Vastaanottaja Raahen Tuulivoima Consulting Oy Asiakirjatyyppi Raportti Päivämäärä 19.12.2013 Viite 1510009971 TUULIVOIMAHANKE, RAAHE VÄLKEMALLINNUS
TUULIVOIMAHANKE, RAAHE VÄLKEMALLINNUS Päivämäärä 19.12.2013 Laatija Tarkastaja Arttu Ruhanen Janne Ristolainen Sisältää Maanmittauslaitoksen Maastotietokannan 12/2013 aineistoa. http://www.maanmittauslaitos.fi/avoindata_lisenssi_versio1 _20120501 Viite 1510009971 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 1 4. Mallinnusmenetelmä ja lähtötiedot 2 4.1 Mallinnusohjelma ja laskentamalli 2 4.2 Laskentojen epävarmuus 2 4.3 Välkelaskenta 2 4.4 Maastomalli 3 4.5 Tuulivoimalatiedot 3 5. Mallinnustulokset 3 6. Välkevaikutuksien vähentäminen ja rajoitustarve 4 LÄHTEET 4 LIITTEET 4
VÄLKEMALLINNUS 1 1. YLEISTÄ Raahen Tuulivoima Consulting Oy suunnittelee Raaheen neljän tuulivoimalan rakentamista. Tämän työn tarkoituksena on ollut selvittää suunniteltujen tuulivoimalaitosten vilkkuvaa varjostuksen vaikutuksen eli välkevaikutukset niiden ympäristössä. Työ on tehty Raahen Tuulivoima Consulting Oy:n toimeksiannosta. Ramboll Finland Oy:ssä työstä on vastannut projektipäällikkö ins.(amk) Janne Ristolainen. Välkemallinnuksen ja raportoinnin on tehnyt suunnittelija ins.(amk) Arttu Ruhanen. 2. SUUNNITTELUOHJEARVOT Tuulivoimaloista aiheutuvalle vilkkuvalle varjostukselle ei ole määritelty Suomessa raja- tai ohjearvoja. Ympäristöministeriö julkisti 6.7.2012 Tuulivoimarakentamisen suunnittelu (Ympäristöhallinnon ohjeita 4/2012) oppaan, jossa suositellaan käyttämään apuna muiden maiden suosituksia välkkeen rajoittamisesta. [1] 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 - 3. VAIKUTUSMEKANISMIT Tuulivoimalat voivat aiheuttaa vilkkuvaa varjostusvaikutusta eli välkettä lähiympäristöönsä, 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.
VÄLKEMALLINNUS 2 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 [2]. 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 vilkkuvan varjostuksen alue 4.2 Laskentojen epävarmuus Worst Case -laskenta perustuu auringon asemaan suhteessa tuulivoimalaitokseen ja tarkastelupisteeseen, voidaan laskennan tarkkuutta pitää hyvinkin luotettavana. Real Case -tuloksiin vaikuttavat 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. 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 vilkkuvaa varjostusta aiheudu. 4.3 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. Laskenta tehtiin 1 minuutin tarkkuudella. Saksalaisen ohjeistuksen (joka on yleisesti käytössä oleva laskentatapa) mukaan välkevaikutusta laskettaessa [3] : Auringonpaistekulman raja horisontista on kolme astetta, jonka alle menevää auringon säteilyä ei oteta huomioon Laskennassa roottorin lavan tulee peittää vähintään 20 % auringosta
VÄLKEMALLINNUS 3 Worst Case -laskennat olettavat 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 tyyni tai tuulen suunnan painaessa lavan tason samansuuntaiseksi kuin auringon ja katselupisteen välinen jana, tuulivoimala ei aiheuta välkevaikutusta. 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 [4]. Tuulivoimaloiden vuotuiseksi toiminta-ajaksi määritettiin Suomen Tuuliatlaksen tiedoista 84 %. Toiminta-ajat laskettiin 12 suuntasektorille olettaen, että tuulivoimalat toimivat tuulennopeuden ollessa napakorkeudella yli 4 m/s. 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 huomioitiin 4 suunniteltua tuulivoimalaitosta. Laitosten koordinaatit on esitetty taulukossa 2. Taulukko 2. Tuulivoimalaitosten koordinaatit (ERS-TM35FIN) Tunnus I P 1 379958 7165452 2 378927 7165322 3 379572 7164852 4 380089 7164671 Tuulivoimalamallina on käytetty Lagerwey L100-2.5MW voimalaa, jonka napakorkeus on 99 metriä ja roottorin halkaisija 100 metriä. 5. MALLINNUSTULOKSET Real Case -välkevyöhykelaskennan lisäksi laskentoja tehtiin myös yksittäisiin reseptoripisteisiin. Real Case -laskennan välkekartta on esitetty liitteessä 1 ja Worst Case -kartta liitteessä 2. Reseptoripistelaskentojen tulokset ja ajankohdat, milloin välkettä voi reseptoripisteissä esiintyä liitteissä 3 ja 4. 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 takaa tarkastelupisteeseen tuulivoimala pyörii ja tuulen suunta mahdollistaa vilkkuvan varjon syntymisen ilman kirkkaus mahdollistaa vilkkuvan varjon syntymisen Real Case -välkelaskennan mukaan välkealueelle jossa ylitetään 10 tuntia vuodessa, jää yksi asuintalo ja kolme loma-asuntoa. 8-10 h/v välkealueelle ei jää häiriintyviä kohteita. Worst Case -laskennan mukaiselle 30 h/v välkealueelle jää samat kolme loma-asuntoa ja yksi asuintaloa kuin Real Case -tilanteen 10 tuntia vuodessa ylittävälle alueelle. Välkevaikutusalueella oleva asuintalo ei ole tilaajan tiedon mukaan vakituisessa asuinkäytössä. Tilaajan mukaan välkevaikutusalueella olevien loma-asunnoiksi merkittyjen kohteiden kanssa on tehty hanketta koskien sopimus.
VÄLKEMALLINNUS 4 6. VÄLKEVAIKUTUKSIEN VÄHENTÄMINEN JA RAJOITUS- TARVE Ympäristössä aiheutuvia välkevaikutuksia voidaan 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. 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 ja välkemäärän rajoja sovelletaan välkevaikutuksen piirissä (yli 8 h/v) olevien asunnon ja loma-asuntojen luona, on todennäköistä että tuulivoimaloiden toimintaa on rajoitettava. Real Case -mallinnuksen mukaan muiden kuin yhden asuintalon ja kolmen loma-asunnon kohdalla välkevaikutukset ovat selvästi alle 8 tuntia vuodessa, joten niihin kohdistuvat vaikutukset eivät edellytä tuulivoimaloiden toiminnan rajoittamista. Välkevaikutuksen vähentämiseksi on esitetty myös puustovyöhykkeiden säilyttämistä/kasvattamista. 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. [5] LÄHTEET 1. Tuulivoimarakentamisen suunnittelu, Ympäristöhallinnon ohjeita 4/2012 2. WindPRO 2.9 User Manual 3. Hinweise zur Ermittlung und Beurtelung der optischen Immissionen von Windenergianlagen, WEA-Shattenwurf-Hinweise 4. Ilmatieteen laitos, Tilastoja Suomen ilmastosta 1981 2010, Raportteja 2012:1 5. Update of UK Shadow Flicker, Evidence Base, Final Report LIITTEET Liite 1 Liite 2 Liite 3 Liite 4 Real Case -laskennan välkevyöhykkeet Worst Case -laskennan välkevyöhykkeet Reseptoripistelaskennan tulokset Kalenteri välkkeen mahdollisen esiintymisen ajankohdista reseptoripisteissä
2!? 1!? 3!?!? 4 0 0,5 1 2 Kilometers Liite 1 Raahen Tuulivoima Consulting Oy Tuulivoimahanke, Raahe Välkemallinnus (WindPro 2.9) -layout 11.12.2013 -napakorkeus 99 m -roottorin halkaisija 100 m A.Ruhanen 17.12.2013 Real Case -mallinnus Välketuntia vuodessa 0 8 10 15 30 Merkkien selitteet!? Tuulivoimala Lomarakennus Asuinrakennus
2!? 1!? 3!?!? 4 0 0,5 1 2 Kilometers Liite 2 Raahen Tuulivoima Consulting Oy Tuulivoimahanke, Raahe Välkemallinnus (WindPro 2.9) -layout 11.12.2013 -napakorkeus 99 m -roottorin halkaisija 100 m A.Ruhanen 17.12.2013 Worst Case -mallinnus Välketuntia vuodessa SHADOW 0 30 60 90 Merkkien selitteet!? Tuulivoimala Lomarakennus Asuinrakennus
Project: Raahe SHADOW - Main Result Calculation: Receptor 2013-12-11 H99 D100 Assumptions for shadow calculations Maximum distance for influence Calculate only when more than 20 % of sun is covered by the blade Please look in WTG table WindPRO version 2.9.207 Apr 2013 Printed/Page 17.12.2013 15:46 / 1 Liite 3 (1/2) Licensed user: Ramboll Finland Oy / ICT Niemenkatu 73 FI-15140 Lahti +358 20 755 7170 Arttu Ruhanen / arttu.ruhanen@ramboll.fi Calculated: 17.12.2013 15:45/2.9.207 Minimum sun height over horizon for influence 3 Day step for calculation 1 days Time step for calculation 1 minutes Sunshine probability S (Average daily sunshine hours) [] Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec 0,77 2,46 4,42 6,93 8,81 9,87 9,13 6,84 4,43 2,23 0,93 0,26 Operational time N NNE ENE E ESE SSE S SSW WSW W WNW NNW Sum 525 386 308 354 478 733 972 1 198 1 328 386 297 350 7 315 Idle start wind speed: Cut in wind speed from power curve A ZVI (Zones of Visual Influence) calculation is performed before flicker calculation so non visible WTG do not contribute to calculated flicker values. A WTG will be visible if it is visible from any part of the receiver window. The ZVI calculation is based on the following assumptions: Height contours used: Height Contours: korot.wpo (1) Obstacles used in calculation Eye height: 1,5 m Scale 1:50 000 Grid resolution: 10,0 m New WTG Shadow receptor WTGs Finish TM ETRS-TM35FIN-ETRS89 WTG type Shadow data East North Z Row data/description Valid Manufact. Type-generator Power, Rotor Hub Calculation RPM rated diameter height distance [m] [kw] [m] [m] [m] [RPM] 1 379 958 7 165 452 17,4 LAGERWEY L100 2500 100.0!O!...Yes LAGERWEY L100-2 500 2 500 100,0 99,0 2 000 24,0 2 378 927 7 165 322 22,5 LAGERWEY L100 2500 100.0!O!...Yes LAGERWEY L100-2 500 2 500 100,0 99,0 2 000 24,0 3 379 572 7 164 852 25,0 LAGERWEY L100 2500 100.0!O!...Yes LAGERWEY L100-2 500 2 500 100,0 99,0 2 000 24,0 4 380 089 7 164 671 27,5 LAGERWEY L100 2500 100.0!O!...Yes LAGERWEY L100-2 500 2 500 100,0 99,0 2 000 24,0 Shadow receptor-input Finish TM ETRS-TM35FIN-ETRS89 No. East North Z Width Height Height Degrees from Slope of Direction mode a.g.l. south cw window [m] [m] [m] [m] [ ] [ ] A 377 751 7 165 322 17,5 1,0 1,0 1,0 0,0 90,0 "Green house mode" B 378 983 7 165 750 18,0 1,0 1,0 1,0 0,0 90,0 "Green house mode" C 379 398 7 165 347 22,3 1,0 1,0 1,0 0,0 90,0 "Green house mode" D 380 457 7 165 148 19,2 1,0 1,0 1,0 0,0 90,0 "Green house mode" E 381 017 7 164 521 23,9 1,0 1,0 1,0 0,0 90,0 "Green house mode" Calculation Results Shadow receptor Shadow, worst case Shadow, expected values No. Shadow hours Shadow days Max shadow Shadow hours per year per year hours per day per year [h/year] [days/year] [h/day] [h/year] A 7:43 36 0:20 1:24 B 74:38 105 1:24 10:53 C 124:25 164 1:17 22:21 D 99:09 198 0:42 19:42 E 19:55 65 0:37 4:01 WindPRO is developed by EMD International A/S, Niels Jernesvej 10, DK-9220 Aalborg Ø, Tel. +45 96 35 44 44, Fax +45 96 35 44 46, e-mail: windpro@emd.dk
Project: Raahe SHADOW - Main Result Calculation: Receptor 2013-12-11 H99 D100 Total amount of flickering on the shadow receptors caused by each WTG No. Name Worst case Expected [h/year] [h/year] 1 LAGERWEY L100 2500 100.0!O! hub: 99,0 m (TOT: 149,0 m) (2) 108:24 23:13 2 LAGERWEY L100 2500 100.0!O! hub: 99,0 m (TOT: 149,0 m) (3) 103:30 17:32 3 LAGERWEY L100 2500 100.0!O! hub: 99,0 m (TOT: 149,0 m) (4) 62:21 8:45 4 LAGERWEY L100 2500 100.0!O! hub: 99,0 m (TOT: 149,0 m) (5) 48:47 7:40 WindPRO version 2.9.207 Apr 2013 Printed/Page 17.12.2013 15:46 / 2 Liite 3 (2/2) Licensed user: Ramboll Finland Oy / ICT Niemenkatu 73 FI-15140 Lahti +358 20 755 7170 Arttu Ruhanen / arttu.ruhanen@ramboll.fi Calculated: 17.12.2013 15:45/2.9.207 WindPRO is developed by EMD International A/S, Niels Jernesvej 10, DK-9220 Aalborg Ø, Tel. +45 96 35 44 44, Fax +45 96 35 44 46, e-mail: windpro@emd.dk
Project: Raahe SHADOW - Calendar, graphical Calculation: Receptor 2013-12-11 H99 D100 Time A: Shadow Receptor: 1,0 1,0 Azimuth: 0,0 Slope: 90,0 (1) 0:00 22:00 20:00 18:00 16:00 14:00 12:00 10:00 8:00 6:00 4:00 Time WindPRO version 2.9.207 Apr 2013 Printed/Page 17.12.2013 15:47 / 1 Licensed user: Ramboll Finland Oy / ICT Niemenkatu 73 FI-15140 Lahti +358 20 755 7170 Arttu Ruhanen / arttu.ruhanen@ramboll.fi Calculated: 17.12.2013 15:45/2.9.207 B: Shadow Receptor: 1,0 1,0 Azimuth: 0,0 Slope: 90,0 (2) 0:00 22:00 20:00 18:00 16:00 14:00 12:00 10:00 8:00 6:00 4:00 Liite 4 helmi maalis huhti touko kesä heinä elo Month syys loka marras joulu helmi maalis huhti touko kesä heinä elo Month syys loka marras joulu Time C: Shadow Receptor: 1,0 1,0 Azimuth: 0,0 Slope: 90,0 (3) 0:00 22:00 20:00 18:00 16:00 14:00 12:00 10:00 8:00 6:00 4:00 Time D: Shadow Receptor: 1,0 1,0 Azimuth: 0,0 Slope: 90,0 (4) 0:00 22:00 20:00 18:00 16:00 14:00 12:00 10:00 8:00 6:00 4:00 helmi maalis huhti touko kesä heinä elo Month syys loka marras joulu helmi maalis huhti touko kesä heinä elo Month syys loka marras joulu Time E: Shadow Receptor: 1,0 1,0 Azimuth: 0,0 Slope: 90,0 (5) 0:00 22:00 20:00 18:00 16:00 14:00 12:00 10:00 8:00 6:00 4:00 helmi maalis huhti touko kesä heinä elo Month syys loka marras joulu WTGs 1: LAGERWEY L100 2500 100.0!O! hub: 99,0 m (TOT: 149,0 m) (2) 2: LAGERWEY L100 2500 100.0!O! hub: 99,0 m (TOT: 149,0 m) (3) 3: LAGERWEY L100 2500 100.0!O! hub: 99,0 m (TOT: 149,0 m) (4) 4: LAGERWEY L100 2500 100.0!O! hub: 99,0 m (TOT: 149,0 m) (5) WindPRO is developed by EMD International A/S, Niels Jernesvej 10, DK-9220 Aalborg Ø, Tel. +45 96 35 44 44, Fax +45 96 35 44 46, e-mail: windpro@emd.dk