [dba re 1 pw] 8.2. Mätnoggrannhetsanalys Resultatet av mätningarna är belagd med osäkerheter som har sitt ursprung i osäkerheter och variationer i omgivningen, väderförhållanden, mättiden och mätsystemet. Som föreslaget i [IEC ] redovisas osäkerheterna i Tabell 7. Component Standard error of L Aeq ( y y ) 2 est Uncertainty [db] U A = 0,23 N 2 Calibration U B1 0,2 Chain of measurement instruments U B2 0,2 Acoustically hard board U B3 0,3 Distance measurement U B4 0,61 Acoustic impedance of air U B5 0,1 Meteorological variations (including turbulence) U B6 0,4 Wind speed (both measured and derived) U B7 0,3 Wind direction U B8 0,3 Background U B9 0,1 rapport 09-22_bilaga_1.docx Sida 13 (16)

45 Elforsk rapport 09:22 bilaga 1 ( Component Uncertainty [db] Total of systematic errors 0,95 Combined standard uncertainty U C = U A + U B 1 + U B ,0 Tabell 7: Osäkerhetsanalys Tabell 7 ger en indikation på vilka storheter som inverkar på bestämningen av ljudeffektnivå. Mätinstrumenten i sig har mycket god precision. Osäkerheten för ljudnivån mätt med precisionsljudnivåmätaren är mindre än 0,2 db. Spridningen av ljudnivå i förhållande till regressionslinje vid olika vindhastigheter framgår av diagrammet i figur 7 i rapporten. 9. Referenser [IEC ]. IEC , Wind turbine generator systems Part 11: Acoustic noise measurement techniques, Ed. 2, rapport 09-22_bilaga_1.docx Sida 14 (16)

46 Elforsk rapport 09:22 bilaga 1 ( Bilagor Product data sheet Nordex N90 (2,5 MW) [källa: Nordex hemsida Individual measurement object Serial number Installation place Ryningsnäs wind park, Hultfred commune Technical specifications Turbine concept variable speed, single-blade adjustment, horizontal axis Nominal output 2500 kw Rotor diameter 90 metres Hub height 1000 metres Rotor Type upwind with active blade adjustment Number of blades 3 Swept area qm Speed Variable 9, ,8 rpm (LS) Tip speed approx. 70 m/s (LS) Blade material fibreglass-reinforced plastic, integrated lightningg protection Tower Hub height Tube tower of 100 m height, on 3 m hill Operating data Cut-in wind speed 3 m/s Nominal output wind Cut-out wind speed approx. 13 m/s (HS), approx. 14 m/s (LS) 25 m/s Generator Type twin-fed asynchronous generator Nominal output 2500 kw rapport 09-22_bilaga_1.docx Sida 15 (16)

47 Elforsk rapport 09:22 bilaga 1 ( Nominal voltage Frequency Speed 660 V 50 or 60 Hz rpm Gearbox Type Nominal output two-stage planetary gearbox with one spur-gear stage or differential gearbox 2775 kw Transmission i= 71,9 to 92,9 As of 07/2008, subject to change rapport 09-22_bilaga_1.docx Sida 16 (16)

48 ELFORSK Bilaga 2. Ljudemission och ljudutbredning för vindkraftverk i skogsterräng. Ljudmätning på olika avstånd ÅF Ingemansson rapport

49 Projektrapport Ljudemission och ljudutbredning från vindkraftverk i skogsterräng Ljudimmissionsmätning enligt Elforsk rapport 98:24 Projekt: Rapport Bilaga 2 till Elforsk rapport 09:22 ( ) Antal sidor: 28 Bilagor: Uppdragsansvarig Martin Almgren Göteborg ISO9001 ISO14001 ÅF-Ingemansson Box 1551, SE Göteborg Phone Fax rapport_09-22_bilaga_2.docx

50 Elforsk rapport 09:22 ( Ljudemission och ljudutbredning från vindkraftverk i skogsterräng Ljudimmissionsmätning enligt Elforsk rapport 98:24 Uppdragsgivare: Elforsk AB Vindforskprogrammet Anders Björck Stockholm Uppdrag: Mätning av ljudimmission, dvs ljudtrycksnivå i mottagarpunkter som underlag för jämförelse med beräkning. Sammanfattning: Denna rapport visar resultaten av en ljudimmissionsmätning som gjordes med avseende av att studera ljudutbredning från vindkraftverk i skogsterräng. Handläggare: Kvalitetskontroll: Stephan Schönfeld Martin Almgren rapport_09-22_bilaga_2.docx Sida 2 (28)

51 Elforsk rapport 09:22 ( Innehåll 1. Bakgrund Mätmetod ljudimmission Mätutrustning Beskrivning av mätpunkterna Allmän information gällande alla mätpunkter Översyn om mätpositionerna och deras beteckning Immissionsmätpunkt EM Immissionsmätpunkt 1 (IM 1) Immissionsmätpunkt 2 (IM2) Immissionsmätpunkt 3 (IM3 / UW) Beskrivning av vindkraftverket Drifts- och väderförhålladen Resultat Kommentar om de angivna vindhastigheterna Entalsvärden för ljudnivån i immissionsmätpunkterna Mätpunkt EM Mätpunkt IM Mätpunkt IM Mätpunkt IM3/UW Undersökning av ljudutbredningen Diskussion Referenser Bilagor Product Data Sheet N90 (2,5 MW) Technical specifications Rotor Tower Operating data Generator Gearbox rapport_09-22_bilaga_2.docx Sida 3 (28)

52 Elforsk rapport 09:22 ( Bakgrund ÅF-Ingemansson har fått uppdraget av Vindforskprogrammet på Elforsk AB, Stockholm att undersöka hur ljudemission och ljudutbredning ska beräknas för vindkraftanläggningar i skogsterräng. I detta sammanhang har mätningar av både ljudemission och immission i skogen utförts vid vindkraftparken Ryningsnäs i Hultsfreds kommun under december året Föreliggande rapport redovisar resultaten från ljudimmissionsmätningen i skogen kring verket. Detta avser en beskrivning av hur ljudutbredning påverkas av skogen och terrängen. I en separat rapport jämförs ljudutbredningsberäkningar med mätresultaten. 2. Mätmetod ljudimmission Ljudmätningen har utförts enligt Elforsk standard 98:24 med hjälp av ett antal ljudnivåmätare som kontinuerligt loggar ljudnivån. Ljudsignalen har spelats in så att det är möjligt att lyssna på det ljud som spelats in i efterhand. Mätinstrumentet har placerats i skogen på stativ i 1,2-1,5 m höjd. Mikrofonen har försetts med vindskydd och riktats mot vindkraftverket. Vid mätpunkten EM har mikrofonen placerats på marken på en ljudhård mätskiva. Efter mätningen har genomförts har data analyserats med hänsyn till väderförhållanden, producerad eleffekt och bakgrundsbuller från skog, djur, och ett annat vindkraftverk i närheten som tidvis var i gång. 3. Mätutrustning Benämning Analysatorer Akustisk kalibrator, klass 1 Tabell 1 Använd mätutrustning Fabrikat Norsonic 140 (intern beteckning AL157), Pos.: EM Norsonic 140 (intern beteckning AL167), Pos.: IM1 Norsonic 140 (intern beteckning AL172), Pos.:IM2 Norsonic 118 (intern beteckning AL143), Pos.: IM3 Brüel & Kjær, typ 4231 (intern beteckning KU095) Instrumenten är kalibrerade med spårbarhet till nationella och internationella referenser enligt vår kvalitetsstandard som uppfyller kraven i SS-EN ISO/IEC Datum för senaste kalibrering finns angiven i vår kalibreringslogg. rapport_09-22_bilaga_2.docx Sida 4 (28)

53 Elforsk rapport 09:22 ( Beskrivning av mätpunkterna 4.1. Allmän information gällande alla mätpunkter Topografi: Typ av mark: Cirkel med radie 50m plan mark runt vindkraftverket, kulle med 10m höjd i riktning sydväst ifrån vindkraftverket, runt omkring skogsmark Marken mellan vindkraftverket och mätpunkten består av skogsmark förutom ett band av 50 m bredd med grusväg direkt vid verkets fot. Marken var vid mättillfället till 80 % täckt av ett ungefär 5 cm tjockt snötäcke. Reflekterande ytor: Det finns inga ljudreflekterande ytor i närheten förutom marken och träden. Vindkraftverkets position: enligt Tabell 2 Andra ljudkällor: Mätdatum: Mätpersonal: Analys: Svagt vindsus från buskar och träd och ett fåtal fåglar som sjunger. Dessa tillfällen har dock sorterats ut i största utsträckning. Ett andra vindkraftverk ( Verk 2 ) finns i position angiven i Tabell 2. Det är av samma typ som det första, men har navhöjden 80 m. Det var delvis i drift under mätningen. Mätningar har genomförts mellan kl.10:00 och kl.16:00 Stephan Schönfeld, ÅF-Ingemansson, Göteborg Paul Appelqvist, ÅF-Ingemansson, Stockholm Stephan Schönfeld, ÅF-Ingemansson, Göteborg RN Ost RN Nord Beskrivning Navhöjd [m] Z [m] Verk Verk Tabell 2: Positioner på vindkraftverk i området rapport_09-22_bilaga_2.docx Sida 5 (28)

54 Elforsk rapport 09:22 ( Översyn om mätpositionerna och deras beteckning Immissionspunkter: enligt följande tabell Mätare GPS lat GPS long Höjd över marken [m] Distans från verket [m] EM: AL157 57,2888 ** 15, * 150 IM1: AL167 57, , ,4 330 IM2: AL172 57, , ,5 520 IM3: AL143 57, ,9929 1,3-125 Tabell 3: Mätpositioner. (*) Punkt EM mättes på ljudhård mikrofonplatta och försett med ett extra vindskydd. (**) GPS-värdet måste vara felaktigt troligtvis påverkad av skogen Det finns en viss osäkerhet vad det gäller distanserna mellan mätpunkterna. Eftersom GPS-avläsningarna visade sig vara opålitliga (troligtvis på grund av inverkan av skogen) har anteckningarna från mättillfället används för att återskapa mätpositionerna på kartan. Distansen från IM1 till IM2 har stegats fram och osäkerheten i positionen av denna punkt kan därför vara av storleksordningen 20 m. "! Figur 1: Karta över omgivningen med vindkraftverken och mätpunkterna rapport_09-22_bilaga_2.docx Sida 6 (28)

55 Elforsk rapport 09:22 ( Immissionsmätpunkt EM Figur 2: Immissionspunkt EM. Mikrofon liggande direkt på platta under ett stort extra vindskydd Figur 3: Nära immissionspunkt EM: Utsikt mot Verk 1. Punkten EM ligger några meter till höger om positionen där bilden är tagen ifrån. rapport_09-22_bilaga_2.docx Sida 7 (28)

56 Elforsk rapport 09:22 ( Immissionsmätpunkt 1 (IM 1) Figur 4: Ljudimmissionsmätpunkt 1 (IM1) 330m nedströms från verket, lite lägre marknivå 4.5. Immissionsmätpunkt 2 (IM2) Figur 5: Immissionsmätpunkt 2 (IM2) 520 m nedströms från verket rapport_09-22_bilaga_2.docx Sida 8 (28)

57 Elforsk rapport 09:22 ( Immissionsmätpunkt 3 (IM3 / UW) Figur 6: Immissionsmätpunkt 3 (IM3 / UW) 125 uppströms från verket 5. Beskrivning av vindkraftverket Vindkraftverket är av typen Nordex N LS, som har en rotor med tre blad med 45m längd och bladvinkelreglering. Nominella effekten ligger på 2,5 kw. Navhöjden är 100m. Serienumret på verket är Verket börjar producera el vid 3 m/s vindhastighet (gäller för mätning i öppen mark i 10m höjd). Vidare information om vindkraftverket anges i bilaga Drifts- och väderförhålladen Lugn vinterväder med lätt dimma. Temperatur: 2.4 deg C, RH: Kalmar). Tunt snötäcke på marken. 100% ( i Uppgifter om vindhastighet, vindriktning och producerad eleffekt vid vindkraftsverket har erhållits av Vattenfall. Lufttrycket under mätperioden har hämtats från för Kalmar och avläsningenn blev 1024 kpa. Producerad elektrisk effekt har räknats om till vindhastighet vid navhöjd med hjälp av Power curve, se Tabell 4. Den så beräknade vindhastigheten har korrigerats för aktuell luftdensitet med hjälp av Ekvation 1. rapport_09-22_bilaga_2.docx Sida 9 (28)

58 Elforsk rapport 09:22 ( Vindhastigheten vid navhöjd [m/s] Effektkurva [kw] Tabell 4. Samband mellan vindhastighet vid navhöjd och producerad elektrisk effekt för det aktuella verket. Uppgifterna har erhållits av Nordex Ekvation 1 (från IEC , edition 2.1, 2006), p ref är 101,3 kpa och T ref är 288 K där v H är den korrigerade vindhastigheten vid navhöjd i [m/s] v D är vindhastigheten i [m/s] avläst från diagrammet för vindhastighet mot elektriskt uteffekt Vindhastigheten vid navhöjd räknas vanligtvis om till vindhastigheten vid 10 m höjd, v 10, under antagande om logaritmisk vindprofil och viss markråhetslängd. Detta gjordes dock inte i denna rapport eftersom referensvindhastigheterna på 10 m höjd beräknas på olika sätt i IEC (ljudimmission) och Elforsk 98:24 (ljudemission). Att redovisa alla vindhastigheter vid navhöjd är ett sätt att undvika tolkningsfel genom detta. Om inte annat anges är därför alla vindhastigheter i denna rapport värden som gäller vid navhöjd. När vindkraftverket stod still under bakgrundsbullermätningen kunde effektkurvan inte användas. Då har vi använt data från anemometern som sitter på turbinhuset. Den har också räknats om till 10 m höjd enligt ovan. I denna rapport redovisas all vinddata som vindhastigheten v 10. Vindhastigheten av 8 m/s (vid 10 m höjd), som standarden Elforsk 98:24 kräver, har inte uppnåtts vid mättillfället. Detta har som konsekvens att regressionen av totala ljudnivån vid 8 m/s inte har tagits fram. Eftersom syftet med mätningen är att bedöma inverkan av skogen på ljudutbredningen så har detta dock inte ansetts som problematiskt. rapport_09-22_bilaga_2.docx Sida 10 (28)

59 Elforsk rapport 09:22 ( De vindförhållanden som rådde under mätningens gång dokumenteras i Figur 7 ) ( ' & % $! # *+ ++" ' )!% ' $ $) %% & &' ' ') (% ) )' # #) %!!' ) $% % %' & &) '% ( (' ) ))!#%!!'!!!!) Figur 7: Vindhastigheterna vid vindkraftverkets navhöjd under mätperioden. Vindhastigheterna är omräknade från elektrisk effekt när verket snurrar och annars är värdet hämtat från anemometer på turbinhuset. 7. Resultat 7.1. Kommentar om de angivna vindhastigheterna Som ovan nämnts är alla vindhastigheter angivna vid vindkraftverkets navhöjd för att undvika omräkningsfel till de olika mätstandarderna. Både i IEC (ljudemission från vindkraftverk) och Elforsk (ljudimmission från vindkraftverk) räknas vindhastigheten om till 10 m höjd under antagande av en logaritmiskt hastighetsprofil. I IEC görs detta oberoende av markförhållanden vid mätplatsen med en referensmarkråhetslängd på 0,05 m, medan Elforsk utgår från markråheten som finns vid mätplatsen. För skogsmark anges markråhetslängden 0,3 m i Elforsk 98:24. Tabell 5 visar vad de respektive vindhastigheter som angivits i denna rapport motsvarar värdet på 10 m höjd enligt de olika standarderna. Den uppmätta vindhastigheten i skogen på 7 m höjd över mark var under hela mätperioden under 0.5 m/s. rapport_09-22_bilaga_2.docx Sida 11 (28)

60 Elforsk rapport 09:22 ( Vindhastighet vid navhöjd [m/s] Vindhastighet i [m/s] på 10 m höjd enligt Elforsk med markråhetslängd z 0 =0,3 m 4,5 2,7 3,1 6 3,6 4,2 Vindhastighet i [m/s] på 10 m höjd enligt IEC med referensmarkråhetslängd z 0 =0,05 m Tabell 5: Vindhastigheterna vid navhöjd (som redovisad i denna rapport) och motsvarande vindhastighet på 10 m höjd enligt olika mätstandarder för buller från vindkraftverk. Alla spektra som visas är tagna från mätningar när även det andra vindkraftverket Verk 2, som står längre bort, var i drift. För immissionsmätningen från Verk 1 har då ljudet från Verk 2 karaktären av en bakgrundsbullerkälla vars styrka varierar med vindhastigheten. Detta har tagits hänsyn till genom korrektion av immissionsmätvärdena. Korrektionen har gjorts genom subtraktion av bakgrundsbullret som har mätts under tiden när Verk 1 var avstängt medan Verk 2 fortfarande var i drift. Spektra för 6 m/s är korrigerade med respektive bakgrundsbullerspektrum för 4,2 m/s som har blivit extrapolerade till 6 m/s med hjälp av lineär medelvärdesbildning i diagrammet för total ljudtrycksnivå som funktion av vindhastighet Entalsvärden för ljudnivån i immissionsmätpunkterna De uppmätta värdena i immissionsmätpunkterna visas i Tabell 6. Alla värden har korrigerats för bakgrundsbuller. Medelvärdet har tagits av 10 värden mellan 5,5 och 6,5 m/s. Mätpunkt Höjd över mark [m] Ljudtrycksnivå [dba] (4,5 m/s) Ljudtrycksnivå [dba] (6 m/s) EM 0 (44,8*) 46,5 IM1 1,4 (35,4*) 37,3 IM2 1,5 31,2 34,3 IM3 / UW 1,3 43,6 45,8 Tabell 6: Entalsvärden för ljudtrycksnivån i mätpunkterna [dba] Märkning med (*) betyder att resultatet i denna mätpunkt är påverkat av en ton i 500 Hz bandet som bara uppträdde tillfälligt. rapport_09-22_bilaga_2.docx Sida 12 (28)

61 Elforsk rapport 09:22 ( Mätpunkt EM "# %#, -!,!./0 1./0 -!1 20,!1! $% $# % #!%!#! $ % & ' ( Figur 8: Uppmätt ljudtrycksnivå i mätpunkt EM på avståndet 150 m vid olika vindhastigheter $#4# "# $/% / %/) & 0#/!891 8", #4# *789:!#4# #4# #4# 3#4# 3!#4#!%56 /%56 $#56 %#56 &56 (#56 ##56!%56 &#56!##56!%#56 %56 $##56 %##56 &#56 (##56 /# /!% /&!/#!/% /% $/# %/# &/ (/# #/# $% &'( Figur 9: Uppmätt ljudtrycksspektrum i mätpunkt EM på avståndet 150 m, dbmedelvärdesbildat i 10 stycken enminuts mätintervall kring 3,0 m/s, 4,5 m/s och 5,9 m/s (extrapolerat till 6,0 m/s) rapport_09-22_bilaga_2.docx Sida 13 (28)

62 Elforsk rapport 09:22 ( "# )*+ *4"" ", 789: $# % #!%!# % # % #!%56 /%56 $#56 %#56 &56 $/% (#56 ##56!%56 &#56 / %/) & 0#/!891!##56!%#56 %56 $##56 %##56 &#56 (##56 /# /!% /&!/#!/% /% $/# %/# &/ (/# $% &'( Figur 10: Ljudtrycksspektrum vid mätpunkt EM på avståndet 150 m, korrigerad för bakgrundsbullret Mätpunkt IM1 $% "", -!,!./0 1./0 -!1 20,!1! $# % #!%!#! $ % & ' ( Figur 11: Uppmätt ljudtrycksnivå i mätpunkt IM1 på avståndet 330 m, vid olika vindhastigheter. rapport_09-22_bilaga_2.docx Sida 14 (28)

63 Elforsk rapport 09:22 ( *789: "",- $/% & $4! 4! %4# #4#!%4#!#4# %4# #4# %4# #4# 3%4# 3#4# 3%4# 3!#4#!%56 /%56 $#56 %#56 &56 (#56 ##56!%56 &#56!##56!%#56 %56 $##56 %##56 &#56 (##56 /# /!% /&!/#!/% /% $/# %/# &/ (/# #/# $% &'( Figur 12: Uppmätt ljudtrycksspektrum i mätpunkt IM1 på avståndet 330 m, dbmedelvärdesbildat i 10 stycken enminuts mätintervall kring 4,2 m/s, 4,5 m/s och 6 m/s. "",-) *+ *4"" ", 789: % #!%!# % # % # 3%!%56 /%56 $#56 %#56 &56 (#56 ##56!%56 &#56!##56 $/%!%#56 %56 $##56 %##56 & &#56 (##56 /# /!% /&!/#!/% /% $/# %/# &/ (/# $% &'( Figur 13: Ljudtrycksspektrum vid mätpunkt IM1 på avståndet 330 m, korrigerad för bakgrundsbullret. rapport_09-22_bilaga_2.docx Sida 15 (28)

64 Elforsk rapport 09:22 ( Mätpunkt IM2 $% "".!!,!-!!,!./0!1./0!-!1 20!,!1! $# % #!%!#! $ % & ' ( Figur 14: Uppmätt ljudtrycksnivå i mätpunkt IM2 på avståndet 520 m, vid olika vindhastigheter "".,/ #4# $/% & $4! 4!!%4# *789:!#4# %4# #4# %4# #4# 3%4# 3#4# 3%4# 3!#4#!%56 /%56 $#56 %#56 &56 (#56 ##56!%56 &#56!##56!%#56 %56 $##56 %##56 &#56 (##56 /# /!% /&!/#!/% /% $/# %/# &/ (/# #/# $% &'( Figur 15: Uppmätt ljudtrycksspektrum i mätpunkt IM2 på avståndet 520 m, dbmedelvärdesbildat i 10 stycken enminuts mätintervall kring 4,2 m/s, 4,5 m/s och 6,0 m/s). rapport_09-22_bilaga_2.docx Sida 16 (28)

65 Elforsk rapport 09:22 ( "".,/ *+ *4"" ", 789: #!%!# % # % # 3% 3#!%56 /%56 $#56 %#56 &56 (#56 ##56!%56 &#56!##56 $/%!%#56 %56 $##56 %##56 & &#56 (##56 /# /!% /&!/#!/% /% $/# %/# &/ (/# $% &'( Figur 16: Ljudtrycksspektrum vid mätpunkt IM2 på avståndet 520 m, korrigerad för bakgrundsbullret Mätpunkt IM3/UW %# "" 0, -!,!./0 1./0 -!1 20,!1! $% $# % #!%!#! $ % & ' ( Figur 17: Uppmätt ljudtrycksnivå i mätpunkt IM3/UW på avståndet 125 m uppströms, vid olika vindhastigheter rapport_09-22_bilaga_2.docx Sida 17 (28)

66 Elforsk rapport 09:22 ( "" 0,0 $/% /%/) 3=& 0#/!891 $4! 4! $#4# %4# #4#!%4#!#4# %4# #4# %4# #4# 3%4# 3#4#!%56 /%56 $#56 %#56 &56 (#56 ##56!%56 &#56!##56!%#56 %56 $##56 %##56 &#56 (##56 /# /!% *789: /&!/#!/% /% $/# %/# &/ (/# #/# ;<"756: Figur 18: Uppmätt ljudtrycksspektrum i mätpunkt IM3/UW på avståndet 125 m uppströms, db-medelvärdesbildat i 10 stycken enminuts mätintervall kring 4,2 m/s, 4,5 m/s och 5,9 m/s (extrapolerat till 6,0 m/s) Undersökning av ljudutbredningen 1 # )" ".-)/ *4"" ",789: $# % #!%!# % # % # 3% 3#!%56 /%56 $#56 %#56 &56 (#56 3$/% 3$/%!3$/% ##56!%56 &#56!##56!%#56 %56 $##56 %##56 &#56 (##56 /# /!% /&!/#!/% /% $/# %/# &/ (/# $% &'( Figur 19: Ljudtrycksnivåerna, medelvärde för 4,5 m/s uppmätta vid olika immissionspunkter. Värden är korrigerade för bakgrundsljudet i respektive punkt. rapport_09-22_bilaga_2.docx Sida 18 (28)

67 Elforsk rapport 09:22 ( # )" ".2 *4"" ", 789: $# % #!%!# % # % # 3%!%56 /%56 $#56 3& 0 %/) 1 3&!3& %#56 &56 (#56 ##56!%56 &#56!##56!%#56 %56 $##56 %##56 &#56 (##56 /# /!% /&!/#!/% /% $/# %/# &/ (/# $% &'( Figur 20: Ljudtrycksnivåerna, medelvärde för 6 m/s uppmätta vid olika immissionspunkter. Värden är korrigerade för bakgrundsbullret i respektive punkt. Vid jjämför kurvorna i Figur 19 och Figur 20 så är framför allt skillnaden i 500 Hz tersbandet ganska uppenbart. De högre värdena i detta band orsakas av en ton som bara då och då blir hörbar under driftperioden. Medelvärdesbildningarna i de olika mätpositionerna kunde av tekniska skäl inte avse bara samtidiga mätningar vilket leder till att den tonen inte syns lika starkt i de olika mätpositionerna eftersom medelvärdesbildningen innefattade andra individuella mätningar av samma vindhastighet. Att tonen är av temporär natur visas i Figur 21. $% $# # )! *789: % #!%!# % # % #!%56 /%56 $#56 %#56 &56 (#56 ##56!%56 &#56!##56!%#56 %56 $##56 %##56 &#56 (##56 /# /!% /&!/#!/% /% $/# %/# &/ (/# #/# $% &'( Figur 21: Mätresultatet av tre direkt följande 1-minuts-intervaller som visar hur nivån på tonen i 500 Hz tredjedelsoktavbandet förändras med tid rapport_09-22_bilaga_2.docx Sida 19 (28)

68 Elforsk rapport 09:22 ( Tonen kan troligtvis orsakas av två stora fläktar i vindkraftverkets generatorhus. Fläktarna är riktade i medvindriktning och styrs autonomt för att reglera temperaturen i generatorhuset. De skillnader som blir synliga i 5000 Hz bandet ska därför inte läggas mycket vikt vid eftersom de inte är relaterade till ljudutbredningsfenomen. Figur 21 visar även ytterligare en nivåtoppp i 100 och 125 Hz-tredjedelsoktavbanden. Detta är troligtvis relaterat till verkets växellåda och generator eftersom uppkomsten av tonen flyttas i frekvens när rotationshastigheten varierar. Betraktar man skillnaden i värdena i de olika mätpunkterna utgående från mätpunkten närmast till vindkraftverket, så får man fram en kurva som i Figur *&# " -"./ 78!%4# $/% 3= $/% 3=! & 3= & 3=! 3 # 4" 5".6!!#4# %4# #4# %4# #4#!%56 /%56 $#56 %#56 &56 (#56 ##56!%56 &#56!##56!%#56 %56 $##56 $% &'( %##56 &#56 (##56 /# /!% /&!/#!/% Figur 22: Skillnad i ljudtrycksnivå mellan punkt EM och IM1 respektive IM2. Beakta att EM är mätt på en platta på marken. Diagrammet visar EM-IM1 och EM-IM2. Korrigerar man för avståndsdämpningen under antagande av sfärisk spridning (enligt ekvation 1 och Tabell 7), så blir resultatet som i Figur 23) (ekvation 1) Immission point EM IM1 IM2 Horizontal distance from source Free field level reduction , , ,5 Difference to EM Tabell 7: Nivåskillnaden som uppstår genom avståndsdämpning från sfärisk spridning 5,6 9,4 rapport_09-22_bilaga_2.docx Sida 20 (28)

69 Elforsk rapport 09:22 ( :; <#8# )" 8-)".8/ 78!+ *) & 1! $! # ( & $! # 3! 3$ $/% 3= $/% 3=! & 3= & 3=!!%56 /%56 $#56 %#56 &56 (#56 ##56!%56 &#56!##56!%#56 %56 $##56 %##56 &#56 (##56 /# /!% /&!/#!/% /% $% &'( Figur 23: Skillnad i ljudtrycksnivå mellan punkt EM och IM1 respektive IM2 efter korrektion för bakgrundsbuller och avståndsdämpning. Diagrammet visar EM-IM1 och EM-IM2. Luftabsorptionen enligt tabell 1 i SS-ISO för T=0 C, relativ fuktighet: 100% i db/km redovisas i Tabell 8. Frequency Abs [db/km] 0,0 0,0 0,0 0,1 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 Frequency k 1.25k Abs [db/km] 0,6 0,8 0,9 1,1 1,4 1,8 2,4 3,4 4,9 Frequency 1.6k 2.0k 2.5k 3.15k 4.0k 5.0k 6.3k 8.0k 10.0k Abs [db/km] 7,16 10,8 16,5 25,2 39,6 58, Tabell 8: Minskning av ljudnivå genom luftabsorption per meter för 100% luftfuktighet och temperatur 0 C. Från tabell 1 i SS-ISO * $% & 2*"78 :!%56 /%56 $#56 %#56 &56 (#56 ##56!%56 &#56!##56!%#56 %56 $##56 %##56 &#56 (##56 /!% /&!/#!/% /% $/# %/# &/ (/# #/# ##4# #4# 4# #4 #4# Figur 24: Påverkan av luftabsorption per km ljudutbredning för 100% luftfuktighet och 0 C rapport_09-22_bilaga_2.docx Sida 21 (28)

70 Elforsk rapport 09:22 ( :; <#8# )" 8-)".8/ 78!+ *) &* $/% 3= $/% 3=! & 3= & 3=! *"78:! # ( & $! # 3! 3$!%56 /%56 $#56 %#56 &56 (#56 ##56!%56 &#56!##56!%#56 %56 $##56 %##56 &#56 (##56 /# /!% /&!/#!/% /% $% &'( Figur 25 Skillnad i ljudtrycksnivå mellan punkt EM och IM1 respektive IM2 efter korrektion för bakgrundsbuller, avståndsdämpning och luftabsorption. Diagrammet visar skillnaden i ljudtrycknivå för två vindhastigheter. I Figur 26 visas uppmätt ljudnivå relativ till fritt fält. Ljudtrycksnivån i fritt fält har uppskattas ut ljudmätningen i EM på 150 m avstånd genom att addera 6 db till denna, eftersom mätningen i EM-punkten är gjord på en hård platta och genom att korrigera för skillnaden i sfärisk spridning och luftabsorption. För exempelvis 6 m/s, 125 Hz och ljudutbredning till IM2 blir värdet 6 4,1 = +1,9 db. rapport_09-22_bilaga_2.docx Sida 22 (28)

71 Elforsk rapport 09:22 ( " 8-)".8/ 78!+ ) &* $4% & $4%! &! ( & $! # 3! 3$ 3&!%56 /%56 $#56 *"78: %#56 &56 (#56 ##56!%56 &#56!##56!%#56 %56 $##56 %##56 &#56 (##56 /# /!% /&!/#!/% /% $% &'( Figur 26 Ljudtrycksnivå relativt fritt fält i mottagarpunkterna IM1 på 330 m och IM2 på 520 m avstånd. Diagrammet i Figur 26 liknar för punkten IM1 det förväntade beteendet för ljudutbredning utan skog över en markyta relativt utbredning i fritt fält. Vid låga frekvenser uppfattar ljudvågorna marken som hård och ljudet förstärks med cirka 6 db. Vid Hz ger markinterferensen en dipp. Enligt Nord2000 bör man få dämpning på grund av spridning av ljudet mellan trädstammarna i skogen. För kvantifiering av effekten i föreliggande fall har denna beräknats enligt Nord2000 (referens [1]). Resultatet visas i Figur 27. rapport_09-22_bilaga_2.docx Sida 23 (28)

72 Elforsk rapport 09:22 ( ,,,,!,!, # >"""",78: 3! 3$ 3& 3( 3# 3!!%56 /%56 $#56 %#56 &56 (#56 ##56!%56 &#56!##56!%#56 %56 $##56 %##56 &#56 (##56 $% &'( /# /!% /&!/#!/% /% $/# %/# &/ (/# Figur 27: Med hjälp av Nord2000 beräknad inverkan av spridning från källbidrag och i olika immissionspunkter träden från olika Som indata följande värden använts: skogens höjd 15 m, medeldiameter trädstammar 0,4 m, medelavstånd trädstammar 4m. Beräkningen gjordes med hjälp av Matlab. På grund av att ljudet från olika delar av källan har olika gångväg genom skogen beräknats enligt (referens [1]). Figur 28: Ungefärlig relief som las till grund till beräkningen av R sc, dvs. det avstånd som ljudet sprids inunder trätopparna inom den uniform scattering zone som referens [1] beskriver. Se referens [1] för kvantitativa data. rapport_09-22_bilaga_2.docx Sida 24 (28)

73 Elforsk rapport 09:22 ( Source height Receiver height relative to turbine foot Vertical distance to source 100 1, ,6 55 1, , , , , ,8 Distance in scattering zone Tabell 9: Geometriska parametrar som ligger i grund till Figur 27. Alla värden är givna i [m] 8. Diskussion Ljuddämpningen, utöver geometrisk spridning från en punktkälla och luftabsorption, är delvis negativ i Figur 26, dvs ljudtrycksnivån relativt fritt fält är större än 0 db. Den ojämna formen av kurvan orsakas av olika interferensmönster i de olika immissionspunkterna: Ljudet som tar den direkta vägen från vindkraftverket adderas med ljudet som har reflekterats vid marken och vid vissa frekvenser adderas bidragen fasvänt så att en minskning av det mätta värdet (jämfört med ljudutbredning i fritt fält) sker vid mikrofonpositioner på stativ. Denna utsläckningseffekt ser vi kring Hz bandet. Vid jämna multipler (till exempel 2, 4, 6, ) av den lägsta frekvensen där denna effekt kan ses, sker även konstruktiv interferens vilket leder till en förstärkning av det mätta värdet jämfört med fritt fält. Vid högre frekvenser där flera maxima och minima sammanfaller i ett frekvensband sker en generell höjning av ljudnivån med teoretiskt cirka 3 db för ljudhård mark. Olika infallsvinklar av ljudet vid olika mottagarpositioner, tillsammans med en komplex markimpedans som tillför dämpning, leder dock till att denna markdämpningseffekt blir olika stor i de olika mätpositionerna. Figur 26 visar ovanför 400 Hz ett sjunkande beteende som kan relateras till denna markdämpningseffekt, men även till spridningseffekten av träden i skogen. Från Figur 27, där spridningseffekten har kvantifierats med hjälp av en beräkning följande Nord2000-beräkningsstandarden för scattering zones of same type, framgår att ändringen mellan position EM och IM2 med frekvens ligger i samma storleksordning som mätresultaten i Figur 25. Dock är det oklart varför värdena för differensen mellan EM och IM1 ligger på samma nivå som differensen mellan EM och IM2. Möjligtvis pekar det på att markdämpningseffekten är det avgörande fenomenet, eftersom de geometriska förhållandena mellan IM1 och IM2 för markreflektionen bara ändras svagt. I huvudrapportens diskussion kommenteras skogens inverkan med efterklang, som kan höja ljudnivån. 9. Referenser [1] Nord 2000: Comprehensive Outdoor Sound Propagation Model Part 1: Propagation in an atmosphere without significant refraction Projekt nummer P8801, journal nummer: AV1849/00 [2] IEC : Wind turbine generator systems part 11: Acoustic noise measurement techniques rapport_09-22_bilaga_2.docx Sida 25 (28)

74 Elforsk rapport 09:22 ( [3] SS-ISO : Akustik dämpning av ljudutbredning utomhus rapport_09-22_bilaga_2.docx Sida 26 (28)

75 Elforsk rapport 09:22 ( Bilagor Product Data Sheet N90 (2,5 MW) [källa: Nordex hemsida Technical specifications Turbine concept Nominal output Rotor diameter Hub height variable speed, single-blade adjustment 2500 kw 90 metres 70, 75, 80, 100, 120 metres Rotor Type upwind with active blade adjustment Number of blades 3 Swept area qm Speed 9, ,8 rpm (LS); 18,1 rpm (HS) Tip speed approx. 70 m/s (LS); 75 m/s (HS) Blade material fibreglass-reinforced plastic, integrated lightning protection Tower Hub height LS: 75m, 80 m, 100 m, 120 m HS: 70 m, 80 m Operating data Cut-in wind speed 3 m/s Nominal output wind Cut-out wind speed approx. 13 m/s (HS), approx. 14 m/s (LS) 25 m/s Generator Type Nominal output Nominal voltage Frequency twin-fed asynchronous generator 2500 kw 660 V 50 or 60 Hz rapport_09-22_bilaga_2.docx Sida 27 (28)

76 Elforsk rapport 09:22 ( Speed rpm Gearbox Type Nominal output two-stage planetary gearbox with one spur-gear stage or differential gearbox 2775 kw Transmission i= 71,9 to 92,9 As of 07/2008, subject to change rapport_09-22_bilaga_2.docx Sida 28 (28)

77 ELFORSK Bilaga 3. Ljudemission och ljudutbredning för vindkraftverk i skogsterräng. Beräkning av ljudutbredning ÅF Ingemansson rapport

78 Projektrapport Ljudemission och ljudutbredning från vindkraftverk i skogsterräng Beräkning av ljudutbredning Projekt: Rapport Bilaga 3 till Elforsk rapport 09:22 ( ) Antal sidor: Bilagor: 2 25 inklusive bilagor Uppdragsansvarig Martin Almgren Göteborg ISO9001 ISO14001 ÅF-Ingemansson Box 1551, SE Göteborg, Sweden Phone Fax rapport_09-22_bilaga_3.docx

79 Bilaga 3 till Elforsk rapport 09:22 ( ) Ljudemission och ljudutbredning från vindkraftverk i skogsterräng Ljudberäkning Uppdragsgivare: Elforsk AB Vindforskprogrammet Anders Björck Stockholm Uppdrag: Beräkna ljudutbredning från vindkraftverk i skogsterräng vid Ryningsnäs i Hultsfreds kommun, med beräkningsmodellen Nord2000. Sammanfattning: Beräkningar på ett av vindkraftverken i Ryningsnäs har gjorts för fyra olika varianter, med leverantörens specificerade ljudeffekt, med uppmätt ljudeffekt som punktkälla och med uppmätt ljudeffekt som ytkälla med och utan skog. Resultatet från beräkningarna presenteras i tre mottagarpunkter 145, 330 och 525 m nedströms och en mottagarpunkt 120 m uppströms. Dessa avstånd skiljer sig med högst 5 m från de verkliga avstånden vid den mätning av ljud som gjordes och som redovisas i bilaga 2 till huvudrapporten 09:22. Skillnaden mellan att anta att ljudeffekten sänds ut från en punktkälla i navet och en ljudkälla som är utbredd över rotorn är ±0,1 dba för de fyra beräkningspunkterna. Beräkningarna med den ljudeffektnivå som uppgivits av leverantören ger upp till 1,9 dba högre beräknad ljudtrycksnivå än jämfört med den ljudeffektnivå vi mätt. Användning av ISO-modellen för spridningsdämpning av träd i skog ger 2,6 3,8 dba lägre ljudnivå, än om skogens inverkan försummas. Skillnaden mellan hård mark och mjuk (porös) mark ger en skillnad på upp till 1,7 db beroende på hur marktypen väljs i beräkningsprogrammet. Handläggare: Kvalitetskontroll: Josefin Grönlund Martin Almgren rapport_09-22_bilaga_3.docx Sida 2 (26)

80 Bilaga 3 till Elforsk rapport 09:22 ( ) Innehåll 1. Beräkning av ljud från vindparken Beräkningsfall Indata Beräkningsvarianter Beräkningsresultat Referenser Bilaga 1 Inverkan på ljudnivån Bilaga 2 Delbidrag Beräkning av ljud från vindparken 1.1. Beräkningsfall Beräkningar avser ljud från ett av Vattenfalls två vindkraftverk vid Ryningsnäs i Hultsfreds kommun. Beräkningarna är gjorda med den nordiska beräkningsmodellen Nord2000 (referens Delta, av 1719/01, 2002) med vindhastighet 6 m/s på 100 m höjd, vilket motsvarar ca 3,6 m/s på 10 m vid markråhetslängd av 0,3 m. Programvara som använts är SoundPLAN 6.4. Naturen kring vindkraftverken består av skog och därför har beräkningar gjorts med det i beaktande. Nord2000 är en beräkningsmodell som är gemensamt framtagen av de nordiska länderna för att beräkna ljudutbredning med inverkan av vind, temperatur, markegenskaper och skärmning. Olika vindhastighets- och temperaturgradienter kan väljas. Nord2000 är lämplig för beräkning av ljudutbredning över kuperad terräng då den tar hänsyn till varierande topografi samt även för ljudutbredning över vatten och hårda eller porösa markytor då ytornas akustiska egenskaper kan anges. Vattenfall har levererat uppgifter om de olika verken (se tabell 1, figur 1 och figur 2). Koordinaterna har justerats för att mer korrekt återge förhållandet. Avståndet mellan det aktuella vindkraftverk 1 och mätpunkterna mättes vid mättillfället och i beräkningen uppskattas variationen till maximalt 5 m, se tabell 2. Vindkraftverken är av modell Nordex N90/2500 LS navhöjd 80 och 100m. rapport_09-22_bilaga_3.docx Sida 3 (26)

81 Bilaga 3 till Elforsk rapport 09:22 ( ) Tabell 1: Översikt av vindkraftverken och deras placering RN Ost RN Nord Beskrivning Navhöjd [m] Z [m] Figur 1: Placering av mottagarpunkterna och vindkraftverken. rapport_09-22_bilaga_3.docx Sida 4 (26)

82 Bilaga 3 till Elforsk rapport 09:22 ( ) Figur 2: Områdets markförhållande med punktkälla vid vindkraftverkets nav 100 m över mark och mottagare 1,5 m över mark. Tabell 2: Avstånd mellan vindkraftverk 1 och mätpunkter i beräkningarna och vid mättillfället. Avstånd Beräkning [m] Uppmätt [m] 1 EM IM IM UW IM 1 - IM rapport_09-22_bilaga_3.docx Sida 5 (26)

83 Bilaga 3 till Elforsk rapport 09:22 ( ) 1.2. Indata För beräkning med Nord2000 har följande data ansatts luftfuktigheten RH 100 %, temperaturen 2.4ºC, lufttrycket 1013 mbar, markråhetslängden z 0 0,3 m, vindhastigheten 6 m/s på 100 m höjd, vindriktning ost-syd-ost, standardavvikelse för vindhastigheten 0,5 m/s, turbulenta vindfluktuationshastigheten 0,12 m 4/3 /s 2 och standardavvikelse för turbulenta temperaturfluktuationen 0,008 K/s 2. Den geografiska modellen i SoundPLAN är uppbyggd med höjdkurvor med 5 m ekvidistans som har digitaliserats utifrån kartmaterial. Modellen tar hänsyn till höjdskillnader i terrängen. Beräkningen är gjord för 1,5 m mottagarhöjd över marknivå. Se specifikation av mottagarpunkterna i tabell 5 och figur 1. Alla terrängytor är först ansatta som mjuk (porös) mark. Skogsmark är normalt mycket porös. I detta fall fanns dessutom ett tunt snötäcke på delar av marken, vilket ökar porositeten även på hårda ytor om snön inte är isig. Området kring vindkraftverket består av grusmark inom en radie av 50 m. I de fall där beräkning är gjord med skog följs ISO 9613 eftersom spridningsmodellen för skog enligt Nord2000 inte är implementerad i SoundPlan. Skogens höjd är ansatt till 15 m. Ljudeffektnivån för verket har angetts i tersband se tabell 3. Nordex N90/2500 LS ger enligt leverantörens specifikation, vid 4 m/s på 10m, vilket motsvarar 5,7 m/s vid navhöjd 100 m och markråhetslängd 0,05 m, garanterade ljudeffektnivån 99 dba re 1 pw för navhöjd m. För ljudeffektnivån 99 dba har antagits samma spektrum som redovisas i utdrag ut ljudemissionsmätrapporten av Nordex för 8,6 m/s på 10 m höjd och uppmätta skenbara ljudeffektnivån 103,3 dba re 1 pw men justerats till korrekt nivå. Den av oss uppmätta ljudeffektnivån 97,8 dba som använts till verket, vid 6 m/s på 100 m höjd, har angetts i tersband, se tabell 4. Nord2000 tar i beräkningarna hänsyn till såväl låga som höga frekvenser och deras egenskaper vid ljudutbredning. Notera att den så kallade skenbara ljudeffektnivån som bestämdes i ljudemissionsmätningsrapporten i bilaga 1 blev 96,2 dba re 1 pw enligt IEC Formeln som används i IEC-standarden för att beräkna ljudeffektnivån ur mätningen av ljudtrycksnivå i emissionsmätpunkten tar enbart hänsyn till sfärisk divergens och reflektion i en hård yta. Minskningen av ljud på grund av atmosfärisk absorption medräknas inte. Det aktuella vindkraftverket är dock här så högt att avståndet mellan ljudkällan och mätpunkten blir så stort att ljudabsorptionen i atmosfären inverkar. I det aktuella fallet blir inverkan ca 1.1 db, som har lagts till ljudeffekten. rapport_09-22_bilaga_3.docx Sida 6 (26)

84 Bilaga 3 till Elforsk rapport 09:22 ( ) Vid bestämning av ljudeffektnivån att använda vid ljudimmissionsberäkningarna har vi utgått från medelvärdet av mätningarna i tio enminutsintervall med vindhastigheter mellan 5,5 och 6,5 m/s vid navhöjd, utvärderat från elektrisk effekt. Ljudabsorptionsdämpningen vid varje tersband har lagts till. Ljudeffektnivån blev då 97,8 dba re 1 pw. Tabell 3: Tersbandspektrum för Nordex N90/2500 LS med garanterad total ljudeffektnivå 99 dba re 1 pw. Uppmätt spektrumform för ljudeffektnivån 103,3 dba vid 8,6 m/s vindhastighet på 10 m höjd har använts. Tersbandsfrekvens [Hz] Nordex N90/2500LS A-vägd Ljudeffektnivå, L W, dba i tersband 50 77, , , , , , , , , , , , ,4 1k 84,6 1,25k 85,6 1,6k 87,1 2k 86,7 2,5k 85,3 3,15k 84,1 4k 79,9 5k 76,7 6,3k 71,7 8k 66,0 10k 59,4 Total 99,0 rapport_09-22_bilaga_3.docx Sida 7 (26)

85 Bilaga 3 till Elforsk rapport 09:22 ( ) Tabell 4: Uppmätt tersbandspektrum för Nordex N90/2500 LS i skogsterräng med uppmätt skenbar total ljudeffektnivå 97,8 dba re 1 pw vid 6 m/s på 100 m höjd. Detta värde härstammar från vår mätning enligt standard IEC (se bilaga 1) som har korrigerats även för atmosfärisk absorption (i tillägg till IEC ). Korrektionen har beräknats med hjälp av referens 1 för en temperatur på 0 C och 100 % luftfuktighet vid centerfrekvenserna för respektive tredjedelsoktavband. Tersbandsfrekvens [Hz] Nordex N90/2500LS i skogsterräng Uppmätt A-vägd Ljudeffektnivå, L W, dba i tersband 25 56,3 31,5 62, , , , , , , , , , , , , , ,3 1k 86,6 1,25k 85,5 1,6k 84,8 2k 85,7 2,5k 84,2 3,15k 83,9 4k 82,3 5k 80,8 6,3k 79,0 8k 84,5 Total 97,8 rapport_09-22_bilaga_3.docx Sida 8 (26)

86 Bilaga 3 till Elforsk rapport 09:22 ( ) Tabell 5: Mottagarpunkter RN Ost RN Nord Beskrivning Z [m] IM IM EM UW Beräkningsvarianter Beräkningar har gjorts för fyra varianter enligt följande: Variant 1: Med värden från leverantörens specifikation som punktkälla Variant 2: Med uppmätta värden som punktkälla placerad vid navet av rotorn. Variant 3: Med uppmätta värden som ytkälla, skapad av tio punktkällor placerade i rotorns ytterkant se figur 3. Variant 4: Som variant 3 men med skog Figur 3: Placering och benämning av jämnt fördelade punktkällor för vindkraftverk 1, som på en cirkel för att efterlikna dess emission. Diameter är 90m. Den totala ljudeffekten är 97,8 dba som i tabell 4. rapport_09-22_bilaga_3.docx Sida 9 (26)

87 Bilaga 3 till Elforsk rapport 09:22 ( ) Utgående från variant 3 gjordes även beräkningar med olika typer av mark och 3 m högre mark under vindkraftverket. Marktyperna är de som i Nord2000 benämns C och F. C beskrivs som okompakt, lös mark exempelvis torv, gräs och lös jord med representativ flödesresistivitet 80 knsm -4. F beskrivs som kompakt, tät mark exempelvis grusväg och parkeringsplats med en representativ flödesresistivitet 2000 knsm -4. Beräkningsprogrammet SoundPlan ansätter standardmässigt en marktyp som motsvarar mjuk mark med en flödesresistivitet mellan C och F Beräkningsresultat Beräkningsresultatet presenteras i tabell 6, 7 och 8 och figur 4. Tabell 6: Resultat L eq [dba] i mottagarpunkterna. Varianterna beskrivs i avsnitt 1.3 Beskrivning Variant 1 Variant 2 Variant 3 Variant 4 IM 1 37,8 36,0 35,9 32,1 IM 2 33,6 31,7 31,8 28,1 EM 44,4 42,6 42,7 39,2 UW 45,3 43,8 43,7 41,1 Figur 4: Ljudkarta för variant 2. rapport_09-22_bilaga_3.docx Sida 10 (26)

88 Bilaga 3 till Elforsk rapport 09:22 ( ) Tabell 7: Skillnader i ljudnivå [dba]. Beskrivning Variant 1 Variant 2 Variant 3 Variant 4 EM-IM 1 6,6 6,6 6,8 7,1 EM-IM 2 10,8 10,9 10,9 11,1 I Bilaga 1 redovisas inverkan av geometrisk spridning Adiv, mark- och skärmdämpning Agr, luftabsorption Aatm och övriga typer av dämpning, i detta fall spridningsdämpningen i skogen Amisc, för de olika beräkningsfallen. En test gjordes också att ansätta hård mark på markområdet inom en radie av 50 m. Det blev ingen skillnad i ljudnivå i mätpunkterna. I Bilaga 2 redovisas beräknade delbidrag från de olika ljudkällorna vid de olika frekvenserna. Inverkan av spridning av ljud inne i skog finns ej implementerat i SoundPlans version av Nord2000. Istället kan den äldre ISO-metodens modell för spridning i skog användas. Inverkan av spridning i skogen framgår av variant 4 jämfört med variant 3. I vår immissionsmätningsrapport vilken utgör bilaga 2 till huvudrapporten Elforsk 09:28, har vi själva gjort ett Matlabprogram som räknar enligt Nord2000- modellens spridning i skog. Tabell 8: Resultat av variant 3 i Leq [dba] av beräkning med olika marktyper. Se avsnitt 1.3 för en förklaring av marktyperna. Navhöjd 100 m Navhöjd 103 m SP-Default Marktyp F Marktyp C SP-Default Marktyp F Marktyp C IM 1 35,9 36,9 35,4 35,9 36,8 35,3 IM 2 31,8 32,9 31,2 31,8 32,9 31,2 EM 42,7 43,5 42,1 42,6 43,4 42,1 UW 43,7 44,4 43,2 43,6 44,3 43,1 Då navhöjden höjs med 3 m för att inkludera den kulle som verket står på ändras ljudnivån med högst 0,1 db. Skillnaden mellan hård mark typ F och mjuk mark typ C ger en skillnad på 1,3-1,7 db. Beräkningar gjordes för att undersöka de olika parametrarnas inverkan i Nord2000. Tabell 9 visar beräkningar gjorda utgående från variant 2. Endast det som är angivet i kolumnrubriken är ändrat. Övriga parametrar är ansatta enligt avsnitt 1.2. rapport_09-22_bilaga_3.docx Sida 11 (26)

89 Bilaga 3 till Elforsk rapport 09:22 ( ) Tabell 9: Resultat av beräkning med ändring av olika parametrar. Ändring till normalvärden för luftabsorption ger 0,3 dba lägre ljudnivå på 525 m. Markråhetslängden inverkar på vindhastighetsprofilen som i sin tur inverkar på ljudhastigheten som funktion av höjden och därmed på ljudbanornas krökning. På de aktuella avstånden inverkar inte markråheten. Ändringen till vindhastigheten 0 m/s på 100 m höjd inverkar också på ljudbanornas krökning. Här blir ändringen -0,2 dba på 525 m avstånd, dvs beräknad ljudtrycksnivå blir marginellt lägre. Det kan bero på att ljudets infallsvinkel mot markytan, räknat från normalen, blir större och rapport_09-22_bilaga_3.docx Sida 12 (26)