MKB Vindkraft i Gullvik Ljudreduceringsåtgärder

Tillämpad fysik och elektronik MKB Vindkraft i Gullvik Ljudreduceringsåtgärder Av: Linus Bergström, Hans Eriksson och Daniel Hjortborg lisbem03@student.umu.se, hasern03@student.umu.se, dalhjg04@student.umu.se Handlerade: Fredrik Lundmark och Lars Bäckström 2007-10-29

Innehållsförteckning 1. Inledning...3 2. Lokalisering...3 2.1 Platsen...3 2.2 Vindförhållande...4 3. Teknik...4 3.1 Vindkraftverk...4 3.2 Fundament...5 3.3 Mark...5 3.4 Demontering...6 4. Administrativ handläggning...6 4.1 Ägarstruktur och handläggare...6 4.2 Tillstånd...6 5. Infrastruktur...6 5.1 Väg...6 5.2 Elnät och telefonanslutning...6 6. Miljökonsekvensbeskrivning...6 6.1 Landskapets karaktär...6 6.2 Djur och växter...6 6.3 Vatten...7 6.4 Riksintressen...7 6.5 Isbildning...7 6.6 Landskapsbild...7 6.7 Ljud...7 6.8 Ljus...9 6.9 Nollalternativ...9 6.10 Alternativ problemlösning...9 7. Ekonomi...10 7.1 Mark...10 7.2 Driftskostnader...10 7.3 Fundament...10 7.4 Projektering...10 7.5 Verk...10 7.6 Intäkter...10 7.7 Resultatkalkyl och nyckeltal...10 Bilaga WindPro Resultat 2

1. Inledning Vindkraften kommer att vara en viktig del i Sveriges omställning mot en mer hållbar utveckling. Sveriges riksdag har beslutat om ett nationellt mål för utbyggnad av vindkraft. Målsättningen är att 10 TWh el skall produceras från vindkraft senast år 2015, vilket motsvarar ca 7 % av Sveriges elförbrukning. Detta skall inte ses som ett slutmål, utan bara som en god början av utbyggnaden. Man bedömer att det svenska elnätet som minst kan hantera 30 TWh vindkraft utan försämrad elkvalitet. Till skillnad från solceller och solvärmesystem, producerar vindkraft som mest energi under vinterhalvårets blåsiga månader. I motsats till andra sydliga länder har Sverige sin största energiförbrukning under vintern, medan varmare länder förbrukar mer under sommaren, då kylanläggningar körs. Detta gör att vindkraften är väl lämpad för svenska förhållanden. Detta arbete syftar till lösa problembilden kring ett av de befintliga vindkraftverken i Gullvik, Örnsköldsvik. Detta verk har av näromgivningen uppfattats som ljudmässigt och visuellt störande. 2. Lokalisering 2.1 Platsen Gullvik är belagt ca 10 km sydöst om Örnsköldsviks centrum. Befintliga vindkraftverk är stationerade ca 1 km från kustlinjen i en sluttning. Bebyggelsen närmast verken ligger ca 450 m från det sydligast belägna verket, och består av såväl fritidshus som permanentbostäder. I området finns ett havsbad som erbjuder camping, stugby, restaurang, boule och minigolf. Omgivningen i övrigt utgörs framförallt av skogsmark samt mindre vattendrag. Detta är ett populärt område, särskilt kring sommarhalvåret då det finns tillgång till fina promenadstråk. Det råder goda vindförhållanden och dessutom är vindkraftverkens fundament belägna på höjder kring 50 m. Som mest höjer sig berget ca 85 meter över havsytan. Viss avverkning har skett i platsens närhet. Omgivningarna är kuperade. Figur 4. Översiktskarta som visar dess närhet till Ö-vik. Figur 5. Detaljkarta som verkens placering. 3

2.2 Vindförhållande Den aktuella platsen för byte av vindkraftverk har undersökts i WindPro. I figur 1 ges en Weibullfördelning dvs. vindhastigheten och den frekvens med vilka de uppträder. Frekvensen för vindriktningar framgår ur figur 2. Medelhastigheten för den aktuella platsen är 6,1 m/s och den vanligaste vindriktning är nord-nordväst, dvs. det blåser från havet. Vinddata är taget från väderstationen på Skagsudde som är belagt 8 km i östlig riktning från platsen. Figur 1. Weibullfördelning av vindhastighetsfrekvensen. Figur 2. Frekvens för vindriktning. 3. Teknik 3.1 Vindkraftverk I detta projekt kommer ett vindkraftverk av typen Enercon E-66, med en märkeffekt på 1,5 MW att ersätta befintligt verk av modell Vestas V-52. Verket har en rotordiameter på 66m, och mäter 67 m till rotorhuset. Denna maskin jobbar med ett steglöst varvtal på rotor, och pitchreglering. Rotorbladen är tillverkade av glasfiber och har en färg som motverkar ljusreflektioner. Verket börjar producera vid en vindhastighet på 2,5 m/s och stängs av vid 28 m/s. Anledningen till att just detta verk har valts är ett försök till minska de tidigare bullernivåerna, och samtidigt öka produktionen. En annan fördel är att stora verk arbetar vid ett lägre varvtal, och anses då ofta mindre visuellt störande. Enercons vindkraftverk har i regel en grönmålad nedre del av tornet som gör att den passar bättre in i denna omgivning. 4

Figur 3. Närbild av Enercon E-66. 3.2 Fundament Fundamentet är det som verket förankras i. Det finns två typer av fundament som används på land, bergsfundament och gravitationsfundament. Om berget ligger nära markytan kan ett så kallat bergsfundament användas. I det befintliga berget gjuts bultar in i berget. Ovan på detta gjuts en sockel som tornet kan ställas på. Ett gravitationsfundament fungerar som tung fot som ska kunna hantera de stora krafter som uppstår. Denna mäter ungefär 20 x 20 meter, men täcks över för att inte bryta naturens mönster alltför mycket och ge extra stöd för fundamentet. Utifall att det gamla fundamentet kan återanvändas till det nya verket är det den bästa lösningen. I annat fall måste ett nytt fundament konstrueras och det nya verket kan ej placeras på exakt samma plats utan i anslutning till den gamla platsen. Problemen kan vara att sockeldimensionerna inte överensstämmer eller att den inte tål de högre påfrestningarna som ett större verk medför. 3.3 Mark Den mark som vindkraftverket etablerats på ägs av en privatperson i den ekonomiska föreningen Norrvind. Vid etableringen av det befintliga verket har ett avtal slutits med denna markägare. Vi nyetablering skall villkoren i avtalet omdiskuteras. På det stora hela kan marken brukas enligt situationen innan nyetablering. 5

3.4 Demontering Om verket ej skall användas, kan verket plockas ned på liknande sätt som det sattes upp. Materialvärdet överstiger demonteringskostnaden med god marginal. Det enda som lämnas är fundamentet i marken och eventuellt elkabeln. 4. Administrativ handläggning 4.1 Ägarstruktur och handläggare Det sydliga vindkraftverket dvs. närmaste boende på Storsandsvägen ägs av Norrvind ekonomisk förening och det andra verket ägs av Gullvind AB. Norrvind har anlitat Eriksson Wind-Beraten GmbH (Gesellschaft mit beschränkter Haftung) som projektör för att kartlägga problemsituationen kring det södra verket. 4.2 Tillstånd Tillstånd för uppförandet av det nya vindkraftverket, Enercon E-66, söks hos länsstyrelsen. Samråd skall hållas med dem som bor eller arbetar i området och eventuellt andra som på ett eller annat sätt blir berörda, till exempel kan störas visuellt av vindkraftverken. Samråd ska också ske med övriga statliga myndigheter, kommuner, företag och organisationer som verksamheten kan beröra. Till de statliga myndigheterna hör Energimyndigheten, Boverket, Naturvårdsverket. Det gäller också Sjöfartsverket, Fiskeriverket, Vägverket. Även telebolag samt Post och telestyrelsen omfattas i samrådet. 5. Infrastruktur 5.1 Väg Verket kommer att befinna sig ca 14 km från Örnsköldsvik och E4:an. Den sträcka som kan komma att vara problematisk är de sista 3 km. Denna delsträcka har en maximal stigning på 85 m och är inte fullt så breda som föregående väg. För att utreda om vägen kommer att klara de större påfrestningarna behövs vidare undersökningar. Befintlig plats för kran finns på området. 5.2 Elnät och telefonanslutning Vindkraftverket kommer att vara lokaliserat ca 12 km från närmaste regionsnät, men förhoppningen är att befintlig dragning kommer att vara tillräcklig för den ökade effekten. Befintligt telefonnät kommer att användas för det nya verket. 6. Miljökonsekvensbeskrivning 6.1 Landskapets karaktär Området är beläget i den nordligaste delen av höga kusten som utgör ett viktigt inslag för rekreation och friluftsområde. Området utgör ett världsarv med dess unika miljö. 6.2 Djur och växter Att vindkraftverk påverkar djurliv är vedertaget. I första hand är det fågellivet som störs av en etablering av vindkraftverk. Störningar utgörs av kollisioner med rotorblad och torn, förlust av habitat och påverkan av flyttfåglars resväg. 6

Ett större vindkraftverk i detta fall Enercon E-66 har större torn och sveper över en större area vilket ökar sannolikheten för eventuella kollisioner med fåglar. Det bör nämnas att vindkraftverk generellt begränsas av periferihastigheten vid rotorns spets och därför tvingas stora verk arbeta vid lägre varvtal, vilket bör leda till mindre sannolikhet för kollision med vingarna. 6.3 Vatten Gullviks udde ligger geografiskt i anslutning till Bottenhavet. Även några mindre vattensamlingar finns inom det tilltänkta området. Varken Bottenhavet eller dessa vattendrag kommer att omfattas i verksamheten för vindkraftverket. Påverkan på vattendrag bör därför vara i ringa omfattning. 6.4 Riksintressen Enligt tidigare godkännande att anlägga vindkraft på området finns det inga kollisioner med riksintressen. Ny prövning skall göras men utgången bör inte ändas från tidigare process. Reviderat tillstånd från militären, Luftfartsverken samt Sjöfartsverket måste godkännas då det nya verket är både högre och har större svept area. 6.5 Isbildning Under särskilda väderleksförhållanden kan det ske isbildning på rotorbladen. Isbildning är ej önskvärd och skall i möjligaste mån undvikas genom att använda adekvat utrustning från tillverkaren. Generellt är isbildning fara för människor, djur och byggnader. Tydliga skyltar med varningstext inom riskzonen skall sättas upp på väl synliga platser. 6.6 Landskapsbild Upplevelsen av vindkraftverk i landskapet är individuell, men påverkas av landskapstyp, avstånd, kupering, vegetation, skala och anläggningens utformning. Rent generellt syns vindkraftverk på land mer än dito till havs. De närmaste fastigheterna ligger ca 450 m från verket, dvs. inom en närzon. Generellt kommer detta vindkraftverk att bli ett dominerande element i landskapsbilden. 6.7 Ljud Vindkraftverk framkallar både mekaniska och aerodynamiska ljud. De mekaniska ljuden uppkommer främst i växellådan, medan de aerodynamiska skapas av turbulens kring bladen. Avståndet mellan verket och närmaste boende är ca 450 m och på det avståndet kommer det aerodynamiska ljudet vara det dominerande av de två. Detta är normalt hos moderna serietillverkade aggregat. Då det aerodynamiska ljudet påminner om naturligt vindbrus brukar ljudet från verket snabbt överröstas av det naturliga vindbrus som uppkommer från träd och buskar, och det blir väldigt svårt att uppfatta. Detta fenomen kallas maskering. Vid vindhastigheter över 8 m/s anses generellt vindbruset från verket maskeras så kraftigt att det ej går att uppfatta bruset från verket. Det befintliga Vestasverket börjar producera vid en vindhastighet av 3,5 m/s. Det planerade ersättningsverket Enercon E-66 börjar producera vid en vindhastighet på 2,5 m/s. Detta innebär att endast för vindhastigheter mellan verkens starthastighet och 8 m/s kan ljudbuller i normalfallet anses problematiskt. En annan viktig aspekt är hur ljudet avböjs beroende på 7

vindriktningen. Eftersom ljudet pga. avböjningen förstärks i vindriktningen och försvagas mot vindriktningen är det då en rådande vindriktning mellan västsydväst till västligt som de närbelagda fritidshusen får en förstärkt effekt. Hänsyn har ej heller tagits till vegetationens dämpande effekt, men denna kan bedömas som ringa på dessa avstånd och rådande problemsituation. På grund av terrängens beskaffenhet är vindriktningar i västsydväst till sydlig extra problematiska då det uppstår ett lä i det närbelagda bostadsområdet, vilket leder till väldigt begränsad maskering av det genererade vindbruset. En relativt stor rotordiameter i kombination med låg tornhöjd som i det aktuella fallet, och omgivande kuperad skogsbeklädd terräng skapar en inhomogen vindgradient hos den infallande vindprofilen till verket. Detta kunde på plats höras då det svischande ljud som uppkommer av vindkraftverket ej var cykliskt återkommande utan av mer slumpmässig karaktär. Slutsatser kan således dras att infallande vind längst ner i svept area kan ha turbulent karaktär, vilket bidrar till ökad emitterad ljudnivå. Ett högre torn skulle lösa detta problem. Gränsvärdet för buller vid området går vid 40dB. Denna gräns fastställdes innan vindkraftens storskaliga etablering vid boende, då påverkan av ljud från vindkraften ej var riktigt utredd. Vid simuleringar i WindPro uppgår ljudnivån från de befintliga verken till, worst-case, 40,6 db(a) inom det ljudkänsliga området C, figur 6. Detta berör 4st fastigheter. Inom område B uppgår den maximala ljudnivån till 40,3 db(a), vilket bara berör en fastighet. I det sydligaste området överskrids ej gränsvärdet. Resultatet kan beskådas i figur 7. Figur 6. Ljudkänsliga områden närmast vindkraftverket. Vid ersatt verk ser ljudsituationen bättre ut, gränsvärdena överskrids ej och ljudnivån uppgår max till 38,1 db(a) inom område C, figur 8. 8

Figur 7. Befintlig Ljudsituation, worst-case. Den yttersta ljudnivålinjen markerar en ljudnivå på 35dB(A). Sedan sker en ökning på 5dB(A) per nivå. Figur 8. Ljudsituationen med E-66. Den yttersta ljudnivålinjen markerar en ljudnivå på 35dB(A). Sedan sker en ökning på 5dB(A) per nivå. 6.8 Ljus I ett vindkraftverk orsakar bladens roterande en rörelse av ljus och skugga. Denna effekt uppkommer i synnerhet i närområdet då solen skiner bakom vindkraftverket. Detta medför att effekten uppkommer under en viss period på dygnet och varierar över året till följd av årstidsvariationerna. I WindPro finns en modul som utför beräkningar på antalet skuggtimmar per år. Dessa beräkningar tar ej hänsyn till vegetation men ger trots detta en fingervisning. Beräkningar utförs enligt principen worst-case, dvs. att vinden alltid följer solen och verket alltid är i drift. För nuvarande konstellation med de två befintliga vindkraftverken, tornhöjd 53 m, är maximalt antal skuggtimmar per år 27 h och 42 min vid en specifik fastighet. Om det södra vindkraftverket byts till ett nytt Enercon E-66, tornhöjd 67 m, beräknas maximalt antal skuggtimmar per år till 29 h och 51 min vid en annan fastighet. Det är ofrånkomligt att det maximala antalet skuggtimmar ökar eftersom tornhöjden är högre för Enercon E-66. Eftersom problembilden i huvudsak utgörs av ljud och differensen i antalet skuggtimmar är liten väljer vi att gå på linjen att det södra verket skall bytas ut. 6.9 Nollalternativ Nollalternativet innebär att inget nytt vindkraftverk etableras på befintlig plats. Detta medför att problembilden kring det första verket kvarstår. En sådan situation är icke önskvärd och medför att vindkraft med alla dess fördelar får ett dåligt anseende. Nollalternativet innebär vidare att man har en lägre installerad effekt vilket medför att en större del av vindens energi ej kan nyttiggöras. 6.10 Alternativ problemlösning I den aktuella problembilden finns ett befintligt verk som fungerar otillfredsställande och som bör bytas ut. En tydlig frågeställning i detta fall är huruvida det befintliga verket skall bytas ut eller inte. Ett sätt att komma runt problematiken med ljud är att höja befintligt verk adekvat sträcka för att minska turbulensen kring vingspetsarna och således emitterade ljudnivån. Ett annat kan vara att avverka skogen i direkt närhet 9

till befintligt verk och på så sätt minska ytråheten kring verket och därmed minska turbulensen. 7. Ekonomi Med anledning att tidigare verk är uppförda på platsen, medför detta att väg och elkabel redan är dragna. En förhoppning är att vägen kommer att klara av de större belastningarna som ett tyngre verk kan medföra. Vägens bärighet och förhandlingspriset för en förstärkning av en befintlig väg kräver vidare undersökningar och förhandlingar. Kostnaden för en förstärkning kan inte uppskattas i detta läge, och tas då inte med i beräkningarna. Detta gäller även för en eventuell omdragning av elkabel. Telefonanslutningar finns redan i närheten, och räknas då inte in som en kostnad. 7.1 Mark Kostnaden för arrenderingen av marken kommer att ligga på ca 300 000 kr (Vindkraft i teori och praktik, Tore Wizelius 2003). Men är givetvis beroende av avtalet med markägaren. 7.2 Driftskostnader I driftskostnaderna inräknas bl.a. service, underhåll, försäkring, telefonkostnader, elmätningar, administrativa avgifter samt miljötillsynsavgifter. Dessa kostnader beräknades till sammanlagt 176 000 kr. Denna kostnad är beräknad från schablonvärden från (Vindkraft i teori och praktik, Tore Wizelius 2003). 7.3 Fundament Från schablonberäkningar, kostar fundament ca 500 kr/kw (Vindkraft i teori och praktik, Tore Wizelius 2003), vilket resulterar i en fundamentskostnad på ca 750 000 kr. Detta förutsätter att det befintliga fundamentet ej kan återanvändas. 7.4 Projektering Kostnaden för detta kan komma att bli lägre än schablonvärdet 200 000 kr (Vindkraft i teori och praktik, Tore Wizelius 2003), då tidigare undersökningar är gjorda. 7.5 Verk Inga prisuppgifter har fåtts från Enercon, trots flertalet försök. Priset för ett verk är då uppskattat utifrån schablonvärden från föreläsningsutdrag. För modell E-66 med en märkeffekt på 1,5 MW blir kostnaden ca 13,5 miljoner kronor styck. 7.6 Intäkter Verkets intäkter är baserat på att en ekonomisk förening äger och driver det. Den el som produceras och säljs till privatpersoner antas ligga på 55 öre/kwh. Inräknat med moms, elskatt och elcertifikatsavgift blir det totala priset 114 öre/kwh. Baserat på elproduktionen 3 390 MWh/år från WindPro blir den totala intäkten 3,8 miljoner kr. Ingen hänsyn till nätnyttan är tagen. 7.7 Resultatkalkyl och nyckeltal Räntan är satt till 5 % med en avskrivningstid på 20 år. 10

Verket kommer att delas upp i 3 390 andelar á 4400 kr och 1000 kwh/normalår. r 0,05 Annuitet: a = = 0,08 = 8% n 20 1 (1 + r) 1 1,05 Kapitalkostnad: Driftskostnad: Intäkter: Årlig vinst: K = a K 0,08* 4400 = 352kr / andel a i / Driftskostnad 176000 D a = 1,25 = 1,25 = 65kr / andel / år Antalandelar 3390 I a = 1000 kwh / år 1,14 kr / kwh = 1140kr / andel / år V = I K D år = 1140 352 65 = 723kr / andel a a a a / år Detta resulterar i en avbetalningstid på ca 4 år. Några nyckeltal för verket: Energin per svepyta: 991 kwh/(m 2 år) Kapacitetsfaktor: 26 % Fullasttimmar: 2260 h Kostnadseffektivitet: 4,35 kr/(kwh år) Investeringskostnader Kostnad (kr) Specifik kostnad Verk 13 500 000 9000 kr/kw Fundament 750 000 500 kr/kw Mark 300 000 200 kr/kw Projektering 200 000 Total kostnad 14 750 000 Driftskostnader Kostnad (kr/år) Specifik kostnad Service 60 000 40 kr/kw/år Försäkring 48 000 32 kr/kw/år Administration 10 000 Elmätning 7000 7000 kr/verk Telefon 2000 2000kr/verk Fastighetsskatt 48 000 32 kr/kw Miljötillsynsavgift 1000 Total kostnad 176 000 Samtliga uppgifter är hämtade från Föreläsningsutdrag eller (Vindkraft i teori och praktik, Tore Wizelius 2003) 11

Referenser Vindkraft i teori och praktik; Tore Wizelius; 2003; ISBN 91-44-02055-4. Ljud från vindkraftverk; Boverket, Energimyndigheten och Naturvårdsverket; 2001; Rapport 6241. Projektör Vindkraft, bygga och ansluta större vindkraftverk; Energimyndigheten; ET 2007:32. VindGIS tittskåp; http://www.gis.lst.se/vind/ [2007-10-25]. WindPro 2.4 Users Guide, 2.ed Jan 2004. Lars Bäckström, Universitetsadjunkt avd. tillämpad fysik och elektronik; Umeå Universitet. Fredrik Lundmark, Universitetsadjunkt avd. för ekologi, miljö och geovetenskap;. Karl G. Wiklund; KGW Konsult AB; Specialist inom energi och återvinning. 12