Ljud från vindkraftverk

Lisa GranåWSP Akustik

Min bakgrund

Civ.Ing Väg och vatten (KTH)1998 Examensarbete - ljud från havsbaserade vindkraftverk(Byggnadskonstruktör)2000 – 2003 Licenciat KTH, ljud från havsbaserade vindkraftverk2003 – Akustikkonsult WSP2007 – startade WSP:s vindkraftsnätverk2009 – avdelningschef WSP Akustik i Stockholm

WSP Akustik

En av de ledande akustikkonsulterna globalt och i SverigeStockholm – Uppsala (ca 15)Göteborg – Malmö – Jönköping (ca 25)Norge, Finland, England, Dubai m.fl.

WSP Akustik – våra tjänsteområden

SamhällsbullerByggnadsakustikRumsakustikVibrationerArbetsmiljö

UtredningarProjekteringBeräkningMätningUtbildning

10 000 konsulter globalt

Omsätter SEK 7,8 miljarder

Noterat påbörsen i London sedan 1987

WSP Group – globalt konsultföretag

Specialist-tjänster och integrerade lösningar

2 200 medarbetare i Sverige

Stark lokal förankring

Söker optimala hållbara lösningar

WSP i Sverige – lokal förankring

Våra verksamhetsområden

Miljö & EnergiTransport & InfrastrukturHus & Industri

WSP Vindkraft

Nätverk med ca 40 personerKonsulttjänster från idé till färdigt projekt

Ljud från vindkraftverkDagens program

Allmänt om ljudAlstring av vindkraftsbullerMaskeringStörning från vindkraftsbullerBedömningsgrunderLjudutbredning i atmosfärenBeräkningsmodellerSpeciella förhållanden

– Skog– Havsbaserad

MätningarFrågor och diskussion

Vad är ljud?

Ljud är en vågrörelse i luftenSmå tryckförändringarLikheter med andra vågrörelser (vattenvågor, ljus mm)

Våglängd = 1/frekvensen = tonhöjd

Amplitud = ljudstyrka

Frekvens

Frekvensen är ett mått på tonhöjd och mäts i Hertz.

Mänskliga örat uppfattar ljud inom ca 20 – 20 000 Hz.

Vi hör bäst i de frekvenser vi talar.

Lågfrekvent ljud (< 200 Hz)Mellanfrekvent ljud (500 – 2000 Hz)Högfrekvent ljud (över 4000 Hz)

500 Hz 1000 Hz 2000 Hz

Ljudnivå

Ljudnivån beskriver ljudtrycket och mäts i decibel.Decibelskalan är anpassad så de vanliga förekommande ljuden ligger mellan 0 och 100 dB.0 dB motsvarar hörseltröskeln för en person med god hörsel.Skalan är logaritmisk.

0 + 0 = 3 !

En fördubbling av ljudtrycket ökar ljudnivån med 3 dB

3 dB är också den minsta ändring örat uppfattar i normal miljö. 1 dB kan uppfattas i ett tyst lab.

Kring 8 dB upplevs som fördubbling/halvering

Vanliga ljudnivåer

Ekvialentnivå och maxnivå

MaxnivåHögsta toppen under en viss

tid

Ekvivalentnivå

Medel över en viss tid

motorväg

Vägd ljudnivå – dBA och dBC

Ljudnivå i dB är inte alltid den bästa beskrivningen av ett ljud. Därför finns filter som sänker vissa frekvenser och höjer andra.

dBA – anpassning till normal hörsel, dvs reduktion av låga och mycket höga frekvenser

Ljud från vindkraftverk

Varifrån kommer vindkraftsbuller?Mekaniskt ljud

– Växellåda– Infästningar mm– Påverkas av:

RotationshastighetTyp av växellådaSlitage

Aerodynamiskt ljud– Rotorblad– Påverkas av:

VindhastighetenTurbulens kring tornTurbulens från närliggande verkVertikala vindar

Äldre modeller (rotorn i lä från tornet)– Periodiskt dunkade ljud

Varifrån kommer vindkraftsbuller? Forts.Det mekaniska ljudet byggs successivt bort

– Isolerat maskinhus– Variabel hastighet– Upphängning av växellåda

Kvar är det aerodynamiska– Variabel hastighet– ”Pitch” – bladens vinkel

Möjlighet att sänka ljudet– På bekostnad av effekten

På moderna verk ska toner, dunkande och slammer ej förekomma. Då är något fel påturbinen.

Vindkraftverkens utveckling

Källa: J.Thorén, Simulering av vindkraftljud med beräkningsmodellen Nord2000 (2009)

Nya verk är mer ”ljudeffektiva”

Källa: Naturvårdsverket, Ljud från vindkraftverk, koncept 2009

Mekaniskt och aerodynamiskt ljud

Mekaniskt ljud mer störande än aerodynamiskt eftersom det har en ”onaturlig”karaktär.

Aerodynamiskt ljud alstras även av vind i träd och runt byggnader möjlighet till maskering

Maskering från vegetation

Källa: K. Bolin, Wind Turbine Noise and Natural Sounds- Masking, Propagation and Modeling (2009)

+ 2 MW vindkraftverko uppmätt ljud från lövträd

Maskering från vattenvågor

Källa: K. Bolin, Wind Turbine Noise and Natural Sounds- Masking, Propagation and Modeling (2009)

Brytande vågor

Ökad våghöjd

Effektiv maskering

Om ljudnivån från vindkraftverken är 10 dB lägre än bakgrundnivån kan man anta att vindkraftverken inte hörs.Detta gäller i varje frekvensband.

Större verk -> mer lågfrekvent ljud -> mindre effektiv maskering

Det naturliga ljudet varierar kraftigtDen naturliga miljön är föränderlig (årstidsvariationer, avverkning)

Det är därför knappast lämpligt att godta högre ljudnivåer med hänvisning till maskering.

Hur störande är vindkraftsbuller?

Källa: E. Pedersen, “Human response to wind turbine noise” (2007)

Tendenser i störningsstudier

Ökad störning vid ökad ljudnivåSer man verken ökar risken för störningLåg bakgrundsnivå ökar risken för störning (landsbygd)Verken hörs även vid höga vindhastigheter

Stora variationer mellan olika studier

Andra aspekter– Hur mycket är man hemma på dagarna– Hur mycket är man ute på tomten– Sover man med öppet fönster

Finns det hälsorisker?

NEJNEJ

Liten risk för sömnstörningar

Varför är vindkraftsbuller mer störande än många andra ljudkällor?

Tänkbara orsaker

Människors inställningNy teknikSvårt att se nyttanOsämja bland grannarInte på min bakgård…

Ljudets karaktärAmplitudmodulation (swichande ljud, 1s frekvens)Differenser i vind mellan mottagare och vindkraftverk

Riktvärden för bullerRiktvärde för vindkraft

40 dBA

Motiv - kontinuerlig ljudkälla dygnet runt

Riktvärden för ljud från vindkraft

Normalfall 40 dBA – ”nivåsom ej ska överskridas”

35 dBA gäller för– Områden planlagda för

friluftsliv– Områden där ljudmiljön är

särskilt viktig (fjäll och skärgård)

– Vindskyddade områden– Vid rena toner

Ljudutbredning i atmosfären

Ljudets spridning påverkas av

VindriktningVindhastighetVindgradientTemperaturTemperaturgradientTurbulensLuftfuktighetLufttryck

Ljudutbredning forts.

TurbulensVindriktningVindhastighetVindgradientTemperaturgradient

TemperaturLuftfuktighetLufttryck

Turbulens

Fluktuationer pgavariationer i atmosfärens egenskaper

Refraktion

Krökning av ljudstrålar

Absorption

Ljudenergi övergår till värme

Absorption

Ljudvågen sätter fart påmolekylerna i luftenEnergi från ljudet övergår till värme i atmosfären

Finns standardvärden (15 ºC, 70 % RH) och formel för beräkningStandardvärden överskattar absorptionen för normala svenska förhållanden

Relativt liten effekt på avstånd under 1 km

Refraktion

Refraktion kan beskrivas som krökning av ljudstrålar

Refraktion pga vindriktning och vindstyrka

Källa: “Ljud från vindkraftverk” Naturvårdsverket rapport 6241 (2001)

Refraktion forts.

Refraktion pga temperaturens skiktning

Avtagande temperatur

Ökande temperatur(inversion)

Källa: “Ljud från vindkraftverk” Naturvårdsverket rapport 6241 (2001)

Refraktion forts.

I normala fall har temperaturgradienten inte så stor påverkan på utbredning av vindkraftsbuller.

När det blåser blandas atmosfären om och temperaturen blir utjämnad med höjden.

Geometrisk spridning

Sfärisk spridning Cylindrisk spridning-6 dB per avståndsfördubbling -3 dB per avståndsfördubbling

Industri, flyg, enstaka fordon Trafikerade vägar, långa tåg

Vindkraft VindkraftVindstilla – svag vind Kraftig medvind

Turbulens

Bubblor av luft med annan sammansättningTurbulensen ökar med kraftiga vindar och kraftiga temperaturändringar

Turbulens ger ett fluktuerande ljudKan minska ekvivalentnivånKan samtidigt öka hörbarheten

Markeffekt

Mjuk mark dämpar ljudNyfallen snöMossa

Hård mark reflekterar ljudAsfaltVattenytor

Små ojämnheter gör att marken blir akustiskt mjukare - råhetsklass

Sammanvägning av utbrednings- och markeffekter

Korta avstånd – mottagare och källa nära marken (vägtrafikbuller)

Källa: C. Larsson, “Bullerutbredning”

Sammanvägning av utbrednings- och markeffekter

Långa avstånd – högt placerad källa (flygbuller)

Källa: C. Larsson, “Bullerutbredning”

Sammanvägning av utbrednings- och markeffekter – vindkraft?

Källa: J.Thorén, Simulering av vindkraftljud med beräkningsmodellen Nord2000 (2009)

Beräkningsmodeller

Den svenska modellen (Ljud från vindkraftverk, Naturvårdsverket)

Nord2000

Industribullermodellen (General prediction method)

Harmonoise, Imagine(EU-modeller)

Den svenska modellen

Landbaserade verk - avstånd upp till 1000 m

LA – ljudnivå hos mottagareLWA,korr – ljudeffekt hos vindkraftverket, korrigerat för vindhastighet på platsenr – avstånd

Ingen hänsyn till refraktion, turbulens eller marktyp (= antar platt, hård mark)

avståndsdämpningen

absorption

Den svenska modellen, forts

LWA – ljudeffekt enligt tillverkare enligt IEC-standardk – ljudeffektens variation med vindhastigheten enl tillverkare (i dB(A)/m/s)

vnav – vindhastighet vid navH - navhöjd

Den svenska modellen, forts

vh – aktuell vindhastighet (normalt 8 m/s på 10 m höjd)z0 - markråhetslängden

Råhetslängd i den svenska modellen

Faktor som påverkar vindgradientenAntaganden

– Vindstyrka 8 m/s på 10 m höjd– Logaritmisk vindgradient

– Plan, slät mark (liten råhetslängd) -> lägre vindhastighet vid navhöjd– Kuperad mark (högre råhetslängd) -> högre vindhastighet vid navhöjd

Vindhastighet vid navhöjd styr ljudeffekten på verket

I den svenska modellen påverkar markråheten bara ljudeffekt, inte ljudets utbredning.

Den svenska modellen forts.

Långa avstånd– Ljudnivå i oktavband– Absorption i oktavband

Havsbaserade verk– Mycket kraftig medvind– Cylindrisk utbredning– Worst-case-modell– Reviderats i det nya konceptet vilket ger

ca 5 dB lägre ljudnivåer

Nord2000

Framtagen för trafikbuller

Mer korrekt beskrivning av ljudutbredning – Meteorologiska effekter– Absorption– Turbulens

Mer detaljerad markbeskrivning– 8 marktyper– Terräng– Skog– Tät bebyggelse

Nord2000 forts.

LR = LW + ΔLd + ΔLa + ΔLt + ΔLs + ΔLr

LW – ljudeffektΔLd – inverkan av avståndsspridningΔLa – inverkan av absorptionΔLt – inverkan av terrängΔLs – inverkan av vegetation eller tät bebyggelseΔLr – inverkan av reflexer

Nord2000 – terräng

Modellering av terrängen

Modellen kan ta hänsyn till skärmning av terräng.

Källa: J.Thorén, Simulering av vindkraftljud med beräkningsmodellen Nord2000 (2009)

Nord2000 – scattering zonesSkog eller tät bebyggelse beräknas med skscattering zones

1. Skog mellan vindkraftverk och mottagare– Ca 4 – 5 dB dämpning på 500 m

2. Skog vid vindkraftverk, ej vid mottagare– Ger ingen dämpning alls

3. Skog vid mottagare– Ger samma dämpning som översta fallet

Källa: J.Thorén, Simulering av vindkraftljud med beräkningsmodellen Nord2000 (2009)

Råhetslängd och råhetsklass

Råhetslängd– Relevant för vindkraft– Påverkar vindgradienten och därmed

vindhastigheten vid navhöjd– I Nord2000 måste ljudeffekten hos ett verk

korrigeras på samma sätt som i den svenska modellen

Råhetsklass– Markparameter– En ojämn yta sprider en del av ljudet bakåt

och gör ljudfältet mindre koherent.

Ingen direkt koppling mellan parametrarna

Nord2000 jämförelse med mätningar

Rött – beräkning, medvind, platt mark

Svart – mätning

Medelnivån ligger rätt, modellen missar de stora variationerna

Källa: J.Thorén, Simulering av vindkraftljud med beräkningsmodellen Nord2000 (2009)

Nord2000 – begränsningar och styrkor

Modellen antar rak ljudhastighetsprofil– Dvs logaritmisk vindgradient

Kan ej beräkna kraftig refraktion t.ex. vid stark inversion, low level jets, terrängeffekter mm.Ingen hänsyn till ökad ljudnivå vid medvind och långa avstånd

– Succesiv övergång från sfärisk till cyindrisk utbredningDålig hantering av strykande infall

– Strykande infall =markeffekt vid låg infallsvinkel (ökad ljudnivå)– Kan ge stora felaktigheter vid motvind eller vid viss terräng

I medvind ger modellen god överensstämmelse med tendensen bland många mätningar men kan ej beskriva den stora variation som förekommer för vindkraftsbuller

Kräver stor kunskap om ingående parametrar och modellens begränsningar

Industribullermodellen

Används i Sverige för industribuller (och i något modifierad version, även för skottbuller och buller från motorsportbanor).Antar svag medvind i alla riktningar

– Meteorologin kan ej varieras

Tar hänsyn till terräng, byggnader och vegetation (förenklat)2 marktyper (mjuk och hård)

Väl verifierad för normala industribullerkällorOklart hur väl den fungerar för en hög källa som vindkraftverk

Harmonoise och Imagine

Europeiska projekt för harmionisering av beräkning av bullerHarmonoise – modell för utbredning och alstring av trafikbullerUtbredningsmodellen är Nord2000 med några mindre ändringar

Imagine – utveckling av Harmonoise för industri och flygHantering av höga källorDatabas för industribullerkällor

Ännu inga beslut tagna om implementering av dessa modeller inom EU

Vindkraft i skog

Vindkartering har visat att vindarna i skogsområden är kraftigare än man tidigare trott.I kombination med högre vindkraftverk blir skogsområden intressanta för etableringFördelar med relativt gles bebyggelse och minskad risk för visuella störningar.Vegetation dämpar ljud och minskar risk för störning genom visuellt hinder och maskering

Vindkraft i skog forts.

Men…Vindprofilen för skogsområden är komplicerad och stämmer ej med den som beskrivs i beräkningsmodellerna (både den svenska och Nord2000)

Vad händer där skogen tar slut (i många fall där bebyggelse tar vid)

Kunskap saknas!

Vindkraft till havs

Kraftiga vindar kan ge höga ljudnivåer på långa avstånd

Low Level Jets– kraftiga vindar på ca 300 – 500

m höjd– Uppstår under våren över

Östersjön– Ger cylindrisk utbredning

En plan vattenyta är totalt reflekterande

Källa: Källstrand B. (1998) Low level jets in a marine boundary layer during spring, Conrt. Atmos. Phys. 71, pp 359-373

Vindkraft till havs forts.

Ljudkänsliga miljöer kring kusten (sommarstugor, naturupplevelser)

Nord2000 kan ej hantera kraftig medvind,

Den Svenska modellen (reviderad 2009) baseras på långtidsmätningar i Kalmarsund. Är fortfarande en ogynnsam modell.

Kunskap saknas

Att mäta ljud från vindkraftverk

Det finns två metoder för mätning av allt externt industribuller

1. Inmätning av källan (emissionsmätning)1. Kontroll av ljudkällans emission2. Beräkning av ljud hos en mottagare för kontroll av krav och

riktvärdenKräver att man kommer nära källan.

2. Mätning hos mottagaren (imissionsmätning)1. Kontroll av uppfyllelse av krav och riktvärdenKräver lagomt mycket medvind, bar mark och uppehållsväderKänsligt för störning från andra ljudkällor

Generellt förespråkas emissionsmätning eftersom det är en mer tillförlitlig metod och är mindre beroende av rätt meteorologi.

Att mäta ljud från vindkraftverk

Emissionsmätning är att föredra vid enstaka verk.– Mätmetod enl IEC-standard– Mätning genomförs vid flera vindhastigheter på ett avstånd av vindkrafttornets

höjd.– Mätposition väljs i medvind – Närliggande verk stängs av vid mätningen– Antalet mätningar bestäms utifrån syftet med mätningen– Emissionsmäting kan ej genomföras för havsbaserade verk

Imissionsmätning kan vara det enda genomförbara vid vindkraftsparker– Att hitta mätpositioner i medvind för flera vindhastigheter kan vara mycket

tidskrävande.– Kostsamt att under lång tid stänga ned närliggande verk– Oövervakad långtidsmätning vid mottagare som utvärderas tillsammans med

meteorologiska data kan visa om riktvärdet överskridits. – Stor risk för andra störningar

Frågor

Om ett vindkraftbolag söker på ett verk med max-höjd 170 m (navhöjd 120 m, rotordiameter 100 m) och en effekt på 3,5 MW, men bullerberäkningarna är gjorda på ett verk som har en max-höjd på 145 m (navhöjd på 100 m, rotordiameter 90m) och en effekt på 2,5 MW –Hur stor skillnad gör det i den beräknade ljudnivån?

Skillnad i elektrisk effekt – oklart vad det ger för skillnad i ljudeffekt

Skillnad i höjd – vindhastigheten ökar med höjden. Om samma turbin lyfts upp 20 m ökar ljudeffekten. Går ej att säga vad som händer med olika turbiner.

Rekommendation: Var man inom 5 dB från riktvärdet med den första layouten – kräv en ny ljudberäkning!

Frågor

Råhetsklass- vad säger den? För bullerberäkningar i skogslandskap presenteras olika råhetsklasser ex. 1,3; 1,5; 2,0 eller 2,5 – vad är det för skillnad? Olika för olika terränger, ex skog, slättlanskap mm. Finns det några tips på råhetslängd på respektive landskapstyp?Råhetslängd – vad säger den? Har ex. på 0,043; 0,055; 0,100 och 0,200 i olika bullerberäkningar – vad är det för skillnad?Är det något förhållande mellan råhetsklass och råhetslängd? Ex.

– Råhetsklass: 1,3 1,5 2,0 2,5– Råhetslängd: 0,043 0,055 0,100 0,200

Råhetslängd – vindkraftsparameter, korrigerar turbinens ljudeffektRåhetsklass – markparameter i Nord2000, ojämn mark dämpar ljudet.Ingen direkt koppling, bedömning av vilka värden som ska användas

görs av den som räknar.

Frågor

Immisionshöjden –har den någon betydelse? Ofta beräknat på 1,5 m.

Har ingen betydelse så länge inte mottagaren är skärmad bakom en kulle (Nord2000). Då kan skärmningen minska drastiskt med högre mottagarhöjd.

Bullerkällor från ett vindkraftverk–rotorblad, maskinljud?Rena toner – förklara fenomen, när uppkommer det, går det att dämpa?När bullrar ett vindkraftverk som mest ex. när det blåser hård vind eller när

det blåser lite grand?

Se tidigare bilder

Frågor

Orientering av modellerna WinPro och Nord 2000 – För- och nackdelar, när fungerar resp. modell bäst?

WindPro = ett program som räknar med den svenska modellenSoundPlan, ExSound = räknar med Nord2000

Den svenska modellen är väl validerad för plan, hård mark (slättlandskap). I övriga miljöer räknar den sannolikt för höga nivåer.

För en snabb kontroll är den svenska modellen bra och lätt att använda (excel-ark)I miljöer med skog och terräng beskriver Nord200 verkligheten bättre.Man bör ej använda Nord2000 för att räkna motvindsfall. Försök att med den

modellen tillgodoräkna sig förhärskande vindriktning ska därför undvikas. Den som räknar med Nord2000 måste ha kunskap om parametrarna.

Havsbaserade verk – jag rekommenderar den svenska modellen (försiktighetsprincipen).

Frågor

Vindkraftbolag redovisar ibland olika källbullernivåer för samma verk vid sina bullerberäkningar (bolaget hänvisar till att de ställer ner verken för att klara riktlinjer för buller) Vad anses om detta? Är det sannolikt att vindkraftverket kommer hålla det angivna källbullret för de nedställda verken? Kan man precisionsställa verken exakt efter beräkningarna? Hur kontrollerar man det i tillsynen?

Hur sker inställningen av verken med avseende på buller dåvindkraftverken är byggda?

Tillsyn - Uppföljning av buller när vindkraftverken är i drift? Mätning/beräkning? Hur går man tillväga vid mätning?

Detta är en vedertagen metod. Det finns en koppling mellan ljudeffekt och elektrisk effekt.

Den mest praktiskt genomförbara kontrollen är troligtvis långtidsmätningarvid mottagare. Skulle riktvärdet överskridas och det ej kan förklaras med andra störningar får man gå vidare med en inmätning av verken.

Frågor

Betydelsen av källbullernivån vid mindre omflyttningar av vindkraftverk (t.ex inom 50 meters radie), topografi?

Om det inte är mycket kraftiga terrängskillnader kan man flytta bullerkurvan till den nya positionen. Ligger man nära eller över ett riktvärde bör en ny beräkning göras.

Beräkning av ljud med den svenska modellen görs enkelt i t.ex. WindPRO. Bolagen har all indata och gör ändå vindberäkningar för alla layouter. Begär kompletteringar av bullerberäkningarna om något är oklart.

Frågor

Störning från vindkraftbuller för hus som ligger i lä från övrig vind. Problem –lösning?

Naturvårdsverkets riktvärden50 % lägre vind än vid agreggatet -> 5 dB lägre riktvärdeFastställt av MÖD i dom om vindkraftverk i Örnsköldsvik

Kräver mycket kunskap om lokala förhållanden och ev extra vindmätningar.

Diskussion

lisa.grana@wspgroup.se08 – 688 7974