Pohjois-Satakunnan tuulivoimakaavoitushanke, Jäkäläkangas, Karvia Melumallinnus Samir Abboud
Raportin otsikko ja kirjoittajat Pohjois-Satakunnan tuulivoimakaavoitushanke, Jäkäläkangas - Melumallinnus Samir Abboud Kankaanpään kaupunki Tiivistelmä Raportissa esitetään Karvian Jäkäläkankaan alueelle suunnitellun tuulivoimapuiston melumallinnuksen tulokset. Alueelle suunnitellaan yhdeksän 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 ). Voimaloista syntyvä meluhaitta ei ylitä suunnittelulle annettuja ohjearvoja. Paikka ja aika Kankaanpää 24. kesäkuuta 2015 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 Jäkäläkankaan alueesta (pohjakartta Maanmittauslaitos 2015) 1 Johdanto Karvian kunta on aloittanut tuulivoimaosayleiskaavan laatimisen Jäkäläkankaan alueella. Tässä työssä on suoritettu tuulivoimaloiden aiheuttaman melun POHJOIS-SATAKUNNAN TUULIVOIMAPUISTOJEN KAAVOITUSHANKE 4
leviämismallinnus. Kaava-alue sijaitsee Karvian kunnan pohjoisosassa. Kaava-alueen ja voimaloiden sijainnit ovat esitetty kuvassa 1. Alueelle on suunnitteilla ohjeelliset rakennuspaikat yhdeksälle 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) E korkeus N merenpinnasta (m) 1 280879.38 6911576.31 153 2 281662.44 6911463.28 156 3 282536.28 6911179.71 150 4 281041.38 6910838.63 159 5 281781.14 6910864.26 163 6 281517.16 6910315.85 164 7 280827.31 6910179.05 158 8 280331.19 6909606.28 153 9 281102.12 6909505.03 162 Taulukko 1: Voimaloiden sijainnit ETRS-TM35FIN -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 POHJOIS-SATAKUNNAN TUULIVOIMAPUISTOJEN KAAVOITUSHANKE 5
Valtioneuvosto on antanut melutason yleiset ohjearvot [7] ja tuulivoimarakentamiseen on annettu suunnitteluohjearvot, joiden perusteella voidaan arvioida tuulipuiston melumallinnuksen tuloksia. Päätöstä sovelletaan 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. Myös valmistajan ilmoittamien decleared valuetietojen perusteella lisäykseen ei ole tarvetta. 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. Korkeusdatan resoluutio on 10 m ja tarkkuus 2 m. Suunniteltuja turbiineja lähimmät asuinrakennukset sijaitsevat alueen länsi ja pohjoispuolella. 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 160 metriä. 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 POHJOIS-SATAKUNNAN TUULIVOIMAPUISTOJEN KAAVOITUSHANKE 7
heijastavia pintoja. Melun leviäminen on laskettu 10x10 m hilapisteistöön 4 metrin korkeudelle maanpinnasta alueelta saatavilla olevan korkeusdatan mukaan (pystyresoluutio 0,5-2 m). Mallinnuksessa ei käytetä säästä johtuvaa vaimennuskerrointa. Ohjeistuksen (2/2014) 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 30, 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 viiden rakennuksen kohdalla on laskettu pisteittäiset meluarvot voimalalla Nordex N131 HH165 3000 mallinnettuna. Tulokset ovat koottu taulukkoon 5. Rakennusten paikat on merkitty melu- karttoihin, ja niiden paikkakoordinaatit on koottu taulukkoon 4. Pientaajuusmelu on laskettu erikseen melunmallinnusohjeen mukaisesti kuudelle kohteelle (lähimmät asuinrakennukset) Kuva 2 Keskiäänitasot tuulipuiston ympäristössä turbiinin lähtömelutasolla 106 db(a) Nordex N117 3000 voimalalla mallinnettuna Tällä voimalamallilla mallinnettuna kaava-alueen pohjoispuolella sijaitsevalla lomarakennuksella yölle asetettu 35 db(a) suunnitteluohjearvo hieman ylittyy POHJOIS-SATAKUNNAN TUULIVOIMAPUISTOJEN KAAVOITUSHANKE 9
melutason ollessa 36 db(a). 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 (HH 165) voimalalla suoritetun mallinnuksen perusteella meluhaitat pysyvät kaava-alueella ja myös kaava-alueella sijaitsevien 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 10
Rakennus Etäisyys lähimpään turbiiniin (m) ETRS- TM35FIN Itäkoordinaatti (m) Pohjoiskoordinaatti (m) 1 1087,6 282204.57 6912438.23 2 1367,1 279604.87 6911093.94 3 1222,1 279238.24 6910205.15 4 1355,2 278993.83 6909727.42 5 2505,3 283482.2 6908749.76 Taulukko 4: Tuulipuistoa lähimpien rakennusten paikkakoordinaatit. Rakennus Meluennuste Meluraja (db(a)) (db(a)) 1 34,37 35,00 2 33,70 40,00 3 32,65 40,00 4 30,93 40,00 5 27,33 35,00 Taulukko 5: Lähimpien rakennusten kohdalla saavutetut melutasot [db(a)] voimalamallilla Nordex N131 HH160 3000. Pientaajuusmelu 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 POHJOIS-SATAKUNNAN TUULIVOIMAPUISTOJEN KAAVOITUSHANKE 11
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 alle kahden kilometrin etäisyydellä voimaloista sijaitsevat 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 ohjearvo(sisämelulle) 20 0 0 0 0 74 25 0 0 0 0 64 31,5 4,1 3,9 3,4 1,2 56 40 13,3 13,2 12,7 10,4 49 50 13,3 13,2 12,7 10,4 44 63 16,9 16,7 16,2 13,9 42 80 20,4 20,2 19,7 17,4 40 100 18,2 18,1 17,5 15,3 38 125 21,4 21,2 20,7 18,4 36 160 18,6 18,3 17,8 15,5 34 200 25,9 25,6 25,0 22,8 32 Pientaajuusmelutasot eivät ylitä kohteiden ulkopuolella sosiaali- ja terveysministeriön julkaisemassa Asumisterveysohjeessa (2003) määriteltyjä ohjearvoja pientaajuuksiselle sisämelulle. POHJOIS-SATAKUNNAN TUULIVOIMAPUISTOJEN KAAVOITUSHANKE 12
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 melun suhteen mahdollisesti tarkasteltava tarkemmin. POHJOIS-SATAKUNNAN TUULIVOIMAPUISTOJEN KAAVOITUSHANKE 13
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. pohjakartta-aineisto Maanmittauslaitos 2015 POHJOIS-SATAKUNNAN TUULIVOIMAPUISTOJEN KAAVOITUSHANKE 14