Pohjois-Satakunnan tuulivoimakaavoitushanke, Ratiperä, Jämijärvi Melumallinnus Samir Abboud
Raportin otsikko ja kirjoittajat Pohjois-Satakunnan tuulivoimakaavoitushanke, Ratiperä - Melumallinnus Samir Abboud Kankaanpään kaupunki Tiivistelmä Raportissa esitetään Jämijärven Ratiperän alueelle suunnitellun tuulivoimapuiston melumallinnuksen tulokset. Alueelle suunnitellaan 9 tuulivoimalan sijoittamista ja melumallinnus tehtiin tuuliturbiinin lähtömelutasoilla 106 db(a) ja 104,5 db(a) tuulen nopeudella 8 m/s 10 metrin korkeudella. Melumallinnuksen tuloksia verrataan Ympäristöministeriön ohjeistuksessa esitettyihin ohjearvoihin. Näissä ohjearvot ovat A- taajuuspainotettuja keskiäänitasoja (L Aeq ). Melumallinnuksen tuloksia verrataan Ympäristöministeriön ohjeistuksessa esitettyihin ohjearvoihin. Näissä ohjearvot ovat A- taajuuspainotettuja keskiäänitasoja (L Aeq ). Voimaloista syntyvä meluhaitta ei ylitä suunnittelulle annettuja ohjearvoja. Paikka ja aika Kankaanpää 24. lokakuuta 2012 päivitetty 11.3. ja 21.11 2014 Projektipäällikkö Samir Abboud Asiatarkastus Ilmari Mattila POHJOIS-SATAKUNNAN TUULIVOIMAPUISTOJEN KAAVOITUSHANKE 2
Sisältö 1 Johdanto 4 2 Taustatietoja 5 2.1 Tuulivoimaloiden melu......................... 5 2.2 Melun ohjearvot............................ 5 3 Melumallinnuksen lähtötiedot 6 3.1 Maastoaineistot............................. 6 3.2 Turbiinityypit............................... 6 4 Melumallinnuksen kuvaus 7 4.1 Laskennan parametrit......................... 7 4.2 Epävarmuuden arviointi........................ 8 5 Tulokset 9 6 Johtopäätökset 14 Viitteet 15 POHJOIS-SATAKUNNAN TUULIVOIMAPUISTOJEN KAAVOITUSHANKE 3
Kuva 1 Karttakuva Ratiperän alueesta (pohjakartta Maanmittauslaitos 2014) POHJOIS-SATAKUNNAN TUULIVOIMAPUISTOJEN KAAVOITUSHANKE 4
1 Johdanto Jämijärven kunta osana Pohjois-Satakunnan tuulivoimapuistojen kaavoitushanketta on aloittanut tuulivoimaosayleiskaavan laatimisen Ratiperän alueella. Tässä työssä on suoritettu tuulivoimaloiden aiheuttaman melun leviämismallinnus. Suunnittelualue sijaitsee Jämijärven kunnassa Ratinperän alueella, jonka sijainti kartalla on esitetty kuvassa 1. Alueelle on suunnitteilla ohjeelliset rakennuspaikatyhdeksälle turbiinille, joihin on mallinnuksessa sijoitettu voimalat (sijoituskoordinaatit on esitetty taulukossa 1). Mallinnuksessa käytetyt paikat on merkittynä karttaan mustilla pisteillä, ja numerointi noudattaa taulukon 1 järjestystä. Voimala (ID) KKJ kaista1 korkeus merenpinnasta (m) 1 1591442,0 6865063,0 120 2 1591561,0 6864485,0 122 3 1591824,0 6863955,0 132 4 1592267,0 6864379,0 127 5 1592920,0 6865125,0 137 6 1592947,0 6864557,0 142 7 1593353,0 6863890,0 132 8 1593669,0 6864966,0 147 9 1594018,0 6864427,0 139 Taulukko 1: Voimaloiden sijainnit KKJ koordinaatistossa. 2 Taustatietoja 2.1 Tuulivoimaloiden melu Tuulivoimalaitosten melu aiheutuu pääosin lapojen tuottamasta aerodynaamisesta laajakaistaisesta (60-4000 Hz) melusta [2, 5]. 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. Tarkempia taustatietoja tuulivoimaloiden aiheuttaman melun syntymekanismeista, luonteesta ja vaikutuksista on koottuna julkaisuihin [2, 5, 4]. 2.2 Melun ohjearvot Valtioneuvosto on antanut melutason yleiset ohjearvot [7] ja tuulivoimarakentamiseen on annettu suunnitteluohjearvot, joiden perusteella voidaan arvioida tuulipuiston melumallinnuksen tuloksia. Päätöstä sovelletaan POHJOIS-SATAKUNNAN TUULIVOIMAPUISTOJEN KAAVOITUSHANKE 5
meluhaittojen ehkäisemiseksi ja ympäristön viihtyisyyden turvaamiseksi maankäytön, liikenteen ja rakentamisen suunnittelussa sekä rakentamisen lupamenettelyissä. Tämän lisäksi Ympäristöhallinto on ohjeistanut tuulivoimarakentamista omilla tuulivoimaan liittyvillä suunnitteluohjearvoilla. Mallinnustulosten arvioinnissa käytetään siis Ympäristöministeriön suunnitteludokumentissa (Tuulivoimarakentamisen suunnittelu, Ympäristöhallinnon ohjeita 4/2012) tuulivoimapuistojen melulle esitettyjä ohjearvoja [6]. suunnitteluohjeissa annetut ohjearvot (melun A-painotettu keskiäänitaso) päivä- ja yöajalle on koottuna taulukkoon 2. Suunnitteluohjearvot on annettu absoluuttisina lukuarvoina eli taustamelutasoa ei ole huomioitu Mikäli tuulivoimalan ääni sisältää tonaalisia, kapeakaistaisia tai impulssimaisia komponentteja tai se on selvästi amplitudimoduloitunutta, Ympäristöministeriön ohjeen mukaan mallinnustuloksiin lisätään 5 db ennen ohjearvoon vertaamista. Aiemmassa Ympäristöministeriön ohjeessa kuitenkin todetaan, että moderneissa tuulivoimaloissa häiritseviä äänikomponentteja ei pitäisi syntyä, joten 5 db:n lisäystarve ei ole todennäköistä [6]. Tämän raportin mallinnustuloksiin ei kyseistä lisäystä ole tällä perusteella tehty. Tuulivoimarakentamisen ulkomelutason suunnitteluohjearvot L(Aeq) yöajalle (klo 22-7) asumiseen käytettävillä alueilla, lomaasumiseen käytettävillä alueilla taajamissa, virkistysalueilla loma-asumiseen käytettävillä alueilla taajamien ulkopuolella, leirintäalueilla, luonnonsuojelualueilla* muilla alueilla L(Aeq) päiväajalle (klo 7-22) 45 db 40 db Huomautukset 40 db 35 db yöarvoa ei sovelletaluonnosuojelualue illa, joita ei yleisesti käytetä oleskeluun tai luonnohavainnointiin yöllä ei sovelleta ei sovelleta Taulukko 2: Tuulivoimarakentamisen ulkomelutason suunnitteluohjearvot (lähde: Ympäristöhallinnon ohjeita 4/2012). POHJOIS-SATAKUNNAN TUULIVOIMAPUISTOJEN KAAVOITUSHANKE 6
3 Melumallinnuksen lähtötiedot 3.1 Maastoaineistot Alueen maanpinnan korkeuserot on saatu Maanmittauslaitoksen korkeusmallista 10. Korkeusdatan resoluutio on 10 m ja tarkkuus 2 m. Suunniteltuja turbiineja lähimmät asuinrakennukset sijaitsevat alueen länsi ja pohjoispuolella. Myös muutama rakennus on suunnittelualueella. Voimalaitoksia lähimmät rakennukset ovat pääosin vakituisia asuinrakennuksia. 3.2 Turbiinityypit Melumallinnus on tehty kahdella voimalamallilla Nordex N117 3000 sekä Nordex N131 3000. Voimalan lähtöäänitasoon liittyvät tiedot perustuvat IEC TS 61400-14 standardin mukaisesti ilmoitettuihin takuuarvoihin ns. declared value tietoihin. Lähtöäänitaso voimalalla Nordex N117 3000 on 106 db(a) ja Nordex N131 3000 104,5 db(a). Mallinnuksessa voimaloiden napakorkeutena on käytetty 144 m. taajuus [Hz] 31.5 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000 106 db(a) 70,0 84,5 91,4 98,2 100,7 99,2 94,4 86,5 74,7 taajuus [Hz] 31.5 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000 104,5 db(a) 50,3 76,3 84,9 89,7 92,9 88,9 87,6 86,4 78,3 Taulukko 3: Mallinnuksessa käytetyt turbiinien melutasot taajuuskaistoittain [db(a)]. Tuulennopeus 8 m/s 10 metrin korkeudella 4 Melumallinnuksen kuvaus 4.1 Laskennan parametrit Melumallinnus on suoritettu Ympäristöhallinnon melunmallintamisohjeiden mukaisesti (ohje 2/2014). Melumallinnuksessa on käytetty menetelmänä ISO 9613-2 laskentastandardia ja ohjelmana on käytetty WindFarmer 5.0.10 [1, 8]. Laskennassa on otettu huomioon, ilmakehän absorptioarvot käyttäen standardin ISO 9613-2 mukaisia absorptioarvoja (T=15 ºC, suhteellinen ilmankosteus 70 %), maaston korkeuserot ja maanpeitteen aiheuttama vaimennus (G=0,4). Maaston aiheuttama vaimennus on huomioitu ohjeistuksen mukaan kertoimella 0,4 koko alueella, kun maanpeitteen vaimennuskerroin on asteikolla 0-1, jossa arvo 0 vastaa akustisesti vaimentamatonta pintaa (veden pinta, tasainen maa) ja arvo 1 tiheää metsää. Voimaloiden ympäristössä on pääasiassa metsää eikä alueella ole akustisesti kovia heijastavia pintoja. Melun leviäminen on laskettu 10x10 m hilapisteistöön 4 metrin korkeudelle maanpinnasta alueelta saatavilla olevan korkeusdatan mukaan POHJOIS-SATAKUNNAN TUULIVOIMAPUISTOJEN KAAVOITUSHANKE 7
(pystyresoluutio 0,5-2 m). Mallinnuksessa ei käytetä säästä johtuvaa vaimennuskerrointa. Uuden ohjeistuksen mukaan ISO 9613-2 mukaisessa mallissa metereologinen korjauskerroin tulee olla arvoltaan 0. Turbiinien melun jaksollisuutta ja amplitudimodulaatiota ei ole mallinnuksessa erikseen otettu huomioon. Ympäristöhallinnon melunmallintamisohjeiden mukaan (ohje 2/2014) pientaajuusmelu on laskettava erikseen merkittävimpien melulle altistuvien kohteiden (rakennusten) ulkopuolelle. Pienitaajuisen melun taso taajuusalueella 20 Hz 200 Hz määritetään 1/3-oktaavikaistoittain. Tarkastelu tehdään pisteestä pisteeseen laskennalla, eikä melu- vyöhykkeitä tai melukarttoja edellytetä laadittavan. Laskennan tarkoituksena on tuottaa tieto ulkomelutasoista terssikaistoittain, joka mahdollistaa rakennuksen sisämelutason arvioinnin kun rakennuksen vaipan ilmaääneneristävyys tunnetaan riittävällä tarkkuudella. (Ympäristöministeriö, 2014) Mallinnusohjelmassa WindFarmer 5.0.10 matalataajuuksisia ääniä mallinnetaan 31,5 Hz asti. 4.2 Epävarmuuden arviointi Äänen eteneminen ja vaimeneminen riippuvat sääolosuhteista ja maaston ominaisuuksista äänen etenemisreitillä. Ominaisuudet vaihtelevat vuodenaikojen suhteen. Epävarmuutta sisältyy myös turbiinien aiheuttamaan melutasoon. Mallinnuksen tuloksissa on eri epävarmuustekijät otettu huomioon. Epävarmuus tekijät on huomioitu uuden ohjeistuksen mukaisissa mallinnuksissa useassa kohdassa vaikka epävarmuus pääosin sisältyy jo IEC TS 61400-14 mukaisissa voimaloiden lähtöarvoissa. Mallinnuksessa on esimerkiksi käytetty ohjeistuksen mukaisesti todellisuutta alempaa ground factory arvoa ja mallinnus on toteutettu havainnointikorkeutta ylempää neljän metrin korkeudesta. Myös se että mallinnuksessa ei käytetä metereologista korjauskerrointa, tekee mallista useissa sääolosuhteissa todellisia melupäästöjä korostavamman. POHJOIS-SATAKUNNAN TUULIVOIMAPUISTOJEN KAAVOITUSHANKE 8
5 Tulokset Melun leviäminen on esitetty karttakuvina 2 ja 3 (mallinnukset kahdella eri voimalatyypillä), joihin on merkitty melutasojen 35, 40, 45 ja 50 db arvokäyrät. Nämä ovat tulosten arvioinnissa käytettäviä ohjeellisia melutasoja. Kuvat vastaavat turbiinien melutasoja tuulen nopeudella 8 m/s (10 metrin korkeudella). Kuva 2 esittää melun leviämistä lähtömelutasolla 106 db(a) ja kuva 3 104,5 db(a). Tuulipuistoa lähimpänä olevien kuuden rakennuksen kohdalla on laskettu pisteittäiset meluarvot voimalalla Nordex N131 HH144 3000 mallinnettuna. Tulokset ovat koottu taulukkoon 5. Rakennusten paikat on merkitty melukarttoihin, ja niiden paikkakoordinaatit on koottu taulukkoon 4. Pientaajuusmelu on laskettu erikseen melunmallinnusohjeen mukaisesti kuudelle kohteelle (lähimmät asuinrakennukset) POHJOIS-SATAKUNNAN TUULIVOIMAPUISTOJEN KAAVOITUSHANKE 9
Kuva 2 Keskiäänitasot tuulipuiston ympäristössä turbiinin lähtömelutasolla 106 db(a) Nordex N117 3000 voimalalla mallinnettuna Tällä voimalamallilla mallinnettuna kaava-alueella sijaitsevilla asuinrakennuksilla yölle asetettu 40 db(a) suunnitteluohjearvo hieman ylittyy. Kuitenkin rakennusvaiheessa tehtävien sijoitteluratkaisuiden myötä ja rakennusvaiheessa mm. puuston ja maastomuotoja yksityiskohtaisemmin huomioivaa mallinnusmenetelmää käyttäen voidaan myös tällä voimalamallilla päästään todennäköisesti tilanteeseen, jossa suunnitteluohjearvot alittuvat. Jos tähän tai meluarvoiltaan vastaavaan voimalamalliin päädytään, on rakennuslupaprosessin yhteydessä mallinnukset kuitenkin toteutettava uudestaan, jotta varmistutaan ohjearvojen alittumisesta. Käytettäessä lähtömelutasoltaan alhaisempaa voimalaitosta suunnitteluohjearvot alittuvat kaikilta osin. Nordex N131 3000 voimalalla suoritetun mallinnuksen perusteella meluhaitat pysyvät kaava-alueella ja myös kaava-alueella sijaitsevien POHJOIS-SATAKUNNAN TUULIVOIMAPUISTOJEN KAAVOITUSHANKE 10
asuinrakennusten kohdalla suunnitteluohjearvot alittuvat reilusti. Kuva 3 Keskiäänitasot tuulipuiston ympäristössä turbiinin lähtömelutasolla 104,5 db(a) Nordex N131 3000 voimalalla mallinnettuna POHJOIS-SATAKUNNAN TUULIVOIMAPUISTOJEN KAAVOITUSHANKE 11
Rakennus Etäisyys lähimpään turbiiniin (m) KKJ kaista 1 Itäkoordinaatti (m) Pohjoiskoordinaatti (m) Korkeus (m) 1 743,0 1592329,0 6863410,0 134,2 2 874,5 1592166,0 6865568,0 122,0 3 1278,2 1590730,0 6863294,0 123,0 4 858,6 1591166,0 6865876,0 123,0 5 1470,9 1590917,0 6866437,0 120,5 6 1406,3 1591797,0 6862549,0 129,0 Taulukko 4: Tuulipuistoa lähimpien rakennusten paikkakoordinaatit. Rakennus Meluennuste Meluraja (db(a)) (db(a)) 1 33,36 40,00 2 33,16 40,00 3 27,93 35,00 4 30,17 40,00 5 25,77 40,00 6 27,08 40,00 Taulukko 5: Lähimpien rakennusten kohdalla saavutetut melutasot [db(a)] voimalamallilla Nordex N131 HH144 3000. Pientaajuusmelu Ympäristöhallinnon melunmallintamisohjeiden mukaan (ohje 2/2014) pientaajuusmelu on laskettava erikseen merkittävimpien melulle altistuvien kohteiden (rakennusten) ulkopuolelle. Pienitaajuisen melun taso taajuusalueella POHJOIS-SATAKUNNAN TUULIVOIMAPUISTOJEN KAAVOITUSHANKE 12
20 Hz 200 Hz määritetään 1/3-oktaavikaistoittain. Tarkastelu tehdään pisteestä pisteeseen laskennalla, eikä melu- vyöhykkeitä tai melukarttoja edellytetä laadittavan. Laskennan tarkoituksena on tuottaa tieto ulkomelutasoista terssikaistoittain, joka mahdollistaa rakennuksen sisämelutason arvioinnin kun rakennuksen vaipan ilmaääneneristävyys tunnetaan riittävällä tarkkuudella. (Ympäristöministeriö, 2014) Mallinnusohjelmassa WindFarmer 5.0.10 matalataajuuksisia ääniä mallinnetaan 31,5 Hz asti. Taulukko 1 Pientaajuus melu 20-200 Hz: A-painotetut melutasot altistuvien kohteiden ulkopuolella. Pientaajuus melu on laskettu käyttäen voimalamallia Nordex N131 3000 (HH144). Kohteet ovat edellä esitetyt havainnointipisteet (katso 3). Pienitaajuisen melun laskentamenetelmä: L p = L W 20 db log 10 (d 1 / 1 m) 11 db + A gr A atm d 2 A-painotetut melutasot altistuvien kohteiden (rakennusten) ulkopuolella Hz Kohde 1 Kohde 2 Kohde 3 Kohde 4 Kohde 5 Kohde 6 ohjearvo(sisämelulle) 20 3,3674375 3,005703 0 0,076214 0 0 74 25 2,7158397 2,182274 0 1,006107 0 0 64 31,5 7,4048914 6,870563 1,947962 3,937667 0 1,108298 56 40 16,683003 16,14715 11,21795 13,21199 5,474792 10,37509 49 50 16,661125 16,12375 11,18794 13,18633 5,445374 10,34188 44 63 20,217401 19,67697 14,72793 16,73505 8,986538 13,87547 42 80 23,762806 23,21857 18,25296 20,27104 12,51299 17,39248 40 100 21,664701 21,1136 16,11807 18,15608 10,38061 15,24314 38 125 24,923372 24,36235 19,3234 21,39058 13,5894 18,42756 36 160 22,117611 21,54207 16,43925 18,54991 10,70992 15,51272 34 200 29,548299 28,95364 23,76602 25,93539 18,0422 22,79891 32 Pientaajuusmelutasot eivät ylitä kohteiden ulkopuolella sosiaali- ja terveysministeriön julkaisemassa Asumisterveysohjeessa (2003) määriteltyjä ohjearvoja pientaajuuksiselle sisämelulle. POHJOIS-SATAKUNNAN TUULIVOIMAPUISTOJEN KAAVOITUSHANKE 13
6 Johtopäätökset Mallinnustulosten perusteella voimalamallilla Nordex N131 3000 melutasot alittavat tuulivoimarakentamisen ulkomelutason suunnitteluohjearvot sekä päivällä että yöllä. Myös STM:n asumisterveysohjeessa (2003) määritellyt ohjearvot pientaajuuksiselle sisämelulle alittuvat tarkastelupisteissä. Mahdollisesti joillakin laitosmalleilla ollaan lähellä yölle asetettuja suunnitteluohjearvoja kaava-alueella olevien asuinrakennusten kohdalla, kun voimalat käyvät nimellisteholla. Jos kaava-alueelle tullaan sijoittamaan declared value tietojen perusteella lähtöäänimelutasoltaan korkeita laitoksia, on rakennuslupavaiheessa tilannetta melunsuhteen tarkasteltava tarkemmin. Melumallinnuksessa ei ole käytetty taustamelua. Mallinnustuloksia tarkasteltaessa on hyvä huomioida, että kaava-alueella ja sen ympäristössä harjoitetaan intensiivisesti maa-aineksen ottoa, josta aiheutuvat äänet eritoten kesäaikaan osittain peittävät alleen tuulivoimaloista syntyvän äänen useissa havainnointikohteissa. POHJOIS-SATAKUNNAN TUULIVOIMAPUISTOJEN KAAVOITUSHANKE 14
Viitteet [1] ISO 9613-2:1996, Acoustics Attenuation of sound during propagation outdoors Part 2: General method of calculation. [2] C. Di Napoli, Tuulivoimaloiden melun syntytavat ja leviäminen, Suomen Ympäristö 4, 2007. [3] Maanmittauslaitoksen avoimen tietoaineiston lisenssi [4] D. Siponen, Noise Annoyance of Wind Turbines, VTT Research Report VTT- R-00951-11, 2011. [5] S. Uosukainen, Tuulivoimaloiden melun synty, eteneminen ja häiritsevyys, VTT Tiedotteita 2529, 2010. [6] Tuulivoimarakentamisen suunnittelu, Ympäristöministeriön raportteja 9/2011, Helsinki 2011. [7] Tuulivoimarakentamisen suunnittelu, Ympäristöhallinnon ohjeita 4/2012, Helsinki 2012 [8] WindFarmer v. 4.2 ja v. 5.0, Theory Manual, GL Garrad Hassan. [9] VNp 993/92. Valtioneuvoston päätös melutason ohjearvoista. Annettu 29.10.1992. POHJOIS-SATAKUNNAN TUULIVOIMAPUISTOJEN KAAVOITUSHANKE 15