2011-02-14 Upprättad av Anna Lund, WSP, för:
Konsult Anna Lund WSP Ljusdesign Box 13033 402 51 Göteborg Besök: Rullagergatan 4 Tel: +46 31 727 25 00 Fax: +46 31 727 25 04 WSP Sverige AB Org nr: 556057-4880 Styrelsens säte: Stockholm www.wspgroup.se Innehåll BAKGRUND... 3 HUR FUNGERAR LJUS... 4 TEKNISKA TERMER... 4 LJUSETS EGENSKAPER STYRKA OCH INTENSITET... 5 Dagljus i förhållande till elljus... 5 Hur långt når ljuset?... 5 UPPLEVELSEN AV LJUS... 6 Ljus och färg... 6 Bländning... 6 AV VINDKRAFTVERK... 7 KRAV FRÅN SVENSKA MYNDIGHETER... 7 Vindkraftverk över 150 meter... 7 Vindkraftverk under 150 meter... 8 UPPLEVELSE VINDKRAFTBELYSNING... 9 TEST FÖRSÖK MED... 10 DRAGALIDEN... 10 HUDS MOAR... 10 KÄLLSJÖ... 10 BREDHÄLLA, UPPVIDNINGE KOMMUN... 10 2 (11)
Bakgrund Utbyggnaden av vindkraft i svensk skogsbygd har de senare åren tagit god fart och många projekt växer för närvarande fram i alla delar av Sverige. En omständighet vid utbyggnad av vindkraftparker är avvägandet mellan vindkraftverkets höjd, kostnader och omgivningspåverkan. För närvarande konstrueras de flesta vindkraftverk med en totalthöjd strax under 150 meter. Samtidigt pekar allt mer på det finns ett behov av att kunna bygga vindkraftverk med en totalhöjd överstigande 150 meter. Vindkraftverk över 150 meter skall enligt Transportstyrelsens regler (TSFS 2010:155) förses med s.k. högintensiv hinderbelysningen för att säkerställa att vindkraftverken syns ur ett luftfartsperspektiv. Den högintensiva belysningen skall monteras på vindkraftverkets högsta fasta punkt (dvs turbinhuset eller nacellen) och utgöras av ett blinkande vitt ljus. Ljuset skall ha intensiteten 100.000 candela (cd) dag, 20 000 cd skymning och gryning samt 2.000 cd vid mörker. För att skapa en djupare förståelse för hur detta ser ut i verkligheten och skapa underlag för framtida beslut i kommunerna har Stena Renewable gjort en tillfällig installation av högintensivt vit lampa på en befintlig mätmast i Uppvidinge kommun. Försöket sker i samverkan med leverantören av hinderljus, Orga och Nätverket för vindbruk. Syftet med denna rapport är ge representanter för kommun och länsstyrelse samt allmänheten en skriftlig information om lagstiftning, teknik och påverkan vad det gäller hinderbelysning av vindkraftverk över 150 meter. 3 (11)
Hur fungerar ljus Inom fysiken definieras ljus som elektromagnetisk strålning inom ett våglängdsområde som ögat är känsligt för. Strålningen är dock osynlig då den består av strömmar av fotoner som bär på information i form av energi som sedan tolkas av ögat och hjärnan. Människan kan se i både ljus och mörker, vi adapterar (vänjer oss) vid olika ljusförhållande. Hur snabbt vi adapterar beror på hur stor skillnaden är mellan de ljusförhållande vi rör oss genom, men det är även åldersrelaterat. Yngre människor adapterar snabbare än äldre och är därför inte lika känsliga för bländning. Tekniska termer Belysningsstyrka är måttet på hur mycket ljus som faller på en yta. Enheten är lux. LED står för lightemitting diode, en allt vanligare, energieffektiv och långlivad liten ljuskälla. Den konverterar direkt elektrisk energi utan värmeförluster till ljus. Ljusflöde är måttet på hur mycket ljus en ljuskälla totalt avger i alla riktningar. Enheten är lumen (lm). Ljusstyrka är ett mått på hur mycket ljus en ljuskälla eller armatur avger i en angiven vinkel, något som ofta redovisas i s.k. ljuskurvor. Enheten är candela (cd). Ljusutbyte är en ljuskällas verkningsgrad och är förhållandet mellan ljusflödet och ljuskällans wattförbrukning. Enhet är lumen/watt (lm/w). Luminans motsvarar en ytas ljusstyrka per ytenhet i en bestämd riktning. Beteckning för luminans är L och enheten cd/m2. Spektralfördelning är hur en ljuskälla inom synstrålningens frekvensområde 380-780 nanometer (nm) fördelar sin elektromagnetiska strålning i våglängder, från kort till lång, från blått till rött. Monokromatiska ljuskällor alstar sitt färgade ljus inom en enda, avgränsad våglängd. "Vita" LED innehåller normalt liksom lysrör ett lyspulver för att bredda dess spektrum. 4 (11)
Ljusets egenskaper styrka och intensitet Belysningsstyrkan säger inget om hur vi ljus uppfattar omgivningen och ljusstyrka säger inget om hur intensiv uppfattar ljuskällan. För att får en uppfattning av ljust eller dunkelt måste omgivning och ljuskälla ställas i förhållande till varandra. På natten gör det svaga månljuset stor skillnad för vårt seende därför att grundförutsättningen är mörker. På samma sätt blir upplevelsen av en strålkastare begränsad om den tänds i dagsljus, då det redan är mycket ljust i omgivningen. Även avståndet till ljuskällan spelar stor roll. Ljusstyrkan minskar med avståndet, jämför stjärnorna och solen, som egentligen också är en stjärna, bara mycket närmare. Dagljus i förhållande till artificiellt ljus Det ljus vi människor kan åstadkomma är mycket svagt jämfört med solen. För att sätta ljus i proportion så ger en molnig dag ger ungefär 2500 lux i belysningsstyrka på marken. En normal kontorsbelysning inomhus är mycket svagare, 300-500 lux, ändå upplevs den miljön som ljus. På kvällen ger gatubelysningen ungefär 10 lux på marken, något som är fullt tillräckligt för att köra bil i många kilometer i timmen. Och för den romantiska middagen i stearinljusets sken får man ungefär 1 lux från vardera ljus. Hur syns ljuset? Ljus syns inte förrän det träffar en yta. Detta betyder att ljuspunkten som är lampan syns och man upplever ljuset som träffar en yta men att själva ljusstrålen där emellan inte syns. Den vinkel som ljuset strålar ut ifrån lampan är intressant, riktar den sig upp och bort från betraktaren minskar risken att träffas av ljuset och därmed att bli belyst och bländad. Enda gången själva ljusstrålen faktiskt kan upplevas är till exempel i viss dimma eller regn. Där är vattnet i luften den yta som fångar ljuset och gör det synligt. Ljusstyrkan minskar med avståndet och ljuset blir svagare ju längre det färdas. Samtidigt blir ljusbilden bredare och mindre intensiv. På samma sätt ändras uppfattningen om ljuskällan (lampan). Ju längre bort den är desto mindre ser den ut och den upplevs svagare och mindre intensiv. 5 (11)
Upplevelsen av ljus Ljus och färg Människor reagerar olika på ljus i olika färger. Dels är det en känslomässig upplevelse, dels är det en fysisk påverkan som beror på att ljus strålar i olika våglängder. Även den del av ljuset som ligger utanför det synliga spektret på verkar oss starkt. Det är tillexempel därför elektriskt ljus inte kan ersätta solljus vad gäller olika kroppsliga processer som produceringen av kroppseget D-vitamin. Den första färgen vår hjärna registrerar är röd. Detta är en överlevnadsinstinkt vi har som nyfödda, men även senare i livet upptäcker vi röd färg före alla andra. Forskning har visat att rött ljus / färg påverkar kroppen starkt genom puls, andning och känslor. Rött ljus kan vara både vilsamt och stressande. Ett rödfärgat ljus tar ut andra färger vilket upplevs vilsamt i vissa sammanhang, det blir mindre information för hjärnan att tolka. Därför är till exempel motorvägsljus åt det röda hållet. Men när det röda ljuset blir för starkt kan det istället bli stressande, dels på grund av den fysiska påverkan av kroppen, dels på grund av att hjärnan får för lite information att tolka. Det vita ljuset är fördelat över hela färgspektret och ger därför information om alla saker i alla färger, efterliknande solens ljus. Vitt ljus skapar mycket information då det lyfter fram allt sin omgivning. Upplevelsen av det vita ljuset kan dock variera mycket då det är beroende av vilken ljuskälla som används. Olika ljuskällor har olika egenskaper, de kan upplevas varma eller kalla, och de återger färgspektret lite olika. Bländning Om ögat utsätts för en högre ljushet än det är adapterar för upplevs det som bländning. Till exempel när man i mörker möter en bil med helljuset på. Ju större kontrasten är desto kraftigare blir bländningen. Det finns grader av bländning, allt från lite irritation, till kraftiga obehag. Att se en lampa är inte det samma som att utsättas för bländning, det hänger på om omgivningens ljushet motsvarar lampans ljushet och om ögat hunnit vänja sig vid rådande ljusförhållande. 6 (11)
Hinderbelysning av vindkraftverk Krav från svenska myndigheter Transportstyrelsen är den myndighet som satt regelverket kring hinderbelysning, med utgångspunkt för flygfartens säkerhet. Projektörer har att följa Reglerna finns beskrivna i föreskriften TSFS 2010:155. Projektörer har att följa föreskriften och ansvarar för att kraven efterlevs. Enligt den konsekvensutredning som gjordes av Transportstyrelsen inför införandet av de nya föreskrifterna medför de nya reglerna mindre miljöpåverkan jämfört med de tidigare föreskrifterna eftersom man numera tillåts dämpa ljuset under natten. Bilden visar på vilket sätt det högintensiva vita ljuset ska lysa. I horisontalplanet och strax ovan ska ljuset intensitet vara som störst medan det under horisontalplanet ska avta kraftigt. Ringarna visar en principskiss över hur ljuspunkten upplevs mot sin bakgrund. På dagen är ljuspunkten stor, men bakgrunden ljus. I skymning kan ljuspunkten variera från stor till liten och i mörker är den ljuspunkten liten men kontrasten mot bakgrunden är större. 7 (11)
Vindkraftverk över 150 meter På dagen ska vindkraftverket vara försett med vitt ljus med en intensitet på 100.000 candela som blinkar 40-60 gånger per minut. Enligt Transsportstyrelsen får ljusstrålen inte träffa markytan på närmare avstånd än 5 km från vindkraft-verket. På natten ska vindkraftverket vara försett med vitt ljus med en intensitet på 2.000 candela som blinkar 40-60 gånger per minut. Enligt Transsportstyrelsen får ljusstrålen inte träffa markytan på närmare avstånd än 5 km från vindkraftverket. Vindkraftspark med verk högre än 150m. I vindkraftsparker med vindkraftverk över 150 meter ska några strategiskt placerade yttre verk vara försedda med högintensivt blinkande vitt ljus. Alla verk innanför dessa ska vara försedda med lågintensivt rött fast ljus. Detta innebär att en park med bara höga vindkraftverk kan ha, som i exemplet, 7st högintensiva vita blinkande lampor medan det i parken med lägre vindkraftverk krävs hela 22st medelintensiva blinkande röda lampor. Vindkraftverk under 150 meter I skymning (och på dagen om bakgrundsluminsansen understiger 500cd/m 2 ) ska vindkraftverket vara försett med rött ljus med en intensitet på 2.000 candela som blinkar 20-60 gånger per minut. Enligt Transsportstyrelsen får ljusstrålen inte träffa markytan på närmare avstånd än 5 km från vindkraft-verket. I vindkraftsparker med vindkraftverk under 150 meter ska samtliga yttre verk vara försedda med medelintensivt blinkande rött ljus. Alla verk innanför dessa ska vara försedda med lågintensivt rött fast ljus. Vindkraftspark med verk lägre än 150m. 8 (11)
Upplevelse vindkraftbelysning Ljuskällan i det höga vindkraftverket har en spridningsvinkel på ca 4 grader. Det innebär att den är mycket smalstrålande och att ljuset som tränger ut är samlat och intensivt och att själva ljusöppningen är liten. Dagtid uppnås 100.000 cd. I gryning och skymning uppnås 20.000 cd. Nattetid uppnås 2.000 cd. Hur upplevs detta egentligen? Vilka är proportionerna? Dessa höga candela-värden kan uppnås med lampor som vi passerar varje dag. En enkel halogenlampa som sitter i en spotlight, till exempel hemma i hallen eller vardagsrummet för att lysa upp en tavla, kan nå 16.000cd. Läslampan i bussen eller hemma ovanför sängen är av mindre modell än den som ska lysa upp tavlor och kommer upp i ungefär 2.000cd. Hur ljust blir det då av lampan på vindkraftverket? Dagtid - En intensitet på 100.000 cd i 4 graders spridningsvinkel ger en belysningsstyrka av 1 lux på 500 meters avstånd eller 180 lux på 20 meters avstånd. Det ska jämföras med dagsljuset som i sämsta fall en mulen dag är 2.500 lux. Nattetid - En intensitet på 2.000 cd i 4 graders spridningsvinkel ger en belysningsstyrka av 0,01 lux på 500 meters avstånd eller 4 lux på 20 meters avstånd. Stjärnljus är också runt 0,01 lux starkt när det träffar jordens yta. Detta innebär att det ljus som färdas ut från lampan på vindkraftverket inte är särskilt starkt och att det avtar snabbt med avståndet. Ljuset orkar inte lysa upp något utom det i sin absoluta närhet, bara någon meter bort. Det högintensiva vita ljuset är som starkast när vi har dagsljus. Även en mulen dag är bakgrunden så pass ljus att risken för bländning från själva lampan är minimal. På natten lyser det högintensiva ljuset svagt och även om vi ser själva lampan tydligt mot natthimlen är den inte tillräckligt stark för att ge upphov till bländning. De nya ljuskällorna som i princip inte lyser under horisontal-planet minskar risken för bländning ytterligare. Även om det högintensiva vita ljuset är starkare än det medelintensiva röda ljuset kan det vara så att vi ser rött ljus tydligare då vi fysiskt är gjorda för att upptäcka röd färg först av allt. Detta beror naturligtvis på placering av vindkraftverket samt rådande väderförhållanden. Ljusbilden inom vindkraftparken och i dess närhet kommer att förändras till följd av hindermarkeringen. En vindkraftanläggning innebär att det tillkommer punktvis blinkande belysning men hur många av vindkraftparkens ljus som är synliga beror på var i landskapet man befinner sig. 9 (11)
Testförsök med hinderbelysning Dragaliden Energimyndigheten har beviljat Svevind AB stöd för vindpilotprojektet Storskalig vindkraft i norra Sverige. Under våren har Svevind testat en ny typ av högintensiv belysning på Dragaliden. Testerna har bland annat skett i syfte att utvärdera avskärmningen och styrtekniken för hinderbelysningen. I projektet ingår bland annat att utreda hur belysningen ska avskärmas för att minimera eventuella olägenheter för närboende. I dagsläget är planen är att montera högintensiv belysning på de två kommande höga vindkraftverken på Dragaliden som ska uppföras i augusti. Huds Moar Vindparken på Huds Moar består av sex vindkraftverk med totalhöjden 145 meter som vanligtvis har hinderbelysning med medelintensivt rött blinkande ljus. På ett av verken monterades för en tid en lampa med högintensivt vitt blinkande ljus. Under testperioden filmades parken under olika förhållanden och från olika platser i omgivningen. Erfarenhet och kunskap från testet kan man ta del av på Rabbaleshedes Krafts hemsida. Källsjö Prov av hinderbelysning System BT5000 med LED-teknik. Lampan har en vertikal strålningsvinkel på bara 3 grader som reducerar utstrålningen under det horisontala planet och ses därför svagare från marken jämfört med äldre teknologi. Man tittade också på OCAS styrsystem som med hjälp av radar tänder hinderbelysningen bara när flygfarkoster detekterats. Bredhälla, Uppvidninge kommun Specifikation provlampa ORGA L600-63B Ljusintensitet: Dag 100.000 cd / skymning 20.000 cd / natt 2.000 cd. LED-ljuskälla med mjukstart för maximal livslängd. Blink-intervallet är programmerbart, både i antal blink / minut samt i synkronisering till andra objekt. Ljusspridning i horisontalt: 200 grader Ljusspridning i vertikalt : 3-7 grader med högsta intensiteten på +1 grad. Lampan är dimbar En ny version av lampan lanseras inom kort. Där kommer inte hela lampan vara tänd i skymnings- och nattläget, utan bara precis så många LED-ringar som behövs för att uppnå riktiga candela-värden. Detta innebär en mindre lysande yta, alltså mindre synlighet från marken. Bilden visar lampans ljuskurva som väl följer det svenska regelverket utan att någon extra avskärmning behövs. 10 (11)
Källförteckning Litteratur TSFS 2010:155 Ljus o& Rum Våra vanligaste ljuskällor 2011, Annell Liten ordbok, Annell Övrigt Presentation Trafikverket, Henrik Ivre Presentation Studiebesök vid Källsjö i Halland 20 okt 2010, Vindbruk halland AB, Energimyndighetens Nätverk för vindbruk, OCAS AS och BTI light systems Presentation Vindkraftseminarium Stockholm 13-12-2010 Rolf Bakken Testpilot / Program Manager Presentation Tester av hinderbelysning på Dragaliden, Energimyndighetens och Svevind Presentation Vindpilotprojektet utvecklar ny hinderbelysning, Energimyndighetens och Svevind Presentation Test av hinderbelysning på Huds Moar, Energimyndighetens och Rabbalshede Kraft Screening of High Intensity Aviation Warning Light. Orga, Peter Jakobsen 11 (11)