Pohjois-Satakunnan tuulivoimakaavoitushanke, Jäkäläkangas, Karvia

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 (LAeq ).
Voimaloista syntyvä meluhaitta ei ylitä suunnittelulle annettuja ohjearvoja.
Paikka ja aika
Kankaanpää 24.
2015
kesäkuuta
Projektipäällikkö
Samir Abboud
Asiatarkastus
Ilmari Mattila
POHJOIS-SATAKUNNAN TUULIVOIMAPUISTOJEN KAAVOITUSHANKE
2
Sisältö
1 Johdanto
4
2 Taustatietoja
2.1 Tuulivoimaloiden melu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.2 Melun ohjearvot . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5
5
5
3 Melumallinnuksen lähtötiedot
3.1 Maastoaineistot . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.2 Turbiinityypit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6
6
6
4 Melumallinnuksen kuvaus
4.1 Laskennan parametrit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.2 Epävarmuuden arviointi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7
7
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
N
korkeus
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
2.1
Taustatietoja
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)
päiväajalle
(klo 7-22)
asumiseen käytettävillä
alueilla,
lomaasumiseen käytettävillä
alueilla
taajamissa,
virkistysalueilla
loma-asumiseen
käytettävillä
alueilla
taajamien ulkopuolella,
leirintäalueilla,
luonnonsuojelualueilla*
muilla alueilla
45 dB
L(Aeq)
yöajalle
(klo 227)
40 dB
40 dB
35 dB
ei
sovelleta
ei
sovelleta
Huomautukset

yöarvoa
ei
sovelletaluonnosuojelualue
illa, joita ei yleisesti käytetä
oleskeluun
tai
luonnohavainnointiin yöllä
Taulukko 2: Tuulivoimarakentamisen ulkomelutason
suunnitteluohjearvot (lähde: Ympäristöhallinnon ohjeita 4/2012).
POHJOIS-SATAKUNNAN TUULIVOIMAPUISTOJEN KAAVOITUSHANKE
6
3
3.1
Melumallinnuksen lähtötiedot
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]
106 dB(A)
taajuus [Hz]
104,5 dB(A)
31.5
70,0
31.5
50,3
63
84,5
63
76,3
125
91,4
125
84,9
250
98,2
250
89,7
500
100,7
500
92,9
1000
99,2
1000
88,9
2000
94,4
2000
87,6
4000
86,5
4000
86,4
8000
74,7
8000
78,3
Taulukko 3: Mallinnuksessa käytetyt turbiinien melutasot taajuuskaistoittain
[dB(A)]. Tuulennopeus 8 m/s 10 metrin korkeudella
4
4.1
Melumallinnuksen kuvaus
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)
1
1087,6
ETRSTM35FIN
PohjoisItäkoordinaatti
koordinaatti
(m)
(m)
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
1
Meluennuste
(dB(A))
34,37
Meluraja
(dB(A))
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: Lp = LW – 20 dB · log10 (d1 / 1 m) – 11 dB + Agr – Aatm· d2
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
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
31,5
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 VTTR-00951-11, 2011.
[5] S. Uosukainen, Tuulivoimaloiden melun synty, eteneminen ja häiritsevyys,
VTT Tiedotteita 2529, 2010.
[6] Tuulivoimarakentamisen
9/2011, Helsinki 2011.
suunnittelu, Ympäristöministeriön raportteja
[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