2. Omówienie zjawiska migotania cieni (shadow flickering) na farmie wiatrowej Ashley

Transkrypt

1 Tytuł: Zleceniodawca: Data publikacji: Wykonawca: Wersja online: Zawartość: Shadow Flicker Impact Analysis for the Ashley Wind Energy Project, McIntosh County, North Dakota CPV Ashley Renewable Energy Company, LLC Sierpień 2010 Tetra Tech EC, Inc. 160 Federal Street 3rd Floor Boston, Massachusetts Omówienie zjawiska migotania cieni (shadow flickering) na przykładzie analizy przeprowadzonej przy użyciu programu WindPRO dla projektu farmy wiatrowej Ashley zlokalizowanej w Północnej Dakocie, USA. 1. Wprowadzenie Niniejsze opracowanie obejmuje analizę zjawiska migotania cieni (shadow flickering) powodowanego przez turbiny wiatrowe. Celem analizy było zbadanie skali tego zjawiska oraz stwierdzenie czy będzie ono negatywnie oddziaływać na ludność zamieszkującą tereny znajdujące się w okolicy planowanej farmy wiatrowej Ashley (USA). Analiza została przeprowadzona przy użyciu oprogramowania WindPRO. 2. Omówienie zjawiska migotania cieni (shadow flickering) na farmie wiatrowej Ashley 2.1. Zjawisko migotania cieni Poruszające się śmigła turbiny mogą powodować powstanie ruchomego cienia na terenach znajdujących się w pobliżu farmy wiatrowej. Takie zjawisko zostało określone mianem migotania cieni (shadow flickering). Granice obszaru narażonego na ten typ oddziaływania farm wiatrowych zależą od pory roku i dnia oraz od parametrów turbin (np. wysokości wieży, średnicy rotora, szerokości i orientacji śmigieł). Migotanie cieni występuje zwykle w warunkach niskiego kąta padania promieni słonecznych, a więc zwłaszcza podczas wschodu i zachodu słońca. Jednakże, gdy kąt ten jest zbyt mały (ok. 3 stopni), światło ulega rozproszeniu i nie powoduje powstania cienia. Migotanie cieni nie występuje w nocy, a także jeśli słońce jest zasłonięte poprzez gęste chmury czy mgłę. Zjawisko to nie występuje również, gdy turbiny nie pracują, a więc gdy ich śmigła znajdują się w bezruchu. Intensywność zjawiska migotania cieni jest rozumiana jako różnica pomiędzy jasnością danej lokalizacji w momencie kiedy pojawia się na niej cień a jej jasnością, kiedy cień nie występuje. Intensywność ta maleje wraz ze wzrostem odległości odbiorcy od turbiny. Już w odległości ok m migotanie cieni jest na tyle niewielkie, że można uważać je za niezauważalne. Generalnie, wzrost odległości od turbin sprawia, że migotanie cieni jest mniej widoczne nawet, jeśli liczba turbin oraz godzin nasłonecznienia jest znaczna Opis inwestycji oraz jej lokalizacji Proponowana farma wiatrowa Ashley będzie się składać maksymalnie z 87 turbin, będących częścią Ashley Wind Energy Project (w dalszej części zwanej Projektem), zlokalizowaną w McIntosh w Północnej Dakocie. Projekt będzie znajdował się w odległości minimum 427 m od zabudowy, tak więc w znacznej większości pobliska zabudowa znajdzie się poza strefą potencjalnego wpływu migotania cieni. Inwestor rozważa zastosowanie dwóch modeli turbin. Dla tych dwóch modeli zostały przeprowadzone badania w zakresie zjawiska migotania cieni:

2 General Electric (GE) 2.5xl model tej turbiny posiada trzy śmigła, średnicę rotora wynoszącą 103 m, a wysokość piasty to 85 m. Standardowa prędkość obrotu śmigieł wynosi 14 obrotów na minutę, czyli posiada częstotliwość 0,7 Hz 1. Siemens Energy, Inc (Siemens) SWT model tej turbiny posiada trzy śmigła, średnicę rotora wynoszącą 101 m oraz wysokość piasty 80 m. Standardowa prędkość obrotu śmigieł wynosi 16 obrotów na minutę, czyli posiada częstotliwość 0,8 Hz Oddziaływanie shadow flickering na zdrowie Zjawisko migotania cieni zależy m.in. od liczby śmigieł turbiny oraz prędkości ich obrotów. Tak niewielka liczba obrotów jak w przedstawionych wyżej modelach turbin nie jest szkodliwa dla zdrowia. Dla porównania, światła stroboskopowe wykorzystywane w dyskotekach posiadają częstotliwości w zakresie od ok. 3 Hz do ok. 10 Hz. Istnieją opinie, że migotanie cieni powodowane ruchem śmigła pracującej turbiny może powodować negatywne skutki dla zdrowia, na przykład wywoływać ataki padaczki u ludzi chorych na epilepsję. British Epilepsy Foundation twierdzi, że są to jedynie przypuszczenia niepotwierdzone badaniami naukowymi. Mimo to, profilaktycznie, postulowana częstotliwość migotania powodowana przez turbiny nie powinna przekraczać 3 Hz. W przypadku proponowanego Projektu częstotliwość ta, w zależności od wybranego rodzaju turbiny, wynosi 0,7-0,8 Hz, a więc znacznie poniżej wskazanej wartości. Taka częstotliwość nie powinna mieć zatem żadnego wpływu na stan zdrowia osób chorych na epilepsję Regulacje prawne shadow flickering W chwili obecnej nie istnieją w stanie Północna Dakota 2 zapisy prawne dotyczące migotania cieni powodowanego przez pracujące turbiny. W związku z dynamicznym rozwojem energetyki wiatrowej niektóre stany ustanowiły przepisy dotyczące oddziaływania shadow flickering, które mogą być modyfikowane i traktowane raczej jako zalecenia i rekomendacje niż prawo. Generalnie, w USA przyjmuje się, że nastawienie na 30 godzin oddziaływania zjawiska migotania cieni rocznie nie jest szkodliwe dla zdrowia ludzkiego. Taki sam limit został uznany za bezpieczny również w orzeczeniu niemieckiego sądu (WindPower 2003). Jednakże, nawet większa liczba godzin narażenia odbiorców na tego typu oddziaływania farm wiatrowych nie musi powodować uciążliwości dla odbiorców ani nie powinna stanowić zagrożenia dla ich zdrowia Analiza wykonana przy użyciu programu WindPRO Do wykonania analizy zjawiska migotania cieni wykorzystano oprogramowanie WindPRO. Badania objęły wszystkie 87 turbin w lokalizacjach wskazanych przez inwestora. Wzięto pod uwagę dwa typy turbin: w scenariuszu A turbiny GE, w scenariuszu B turbiny Siemens. Analiza przeprowadzona przy użyciu WindPRO została przeprowadzona tak, aby określić skalę rzeczywistego oddziaływania cieni na odbiorców. Obliczenia uwzględniają całkowitą ilość czasu (godziny i minuty w roku), kiedy cień z turbin może wystąpić na obszarze w promieniu 1,5 km. Opracowanie najbardziej prawdopodobnej skali oddziaływania opierało się na następujących założeniach: uwzględniono wyniesienie (elevation) i pozycję geograficzną (position geometries) turbin wiatrowych względem okolicznych odbiorców (czyli np. najbliższą zabudowę); wyniesienie określono przy pomocy cyfrowego modelu elewacji (digital elevation model, DEM) United States Geological Survey (USCG). Pozycję geograficzną określono przy pomocy systemów 1 1 Hz = 1 mignięcie/błysk na sekundę 2 Projekt znajduje się na terenie USA, brak regulacji prawnych dotyczy więc tego państwa

3 GIS-owych (geografic information system) oraz układu odniesienia Universal Transverse Mercator (UTM, strefa 14, NAD83), uwzględniono pozycję słońca, a także incydentalne momenty nasłonecznienia turbin wiatrowych w odniesieniu do okolicznych odbiorców z dokładnością co do minuty w ciągu roku, wykorzystano wieloletnie dane o nasłonecznieniu dla obszaru zlokalizowanego najbliżej projektowanej farmy wiatrowej (dane z National Climatic Data Center NCDC 2008 dla miejscowości Bismarck). Dane te przedstawiały procent całkowitego nasłonecznienia w danym miesiącu; największym nasłonecznieniem charakteryzowały się miesiące letnie: lipiec (73%) i sierpień (72%), oszacowano czas pracy turbin w ciągu roku oraz ich orientację; na podstawie dwuletnich pomiarów wiatru przeprowadzonych od czerwca 2008 do maja 2010 przy pomocy masztu pomiarowego określono prędkość wiatru oraz rozkład jego kierunków. Wyniki analizy przeprowadzonej w WindPRO wykazały, że najczęściej na tym obszarze wiatry przyjmują kierunek WNW (zachodni północny-zachód, 13%) i NNW (północno-północny zachód, 14%), przyjęto, że punkty widokowe odbiorców (np. okna budynków) usytuowane są bezpośrednio z widokiem na cień padający z turbin. W przeprowadzonych wyliczeniach przy pomocy WindPRO uwzględniono ukształtowanie terenu oraz przeanalizowano w jaki sposób różnice w wysokości terenu wpływają na jego zacienienie. W trakcie analiz obliczona została ścieżka słońca w odniesieniu do lokalizacji każdej turbiny projektu i w ten sposób określona została wędrówka cienia po terenie w ciągu roku. Pominięto jedynie dane dla promieni słonecznych padających pod kątem mniejszym niż 3 stopnie. Podczas analizy nie zostały uwzględnione inne czynniki takie, jak wystąpienie mgieł, zadrzewienia, a także wizualne przeszkody (orientacja okien, pokrycie terenu), mogące potencjalnie zminimalizować lub nawet wyeliminować wystąpienie shadow flickering. Wszystkie z pośród 15 lokalizacji zabudowań (odbiorców) znajdują się poniżej 1,5 km od najbliższych turbin Projektu. Jako punkt odbioru narażony na migotanie cienia uznano powierzchnię ok. 1 m 2 znajdującą się na wysokości 1 m nad ziemią (na wzór domowego okna). Średnią wysokość oczu człowieka przyjęto jako ok. 1,5 m nad terenem Wynik oceny Analiza przeprowadzona z wykorzystaniem programu WindPRO wykazała, że migotanie cieni powodowane przez poruszające się śmigła turbin projektowanej farmy wiatrowej Ashley będzie występować głównie w najbliższym otoczeniu turbin. Dla obu modeli turbin tylko jedno miejsce z 15 wskazanych lokalizacji odbiorców narażone będzie na więcej niż 30 godzin zacienienia rocznie. Wizja terenowa wykazała jednak, że jest to opuszczony budynek nie nadający się do zamieszkania i użytku. Dla wariantu A (turbina GE) liczba godzin zacienienia pobliskich obszarów wyszła nieco większa niż dla wariantu B (turbina Siemens). Wyniki przeprowadzonych analiz zostały przedstawione tabelarycznie oraz graficznie. Poniżej zamieszczono rysunki, na których zobrazowano stopień zacienienia obszarów znajdujących się w okolicy turbin. Rysunki te, będące wynikami analiz, wykonano dla obu typu turbin (GE oraz Siemens).

4 Rysunek 1 Obszary narażone na migotanie cieni powodowane przez turbiny wiatrowe scenariusz A (turbina GE 2.5xl) Rysunek 2 Obszary narażone na migotanie cienii powodowane przez turbiny wiatrowe scenariusz B (turbina Siemens Energy, Inc SWT )

5 3. Podsumowanie Przeprowadzona analiza zacienienia obszarów znajdujących się w najbliższym otoczeniu farmy wiatrowej, na których znajdują się zabudowania mieszkalne, wykazała, że realizacja farmy wiatrowej Ashley nie doprowadzi do zacienienia tych zabudowań przez większą liczbę godzin niż zalecane 30 godzin rocznie. Do wykonania oceny przyjęto, że wszystkie narażone na oddziaływania miejsca (np. okna w budynkach) znajdują się w prostej linii pomiędzy słońcem a turbiną i pomiędzy nimi nie występują żadne przeszkody (np. drzewa) blokujące światło, a więc minimalizujące to oddziaływanie. Jest to założenie najbardziej restrykcyjne, bowiem w terenie występują różnego typu przeszkody pomiędzy cieniem a zabudowaniami, a okna budynków skierowane są w różne strony świata. Można więc uznać, że zjawisko shadow flickering, które pojawi się po wybudowaniu tej farmy, będzie oddziaływać w mniejszym stopniu niż zakładano. W razie potrzeby, na drodze indywidualnych ustaleń z właścicielami posesji, mogą zostać zastosowane dodatkowe środki mitygujące takie, jak np. zastosowanie przesłon w oknach lub nasadzenia pasów zadrzewień (strategic vegetative screening). Opracowała: Diana Brzozowska