Vastaanottaja Aurinkosiipi Oy Asiakirjatyyppi Raportti Päivämäärä 25.9.2014 Viite 1510002627 MIEKKIÖN TUULIVOIMA- HANKE VÄLKEMALLINNUS
MIEKKIÖN TUULIVOIMAHANKE VÄLKEMALLINNUS Päivämäärä 25.9.2014 Laatija Tarkastaja Arttu Ruhanen Kirsi Lehtinen Viite 1510002627 Ramboll Niemenkatu 73 15140 LAHTI T +358 20 755 611 F +358 20 755 7801 www.ramboll.fi
VÄLKEMALLINNUS SISÄLTÖ 1. Yleistä 1 2. Suunnitteluohjearvot 1 3. Vaikutusmekanismit 1 4. Mallinnusmenetelmä ja lähtötiedot 2 4.1 Mallinnusohjelma ja laskentamalli 2 4.2 Maastomalli 2 4.3 Välkelaskenta 2 4.4 Laskentojen epävarmuus 3 4.5 Tuulivoimatiedot 4 5. Mallinnustulokset 5 6. Välkevaikutuksien vähentäminen ja rajoitustarve 6 LÄHTEET 7 LIITTEET 7
VÄLKEMALLINNUS 1 1. YLEISTÄ Aurinkosiipi Oy suunnittelee tuulivoimaloiden rakentamista Hollolan Miekkiöön. Hankealue sijoittuu Valtatien 4 ja Helsingintien (mt 140) väliin. Tämän työn tarkoituksena on ollut selvittää suunniteltujen tuulivoimalaitosten aiheuttamat liikkuvan varjostuksen vaikutukset niiden ympäristössä. Ympäristöministeriön Tuulivoimarakentamisen suunnittelu (Ympäristöhallinnon ohjeita 4/2012) oppaan mukaisesti liikkuvasta varjosta puhutaan välkkeenä. Selvitys liittyy rakennuslupakäsittelyyn. Työ on tehty Aurinkosiipi Oy:n toimeksiannosta, josta yhteyshenkilönä on ollut Matias Partanen. Ramboll Finland Oy:ssä työstä on vastannut projektipäällikkö FM Kirsi Lehtinen. Välkemallinnuksen ja raportoinnin on tehnyt suunnittelija ins.(amk) Arttu Ruhanen. 2. SUUNNITTELUOHJEARVOT Tuulivoimaloista aiheutuvalle vilkkuvalle varjostukselle ei ole määritelty Suomessa raja- tai ohjearvoja. Ympäristöministeriön julkistamassa Tuulivoimarakentamisen suunnittelu (Ympäristöhallinnon ohjeita 4/2012) oppaassa suositellaan käyttämään apuna muiden maiden suosituksia välkkeen rajoittamisesta. [1] Eri maissa on annettu suunnitteluarvoja tai raja-arvoja välkkeen määrälle asutukselle tai muille altistuville kohteille. Saksassa on annettu ohjeistus (WEA-Schattenwurf-Hinweise) mallintamiseen sekä raja-arvot maksimivälketilanteessa sekä todellisessa tilanteessa [2]. Ruotsalaisessa suunnitteluohjeistuksessa viitataan saksalaiseen ohjeistukseen ja suositukset perustuvat pitkälti saksalaiseen ohjeistukseen [3]. Tanskassa on ohjeistuksena annettu, että vuotuinen todellinen välkemäärä tulee rajoittaa kymmeneen tuntiin vuodessa [4]. Taulukko 1. Esimerkkejä muiden maiden suosituksista ja raja-arvoista välkkeen esiintymisen osalta Maa Real Case Worst Case Saksa 8 tuntia/vuosi 30 tuntia/vuosi 30 min/päivä Ruotsi 8 tuntia/vuosi 30 min/päivä - Tanska 10 tuntia/vuosi - 3. VAIKUTUSMEKANISMIT Tuulivoimalat voivat aiheuttaa välkevaikutusta lähiympäristöönsä, kun auringon säteet suuntautuvat tuulivoimalan roottorin lapojen takaa tiettyyn katselupisteeseen. Toiminnassa oleva tuulivoimala aiheuttaa tällöin ns. vilkkuvaa välkeilmiötä. Välketaajuus riippuu roottorin pyörimisnopeudesta eli tuulennopeudesta. Välkeilmiö on säästä riippuvainen ja sitä ei esiinny kun aurinko on pilvessä tai kun tuulivoimala ei ole käynnissä. Pisimmälle varjo ulottuu, kun aurinko on matalalla (aamulla ja illalla). Kun aurinko laskee riittävän matalalle, yhtenäistä varjoa ei enää muodostu. Tämä johtuu siitä, että valonsäteet joutuvat kulkemaan pitemmän matkan ilmakehän läpi, jolloin säteily hajaantuu.
VÄLKEMALLINNUS 2 4. MALLINNUSMENETELMÄ JA LÄHTÖTIEDOT 4.1 Mallinnusohjelma ja laskentamalli Suunnitellun tuulivoimalan ympäristöönsä aiheuttaman ns. vilkkuvan varjostuksen esiintymisalue ja esiintymistiheys laskettiin EMD WindPRO 2.9 -ohjelman Shadow -moduulilla, joka laskee kuinka usein ja minkälaisina jaksoina tietty kohde on tuulivoimaloiden luoman vilkkuvan varjostuksen alaisena. Ohjelma on yleisesti käytössä tuulivoimaloiden aiheuttaman vilkkuvan varjostuksen mallinnuksessa. Lisätietoja ohjelmasta ja laskentamallin kuvauksen saa internet-osoitteesta http://www.emd.dk/ löytyvästä ohjelman käyttöohjeesta [5]. Ohjelmalla voidaan tehdä kahdentyyppisiä laskentoja, ns. Pahin tilanne (Worst Case)- ja Todellinen tilanne (Real Case) -laskelmia. Vilkkuvan varjostuksen esiintymisalueesta laskettavan kartan lisäksi voidaan laskea yksittäisiin katselupisteisiin (receptor) kohdistuvaa välkevaikutusta. Kuva 1. Tuulivoimalan aiheuttaman vilkkuvan varjostuksen alue voimalan takana [5] 4.2 Maastomalli Laskennassa käytettävä maastomalli luotiin Maanmittauslaitoksen maastotietokannan korkeuskäyräaineistosta. Maastomallissa ei huomioitu puustoa tai rakennuksia. Välkekarttoihin merkityt asuin- ja lomarakennuspisteet saatiin Maanmittauslaitoksen maastotietokannasta. 4.3 Välkelaskenta Laskentapisteiden väliseksi etäisyydeksi määritettiin 10 metriä. Laskennan tarkastelukorkeutena käytettiin 1,5 metriä, eli noin ihmisen silmänkorkeutta. Välkkeen teoreettinen maksimietäisyys määräytyy mallinnuksessa käytettyjen laitosmallien tiedoista WindPro:n kirjastosta. Laskenta tehtiin 2 minuutin tarkkuudella. Laskennassa käytetyn saksalaisen ohjeistuksen (joka on yleisesti käytössä oleva laskentatapa) mukaan välkevaikutusta laskettaessa auringonpaistekulman raja horisontista on kolme astetta, jonka alle menevää auringon säteilyä ei oteta huomioon ja laskennassa roottorin lavan tulee peittää vähintään 20 % auringosta [2]. Worst Case laskenta antaa teoreettisen maksimivälkemäärän. Laskenta olettaa auringon paistavan koko ajan, kun aurinko on horisontin yläpuolella ja tuulivoimaloiden oletetaan käyvän koko ajan sekä tuulen suunnan seuraavan aurinkoa siten, että välkettä syntyy tarkastelupisteeseen aina maksimaalinen määrä. Tulos on teoreettinen, koska sään ollessa pilvinen tai tuulivoimalan ollessa pysähdyksissä tuulivoimala ei aiheuta liikkuvaa varjoa. Roottorin asento voi rajoittaa paljonkin voimalan takana olevaa välkealueen kokoa. Myös tuulen suunnan painaessa lavan tason samansuuntaiseksi kuin auringon ja katselupisteen välinen jana, tuulivoimala ei aiheuta välkevaikutusta. Real Case laskennoissa huomioidaan alueen tuulisuus- ja auringonpaistetiedot. Real Case tulos saadaan, kun Worst case -tuloksista tehdään vähennykset auringonpaiste- ja käyttötuntitilastoihin perustuen. Säähavaintotietoina käytettiin Ilmatieteen laitoksen Helsinki-Vantaan lentoaseman sääaseman keskiarvoisia auringonpaisteisuus- ja tuulensuuntatietoja ilmastolliselta vertailukau-
VÄLKEMALLINNUS 3 delta 1981-2010. Voimalan roottorin on oletettu tässä laskennassa liikkuvan 80 % vuoden tunneista. Real Case -välkevyöhykelaskennan lisäksi laskentoja tehtiin myös yksittäisiin reseptoripisteisiin hankealueen ympäristössä. A B C E D Kuva 2. Reseptoripisteiden sijainnit 4.4 Laskentojen epävarmuus Koska Worst Case -laskenta perustuu auringon asemaan suhteessa tuulivoimalaitokseen ja tarkastelupisteeseen, voidaan laskennan tarkkuutta pitää hyvinkin luotettavana. Real Case -tuloksiin vaikuttavat mallinnuksessa käytetyt auringonpaisteisuustiedot ja tuulen suuntien toiminnalliset ajat. Mikäli voimalan roottori liikkuu tunteina vähemmän ja aurinko paistaa vähemmän, vähentää se välkeilmiön esiintymistä nyt lasketusta, ja mikäli enemmän, se vastaavasti lisää välkeilmiön esiintymismahdollisuuksia Real Case -tuloksissa. Mallinnuksen mukainen Real case -tulos kuvaa tavanomaisen vuoden tilannetta. Välkevaikutusten todellinen tilanne siis vaihtelee eri vuosina, koska välkkeen esiintyminen tietyssä katselupisteessä tietyllä hetkellä edellyttää, että aurinko paistaa tuulivoimalaitosten roottorin takaa tarkastelupisteeseen tuulivoimala pyörii ja tuulen suunta mahdollistaa vilkkuvan varjon syntymisen ilman kirkkaus mahdollistaa vilkkuvan varjon syntymisen Laskenta ei huomioi metsän ja muun kasvillisuuden aiheuttamaa peitevaikutusta. Jos tuulivoimaloiden ja katselupisteen välillä on muita välkkeen esiintymiseen vaikuttavia asioita, kuten esimerkiksi tiheää metsää tai korkeita rakennelmia, eivät todelliset välkevaikutukset ole välttämättä niin suuret kuin mallinnustulokset. Jos tuulivoimalat eivät näy katselupisteeseen, ei myöskään välkettä aiheudu.
VÄLKEMALLINNUS 4 4.5 Tuulivoimatiedot Laskentoja tehtiin kolmella eri laitosmallilla ja sijoittelulla. Nordex N131/3000 laitoksia huomioitiin 4 kpl (napakorkeus 144 metriä ja roottori 131 m, maksimivälke-etäisyys 1721 m). Siemens SWT-3.0-113 laitoksia huomioitiin 3 kpl (napakorkeus 120 m ja roottori 113 m, maksimivälke-etäisyys 1357 m). Gamesa G128-4.5MW laitoksia huomioitiin 2 kpl (napakorkeus 140 m ja roottori 128 m, maksimivälke-etäisyys 2500 m). Taulukko 2. Tuulivoimalaitosten koordinaatit (ETRS-TM35FIN), kun tuulivoimalat Nordex N131/3000 mallisia Nro Nimi E / lon N / lat 1 Laki 422230 6752663 2 Mäyrä 422868 6752634 3 Tuohi L 422427 6753883 4 Tuohi P 423157 6754226 Taulukko 3. Tuulivoimalaitosten koordinaatit (ETRS-TM35FIN), kun tuulivoimalat Siemens SWT-3.0-113 mallisia Nro Nimi E / lon N / lat 1 Laki 422230 6752663 3 Tuohi L 422328 6753945 4 Tuohi P 423169 6754302 Taulukko 4. Tuulivoimalaitosten koordinaatit (ETRS-TM35FIN), kun tuulivoimalat Gamesa G128-4.5MW mallisia Nro Nimi E / lon N / lat 1 Laki 422230 6752663 4 Tuohi P 423169 6754302
VÄLKEMALLINNUS 5 5. MALLINNUSTULOKSET Välkekartat eri tuulivoimalamalleilla on esitetty liitteissä 1-3. Nordex N131/3000 tuulivoimaloilla laskettuna Real Case -välkelaskennan mukaan välkealueelle jossa vuotuinen välkemäärä 8-10 tuntia, jää asuintaloja 4 kpl ja 10 tuntia vuodessa ylittävälle välkealueelle asuintaloja 4 kpl. Siemens SWT-3.0-113 tuulivoimaloilla laskettuna Real Case mallinnuksen mukaan 2 kpl asuintaloja ja 1 kpl loma-asuntoja jää välkealueelle, jossa välkemäärä on 8-10 tuntia vuodessa. Gamesa G128-4.5MW tuulivoimaloilla laskettuna Real Case -välkelaskennan mukaan kaikki asuintalot ja loma-asunnot jäävät välkealueen ulkopuolelle, jossa vuotuinen välkemäärä ylittää 8 tuntia. Reseptoripiste A on asetettu hankealueen luoteispuolella ja reseptoripiste B länsipuolella Helsingintien varren asuintalolle, reseptoripiste C Tuohijärven loma-asutukselle, reseptoripiste D hankealueen lounaispuolelle Pitkäkallion suunnalla olevan asuintalon kohdalle ja reseptoripiste E voimalan 2 länsipuolella sijaitsevan asuintalon kohdalla. Taulukko 5. Reseptoripistelaskentojen tulokset Piste Real Case Worst Case Tuntia vuodessa Tuntia vuodessa Tuntia päivässä Nordex, 4 kpl Siemens, 3 kpl Gamesa, 2 kpl Nordex, 4 kpl Siemens, 3 kpl Gamesa, 2 kpl Nordex, 4 kpl Siemens, 3 kpl Gamesa, 2 kpl A 10:29 9:22 5:16 69:35 67:54 33:40 0:50 0:49 0:38 B 6:35 1:10 1:31 32:24 9:03 11:16 0:30 0:22 0:24 C 5:36 4:56 2:04 49:09 26:29 15:28 0:54 0:27 0:28 D 6:51 5:50 4:56 28:48 23:37 20:07 0:31 0:31 0:31 E 8:56 0:00 0:00 41:48 0:00 0:00 0:49 0:00 0:00 Välkkymisen mahdolliset ajankohdat reseptoripisteissä graafisena kalenterina on esitetty liitteessä 4-6. Ajankohdat on esitetty kalentereissa teoreettisina maksimivälkeaikoina.
VÄLKEMALLINNUS 6 6. VÄLKEVAIKUTUKSIEN VÄHENTÄMINEN JA RAJOITUS- TARVE Tuulivoimaloiden välkevaikutus on mahdollista vähentää teknisin keinoin siten, ettei välkettä esiinny tietyllä kohteella enemmän kuin määrätty aika. Tämä tapahtuu ohjaamalla tuulivoimalaitokset pysähtymään tiettyinä ajankohtina. Välkkeen muodostumista tietyssä kohteessa monitoroidaan voimalan nasellin päälle tai runkoon asennettavilla valosensoreilla, jotka laskevat muodostumisen mahdollisuutta tietyssä suunnassa valoisuuden ja roottorin asennon mukaan. Järjestelmä pysäyttää voimalan tarvittaessa tietyssä altistuvassa kohteessa määritetyn välkemäärän ylittyessä. Suunnitteluohjearvojen (joita ei ole suoraan määritetty Suomessa) myötä tuulivoimalaa ei tarvitse pysäyttää aina kun välkettä esiintyy. Jos välkemäärän rajana käytetään 8 tai 10 tuntia vuodessa, tulisi Nordex ja Siemens tuulivoimalamalleilla välkevaikutuksien vähentämiseksi tiettyjen voimaloiden toimintaa ohjata. Välkkeen rajoitustoimet tulee kohdistaa voimaloihin, joilla on suurin vaikutus ympäristön asuin- ja lomarakennusten välkemääriin. Puustovyöhykkeet rajoittavat välkevaikutuksia, mutta puuston on kuitenkin oltava riittävän tiheää ja korkeata sekä suojata asuintalojen tai loma-asuntojen piha-aluetta kattavasti, jotta sillä saadaan estettyä välkkeen esiintyminen talojen ikkunoissa ja oleskelupihoilla. Jos tuulivoimalat eivät näy häiriintyvään kohteeseen, ei myöskään välkettä aiheudu. Myös vuodenajan vaihtelut on huomioitava puuston kyvyssä rajoittaa tuulivoimaloiden näkyvyyttä. [7]
VÄLKEMALLINNUS 7 LÄHTEET 1. Tuulivoimarakentamisen suunnittelu, Ympäristöhallinnon ohjeita 4/2012 2. Hinweise zur Ermittlung und Beurtelung der optischen Immissionen von Windenergianlagen, WEA-Shattenwurf-Hinweise 3. Vindkraftshandboken - Planering och prövning av vindkraftverk på land och i kustnära vattenområden 4. Danish Wind Industry Association 5. WindPRO 2.9 User Manual 6. Ilmatieteen laitos, Tilastoja Suomen ilmastosta 1981 2010, Raportteja 2012:1 7. Update of UK Shadow Flicker, Evidence Base, Final Report LIITTEET Liite 1 Liite 2 Liite 3 Liite 4 Liite 5 Liite 6 Real Case -laskennan välkevyöhykkeet, Nordex N131/3000, 4 kpl: roottori 131 m ja napakorkeus 144 m Real Case -laskennan välkevyöhykkeet, Siemens SWT-3.0-113, 3 kpl: roottori 113 m ja napakorkeus 120 m Real Case -laskennan välkevyöhykkeet, Gamesa G128-4.5MW, 2 kpl: roottori 128 m ja napakorkeus 140 m Kalenterit välkkeen mahdollisen esiintymisen ajankohdista reseptoripisteissä, Nordex N131/3000, 4 kpl: roottori 131 m ja napakorkeus 144 m Kalenterit välkkeen mahdollisen esiintymisen ajankohdista reseptoripisteissä, Siemens SWT-3.0-113, 3 kpl: roottori 113 m ja napakorkeus 120 m Kalenterit välkkeen mahdollisen esiintymisen ajankohdista reseptoripisteissä, Gamesa G128-4.5MW, 2 kpl: roottori 128 m ja napakorkeus 140 m
Liite 1
Liite 2
Liite 3
VÄLKEMALLINNUS 1 LIITE 4, Ajankohtakaavio: Nordex N131/3000, 4 kpl: roottorin halkaisija 131 m, napakorkeus 144 m Vuoden ja kellonajat, jolloin välkettä voi teoriassa esiintyä määritellyissä reseptoripisteissä. Kaavioissa ei ole otettu huomioon tuulettomia tai pilvisiä päiviä. Välkettä aiheuttavat voimalat on esitetty eri värillä.
VÄLKEMALLINNUS 2 LIITE 5, Ajankohtakaavio: Siemens SWT-3.0-113, 3 kpl: roottorin halkaisija 113 m, napakorkeus 120 m Vuoden ja kellonajat, jolloin välkettä voi teoriassa esiintyä määritellyissä reseptoripisteissä. Kaavioissa ei ole otettu huomioon tuulettomia tai pilvisiä päiviä. Välkettä aiheuttavat voimalat on esitetty eri värillä.
VÄLKEMALLINNUS 3 LIITE 6, Ajankohtakaavio: Gamesa G128-4.5MW, 2 kpl: roottorin halkaisija 128 m, napakorkeus 140 m Vuoden ja kellonajat, jolloin välkettä voi teoriassa esiintyä määritellyissä reseptoripisteissä. Kaavioissa ei ole otettu huomioon tuulettomia tai pilvisiä päiviä. Välkettä aiheuttavat voimalat on esitetty eri värillä.