Vastaanottaja Suomen Hyötytuuli Oy Asiakirjatyyppi Raportti Päivämäärä 15.1.2016 Viite 1510020841 TAHKOLUODON SATAMAN KORVAUSINVESTOINNIT TUULIVOIMALOIDEN VÄLKEMALLINNUS
TAHKOLUODON SATAMAN KORVAUSINVESTOINNIT TUULIVOIMALOIDEN VÄLKEMALLINNUS Päivämäärä 15.1.2016 Laatija Tarkastaja Arttu Ruhanen Miia Nurminen-Piirainen Sisältää Maanmittauslaitoksen Maastotietokannan 12/2013 aineistoa. http://www.maanmittauslaitos.fi/avoindata_lisenssi_versio1 _20120501 Viite 1510020841 Ramboll Niemenkatu 73 15140 LAHTI T +358 20 755 611 F +358 20 755 7801 www.ramboll.fi
TUULIVOIMALOIDEN VÄLKEMALLINNUS SISÄLTÖ 1. Johdanto 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 3 4.4 Maastomalli 3 4.5 Tuulivoimalatiedot 3 5. Mallinnustulokset 5 6. Välkevaikutuksien vähentäminen ja rajoitustarve 5 LÄHTEET 6 LIITTEET 6
TUULIVOIMALOIDEN VÄLKEMALLINNUS 1 1. JOHDANTO Suomen Hyötytuuli Oy suunnittelee Tahkoluodon satamassa olemassa olevien tuulivoimaloiden korvaamista. Satama-alueella neljä olemassa olevaa tuulivoimalaa on suunniteltu korvattavan kolmella uudella. Ympäristöministeriön Tuulivoimarakentamisen suunnittelu (Ympäristöhallinnon ohjeita 4/2012) oppaan mukaisesti liikkuvasta varjosta puhutaan välkkeenä. Tahkoluodon satama-alueen korvausinvestointien lisäksi Tahkoluodon edustan merialueelle on suunnitteilla 10 kpl uusia tuulivoimalaitoksia. Tässä raportissa on lähtökohtana ollut verrata Tahkoluodon merituulipuiston uuden sijoitussuunnitelman sekä suunniteltujen satama-alueen korvausinvestointien aiheuttamaa muutosta välketilanteessa verrattuna nykytilaan. Työ on tehty Suomen Hyötytuuli Oy:n toimeksiannosta. Ramboll Finland Oy:ssä työstä on vastannut projektipäällikkö FM Miia Nurminen-Piirainen. Välkemallinnuksen ja raportoinnin on tehnyt suunnittelija ins.(amk) Arttu Ruhanen. 2. SUUNNITTELUOHJEARVOT Tuulivoimaloista aiheutuvalle liikkuvalle 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 -
TUULIVOIMALOIDEN 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. Laajimmalle varjo ulottuu, 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. Vaikutusalue riippuu tuulivoimalamallin dimensioista ja lavan muodosta sekä alueellisista sääolosuhteista sekä ympäröivästä maastosta. 4. MALLINNUSMENETELMÄ JA LÄHTÖTIEDOT 4.1 Mallinnusohjelma ja laskentamalli Tuulivoimaloiden aiheuttaman välkkeen esiintymisalue ja esiintymistiheys laskettiin EMD WindP- RO 2.9 -ohjelman Shadow -moduulilla, joka laskee kuinka usein ja minkälaisina jaksoina tietty kohde on tuulivoimaloiden luoman liikkuvan varjon alaisena. Ohjelma on yleisesti käytössä tuulivoimaloiden aiheuttaman välkkeen 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. Välkekartan 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. 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
TUULIVOIMALOIDEN VÄLKEMALLINNUS 3 ajan sekä tuulen suunnan seuraavan aurinkoa siten, että välkettä syntyy tarkastelupisteeseen aina maksimaalinen määrä. Real Case -laskennoissa huomioidaan alueen tuulisuus- ja auringonpaistetiedot. Real Case tulos saadaan, kun Worst case -tuloksista tehdään vähennykset auringonpaistetietoihin ja käyttötuntitietoihin (tuulensuunta sektoreittain) perustuen. Auringonpaisteisuustietona käytettiin Ilmatieteen laitoksen Jokioisten observatorion keskiarvoisia auringonpaisteisuustietoja ilmastolliselta vertailukaudelta 1981 2010 [6]. Jokioisten observatorio on Poria lähin säähavaintoasema, jossa on tallennettu auringonpaisteisuustietoja pitkältä aikaväliltä. Tuulivoimaloiden vuotuiseksi toiminta-ajaksi määritettiin Suomen Tuuliatlaksen tiedoista 91 % [7]. Toiminta-ajat laskettiin 12 suuntasektorille olettaen, että tuulivoimalat toimivat tuulennopeuden ollessa napakorkeudella yli 4 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 1,16 2,61 4,19 6,43 8,42 8,50 8,58 6,71 4,57 2,52 1,10 0,81 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 792 436 292 314 480 519 1008 1324 856 612 567 749 7949 Välkevyöhykkeiden lisäksi laskentoja tehtiin yksittäisiin reseptoripisteisiin satama-alueen ympäristössä. Reseptoripisteet ovat esitetty kartalla kuvassa 2. 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 kohdassa 4.2 esitettyjen seikkojen takia. Real Case mallinnuksessa käytetään keskimääräisiä auringonpaisteisuustietoja ja tuulen suuntien toiminnallisia aikoja. 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. Mallissa ei kuitenkaan huomioida rakennusten ja puuston peitevaikutusta. Jos tuulivoimalat eivät ole nähtävissä, eivät ne myöskään aiheuta välkevaikutuksia. 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 Nykyisten ja suunniteltujen voimaloiden sijainti- ja dimensiotiedot perustuvat Suomen Hyötytuulen toimittamaan aineistoon.
TUULIVOIMALOIDEN VÄLKEMALLINNUS 4 Kuvassa 2 on esitetty nykyisten ja suunniteltujen tuulivoimalaitosten sijainti kartalla. Laitosten koordinaatit sekä napakorkeudet ja roottorin halkaisijat on esitetty liitteessä 3. Mallinnuksia tehtiin neljässä tilanteessa: Tahkoluodon satama-alueen nykyinen tilanne Tahkoluodon satama-alueen tilanne korvausinvestointien jälkeen Tahkoluodon satama-alueen nykyinen tilanne + merituulipuisto Tahkoluodon satama-alueen tilanne korvausinvestointien jälkeen + merituulipuisto Kuva 2. Tuulivoimalaitosten sijainnit kartalla Tahkoluodon alueella ja reseptoripisteet (R1-R4)
TUULIVOIMALOIDEN VÄLKEMALLINNUS 5 5. MALLINNUSTULOKSET Real Case -laskennan välkekartat on esitetty liitteissä 1.1 1.4. Nykytilanteessa Tahkoluodon alueella vuotuinen välkemäärä jää alle kahdeksaan tuntiin asuin- ja lomarakennusten sekä suojelu- ja Natura-alueiden kohdalla. Kun verrataan nykytilaan, eivät satama-alueen korvausinvestoinnit vaikuta välketilanteeseen Tahkoluodon sataman ympäristön lähimpien asuinalojen tai lomarakennusten kohdalla. Tuulivoimaloiden uusimisen myötä välkemäärät pienenevät hieman tuulivoimaloista luoteeseen sijoittuvan Gummandooran Natura-alueen eteläosassa. Kumpelin suojelualueella vuotuinen välkemäärä kasvaa noin kahdella tunnilla. Satama-alueen uudet korvaavat tuulivoimalaitokset eivät juurikaan lisää välkemääriä muualla kuin satama-alueella ja Kumpelin suojelualueella, kun vertailu tehdään tilanteeseen jossa nykyisten tuulivoimalaitosten lisäksi myös merituulipuisto on huomioitu. Kumpelin suojelualueella vuotuinen välkemäärä kasvaa noin kahdella tunnilla. Reposaaren ja Pengertien alueen välkemääriin satama-alueella tapahtuvilla muutoksilla ei ole vaikutusta alueiden välisestä etäisyydestä johtuen. Taulukko 4. Reseptoripistelaskentojen tulokset Reseptoripiste Real Case, tuntia vuodessa Nykyinen tilanne Tilanne korvausinvestointien jälkeen Nykyinen tilanne + merituulipuisto Tilanne korvausinvestointien jälkeen + merituulipuisto R1 Tahkoluoto 3:52 3:50 3:52 3:50 R2 Kaija 0:00 0:00 20:32 20:32 R3 Kumpeli 2:23 4:20 20:32 22:29 R4 Paakari 1:33 1:33 1:33 1:33 Teoreettiset välkkeen esiintymisajankohdat on esitetty liitteiden 2.1 2.4 kalentereissa. 6. VÄLKEVAIKUTUKSIEN VÄHENTÄMINEN JA RAJOITUS- TARVE Suunnitteluohjearvojen (joita ei ole suoraan määritetty Suomessa) myötä tuulivoimalaa ei tarvitse pysäyttää aina kun välkettä esiintyy. Satama-alueen uusien tuulivoimaloiden vuotuinen välkemäärä ei ylitä asutuksella tai loma-asunnoilla Ruotsissa ja Saksassa käytettävää raja-arvoa 8 tuntia ja Tanskassa käytettävää raja-arvoa 10 tuntia. Täten satama-alueelle suunniteltujen uusien tuulivoimaloiden toimintaa ei tarvitsisi välkevaikutuksien vähentämiseksi rajoittaa. Ympäristössä aiheutuvia välkevaikutuksia voidaan tarvittaessa vähentää tuulivoimalaan liitettävällä välkkeen rajoitusjärjestelmällä. Välkkeen muodostumista tietyssä kohteessa monitoroidaan voimalan nasellin päälle tai runkoon asennettavilla valosensoreilla, jotka laskevat muodostumisen mahdollisuutta tietyssä suunnassa valoisuuden ja roottorin asennon mukaan. Järjestelmä ohjaa tuulivoimalan toimintaa tietojen perusteella eli käytännössä pysäyttää tuulivoimalan kriittisinä ajankohtina. Puustovyöhykkeet rajoittavat välkevaikutuksia, mutta puuston on kuitenkin oltava riittävän tiheää ja korkeata sekä suojata altistuvaa kohdetta kattavasti. Myös vuodenajan vaihtelut on huomioitava puuston kyvyssä rajoittaa tuulivoimaloiden näkyvyyttä. Jos tuulivoimalat eivät näy häiriintyvään kohteeseen, ei myöskään välkettä aiheudu.
TUULIVOIMALOIDEN VÄLKEMALLINNUS 6 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 LIITTEET Liite 1.1 Liite 1.2 Liite 1.3 Liite 1.4 Liite 2.1 Liite 2.2 Liite 2.3 Liite 2.4 Liite 3 Real Case -laskennan välkevyöhykkeet, Tahkoluodon satama-alueen nykyinen tilanne Real Case -laskennan välkevyöhykkeet, Tahkoluodon satama-alueen tilanne korvausinvestointien jälkeen Real Case -laskennan välkevyöhykkeet, Tahkoluodon satama-alueen nykyinen tilanne + merituulipuisto Real Case -laskennan välkevyöhykkeet, Tahkoluodon satama-alueen tilanne korvausinvestointien jälkeen + merituulipuisto Kalenteri välkkeen mahdollisen esiintymisen ajankohdista reseptoripisteissä, Tahkoluodon satama-alueen nykyinen tilanne Kalenteri välkkeen mahdollisen esiintymisen ajankohdista reseptoripisteissä, Tahkoluodon satama-alueen tilanne korvausinvestointien jälkeen Kalenteri välkkeen mahdollisen esiintymisen ajankohdista reseptoripisteissä, Tahkoluodon satama-alueen nykyinen tilanne + merituulipuisto Kalenteri välkkeen mahdollisen esiintymisen ajankohdista reseptoripisteissä, Tahkoluodon satama-alueen tilanne korvausinvestointien jälkeen + merituulipuisto Satama-alueen tuulivoimalaitosten koordinaatit sekä laitosmallien tiedot
TUULIVOIMALOIDEN VÄLKEMALLINNUS 1 LIITE 2.1 Ajankohtakaaviot: Tahkoluodon satama-alueen nykyinen tilanne Yllä on esitetty erikseen jokaiselle aiemmin 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.
TUULIVOIMALOIDEN VÄLKEMALLINNUS 1 LIITE 2.2 Ajankohtakaaviot: Tahkoluodon satama-alueen tilanne korvaus-investointien jälkeen Yllä on esitetty erikseen jokaiselle aiemmin 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.
TUULIVOIMALOIDEN VÄLKEMALLINNUS 1 LIITE 2.3 Ajankohtakaaviot: Tahkoluodon satama-alueen nykyinen tilanne + merituulipuisto Yllä on esitetty erikseen jokaiselle aiemmin 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.
TUULIVOIMALOIDEN VÄLKEMALLINNUS 1 LIITE 2.4 Ajankohtakaaviot: Tahkoluodon satama-alueen tilanne korvaus-investointien jälkeen + merituulipuisto Yllä on esitetty erikseen jokaiselle aiemmin 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.
TUULIVOIMALOIDEN VÄLKEMALLINNUS LIITE 3, Satama-alueen tuulivoimalaitosten koordinaatit Tunnus Status Malli Koordinaatit, ETRS- TM35FIN Napakorkeus, m Roottorin halkaisija, m Lavan max. leveys, m Lavan leveys 90 % pituudella, m Maksimivälkeetäisyys, m X Y Meri-Pori Offshore Nykyinen, jäävä Siemens SWT-2.3-101 200837 6845306 80 101 3,40 0,63 1371 Pilot Meri-Pori 6 Nykyinen, Bonus 1.0 MW 202397 6845950 50 54 2,00-1400 korvattava Meri-Pori 7 Nykyinen, Bonus 1.0 MW 202381 6846216 50 54 2,00-1400 korvattava Meri-Pori 8 Nykyinen, Bonus 1.0 MW 202425 6846468 50 54 2,00-1400 korvattava Meri-Pori 9 Nykyinen, Bonus 2.0 MW 202056 6845864 80 76 - - 2000 korvattava Meri-Pori 10 Nykyinen, jäävä Winwind WWD-3-D90 203202 6846554 90 90 4,15 1,78 2018 Meri-Pori 11 Nykyinen, jäävä Winwind WWD-3-D100 203639 6846462 100 100 4,15 1,52 1929 Satama WT1 Uusi suunniteltu Siemens SWT-2.3-101 202055 6845867 80 101 3,40 0,63 1371 Satama WT2 Uusi suunniteltu Siemens SWT-2.3-101 202381 6845947 80 101 3,40 0,63 1371 Satama WT3 Uusi suunniteltu Siemens SWT-2.3-101 202366 6846504 80 101 3,40 0,63 1371 Merituulipuisto 2 Uusi suunniteltu Siemens SWT-4.0-130 201072 6847436 115 130 4,20 1,00 1768 Merituulipuisto 3 Uusi suunniteltu Siemens SWT-4.0-130 200613 6847026 115 130 4,20 1,00 1768 Merituulipuisto 4 Uusi suunniteltu Siemens SWT-4.0-130 200043 6846603 115 130 4,20 1,00 1768 Merituulipuisto 5 Uusi suunniteltu Siemens SWT-4.0-130 201434 6845749 115 130 4,20 1,00 1768 Merituulipuisto 6 Uusi suunniteltu Siemens SWT-4.0-130 200457 6845809 115 130 4,20 1,00 1768 Merituulipuisto 7 Uusi suunniteltu Siemens SWT-4.0-130 201705 6845161 115 130 4,20 1,00 1768 Merituulipuisto 8 Uusi suunniteltu Siemens SWT-4.0-130 201277 6844870 115 130 4,20 1,00 1768 Merituulipuisto 9 Uusi suunniteltu Siemens SWT-4.0-130 200195 6844961 115 130 4,20 1,00 1768 Merituulipuisto 10 Uusi suunniteltu Siemens SWT-4.0-130 202191 6844649 115 130 4,20 1,00 1768 Merituulipuisto 11 Uusi suunniteltu Siemens SWT-4.0-130 200705 6844555 115 130 4,20 1,00 1768