PM 1 (6) Handläggare Paul Appelqvist Tel +46 (0)10 505 60 24 Mobil +46 (0)70 184 57 24 Fax +46 10 505 00 10 paul.appelqvist@afconsult.com Datum NV Nordisk Vindkraft AB Johan Roger Lilla Bommen 1 411 04 Göteborg Uppdragsnr 559084 Vindkraftpark i Lycksele kommun Rådgivning i ljudfrågor Martin Almgren Uppdragsansvarig Vindkraft i kallt klimat Påverkande faktorer på ljud 1 Bakgrund NV Nordisk Vindkraft planerar att bygga vindkraftparker i Lycksele kommun. I samband med detta har frågor angående vindkraft i kallt klimat och påverkan på ljud från vindkraft inkommit. I detta PM sammanställs i korthet påverkande faktorer på ljud från vindkraft på uppdrag av bolaget. 2 Ljudpåverkan i kallt klimat 2.1 Påverkande faktorer Faktorer som kan påverka ljudet är både de som påverkar ljudets uppkomst och de som påverkar ljudutbredningen. Dessa faktorer sammanfattas i punktform nedan och en bedömning av deras effekt ges i nästkommande avsnitt. Följande faktorer bedöms spela in på ljudet i kallt klimat: 1) Refraktion vid olika temperaturgradient 2) Förändrad geometrisk ljudutbredningsdämpning på grund av inversionskikt 3) Ökat källjud vid nedisning av vindkraftverkens blad 4) Amplitudmodulation 5) Snöns inverkan på ljudutbredningen 2.2 Refraktion vid olika temperaturgradient Refraktion betyder i korthet att ljudets strålar böjs på olika sätt beroende på hur temperatur- och vindhastighetsgradienterna varierar. Ljudstrålarna kan antingen böjas uppåt vilket ger lägre ljud eller nedåt vilket ger högre ljud. Fallet med högre ljud inträffar när det förekommer en positiv temperaturgradient vilket också brukar kallas för temperaturinversion eller stabil atmosfär. Temperaturinversion inträffar framförallt kalla vinternätter/mornar innan solen har hunnit värma ÅF-Infrastructure AB, Frösundaleden 2 (goods 2E), SE-169 99 Stockholm Telefon +46 10 505 00 00. Fax +46 10 505 00 10. Säte i Stockholm. www.afconsult.com Org.nr 556185-2103. VAT nr SE556185210301. Certifierat enligt SS-EN ISO 9001 och ISO 14001 580758 PM Vindkraft i kallt klimat 130120.docxÅF-Infrastructure ABFrösundaleden 2 (goods 2E) SE-169 99Stockholm+46 10 505 00 00+46 10 505 00 10Stockholmwww.afconsult.com556185-2103SE556185210301
PM 2 (6) upp markytan. Detta fenomen är välkänt inom akustiken och det har gjorts studier bl.a. på hur detta påverkar ljudutbredningen från vägtrafik och flygtrafik. Kontentan är att refraktion är en av förklaringarna till ljudets stora variation utomhus, upp till 20 decibel i variation är inte ovanligt och då särskilt på större avstånd från en ljudkälla. I fallet vindkraft bör det noteras att temperaturgradienten framförallt inverkar på ljudet då det är vindstilla eller vid svaga vindar, när det blåser t.ex. 8 m/s är inverkan av temperaturinversion därvid mindre. Liknande refraktion som inträffar på grund av temperaturgradienten inträffar som nämnts också på grund av olika vindhastighetsgradienter. Ljudmätning för kontroll av ljud från vindkraft och ljudberäkningar ska ske för fallet med nedåtböjande refraktion. Det ska ske för medvindfallet och en svagt positiv temperaturgradient. Ett annat fenomen som kan inträffa på grund av temperatugradienten är reflektioner i s.k. inversionskikt, skikt där temperaturgradienten plötsligt ändras, där man vid total reflektion av ljudstrålarna kan få onormalt höga ljudnivåer på stora avstånd. Viktigt att komma ihåg är att detta är onormalt höga ljudnivåer i relation till de normala ljudnivåerna på det avståndet. När det gäller påverkan på grund av temperaturinversion på ljud från vindkraft har det gjorts få studier. Den mest omfattande är en pågående studie som utförs på Uppsala Universitet, finansierad av Energimyndigheten, där docent Conny Larsson och doktorand Olof Öhlund utför långtidsmätningar på tre vindkraftparker i Sverige. Projektet har i syfte att genom långtidsmätningar studera hur meteorologin påverkar ljudutbredningen av ljud från vindkraft för att därefter förbättra de prediktionsmodeller som används vid beräkning av ljud från vindkraft. Mätningar i över ett år har bl.a. gjorts på 12 vindkraftverk vid Dragaliden vindkraftpark i Piteå kommun en vindkraftpark som får anses lokaliserad i liknande miljö som de som NV Nordisk Vindkraft planerar i Lycksele kommun. Ingen slutrapport har ännu presenterats från dessa mätningar men delresultat har presenterats bl.a. på Nationella vindkraftkonferensen i Kalmar 2012 (Larsson, 2012). Den kumulativa fördelningen av ljudnivån i Dragaliden under 10 månader ges i figur 1 i en mätpunkt där cirka 40 dba har beräknats på ett avstånd av cirka 1000 m från närmaste vindkraftverk. f.(larsson, 2012) Beräknad ljudnivå Cirka 40 dba Skrafferat område - Den beräknade ljudnivån överskrids under cirka 5 % av den totala mätperioden med upp till cirka 5 dba Figur 1. Mätresultat (kumulativ fördelning) för Dragaliden motsvarande 10 månaders mätningar, förtydligande noteringar i figuren utförda av ÅF. (Larsson C., 2012)
PM 3 (6) Av mätresultatet framgår att ljudnivån varierar med cirka 30 dba under mätperioden från de lägsta ljudnivåerna till de högsta. Under cirka fem procent av tiden, ungefär 18 dagar under ett år, är ljudnivån över den beräknade, 40 dba, med upp till 5 dba vilket bl.a. bör kunna hänföras till temperaturinversion. Noterbart är dock att större del av tiden är ljudnivån lägre en den beräknade vilket också säkerligen kan relateras bl.a. till refraktion vid negativ temperaturgradient. Liknande resultat bör kunna förväntas på längre avstånd där möjligtvis en ljudnivå över den beräknade på det avståndet kan uppträda under större del av tiden. Ljudnivån bör dock inte rimligtvis vara högre än den som mätts upp på 1000 m. 2.3 Förändrad geometrisk ljudutbredningsdämpning på grund av inversionskikt Det finns en teoretisk möjlighet att den geometriska ljudutbredningsdämpningen skulle kunna slå om från sfärisk till cylindrisk på grund av inversionskikt, se föregående avsnitt om inversionskikt. Detta skulle innebära att ljudutbredningsdämpningen blir 3 db per avståndsdubbling istället för 6 db som är brukligt över land. Ett sådant omslag har observerats vid kraftiga vindskikt, s.k. low level jets, över hav vilket ligger till grund för Naturvårdsverkets beräkningsmodell för hav. Ett omslag har där fastställts till 700 m från vindkraftverken. I den senaste varianten av b eräkningsprogrammet från Naturvårdsverket är omslagsavståndet ändrat till 1000 m. Detta skulle kunna ge högre ljudnivåer på längre avstånd från en vindkraftpark och kanske är en av orsakerna till de högre ljudnivåerna i figur 1. Noterbart är dock att detta inte innebär att en ljudnivå kan öka på längre avstånd och att detta är helt overifierat för ljud från vindkraft över land. 2.4 Ökat källjud vid nedisning av vindkraftverkens blad Det ljud från vindkraft som ofta kallas svisch -ljud uppkommer framförallt vid turbinbladens bakkant. Om bladets utseende ändras, t.ex. på grund av is på bladet, kan ljudets karaktär och källjud förändras. I syfte att undersöka detta har ett examensarbete utförts på KTH och ÅF, med undertecknad som handledare på ÅF, där långtidsmätningar har utförts nära ett vindkraftverk vid en vindkraftpark i kallt klimat (Arbinge, 2012). Huvudresultatet av detta arbete är att ljudnivån från aktuellt vindkraftverk med nedisade blad ökade i medel med 10 decibel. Dessa höga ljudnivåer kan dock bara förväntas under cirka 3 dagar på ett år för aktuell mätplats. Men det skulle kunna vara en förklaring till rapporter om höga ljudnivåer i närheten av vindkraftverk i kallt klimat. Inga mätningar gjordes på vindkraftverk med avisningssystem men det är troligt att detta skulle avhjälpa stora delar av probemet. För att dra några generella slutsatser bör det dock utföras fler mätningar på andra vindkraftverkstyper, på längre avstånd från vindkraftverken och på vindkraftverk med avisningssystem. 2.5 Amplitudmodulation Amplitudmodulation innebär att ljudet varierar i ljudnivå vilket kan göra ljudet mer hörbart. Det finns ett flertal studier som undersöker detta fenomen när det gäller ljud från vindkraft. Här kommenteras två av dessa studier som berör kallt klimat. Den ena studien är en delstudie från det projekt som Uppsala Universitet bedriver på uppdrag av Energimyndigheten där långtidsmätningar utförs på tre platser i Sverige bl.a. vid Dragaliden vindkraftpark. Delstudien är ett konferensbidrag till Internoise 2012 där amplitudmodulation analyseras och diskuteras (Larsson & Öhlund, 2012). I figur 2 redovisas amplitudmodulation vid Dragliden nära vindkraftparken samt på 3-4 kilometers avstånd.
PM 4 (6) Figur 2. Mätresultat amplitudmodulation nära och 3-4 kilometer ifrån Dragaliden vindkraftpark (Larsson & Öhlund, 2012). Resultatet är slående och kan vara en förklaring till att vindkraftverk har rapporterats hörbart på stora avstånd från vindkraftverk i kallt klimat. Det bör dock noteras att amplitudmodulation även uppträder i andra klimat och i studien redovisas även liknande resultat vid Ryningsnäs vindkraftpark i södra Sverige. En viktig slutsats från studien är också att amplitudmodulation framförallt inträffar vid tidpunkter som motsvarar temperaturinversion och låg turbulensintensitet, dv.s. kvällar och nätter. Viktigt att påpeka är dock att det fortfarande rör sig om relativt låga ljudnivåer och på mätplatsen vid Dragaliden var också bakgrundsnivån väldigt låg vilket ökar hörbarheten. Detta fenomen bör dock beaktas när det gäller rapporter om hörbarhet på stora avstånd från vindkraftparker och kan som sagt vara en förklaring till rapporterade störningar. Utbrott av ökad amplitudmodulation verkar hålla på några sekunder eller upp till någon minut. Liknande resultat presenteras även av di Napoli som har utfört mätningar på mindre vindkraftverk i finska lappland (di Napoli, 2011). Här rapporteras att ljud från vindkraft kan vara hörbart på stora avstånd som utbrott av amplitudvariationer av ljudnivån. Även här är bakgrundsnivån väldigt låg vilket ökar hörbarheten. Det konstateras även att det inte är säkert att den vanliga geometriska avståndsdämpningen över land kan antas för det amplitudmodulerade ljudet på stora avstånd utan avståndsdämpningen kan vara mindre. Kanske kan det sammanfalla med att amplitudmodulation även inträffar när det är temperaturinversion vilket även det kan förändra avståndsdämpningen av ljudet? 2.6 Snöns inverkan på ljudutbredningen Det är väl känt att snö kan ha en dämpande effekt på ljud. Ta exemplet när man står i en skog med nyfallen snö då tystnaden nästan kan bli påträngande. I (Larsson & Öhlund, 2012) och (Larsson C., 2012) rapporteras om denna dämpande effekt på ljudutbredningen i kallt klimat vid Dragaliden vindkraftpark, se figur 3.
PM 5 (6) Figur 3. Mätresultat Dragaliden vindkraftpark där snöns dämpande effekt redovisas (Larsson C., 2012). Av resultatet framgår att snön kan dämpa ljudet med upp till 15 decibel jämfört med bar mark. Detta bör också beaktas i en sammantagen bedömning av de olika faktorernas påverkan. Det är troligt att detta kan ge en inverkan på ljudutbredningsdämpningen vid t.ex. temperaturinversion eller isbildning som väger upp en del av den ökning som kan ske. 3 Slutsats I detta PM har ljudpåverkan på ljud från vindkraft i kallt klimat diskuterats. Det står klart att det är flera faktorer, både på ljudets uppkomst och ljudutbredning, som kan påverka ljudnivån framförallt på längre avstånd från en vindkraftpark. Temperaturinversion kan t.ex. ge förhöjda ljudnivåer vid vissa tillfällen. Det är dock viktigt att komma ihåg och ej blanda ihop att ljudnivån även vid stora delar av tiden är lägre, se t.ex. figur 1. Det finns även andra faktorer som kan ge motsatt påverkan t.ex. snöns dämpande effekt vilken verifierats i mätningar i kallt klimat. En viktig orsak till varför ljud från vindkraft kan vara extra hörbart på stora avstånd i kallt klimat är troligtvis amplitudmodulation som gör ljudet extra hörbart även vid låga ljudnivåer, detta finns det flertal rapporter och observationer om. I sammanhanget är det också viktigt att påpeka att t.ex. temperaturinversion inträffar och förväntas på alla normala ljudkällor utomhus i samhället vilket kan leda till stundtals högre ljudnivåer än de förväntade och som även tidvis kan överskrida riktvärden för respektive verksamhet. Med detta i åtanke kanske te.x. ett riktvärde som tillåter överskridande vid vissa tidpunkter är lämpligare, s.k. percentilvärden, där överskridande kan tillåtas t.ex. 5 eller 10 procent av tiden under ett år. I fallet med de av bolaget planerade etableringarna i Lycksele kommun finns det ej heller några vetenskapliga belägg för att detta område skulle skilja sig markant från andra områden i norra
PM 6 (6) Sverige gällande temperaturinversion, t.ex. Dragaliden. Med det inte sagt att ljudnivån inte kan bli högre än förväntat vid vissa tillfällen och kanske då i paritet, storleks- och tidsmässigt, med det som observerats vid Dragaliden. Det är också viktigt att betänka att även om ljud från vindkraft kan vara hörbart på stora avstånd betyder inte det att riktvärdet överskrids utan snarare att det finns en ökad hörbarhet, kanske på grund av amplitudmodulation och temperaturinversion. Slutligen går det också att konstatera att det finns lite forksning på vindkraft i kallt klimat vilket även Energimyndigheten har gjort då man nu utlyst anslag på 34 miljoner till just forskning kring vindkraft i kallt klimat. Detta kan förhoppningsvis leda till ytterligare studier kring ljud i kallt klimat. 4 Litteraturförteckning Arbinge, P. (2012). 4B1015 Master s Project in Technical Acoustics - The effect on noise emission from wind turbines due to ice accretion on rotor blades. Stockholm: TRITA-AVE-2012:62. di Napoli, C. (2011). Long distance amplitude modulation of wind turbine noise. Proceedings 4th International Meeting on Wind Turbine Noise. Rome: INCE. Larsson, C. (2012). Larsson_Nat_Vk-konf_Kalmar_2012.pdf. Hämtat från http://www.natverketforvindbruk.se/global/nationella%20vind/2012/f%c3%b6rdjupnin gar/tema%20ljud/larsson_nat_vk-konf_kalmar_2012.pdf Larsson, C., & Öhlund, O. (2012). Variations of sound from wind turbines during different weather conditions. Proceedings Internoise 2012. New York: INCE. ÅF-Infrastructure AB Ljud & Vibrationer Stockholm Paul Appelqvist Granskad av Martin Almgren Kvalitetsrådgivare