Vastaanottaja PROKON Wind Energy Finland Oy Asiakirjatyyppi Raportti Päivämäärä 21.4.2016 Viite 1510004680 BJÖRKLIDENIN TUULI- VOIMAHANKE, NÄRPIÖ VÄLKEMALLINNUS
BJÖRKLIDENIN TUULIVOIMAHANKE, NÄRPIÖ VÄLKEMALLINNUS Päivämäärä 21.4.2016 Laatija Tarkastaja Arttu Ruhanen Janne Ristolainen Tuulivoimahankkeen välkemallinnus Sisältää Maanmittauslaitoksen Maastotietokannan 02/2015 aineistoa. http://www.maanmittauslaitos.fi/avoindata_lisenssi_versio1 _20120501 Viite 1510004680 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 5 4.5 Tuulivoimalatiedot 5 5. Mallinnustulokset 5 6. Yhteisvälke viereisten hankkeiden kanssa 6 7. Välkevaikutuksien vähentämiskeinot ja -tarve 7 LIITTEET 7 LÄHTEET 7
VÄLKEMALLINNUS 1 1. YLEISTÄ PROKON Wind Energy Finland Oy suunnittelee tuulivoimapuiston rakentamista Närpiön Björklidenin alueelle. Välkevaikutuksia on tutkittu aiemmin hankkeen YVA-vaiheessa ja kaavaluonnosvaiheessa. Tämän työn tarkoituksena on ollut selvittää suunniteltujen tuulivoimalaitosten aiheuttamaa liikkuvan varjostuksen niiden ympäristössä Björkliden osayleiskaavaehdotusta varten. Ympäristöministeriön Tuulivoimarakentamisen suunnittelu (Ympäristöhallinnon ohjeita 4/2012) oppaan mukaisesti liikkuvasta varjosta puhutaan välkkeenä. Björklidenin alueen vierellä on Hedetin (PROKON Wind Energy Finland Oy) ja Norrskogenin (EPV Tuulivoima Oy) tuulivoimahankkeet, joiden kanssa tehtiin yhteismallinnus. Työ on tehty PROKON Wind Energy Finland Oy:n toimeksiannosta. Rambollissa kaavahankkeen projektipäällikkönä toimii Ville Yli-Teevahainen. Välkemallinnuksen ja raportoinnin on tehnyt Ramboll Finland Oy:stä 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 -
VÄLKEMALLINNUS 2 3. VAIKUTUSMEKANISMIT Toiminnassa olevat tuulivoimalat voivat aiheuttaa liikkuvaa varjoa eli välkettä ympäristöönsä, kun auringon säteet suuntautuvat tuulivoimalan lapojen takaa tiettyyn katselupisteeseen. Tällöin roottorin lapojen pyöriminen aiheuttaa liikkuvan varjon ja varjojen liikkumisnopeus riippuu roottorin pyörimisnopeudesta. Välkevaikutus syntyä sääolojen, vuodenajan ja vuorokauden ajan mukaan, joten välkettä on havaittavissa tietyssä katselupisteessä vain tiettyjen valaistusolosuhteiden täyttyessä ja tiettyinä aikoina vuorokaudesta ja vuodesta. Välkettä ei esiinny kun aurinko on pilvessä tai kun tuulivoimala ei ole käynnissä, tai auringon asema on välkkeen muodostumiselle epäedullinen. Myös tuulen suunnalla on vaikutusta varjon muodostukselle. Poikittain aurinkoon oleva voimala aiheuttaa erilaisen varjon kuin kohtisuoraan aurinkoon suuntautunut voimala. Varjo ulottuu pisimmälle, kun aurinko on matalalla. Toisaalta kun aurinko laskee riittävän matalalle, yhtenäistä varjoa ei enää muodostu. Tällöin valonsäteet joutuvat kulkemaan pitemmän matkan ilmakehän läpi, jolloin säteily hajaantuu. Vaikutusalueen koko riippuu tuulivoimalamallin dimensioista ja lavan muodosta sekä alueellisista sääolosuhteista sekä maasto-olosuhteista (metsä, mäki jne.). 4. MALLINNUSMENETELMÄ JA LÄHTÖTIEDOT 4.1 Mallinnusohjelma ja laskentamalli Tuulivoimaloiden 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 20 metriä. Laskennan tarkastelukorkeutena käytettiin 1,5 metriä, eli noin ihmisen silmänkorkeutta. 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]. Mallinnuksissa ei huomioida puuston ja rakennusten aiheuttamaa peittovaikutusta, jotka rajoittavat merkittävästi välkkeen esiintyvyyttä maanpinnan tasolla.
VÄLKEMALLINNUS 3 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. Worst Case -laskennan vuosiarvot eivät vastaa tulevaa todellista vuosittaista välkevaikutusta tuulivoimaloiden ympäristössä. Real Case -laskennoissa huomioidaan alueen tuulisuus- ja auringonpaistetiedot. Real Case tulos saadaan, kun Worst case -tuloksista tehdään vähennykset auringonpaistetietoihin ja käyttötuntitietoihin (tuulensuunta sektoreittain) perustuen. Auringonpaisteisuustietoina käytettiin Ilmatieteen laitoksen Seinäjoki Pelmaan sääaseman keskiarvoisia arvoja ilmastolliselta vertailukaudelta 1981 2010 [6]. Kyseinen sääasema on hankealuetta lähinnä oleva sääasema, jossa mitataan ja tilastoidaan auringonpaisteisuutta. Tuulivoimaloiden vuotuinen toiminta-aika 95 % perustuu Suomen Tuuliatlaksen tietoihin hankealueelta. Toiminta-aikaa laskettaessa on oletettu, että tuulivoimalat toimivat tuulen nopeuden ollessa napakorkeudella vähintään 3 m/s [7]. Taulukko 2. Real Case -laskennassa käytetyt keskimääräiset auringonpaisteisuustunnit päivässä eri kuukausina Tam Hel Maa Huh Tou Kes Hei Elo Syy Lok Mar Jou 1,00 2,82 4,23 6,60 8,77 9,10 8,87 6,81 4,67 2,52 1,17 0,58 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 676 597 405 333 397 556 1135 1610 845 673 545 529 8302 Real Case -välkevyöhykelaskentojen lisäksi laskentoja tehtiin myös yksittäisiin reseptoripisteisiin hankealueen ympäristössä, joiden sijainnit on esitetty kuvassa 2. Reseptoripisteet sijoitettiin eri puolille hankealuetta, kuvaamaan eri suuntiin kohdistuvia vaikutuksia, huomioiden myös viereisten hankealueiden sijoittuminen.
VÄLKEMALLINNUS 4 Kuva 2. Reseptoripisteiden sijainnit 4.3 Laskentojen epävarmuus Koska Worst Case -laskenta perustuu auringon asemaan suhteessa tuulivoimalaitokseen ja tarkastelupisteeseen, voidaan laskennan tarkkuutta pitää hyvinkin luotettavana, kun määritetään välkkeen mahdollisia esiintymisajankohtia. Kun tarkoituksena on ennustaa todellista välkkeen esiintyvyyttä alueella vuoden aikana, ei Worst Case -mallinnus vastaa todellisuutta. 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 tuulivoimalan roottorin asento mahdollistaa liikkuvan varjon syntymisen takana olevaan tarkastelupisteeseen ilman kirkkaus mahdollistaa varjon syntymisen Real Case -mallinnuksessa tuotetaan paras mahdollinen ennuste tulevasta välketilanteesta alueella. Mallinnusperiaatteiden mukaan laskenta antaa suhteellisen konservatiivisia arvoja, koska mallinnuksessa ei huomioida esim. puuston ja rakennusten aiheuttamaa peittovaikutusta sekä vuotuinen toiminta-aika on optimistinen. Jos tuulivoimalat eivät ole nähtävissä, eivät ne myöskään aiheuta välkevaikutuksia.
VÄLKEMALLINNUS 5 4.4 Maastomalli Maastomalli on laadittu Maanmittauslaitoksen maastotietokannan korkeusaineistolla, jossa korkeuskäyrät ovat 2,5 metrin välein. Maastomallissa ei huomioitu puustoa tai rakennuksia. 4.5 Tuulivoimalatiedot Tuulivoimalaitosten sijainti perustuu kaavaehdotukseen 25.4.2016. Koordinaatit on esitetty taulukossa 4. Taulukossa 4. esitetyissä tuulivoimalaitosten koordinaateissa Z-koordinaatti kertoo maaston korkeuden metreissä merenpinnan yläpuolella tuulivoimalan suunnitellulla sijaintipaikalla MML:n korkeusaineistoon perustuen. Mallinnus tehtiin tuulivoimalamallilla, jonka napakorkeus on 145 metriä ja roottorin halkaisija 131 metriä. Tuulivoimalalle käytetty maksimivälke-etäisyys 1721 m määräytyy mallinnusohjelman tiedoista Nordex N131/3000 laitosmallille. Taulukko 4. Tuulivoimalaitosten koordinaatit (ETRS-TM35FIN) Tunnus X Y Z WEA 1B 209003 6956617 31 WEA 2B 208449 6956198 37 WEA 3B 209228 6956098 31 WEA 4B 209136 6955600 33 WEA 5B 209647 6955485 29 WEA 7B 208994 6954835 35 WEA 8B 209793 6954841 31 5. MALLINNUSTULOKSET Björklidenin hankkeen Real Case laskennan mukainen välkekartta on esitetty liitteessä 1. Kaikki ympäristön asuin- ja lomarakennukset jäävät 8 h/v välkealueen ulkopuolelle. Välkevyöhykelaskennan lisäksi tehtiin laskentoja 12 reseptoripisteeseen (kuvan 2 mukaiset pisteet), joiden tulokset on esitetty taulukossa 5. Taulukko 5. Reseptoripistelaskentojen Real Case tulokset tuntia vuodessa Reseptoripiste Välkemäärä tuntia vuodessa R1 0:00 R2 0:00 R3 0:00 R4 2:28 R5 5:14 R6 0:00 R7 0:00 R8 3:15 R9 2:19 R10 1:16 R11 0:00 R12 0:00 Välkkymisen mahdolliset ajankohdat reseptoripistekohtaisina kalentereina on esitetty liitteessä 2. Ajankohdat on esitetty kalentereissa teoreettisina maksimivälkeaikoina. Altistuvan kohteen sijoittuessa tuulivoimalan kaakkoispuolelle voi välkettä aiheutua ennen auringonlaskua ja vastaavasti
VÄLKEMALLINNUS 6 lounaispuolella auringonnousun jälkeen. Tuulivoimaloiden pohjoispuolella välkkeen mahdollinen esiintyminen ajoittuu talvella keskipäivään. Mallinnuksen mukaisille välkevaikutusalueille jäävien asuinrakennusten kohdalla tulee arvioida kohdekohtaisesti onko ympäristö sellainen, että välkevaikutuksia voi esiintyä kyseisissä kohteissa. Tähän vaikuttavat mm. metsä ja rakennukset, joita mallinnuksessa ei ole huomioitu. Maanmittauslaitoksen ilmakuvan perusteella mallinnuksessa eniten välkkeelle altistuvien kohteiden (Ängsby, Masskärr sekä Ömossa) lähiympäristö on suhteellisen avointa maastoa tuulivoimaloiden suuntaan. Liitteen 2 ajankohtakalentereista voi myös arvioida päivittäistä pahinta mahdollista välkevaikutusta. Tulkinnassa tulee kuitenkin muistaa kohdassa 4.3 esitetyt edellytykset välkkeen esiintymiselle tietyssä katselupisteessä ja tietyllä ajanhetkellä sekä myös altistuvan kohteen ympäristö (mm. maaston muodot, rakennukset, puusto). 6. YHTEISVÄLKE VIEREISTEN HANKKEIDEN KANSSA Yhteisvälkemallinnus tehtiin Hedetin tuulivoimahankkeen ja Norrskogenin tuulivoimahankkeen kanssa. Norrskogenin hankkeen (EPV Tuulivoima Oy) tuulivoimalaitosten sijoittelu perustuu 17 voimalaitoksen osalta rakennuslupavaiheen layoutiin ja laitosmallitietoihin ja 11 voimalaitoksen osalta hyväksyttyyn osayleiskaavaan. Rakennuslupien mukaisten tuulivoimalaitosten napakorkeus oli 144 m ja roottorin halkaisija 132 m. Osayleiskaavan mukaisten tuulivoimalaitosten napakorkeus oli 140 m ja roottorin halkaisija 126 m. Hedetin hankkeen (PROKON Wind Energy Finland Oy) mallinnus tehtiin vastaavalla laitosmallilla kuin tämä Björklidenin välkemallinnus. Eli voimalamallina käytettiin tuulivoimalaitosta, jonka roottorin halkaisija 131 m. Hedetin tarkemmat välketiedot ja tulokset ilmenevät Rambollin 21.4.2016 laatimasta välkeraportista (PROKON Wind Energy Finland Oy, Hedetin tuulivoimahanke, välkemallinnus, 21.4.2016/Ramboll). Mallinnusten mukainen yhteisvälkekartta on esitetty liitteessä 3 ja kuvan 1 mukaisiin reseptoreihin tehtyjen laskentojen tulokset taulukossa 6. Mahdolliset välkeajankohdat reseptoripisteissä on esitetty kalenterimuodossa liitteessä 4. Taulukko 6. Hedetin, Björklidenin ja Norrskogenin hankkeiden yhteisvälkemäärät reseptoripisteissä Reseptoripiste Välkemäärä tuntia vuodessa R1 4:33 R2 2:11 R3 5:58 R4 5:34 R5 5:41 R6 4:11 R7 3:46 R8 3:15 R9 2:19 R10 1:16 R11 6:26 R12 3:08 Yhteismallinnuksessa vuotuinen välkemäärä jää alle 8 tunnin kaikkien Björklidenin ympäristön asuin- ja lomarakennusten kohdalla.
VÄLKEMALLINNUS 7 7. VÄLKEVAIKUTUKSIEN VÄHENTÄMISKEINOT JA -TARVE Jos vuotuisen todellisen välkemäärän rajana asuin- ja lomarakennuksilla käytetään 8 tuntia vuodessa, joka on rajana Saksassa ja Ruotsissa, ei tuulivoimaloiden toimintaa tarvitsisi rajoittaa välkkeen vähentämiseksi. Tuulivoimaloiden välkevaikutusta on tarvittaessa mahdollista vähentää teknisin keinoin siten, ettei välkettä esiinny tietyllä kohteella enemmän kuin ennalta määritelty aika. Tämä tapahtuu ohjaamalla tuulivoimalaitokset pysähtymään tiettyinä ajankohtina ja tiettyjen olosuhteiden vallitessa. Välkkeen muodostumista tuulivoimalan ympäristöön 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. Puustovyöhykkeet rajoittavat välkevaikutuksia, mutta puuston on kuitenkin oltava riittävän tiheää ja korkeata sekä suojata asuintalojen tai loma-asuntojen piha-aluetta kattavasti. Vain tällöin puusto estää välkkeen esiintymisen talojen ikkunoissa ja oleskelupihoilla. Myös vuodenajan vaihtelut on huomioitava puuston kyvyssä rajoittaa tuulivoimaloiden näkyvyyttä. Jos tuulivoimalat eivät näy häiriintyvään kohteeseen, ei myöskään välkettä aiheudu. LIITTEET Liite 1 Liite 2 Liite 3 Liite 4 Björklidenin hankkeen välkevyöhykkeet (Real Case) Kalenterit Björklidenin aiheuttaman välkkeen mahdollisen esiintymisen ajankohdista reseptoripisteissä Hedetin, Björklidenin ja Norrskogenin yhteisvälkevyöhykkeet (Real Case) Kalenterit Hedetin, Björklidenin ja Norrskogenin hankkeiden aiheuttaman välkkeen mahdollisista esiintymisen ajankohdista reseptoripisteissä 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. Suomen Tuuliatlas
Bilaga/Liite 1
VÄLKEMALLINNUS 1 LIITE 2 (1/2): BJÖRKLIDENIN TUULIVOIMAHANKKEEN AJANKOHTAKAAVIOT Yllä on esitetty erikseen jokaiselle raportin kuvassa 2 esitetylle reseptoripisteelle vuoden ja kellonajat, jolloin välkettä voi teoriassa esiintyä. Kaavioissa ei ole otettu huomioon tuulettomia tai pilvisiä päiviä. Välkettä aiheuttavat voimalat on esitetty eri väreillä.
VÄLKEMALLINNUS 2 LIITE 2 (2/2): BJÖRKLIDENIN TUULIVOIMAHANKKEEN AJANKOHTAKAAVIOT Yllä on esitetty erikseen jokaiselle raportin kuvassa 2 esitetylle reseptoripisteelle vuoden ja kellonajat, jolloin välkettä voi teoriassa esiintyä. Kaavioissa ei ole otettu huomioon tuulettomia tai pilvisiä päiviä. Välkettä aiheuttavat voimalat on esitetty eri väreillä.
Bilaga/Liite 3
VÄLKEMALLINNUS 3 LIITE 4 (1/2): HEDETIN, BJÖRKLIDENIN JA NORRSKOGENIN TUULIVOIMAHANKKEIDEN AJANKOHTAKAAVIOT Yllä on esitetty erikseen jokaiselle raportin kuvassa 2 esitetylle reseptoripisteelle vuoden ja kellonajat, jolloin välkettä voi teoriassa esiintyä. Kaavioissa ei ole otettu huomioon tuulettomia tai pilvisiä päiviä. Välkettä aiheuttavat voimalat on esitetty eri väreillä.
VÄLKEMALLINNUS 4 LIITE 4 (2/2): HEDETIN, BJÖRKLIDENIN JA NORRSKOGENIN TUULIVOIMAHANKKEIDEN AJANKOHTAKAAVIOT Yllä on esitetty erikseen jokaiselle raportin kuvassa 2 esitetylle reseptoripisteelle vuoden ja kellonajat, jolloin välkettä voi teoriassa esiintyä. Kaavioissa ei ole otettu huomioon tuulettomia tai pilvisiä päiviä. Välkettä aiheuttavat voimalat on esitetty eri väreillä.