Tuulivoimakohteen melu- ja välkevarjostusmallinnus

Transkriptio

1 Tuulivoimakohteen melu- ja välkevarjostusmallinnus Kyyjärvi Peuralinna Asiakas: YIT Rakennus Oy

2 Tulosten käyttö- ja jakeluoikeudet Tämä raportti on luottamuksellinen ja laadittu yksinomaan raportissa mainitun vastaanottajan käyttöön. Asiakas voi kuitenkin käyttää tämän selvityksen tuloksia lähtötietoina raportissa mainitun kohteen tuulivoimaan liittyvissä jatkoselvityksissä ja suunnittelutyössä (ympäristöselvitykset, kaavoitus jne.) sekä hankkeiden toimijoiden valinnassa. Tulosten jakelu selvitysten osapuolille (esim. hankekehittäjä, kaavoittaja, viranomaiset) on myös sallittu luottamuksellisena, mutta tieto jakelusta on toimitettava Numerola Oy:lle. Muutoin aineiston esittely ja jakaminen edellyttävät Numerolan lupaa. 2

3 Projektiraportin nimi ja kirjoittajat Tuulivoimakohteen melu- ja välkevarjostusmallinnus: Kyyjärvi Peuralinna Erkki Heikkola ja Heikki Uuksulainen, Numerola Oy Vastaanottaja YIT Rakennus Oy Juhani Jankkari Aineiston käyttöoikeus Sisältää Maanmittauslaitoksen avoimen tietoaineiston lisenssin (04/2015) ( alaista materiaalia. Tiivistelmä Raportti sisältää arviot Kyyjärven kunnassa sijaitsevalle Peuralinnan alueelle suunnitellun kahdeksan tuulivoimalan kokonaisuuden aiheuttamista melu- ja välkevarjostusvaikutuksista. Arviointi on tehty laskennallisten menetelmien avulla. Tuulivoimaloiden aiheuttama melutaso on laskettu valmistajan ilmoittamalla turbiinityypin Vestas V126 melupäästön taajuusjakaumalla (oktaaveittain). Melumallinnuksessa on noudatettu ympäristöministeriön julkaisemaa mallinnusohjeistusta. Välkevarjostusmallinnus on tehty turbiinityypillä Nordex N131. Tulosten arvioinnissa on käytetty ympäristöhallinnon esittämiä ohjearvoja tuulivoimarakentamisen suunnitteluun. Paikka ja aika Jyväskylä Projektin vastuuhenkilöt Erkki Heikkola Asiatarkastus Pasi Tarvainen 3

4 Sisällysluettelo 1 Johdanto Melumallinnus Melumallinnusohjeistus Ohjearvot Kokonaismelun mallinnus Matalataajuisen melun mallinnus Välkevarjostusmallinnus Välkevarjostus Ohjearvot Mallinnusmenetelmä ja lähtöaineisto Välkevarjostusvaikutus Johtopäätökset Välkevarjostuksen laskentamenetelmä Yhteenveto melumallinnuksen tiedoista

5 1 Johdanto Selvityksessä arvioidaan Kyyjärven kunnassa sijaitsevalle Peuralinnan alueelle suunnitellun kahdeksan tuulivoimalan aiheuttaman äänen ja välkevarjostuksen vaikutusta. Kohteeseen sijoitettavien turbiinien paikat on esitetty kuvassa (Kuva 1) ja koordinaatit on annettu taulukossa (Taulukko 1). Melumallinnuksen analyysit perustuvat turbiinityypin Vestas V126, serrated trailing edges, teknisiin tietoihin. V126-turbiinin nimellisteho on 3,3 MW, roottorin halkaisija 126 m, napakorkeus 137 m ja valmistajan ilmoittama maksimiäänitehotaso 106 db(a). Välkevarjostusmallinnuksessa on käytetty turbiinityyppiä Nordex N131 napakorkeudella 144 m ja roottorin halkaisijalla 131 m. Taulukko 1: Turbiinien sijaintikoordinaatit ETRS-TM35FIN-koordinaatistossa. Turbiini N E T T T T T T T T Kuva 1: Tuulivoimaloiden sijainnit Peuralinnan alueella. 5

6 2 Melumallinnus Tuulivoimalaitosten melu aiheutuu pääosin lapojen tuottamasta aerodynaamisesta laajakaistaisesta ( Hz) melusta 1,2. Muita melulähteitä ovat sähköntuotantokoneiston yksittäiset osat (esim. vaihteisto ja generaattori), jotka tuottavat pääosin mekaanista melua. Tätä on pystytty tehokkaasti vaimentamaan, kun taas lapojen aerodynaamiseen meluun on vaikeampaa vaikuttaa. Aerodynaaminen melu on hallitseva varsinkin suurilla turbiineilla, ja se on lapojen pyörimisen vuoksi jaksottaista ja sisältää myös matalataajuisia komponentteja. Tuulivoimaloiden aiheuttaman melun voimakkuuteen, taajuuteen ja ajalliseen vaihteluun vaikuttavat erityisesti voimalatyyppi, voimaloiden lukumäärä, niiden etäisyys tarkastelupisteeseen ja tuulen nopeus. Melun leviäminen ympäristöön riippuu paikallisten maasto-olosuhteiden lisäksi hetkellisistä sääoloista kuten tuulen nopeudesta ja ilmakehän tasapainotilasta. Tarkempia taustatietoja tuulivoimaloiden aiheuttaman melun syntymekanismeista, luonteesta ja vaikutuksista on koottuna julkaisuihin 1,2,3. Ympäristöministeriö on julkaissut ohjeen tuulivoimaloiden melun mallintamiseen 4. Ohjeessa on annettu tietoja mallinnusmenettelyistä arvioitaessa tuulivoimaloiden aiheuttamaa melukuormitusta ympäristösuojelulain täytäntöönpanossa ja soveltamisessa, sekä maankäyttö- ja rakennuslain mukaisissa menettelyissä. Ohjeissa määritellään yksityiskohtaisesti käytettävät mallit, niiden parametrit ja lähtötiedot sekä tulosten esittämistavat. Yksityiskohtainen ohjeistus on koettu tarpeelliseksi, jotta mallinnustulokset olisivat aina tekijöistä riippumatta vertailukelpoisia keskenään. Tämän raportin melumallinnus on toteutettu ympäristöministeriön mallinnusohjeistuksen mukaisesti. 2.1 Melumallinnusohjeistus Melumallinnuksen lähtötietona käytetään standardin IEC TS mukaisten mittausten perusteella määritettyjä ja valmistajan ilmoittamia äänitehotason tunnus- tai takuuarvoja (valmistajan ilmoittama declared value tai warranted level, jossa varmuus melupäästön mahdollisessa verifioinnissa on noin 95 %). Äänitehotasot on ilmoitettava 1/3-oktaaveittain keskitaajuuksilla Hz ja oktaaveittain keskitaajuuksilla 31, Hz, ja ne tulee olla saatavilla 10 m:n referenssikorkeutta vastaavilla tuulen nopeuksilla 8 m/s ja 10 m/s. Melumallinnuksen epävarmuus on tarkastelussa ja ohjeistuksessa sisällytetty laskennassa käytettyyn tuuliturbiinien melupäästön arvoon, jolloin mallinnustuloksia voidaan suoraan verrata suunnitteluohjearvoihin ilman erillistä epävarmuustarkastelua, ja äänen etenemisen ja ympäristöolosuhteiden mallinnukseen voidaan käyttää vakioituja sää- ja ympäristöolosuhdearvoja. Turbiinityypille Vestas V126 käytettiin valmistajan ilmoittamia melutason arvoja, jotka ovat hanketoimijalta saadun tiedon mukaan valmistajan takuuarvoja. Lisäksi tiedossa tulee olla melupäästöön mahdollisesti liittyvät erityisen häiritsevät melukomponentit: melun kapeakaistaisuus, melun impulssimaisuus ja merkityksellinen sykintä (amplitudimodulaatio). Melun impulssimaisuuden ja merkityksellisen sykinnän vaikutukset oletetaan sisältyvän valmistajan ilmoittamiin melupäästön takuuarvoihin, eikä mallinnusohjeistuksessa edellytetä niiden erillistä tarkastelua. Mikäli tuuli- 1 C. Di Napoli: Tuulivoimaloiden melun syntytavat ja leviäminen, Suomen Ympäristö 4, S. Uosukainen: Tuulivoimaloiden melun synty, eteneminen ja häiritsevyys, VTT Tiedotteita 2529, D. Siponen: Noise Annoyance of Wind Turbines, VTT Research Report VTTR , Tuulivoimaloiden melun mallintaminen, Ympäristöhallinnon ohjeita , Ympäristöministeriö. 6

7 voimalan melupäästön tiedetään sisältävän kapeakaistaisia komponentteja, laskennan lähtöarvoihin voidaan lisätä sanktio. Käytettävien turbiinityyppien melupäästöjen ei tiedetä sisältävän tonaalisia komponentteja, joten lähtöarvoina käytetään valmistajan ilmoittamia kokonaisäänitehotasoja ja taajuusjakaumia. Äänen etenemislaskennassa käytetään ohjeen mukaisia ISO standardiin perustuvia sää- ja ympäristöolosuhdearvoja. Maaston pinnan laatu ja muoto otetaan mallinnuksessa erillisinä huomioon. Lisäksi pienitaajuisen äänen eteneminen tulee mallintaa erikseen ohjeistuksessa määritellyn erillislaskennan avulla, joka perustuu Tanskassa annettuun ohjeistukseen, jonka parametreja on mukautettu Suomen olosuhteisiin 5. Laskennassa otetaan huomioon geometrinen etäisyysvaimennus sekä ohjeistuksen mukaiset ilmakehän absorption ja maastovaikutuksen parametrit. Pienitaajuisen äänen tarkastelu tehdään erikseen 1/3-oktaaveittain taajuusalueella Hz melulle merkittävimmin altistuvien kohteiden (rakennusten) ulkopuolella. Laskennan tarkoituksena on tuottaa tieto ulkomelutasoista terssikaistoittain, ja niiden perusteella voidaan arvioida rakennuksen sisämelutaso oletetulla ääneneristävyydellä. 2.2 Ohjearvot Valtioneuvosto on antanut päätöksessään 993/1992 melutason yleiset ohjearvot 6. Päätöstä sovelletaan meluhaittojen ehkäisemiseksi ja ympäristön viihtyisyyden turvaamiseksi maankäytön, liikenteen ja rakentamisen suunnittelussa sekä rakentamisen lupamenettelyissä. Ohjearvot määritetään melun A- painotettuina päivä- (klo 07-22) ja yöajan (klo 22-07) ekvivalenttimelutasoina ulkoalueille asumiseen käytettävillä alueilla. Valtioneuvoston päätös on lainvoimainen. Ympäristöministeriön ohjeissa tuulivoiman suunnittelulle 7 on määritelty vastaavat ohjearvot tuulivoimatuotannon suunnittelulle. Ympäristöhallinnon antamat suunnitteluohjearvot eivät ole lainvoimaisia. Sekä valtioneuvoston päätöksen että ympäristöhallinnon antamissa ohjearvoissa määritellään, että mikäli tuulivoimalan ääni sisältää tonaalisia, kapeakaistaisia tai impulssimaisia komponentteja, tai että se on selvästi amplitudimoduloitunutta, mallinnustuloksiin lisätään 5 db ennen ohjearvoon vertaamista. Uuden melumallinnusohjeistuksen mukaan näiden vaikutusten oletetaan lähtökohtaisesti sisältyvän valmistajan ilmoittamiin melupäästön takuuarvoihin, eikä niihin liittyvää sanktiota edellytetä tehtäväksi. Suositusarvot on koottuna taulukkoon (Taulukko 2). 5 J. Jakobsen: Danish regulation for low frequency noise from wind turbines, Journal of Low Frequency Noise, Vibration and Active Control 31(4), VNp 993/92. Valtioneuvoston päätös melutason ohjearvoista. Annettu Tuulivoimarakentamisen suunnittelu, Ympäristöhallinnon ohjeita , Ympäristöministeriö,

8 Taulukko 2: Mallinnustulosten arvioinnissa sovellettavat ohjearvot. Asumiseen käytettävillä alueilla, virkistysalueilla taajamissa ja taajamien välittömässä läheisyydessä sekä hoito- ja oppilaitoksia palvelevilla alueilla (VNp993/92) Loma-asumiseen käytettävillä alueilla, leirintäalueilla, taajamien ulkopuolella olevilla virkistysalueilla ja luonnonsuojelualueilla (VNp993/92) Asumiseen käytettävät alueet, loma-asumiseen käytettävät alueet taajamissa, virkistysalueet (Ympäristöhallinnon ohjeita ) Loma-asumiseen käytettävät alueet taajamien ulkopuolella, leirintäalueet, luonnonsuojelualueet (yöarvoa ei sovelleta) (Ympäristöhallinnon ohjeita ) Päivä L Aeq [db] Yö L Aeq [db] Mikäli tuulivoimalan ääni sisältää tonaalisia, kapeakaistaisia tai impulssimaisia komponentteja, tai se on selvästi amplitudimoduloitunut, mallinnustuloksiin lisätään 5 db ennen ohjearvoon vertaamista. Sosiaali- ja terveysministeriö on määrittänyt voimaan astuvassa asumisterveysasetuksessa enimmäisarvot pienitaajuiselle yöaikaiselle melulle sisätiloissa 8. Ohjearvot on annettu terssikaistoittain painottamattomille tunnin keskiäänitasoille, ja ne on lueteltu taulukossa (Taulukko 3). Ohjeistuksen mukaiset mallinnustulokset vastaavat pienitaajuisen melun tasoa ulkotiloissa, joten ne eivät ole suoraan verrannollisia Asumisterveysasetuksen arvoihin. Ulkomelutasojen avulla voidaan kuitenkin arvioida sisämelutasoja, kun rakennuksen vaipan ääneneristävyys tunnetaan riittävällä tarkkuudella. Taulukko 3: Asumisterveysasetuksen ylärajat sisämelulle terssikaistoittain. Desibeliarvot ovat taajuuspainottamattomia. Taajuus [Hz] , Äänitaso L eq,1h [db] Kokonaismelun mallinnus Tuulivoimaloiden kokonaismelun mallinnus on suoritettu ISO laskentastandardin mukaisesti (Numerola Oy:n implementoima malli). Mallinnuksessa tuuliturbiinina on käytetty 3,3 MW:n Vestas V126 - turbiinia napakorkeudella 137 m (serrated trailing edges, roottorin halkaisija 126 m), jonka lähtömelutaso on 106 db(a) tuulen nopeuksilla m/s napakorkeudella. Melutaso vastaa suurinta ilmoitettua lähtömelutasoa. Näyttöä turbiinityyppien melun kapeakaistaisuudesta, impulssimaisuudesta tai amplitudimodulaatiosta ei ole tiedossa, joten siihen liittyvää sanktiota ei ohjeistuksen mukaan tule huomioida. Maaston korkeusaineistona on käytetty Maanmittauslaitoksen aineistoa Korkeusmalli 25 m, jonka pystysuuntainen tarkkuus on 2 m ja vaakasuuntainen resoluutio 25 m. Melutasot tuulivoimaloiden ympäristössä on laskettu hilapisteistöön, jonka korkeus on (ohjeistuksen mukaisesti) 4 m maanpinnasta ja vaakaresoluutio 10 m. Ilmakehän absorption aiheuttama vaimennus, äänen suuntaavuus ja sääolosuhteiden 8 Sosiaali- ja terveysministeriön asetus asunnon ja muun oleskelutilan terveydellisistä olosuhteista sekä ulkopuolisten asiantuntijoiden pätevyysvaatimuksista. Sosiaali- ja terveysministeriö

9 vaikutus äänen etenemiseen on määritetty ympäristöministeriön ohjeistusten mukaisesti. Tuulivoimalan sijoituspaikan ympäristössä maaston vaikutuskerroin on ollut maa-alueilla 0,4 ja vesialueilla 0,0. Korkeuserot tuulivoimaloiden ja melulle altistuvien rakennusten välillä on alle 60 m, joten maanpinnan muotoon liittyvää korjausta ei ole tehty. Akustisen laskennan lähtötiedoista ja parametreista on tehty yhteenveto lukuun 6. Taulukossa (Taulukko 4) on määritelty tuulivoimaloiden ympäristöstä neljä vertailukiinteistöä, kaksi asuinrakennusta (A1-A2) ja kaksi loma-asuntoa (L1-L2), joiden kohdilla kokonaismelun ja matalataajuisen melun tasoja tarkastellaan tarkemmin. Vertailukiinteistöjen paikat suhteessa tuulivoimaloihin on esitetty karttapohjalla (Kuva 2). Lähimpänä voimaloita sijaitsee L2, jonka etäisyys lähimpään voimalaan on noin 1250 m. Taulukko 4: Vertailukiinteistöjen koordinaatit. Kiinteistö N lat E lon Tyyppi A asuinrakennus A asuinrakennus L loma-asunto L loma-asunto Kuva 2: Vertailukiinteistöjen paikat Peuralinnan alueella. 9

10 Meluvaikutus Turbiinien aiheuttama mallinnettu A-painotettu kokonaisäänitaso on esitetty karttakuvana (Kuva 3). Alueen rakennustieto perustuu Maanmittauslaitoksen maastotietokannan aineistoon, jossa on eritelty alueen asuinrakennukset ja loma-asunnot. Karttakuviin on merkitty A-painotettujen äänitasojen 35 db, 40 db, 45 db ja 50 db mukaiset vyöhykkeet. Nämä ovat tulosten arvioinnissa käytettäviä ohjeellisia melutasoja. Tuulivoimalan läheisyydessä olevien lomarakennuksien kohdilla melutasot jäävät alle 35 db(a) ja asuinrakennusten kohdilla vastaavasti alle 40 db(a), joten valtioneuvoston päätöksessä tai ympäristöministeriön ohjeissa asetetut ohjearvot eivät ylity. Äänitasot määriteltyjen vertailukiinteistöjen kohdilla on lueteltu taulukossa (Taulukko 5). Korkein äänitaso 33,7 db(a) saavutetaan asuinrakennuksen A2 kohdalla. Taulukko 5: Kokonaismelun äänitasot vertailukiinteistöjen kohdilla. Kiinteistö Äänitaso db(a) A1 33,5 A2 33,7 L2 33,1 L1 32,3 Kuva 3: A-painotetut äänitasot tuulivoima-alueen ympäristössä. 10

11 2.4 Matalataajuisen melun mallinnus Matalataajuisen melun laskenta on suoritettu ympäristöministeriön mallinnusohjeistuksen mukaisesti4. Laskennan lähtötietona on käytetty A-painotettuja äänitehotasoja L WA terssikaistoittain taajuuksilla Hz. Mallinnuksen tuloksena saatavat A-painotetut arvot muunnetaan painottamattomiksi. Meluvaikutus Matalataajuisen melun arvioinnissa käytetään Suomen asumisterveysasetuksessa määriteltyjä taajuuskohtaisia arvoja, jotka antavat toimenpiderajat pienitaajuisen sisämelun yöaikaisille tasoille (Taulukko 3). Ympäristöministeriön ohjeistuksen mukainen mallinnus antaa matalataajuisen ulkomelun tasot voimaloita lähimpien kiinteistöjen kohdilla. Tulokset eivät siis ole suoraan vertailukelpoisia ohjearvojen kanssa, vaan tulkinnassa pitää huomioida myös rakennusten ulkovaipan ääneneristävyys. Ympäristöministeriön ohjeiden mukainen matalataajuisen melun laskenta perustuu Tanskan ympäristöhallinnon ohjeissa esitettyyn menetelmään 5, jonka parametreihin on tehty joitakin Suomen olosuhteisiin perustuvia tarkennuksia. Tanskan menetelmässä on määritelty rakennuksen ääneneristävyysparametri (ΔL σ ) taajuuskaistoittain, jolloin saadaan laskettua myös sisämelutasot ja ohjearvoihin verrannolliset mallinnustulokset. Sisämelutasojen laskennassa käytämme julkaisussa9 esitettyjä arvoja (Taulukko 6), jotka on määritelty Tanskan ympäristönsuojelulaitoksen (Danish EPA) suorittamien mittausten ja vertailujen perusteella. Nämä arvot ovat selkeästi alhaisempia kuin Tanskan ympäristöhallinnon ohjeissa annetut vastaavat arvot, ja ne antavat siten konservatiivisen arvion rakennusten aiheuttamalle ääneneristävyydelle. Taulukko 6: Viitteessä 9 annetut rakennuksen ääneneristävyyden arvot taajuuskaistoittain. Taajuus [Hz] , Ääneneristävyys [db] 3,6 4,6 6,7 7,6 10,3 14,2 17,5 18,4 17,5 18,6 22,4 Melutasoja tarkastellaan aiemmin määriteltyjen vertailukiinteistöjen A1-A2 ja L1-L2 paikoilla. Lisäksi lasketaan sisämelutasot eniten melulle altistuvassa kohteessa käyttäen taulukon (Taulukko 6) mukaisia ääneneristysarvoja ja verrataan näitä tuloksia Asumisterveysasetuksen ohjearvoihin. Turbiinien aiheuttama matalataajuinen ulkomelutaso vertailukiinteistöjen kohdilla taajuuskaistoittain ja ilman taajuuspainotusta on lueteltu taulukossa (Taulukko 7). Taulukkoon on eritelty ohjeistuksen mukaisesti lasketut ulkotilojen melutasot. Korkeimmat matalataajuisen melun tasot kohdistuvat kiinteistöön A2, jonka kohdalla on laskettu myös sisämelutasot ja verrattu niitä Asumisterveysasetuksen arvoihin (Kuva 4). Kun otetaan huomioon rakennuksien ääneneristävyys, melutasot jäävät selkeästi ohjearvojen alapuolelle koko taajuusvälillä. 9 D. Hoffmeyer, J. Jakobsen: Sound insulation of dwellings at low frequencies, Journal of Low Frequency Noise, Vibration and Active Control 29(1),

12 Äänitaso [db] Taulukko 7: Matalataajuisen ulkomelun äänitasot vertailukiinteistöjen kohdilla. taajuus , A1 51,3 52,7 47,1 45,9 46,4 45,3 42,7 40,9 40,1 32,8 30,7 A2 51,4 52,8 47,3 46,0 46,5 45,4 42,8 41,0 40,2 32,9 30,8 L2 50,6 52,0 46,5 45,3 45,8 44,6 42,0 40,3 39,5 32,1 30,1 L1 50,5 51,9 46,4 45,1 45,6 44,5 41,9 40,1 39,3 31,9 29, Ohjearvot A , Taajuus [Hz] Kuva 4: Matalataajuisen sisämelun tasot vertailukiinteistön A2 kohdalla. 12

13 3 Välkevarjostusmallinnus 3.1 Välkevarjostus Välkevarjostuksella tarkoitetaan tilannetta, jossa Aurinko paistaa tarkastelupisteeseen pyörivän roottorin läpi. Tällöin katselija havaitsee välkkyvän varjon, joka voi ulottua pisimmillään 1-3 km etäisyydelle voimalasta. Välkevaikutuksen etäisyyteen ja kestoon vaikuttavat tuulivoimalan korkeus ja roottorin halkaisija, vuoden- ja vuorokaudenaika, maaston muodot sekä näkyvyyttä rajoittavat tekijät kuten kasvillisuus ja pilvisyys. Välkevaikutuksen kohdistuminen tiettyyn kohteeseen voidaan ajoittaa tarkasti, joten välkevaikutusta voidaan rajoittaa ohjelmoimalla tuulivoimala pysähtymään välkkeen kannalta kriittisiksi ajoiksi. Suomen sijainnin vuoksi yksittäisen tuulivoimalan välkevaikutus kohdistuu valtaosin voimalan pohjoispuolelle (päiväaika) sekä lounais- ja kaakkoispuolille (aamu- ja ilta-ajat). Voimala aiheuttaa välkevaikutusta eteläpuolelleen vain, jos voimala sijaitsee joko Kravun kääntöpiirin eteläpuolella tai pohjoisen napapiirin pohjoispuolella. Välkevarjostuksen laskenta voi perustua joko ns. astronomisen maksimivälkkeen (worst case) tai todennäköisen tilanteen (real case) mallinnukseen. Astronomisen maksimivälkeen laskennassa oletetaan, että päiväaikaan Aurinko paistaa jatkuvasti, tuulivoimalan roottori pyörii jatkuvasti, ja roottori on aina kohtisuorassa Aurinkoa kohden. Todennäköisen tilanteen mallinnuksessa otetaan huomioon paikallinen tilastollinen aineisto auringonpaisteen määrästä ja ajoittumisesta sekä tuulen suuntien ja nopeuksien jakautumisesta. Tämän selvityksen välkelaskenta perustuu todennäköisen tilanteen mallinnukseen. 3.2 Ohjearvot Tuulivoimaloiden varjostusvaikutukselle ei ole Suomessa määritelty ohjearvoja. Ympäristöministeriön ohjeissa tuulivoimapuiston suunnitteluun suositellaan käytettäväksi muiden maiden ohjeistuksia välkemäärien osalta 7. Tanskassa on määritetty vuotuisen välketuntimäärän raja-arvoksi 10 h. Ruotsissa käytettävä suositusarvo on 8 h ja korkeintaan 30 min päivässä 10. Näiden ohjearvojen käyttö edellyttää todennäköisen välketilanteen laskentaa. Mikäli välketuntien arvioinnissa käytetään laskennallista maksimituntimäärää, voidaan välkevaikutuksien ohjearvona käyttää Saksassa käytettävää 30 h raja-arvoa. Tässä raportissa analysoitu välkevaikutus vastaa todellista odotettavissa olevaa välketuntimäärää, ja näin ollen suunnitteluohjearvona käytetään 8 tai 10 tuntia. 3.3 Mallinnusmenetelmä ja lähtöaineisto Tuulivoimaloiden aiheuttama vilkkuva varjostus (shadow flicker) arvioitiin geometrisella laskentamallilla, joka huomioi Auringon paikan vuoden eri aikoina, tuulivoima-alueen maastonmuodot sekä tuuliturbiinien dimensiot (Numerola Oy:n implementoima malli). Laskennan tuloksena saadaan tieto siitä, kuinka monta tuntia vuodessa alueen eri kohteet ovat vilkkuvan varjostuksen alaisena. Tulosta havainnollistetaan tasa- 10 Boverket: Vindkraftshandboken, Planering och prövning av vindkraftverk på land och i kustnärä vattenområden,

14 arvokäyrästöllä, jonka perusteella voidaan arvioida varjostusvaikutusta tarkastelualueella. Välkeaskennassa on käytetty turbiinityyppiä Nordex N131 ja napakorkeutta 144 m. Tarkastelualueiden maanpinnan korkeuserot on saatu Maanmittauslaitoksen aineistosta Korkeusmalli 25 m. Korkeusdatan resoluutio on 25 m ja tarkkuus 2 m. Laskennassa huomioitiin korkeuserot siten, että jos Auringon, turbiinin ja tarkastelupisteen kautta kulkeva jana leikkaa maanpintaa, niin varjostusta ei esiinny. Varjostusvaikutus laskettiin 1,5 m korkeudelle maanpinnasta. Auringonpaistekulman rajana horisontista käytettiin kolmea astetta, jonka alle menevää säteilyä ei oteta huomioon varjostuksessa. Turbiinin lapojen aiheuttama varjo heikkenee asteittain liikuttaessa etäämmälle turbiinista, eikä tietyn etäisyyden jälkeen varjo ole enää ihmissilmin havaittavissa. Tämä etäisyys riippuu turbiinin lavan leveydestä, ja esimerkiksi Ruotsin tuulivoimarakentamisen suunnitteluohjeistuksessa määritellään, että välkevarjostus huomioidaan mikäli lapa peittää vähintään 20 % Auringosta. Käytännössä tämä asettaa lavan leveydestä riippuvan maksimietäisyyden yksittäisen turbiinin aiheuttamalle välkevaikutukselle, eikä sen ulkopuolella välkevaikutusta ole. Yleensä välkelaskennan maksimietäisyyden laskenta perustuu lavan keskimääräiseen leveyteen, joka määrää maksimietäisyyden. Käytännössä turbiinin lapa ei ole vakiolevyinen: Levein kohta sijaitsee lähellä turbiinin napaa ja lapa kapenee huomattavasti kärkeä kohti liikuttaessa. Tällä perusteella lavan tyven välkevaikutus ulottuu huomattavasti pidemmälle kuin lavan kärjen, mikäli arviointiperusteena käytetään Auringon peittoastetta. Tässä selvityksessä välkelaskennassa ei ole käytetty tavanomaista maksimietäisyyttä, vaan on huomioitu turbiinin muuttuva lapaprofiili. Laskentamenetelmän yksityiskohdat on kuvattu luvussa 5. Todelliseen välkevaikutukseen vaikuttavat turbiinien käyttöaste, puusto ja paikallinen säätila (pilvisyys ja tuulisuus). Jos esimerkiksi tuulen suunta on kohtisuorassa Auringon ja tarkastelupisteen välistä linjaa vasten, ei varjostusvaikutusta esiinny. Varjostuksen laskennassa turbiinin orientaatio voidaan määrittää, jolloin roottori oletetaan tiettyyn suuntaan asetetuksi ympyrätasoksi. Laskenta on suoritettu kuudella eri turbiinien orientaatiolla. Tämä vastaa 12 tuulen suuntasektorin varjostustuloksia, sillä vastakkaiset tuulensuunnat aiheuttavat välkkeen kannalta efektiivisesti saman roottorin orientaation. Kullakin tuulen suunnalla laskettua välketuntimäärää on skaalattu Suomen tuuliatlaksesta saatavan suuntasektorin esiintymisfrekvenssillä ja suuntakohtaisesta nopeusjakaumasta määritellyn turbiinin käyntinopeuksien ajallisella osuudella. Käynnistysnopeutta alemmissa tai pysäytysnopeutta korkeammissa tuulissa turbiinit ovat paikallaan, jolloin roottorin pyörimisestä aiheutuvaa valon välkkymistä ei esiinny. Suomen tuuliatlaksen tuulisuusestimaatti on otettu tuulivoima-alueen keskeltä korkeudelta 150 m, ja sen perusteella lasketut suuntasektorikohtaiset osuudet turbiinin käyntinopeusvälille osuville tuulille on lueteltu taulukossa (Taulukko 8). Paikallinen pilvisyys on huomioitu skaalaamalla eri roottoriorientaatioilla laskettuja varjostusaikoja Jyväskylän mittausasemalta mitattujen auringonpaistetuntien suhteellisella osuudella teoreettisesta maksimipaistetuntien määrästä 11. Jyväskylän mittausten perusteella lasketut kuukausittaiset auringonpaisteen todennäköisyydet on koottuna taulukkoon (Taulukko 9). Suuntakohtaisesti skaalatut välketuntimäärät 11 P. Pirinen et al.: Tilastoja Suomen ilmastosta , Ilmatieteen laitos, Raportteja 2012:1. 14

15 yhteen laskien saadaan arvio todellisesta, säätilan huomioonottavasta välketuntimäärästä tarkastelualueella. Taulukko 8: Suuntasektorikohtaiset osuudet yli 3 m/s tuulennopeuksille Suomen tuuliatlaksen perusteella. Suuntasektori 0/180 30/210 60/240 90/ / /330 Yli 3 m/s osuus 0,154 0,168 0,164 0,141 0,134 0,147 Taulukko 9: Auringonpaisteen kuukausittaiset todennäköisyydet Jyväskylän sääasemalla. Kuukausi Auringonpaisteen todennäköisyys Tammikuu 0,152 Helmikuu 0,290 Maaliskuu 0,345 Huhtikuu 0,419 Toukokuu 0,464 Kesäkuu 0,416 Heinäkuu 0,452 Elokuu 0,402 Syyskuu 0,310 Lokakuu 0,191 Marraskuu 0,119 Joulukuu 0, Välkevarjostusvaikutus Mallinnetut arviot todellisten välketuntien vuotuisesta määrästä on esitetty karttakuvana (Kuva 5). Todellisten välketuntien määrä jää alle 8 tunnin ohjearvon kaikilla alueen rakennuksilla. Korkein välkevaikutus (2,2 h) kohdistuu vertailukiinteistöön A1, jonka kohdalla välkkeen ajoittuminen vuoden- ja vuorokaudenaikojen suhteen on esitetty taulukossa (Taulukko 10). Kiinteistön kohdalla vaikutus ajoittuu pääosin toukokuulle ja heinäkuulle iltapäiviin klo Mallinnuksessa ei ole huomioitu paikallisen puuston vaikutusta turbiinien näkyvyyteen ja välkevaikutukseen. Suomen olosuhteissa puusto rajoittaa merkittävästi näkyvyyttä turbiineille ja vähentää vuotuista välkevaikutusta. 15

16 Kuva 5: Tuulivoimaloiden aiheuttama välketuntien määrä. Taulukko 10: Välkevaikutuksen ajoittuminen ja kesto minuutteina kiinteistön A1 kohdalla. Kellonaika Tammikuu Helmikuu :05 Maaliskuu :12 Huhtikuu :02 Toukokuu :47 Kesäkuu :02 Heinäkuu :43 Elokuu :06 Syyskuu :08 Lokakuu :06 Marraskuu Joulukuu Yhteensä :48 0: :12 16

17 4 Johtopäätökset Raportissa on esitetty Kyyjärven kunnan Peuralinnan alueelle suunniteltujen kahdeksan tuulivoimalan ympäristölleen aiheuttaman melu- ja välkevarjostusvaikutuksen laskennalliset arviot. Melumallinnuksessa vaikutusten arvio on tehty voimalatyypillä Vestas V126 (serrated trailing edges), jonka nimellisteho on 3,3 MW ja kokonaismelutaso 106 db(a). Välkevarjostusmallinnuksessa on käytetty voimalatyyppiä Nordex N131 napakorkeudella 144 m ja roottorin halkaisijalla 131 m. Mallinnusten perusteella kokonaismelun ja matalataajuisen melun sekä välkevaikutuksen ohjearvot eivät ylity lähialueen asunnoilla. 17

18 5 Välkevarjostuksen laskentamenetelmä Välkevaikutuksen laskennassa hyödynnetään taivaanpallon käsitettä, joka on maapallon maantieteellistä koordinaatistoa vastaava kuvitteellinen kuori katsottaessa maapallolta taivaalle. Samalla tavoin kuin paikan sijainti maapallolla voidaan ilmoittaa pituus- ja leveyspiirien avulla, voidaan taivaankappaleiden paikat taivaanpallolla ilmoittaa kahden koordinaatin (rektaskensio ja deklinaatio) avulla. Aurinko kulkee vuoden aikana taivaanpallolla kääntöpiirien väliin asettuvalla nauhalla, ja Auringon esiintymistiheys kyseisellä nauhalla voidaan esittää tiheysfunktiona. Tiettyyn pisteeseen kohdistuvaa vuotuista välkevaikutusta laskettaessa tarkastellaan sitä osaa taivaanpallosta, joka näkyy pisteeseen tuulivoimaloiden roottorikehien läpi. Näkyvyyden arvioinnissa otetaan huomioon paikallinen maaston korkeusaineisto. Mikäli kääntöpiirien väliin asettuva nauha ei näy roottorikehien läpi, tarkastelupisteeseen ei kohdistu välkevaikutusta. Muussa tapauksessa yksittäisen turbiinin aiheuttamien välketuntien määrä saadaan integroimalla tiheysfunktiota turbiinin roottorikehän läpi näkyvällä taivaanpallon osuudella. Turbiinien yhteisvaikutus saadaan summaamalla turbiinikohtaiset välketunnit ottaen kuitenkin huomioon mahdolliset päällekkäisyydet roottorikehien peittämissä alueissa. Laskenta suoritetaan erikseen turbiinien eri orientaatioille, joita skaalataan suuntakohtaisilla tuulisuusosuuksilla. Huomioitaessa kuukausittaista (tai muuta lyhytaikaista) vaihtelua auringonpaisteen todennäköisyydessä, taivaanpallon nauha jaetaan vastaaviin osiin Auringon deklinaation mukaan. Tiheysfunktio määritellään näissä osissa erikseen, ja integroinnin tuloksia skaalataan kuukausikohtaisilla todennäköisyyksillä. Turbiinin lapojen aiheuttama varjo heikkenee asteittain liikuttaessa etäämmälle turbiinista, eikä tietyn etäisyyden jälkeen varjo ole enää ihmissilmin havaittavissa. Tämä etäisyys riippuu turbiinin lavan leveydestä, ja esimerkiksi Ruotsin ja Saksan tuulivoimarakentamisen suunnitteluohjeistuksessa määritellään, että välkevarjostus huomioidaan, mikäli lapa peittää vähintään 20 % Auringosta. Käytännössä tämä asettaa lavan leveydestä riippuvan maksimietäisyyden yksittäisen turbiinin aiheuttamalle välkevaikutukselle, eikä sen ulkopuolella välkevaikutusta ole. Kun lavan leveys on w metriä, niin 20 % Auringon peittoon perustuvan välkevarjostuksen maksimietäisyyden määrittämiseen voidaan johtaa laskentakaava maksimietäisyys = (5 * d * w)/ , missä d on etäisyys Aurinkoon ( km). Yleensä välkelaskennan maksimietäisyyden laskenta perustuu lavan keskimääräiseen leveyteen, joka määrää maksimietäisyyden. Käytännössä turbiinin lapa ei ole vakiolevyinen: Levein kohta sijaitsee lähellä turbiinin napaa ja lapa kapenee huomattavasti kärkeä kohti liikuttaessa. Tällä perusteella lavan tyven välkevaikutus ulottuu huomattavasti pidemmälle kuin lavan kärjen, mikäli arviointiperusteena käytetään Auringon peittoastetta. Seuraavassa kaaviokuvassa on esitetty yksinkertaistettu malli tyypillisestä profiilista, jossa lavan maksimileveys on H etäisyydellä L lavan tyvestä. Lavan kokonaispituus on R ja lavan leveys 90% etäisyydellä tyvestä on h. Lavan oletetaan kapenevan lineaarisesti arvosta H arvoon h liikuttaessa maksimikohdasta kärkeen. Tavanomaisesti välkelaskennassa turbiinin keskimääräinen leveys määritetään parametrien H ja h keskiarvona (esim. WindPRO Shadow). 18

19 Kuva 6: Turbiinin lavan yksinkertaistettu profiili. Tämän raportin välkelaskennassa huomioidaan lavan leveyden muuttuminen laskemalla leveyksiä H ja h vastaavat välkevarjostuksen maksimietäisyydet D H ja D h : D H(h) = (5 * d * H(h))/ Jos laskentapisteen ja turbiinin välinen etäisyys on pienempi kuin D h, niin välkelaskennassa huomioidaan turbiinin roottori kokonaisuudessaan (säde R). Jos etäisyys on suurempi kuin D H, niin turbiinin välkevaikutus tulkitaan nollaksi, eikä turbiinia huomioida välkevaikutuksen laskennassa. Mikäli laskentapisteen ja turbiinin välinen etäisyys t liikkuu arvojen D h ja D H välillä, niin laskennassa huomioitava roottorin säde r muuttuu lineaarisesti arvosta R arvoon L: r = L (t - D h )/(D H D h ) + R (D H t)/(d H D h ). Tällä tavoin välkelaskennassa huomioidaan turbiinin muuttuva lapaprofiili, ja saadaan realistisempia tuloksia kuin olettamalla tietty keskimääräinen lavan leveys ja sitä vastaava kiinteä maksimietäisyys. Välkelaskennassa tarvittavia laskentaparametreja ovat H, h ja L. Turbiinityypin Nordex N131 lavan maksimileveys H on 4 m, ja valmistajan ilmoittama keskimääräinen leveys on noin 2.4 m. Lavan leveimmän kohdan oletetaan sijaitsevan 10% etäisyydellä tyvestä eli L=0.1*R. Tarkkaa tietoa parametrin h arvosta ei ollut käytettävissä, mutta keskimääräisen leveyden perusteella käytettiin arvoa 1 m. 19

20 6 Yhteenveto melumallinnuksen tiedoista Tekijä: Vastaanottaja: Kohde: Erkki Heikkola ja Heikki Uuksulainen, Numerola Oy Juhani Jankkari, YIT Rakennus Oy Peuralinna, Kyyjärvi, 8 tuulivoimalaa Mallinnusmenetelmä: ISO Tuulivoimalan tiedot Valmistaja ja tyyppi Nimellisteho Napakorkeus Roottorin halkaisija Äänitehotaso Vestas V126 3,3 MW 137 m 126 m 106 db(a) (tuulennopeudella 15 m/s napakorkeudella) Valmistajan ilmoittama takuuarvo Melun erityispiirteiden mittaus ja havainnot Kapeakaistaisuus/ ei tonaalisuus Impulssimaisuus ei Merkityksellinen sykintä ei Laskennan parametrit Laskentakorkeus 4 m Laskentaruudun koko 10 m x 10 m Suhteellinen kosteus 70 % Lämpötila 15 C Maastoparametri 0 (vesialueet) 0,4 (maa-alueet) Meteorologinen korjaus 0 Maastomallin tiedot Lähde Vaakaresoluutio Pystyresoluutio Korkeusmalli 25 m, Maanmittauslaitos 25 m 2 m Melulle altistuvat kohteet (melutaso ylittää ohjearvon) Lomarakennukset 0 kpl Asuinrakennukset 0 kpl 20