Vastaanottaja Tuuliwatti Oy Asiakirjatyyppi Raportti Päivämäärä 29.7.2014 Viite 16X198686-002 SARVAKANKAAN TUULI- VOIMAHANKE, RAAHE VÄLKEMALLINNUS
SARVAKANKAAN TUULIVOIMAHANKE, RAAHE VÄLKEMALLINNUS Päivämäärä 29.7.2014 Laatija Tarkastaja Arttu Ruhanen Miia Nurminen-Piirainen Sisältää Maanmittauslaitoksen Maastotietokannan 06/2014 aineistoa. http://www.maanmittauslaitos.fi/avoindata_lisenssi_versio1 _20120501 Viite 16X198686-002 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 2 4. Mallinnusmenetelmä ja lähtötiedot 2 4.1 Mallinnusohjelma ja laskentamalli 2 4.2 Välkelaskenta 2 4.3 Laskentojen epävarmuus 4 4.4 Maastomalli 4 4.5 Tuulivoimalatiedot 4 5. Mallinnustulokset 5 6. Välkevaikutuksien vähentäminen ja rajoitustarve 5 LÄHTEET 6 LIITTEET 6
VÄLKEMALLINNUS 1 1. YLEISTÄ Tuuliwatti Oy suunnittelee tuulivoimapuiston rakentamista Sarvakankaan alueelle Raaheen. Tämän työn tarkoituksena on ollut selvittää suunniteltujen tuulivoimalaitosten aiheuttaman liikkuvan varjostuksen vaikutukset niiden ympäristössä. Ympäristöministeriön Tuulivoimarakentamisen suunnittelu (Ympäristöhallinnon ohjeita 4/2012) oppaan mukaisesti liikkuvasta varjosta puhutaan välkkeenä. Selvitys liittyy alueen kaavoitustyöhön. Työssä tehtiin myös Sarvakankaan ja hankealueelta koilliseen sijaitsevan Ketunperän (Puhuri Oy) tuulivoimahankkeen yhteismallinnus. Työ on tehty Tuuliwatti Oy:n toimeksiannosta. Kaavoituksen projektipäällikkönä Rambollissa toimii FM Miia Nurminen-Piirainen. 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 esiintymiselle 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 -
VÄLKEMALLINNUS 2 3. VAIKUTUSMEKANISMIT Tuulivoimalat voivat aiheuttaa vilkkuvaa varjostusvaikutusta eli välkettä ympäristöönsä, kun auringon säteet suuntautuvat tuulivoimalan roottorin lapojen takaa tiettyyn katselupisteeseen. Toiminnassa oleva tuulivoimala aiheuttaa tällöin ns. vilkkuvaa varjostusilmiötä. Voimaloiden 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. 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 reseptoripisteisiin kohdistuvaa välkevaikutusta. Kuva 1. Tuulivoimalan aiheuttaman liikkuvan varjon alue [5] 4.2 Välkelaskenta Laskentapisteiden väliseksi etäisyydeksi määritettiin 10 metriä. Laskennan tarkastelukorkeutena käytettiin 1,5 metriä, eli noin ihmisen silmänkorkeutta. Välkkeen teoreettinen maksimietäisyys määräytyy mallinnuksessa käytetyn laitosmallin tiedoista WindPro:n kirjastosta (Gamesa G128 ja G132 maksimivälkesäde 2500 m). Laskenta tehtiin 1 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.
VÄLKEMALLINNUS 3 Real Case -laskennoissa huomioidaan alueen tuulisuus- ja auringonpaistetiedot. Worst case - tuloksista tehdään vähennykset auringonpaistetietoihin ja käyttötuntitietoihin (tuulensuunta sektoreittain) perustuen, josta saadaan Real case -tulos. Auringonpaisteisuustietona käytettiin Ilmatieteen laitoksen Oulun lentoaseman sääaseman keskiarvoisia auringonpaisteisuustietoja ilmastolliselta vertailukaudelta 1981 2010 [6]. Tuulivoimaloiden vuotuiseksi toiminta-ajaksi määritettiin Suomen Tuuliatlaksen tiedoista 94 %. Toiminta-ajat laskettiin 12 suuntasektorille olettaen, että tuulivoimalat toimivat tuulennopeuden ollessa napakorkeudella yli 3 m/s. Gamesan G128 ja G132 laitosten tehokäyrien mukaan laitos alkaa toimia, kun tuulennopeus on napakorkeudella 3 m/s. Taulukko 2. Real Case -laskennassa käytetyt keskimääräiset auringonpaisteisuustunnit päivässä eri kuukausina Tam Hel Maa Huh Tou Kes Hei Elo Syy Lok Mar Jou 0,77 2,46 4,42 6,93 8,81 9,87 9,13 6,84 4,43 2,23 0,93 0,26 Taulukko 3. Real Case -laskennassa käytetty vuotuinen toiminnallinen aika (tuntia vuodessa) tuulensuuntasektoreittain N NNE ENE E ESE SSE S SSW WSW W WNW NNW Sum 634 445 325 376 551 793 997 1175 1365 607 427 505 8200 Real Case -välkevyöhykelaskennan lisäksi laskentoja tehtiin myös yksittäisiin reseptoripisteisiin Sarvakankaan hankealueen ympäristössä. D E C F B A Kuva 2. Reseptoripisteiden sijainnit
VÄLKEMALLINNUS 4 4.3 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. 4.4 Maastomalli Maastomalli on laadittu Maanmittauslaitoksen maastotietokannan korkeusaineistolla, jossa korkeuskäyrät ovat 2,5 metrin välein. Maastomallissa ei huomioitu puustoa tai rakennuksia. Kartassa esitetyt rakennustiedot saatiin Maanmittauslaitoksen maastotietokannasta. 4.5 Tuulivoimalatiedot Mallinnuksessa käytetyt voimalaitosten koordinaatit on esitetty taulukossa 4. Sarvakankaan tuulivoimalamallina on käytetty voimaloita, joiden napakorkeus on 140 metriä ja roottorin halkaisija 132 metriä. Ketunperän tuulivoimalaitosten napakorkeutena käytettiin 142 metriä ja roottorin halkaisijaa 128 metriä. Taulukko 4. Sarvakankaan tuulivoimalaitosten koordinaatit (ETRS-TM35FIN) Tunnus X Y Tunnus X Y 1 376555 7158121 8 378059 7155941 2 376315 7157589 9 378655 7156029 3 376071 7156833 10 379635 7155965 4 376787 7157213 11 379125 7156435 5 377339 7156889 12 378335 7156469 6 376811 7156473 13 379063 7155605 7 377765 7156445 14 379711 7155353 Taulukko 5. Ketunperän tuulivoimalaitosten koordinaatit (ETRS-TM35FIN) Tunnus X Y Tunnus X Y 1 383000 7166124 7 383467 7163295 2 383340 7165425 8 383273 7162284 3 383177 7164299 9 381819 7162546 4 382520 7164123 10 382126 7162116 5 382647 7163521 11 382666 7161240 6 382873 7162882 12 383080 7161619
VÄLKEMALLINNUS 5 5. MALLINNUSTULOKSET Real Case -laskennan mukainen välkekartta, jossa on huomioitu Sarvakankaan tuulivoimalaitokset on esitetty liitteissä 1. Sarvakankaan ja Ketunperän yhteismallinnuskartta on esitetty liitteessä 2. Ajankohdat milloin välkettä voi reseptoripisteissä esiintyä Sarvakankaan tuulivoimalaitoksista, on esitetty liitteessä 3. Real Case -välkelaskennan mukaan välkealueelle jossa vuotuinen välkemäärä ylittää 8 tuntia, ei jää yhtään asuin- tai lomarakennusta. Pohjoispuolen lähimmän asuintalon kohdalla on suurin Real Case- tulos, joka on vajaat neljä tuntia vuodessa. Kyseisen talon kohdalla Worst Case tulos on yli saksalaisen suositusarvon 30 tuntia vuodessa ja 30 minuuttia päivässä, mutta muualla alle 30 tuntia. Real Case tulosta voidaan pitää merkityksellisempänä, koska se kuvaa paremmin ennustettua todellista välkevaikutusta vuodessa ja tuulivoimaloita on teknisesti mahdollista rajoittaa altistuvan kohteen välkemäärä tiettyyn tasoon. Mallinnuksen mukaan Ketunperän ja Sarvakankaan tuulivoimalaitoksilla ei ole välkkeen yhteisvaikutuksia, koska hankkeiden välkkeen maksimietäisyydet eivät ulotu päällekkäin. Taulukko 6. Reseptoripistelaskentojen tulokset, Sarvakankaan tuulivoimalat Reseptoripiste Real Case Worst Case Tuntia vuodessa Tuntia vuodessa Tuntia päivässä A 0:12 0:44 0:04 B 1:26 6:10 0:15 C 1:38 8:32 0:15 D 1:01 7:12 0:16 E 3:51 34:36 0:49 F 0:41 4:52 0:14 Välkkymisen mahdolliset ajankohdat reseptoripisteissä graafisena kalenterina on esitetty liitteessä 3. Ajankohdat on esitetty kalentereissa teoreettisina maksimivälkeaikoina. Hankealueen eteläpuolella metsästysmajan kohdalla (reseptori A) välkettä voi esiintyä kesäkuussa klo 4 aikaan aamuisin. Länsipuolen lähimpien talojen kohdalla (reseptorit B ja C) välkettä voi esiintyä auringon noustessa keväällä ja syksyllä. Luoteispuolella (reseptori D) välkkeen mahdollinen esiintyminen painottuu klo 8-10 väliselle ajalle helmikuuhun ja loka-marraskuuhun. Pohjoispuolen lähimmän asuintalon (reseptori E) kohdalla välkettä voi aiheutua useista eri voimaloista, ja välkkymisen ajankohdat painottuvat tammi- ja marraskuun lisäksi keväälle ja syksylle. Hankealueen koillispuolella (reseptori F) välkettä voi esiintyä helmikuussa ja loka-marraskuussa ennen auringon laskua. 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, ei mallinnuksen mukaan tuulivoimaloiden toimintaa tarvitsisi rajoittaa välkevaikutuksien vähentämiseksi.
VÄLKEMALLINNUS 6 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] 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 Real Case -laskennan välkevyöhykkeet, Sarvakangas Real Case -laskennan välkevyöhykkeet, Sarvakangas + Ketunperä Kalenterit välkkeen mahdollisen esiintymisen ajankohdista reseptoripisteissä
3 1 2 4 5 6 7 12 11 9 8 10 13 14 0 0,5 1 2 km Liite 1 Tuuliwatti Oy Sarvakangas Välkemallinnus (WindPro 2.9) Sarvakangas -layout 23.6.2014 -roottorin halkaisija 132 m -napakorkeus 140 m Real Case -mallinnus Välketuntia vuodessa 0 8-10 10-15 15-30 Merkkien selitteet Tuulivoimala Sarvakangas asuinrakennus lomarakennus metsästymaja A.Ruhanen 27.6.2014 >30
9 10 1 2 3 4 5 6 7 12 11 9 8 10 13 14 0 0,5 1 2 km Liite 2 Tuuliwatti Oy Sarvakangas Välkemallinnus (WindPro 2.9) Yhteismallinnus A.Ruhanen 1.7.2014 Tuuliwatti Oy Sarvakangas -layout 23.6.2014 -roottorin halkaisija 132 m -napakorkeus 140 m Puhuri Oy Ketunperä -layout 23.6.2014 -roottorin halkaisija 128 m -napakorkeus 142 m Real Case -mallinnus Välketuntia vuodessa 0 8-10 10-15 15-30 >30 Merkkien selitteet Tuulivoimala Sarvakangas Tuulivoimala Ketunperä asuinrakennus lomarakennus metsästymaja
VÄLKEMALLINNUS 1 LIITE 3, AJANKOHTAKAAVIO: SARVAKANKAAN TUULIVOIMALAT, ROOTTORIN HALKAISIJA 132 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.