Praktyczne aspekty ocen oddziaływania na środowisko - doświadczenia polskie (Oddziaływanie w zakresie akustyki) Ryszard Ingielewicz Biuro Analiz Wibroakustycznych WIBROTEST - Koszalin e-mail: wibrotest@wp.pl Adam Zagubień Politechnika Koszalińska - WILŚiG e-mail: adam.zagubien@tu.koszalin.pl
ZAKRES OCENY ZE WZGLĘDU NA EMISJĘ HAŁASU Źródło hałasu turbina wiatrowa Hałas słyszalny Normowany prawnie Infradźwięki Nienormowane prawnie Etap projektowania lokalizacji i uzyskanie decyzji środowiskowej Obliczenia numeryczne Etap eksploatacji Pomiary kontrolne Etap projektowania lokalizacji i uzyskanie decyzji środowiskowej Dyskusja dostępnych wyników badań Etap eksploatacji Pomiary kontrolne w przypadku zaleceń
OCENA W ZAKRESIE HAŁASU SŁYSZALNEGO Etap projektowania lokalizacji i uzyskania decyzji środowiskowej - hałas słyszalny obliczenia Najczęściej stosowane programy komputerowe: HPZ 2001 Windows ITB wersja marzec 2012 + GRUNT (program ITB), SoundPLAN uniwersalny program firmy Braunstein i Berndt GmbH, szeroko stosowany na Świecie, WindPRO moduł obliczeniowy Decibel dedykowany wyłącznie dla elektrowni wiatrowych. Aktualnie stawiane pytania budzące wątpliwości 1. Czy model obliczeniowy normy PN ISO 9613-2 można stosować do turbin wiatrowych? 2. Jaką wartość wskaźnika gruntu G należy przyjmować w obliczeniach? 3. Jak przyjmować punkty obliczeniowe dla terenów chronionych akustycznie? 4. Jakie czynniki wpływają na dokładność obliczeń i wykonania oceny?
AKTUALNIE STAWIANE PYTANIA BUDZĄCE WĄTPLIWOŚCI - dyskusja 1. Czy model obliczeniowy normy PN ISO 9613-2 można stosować do turbin wiatrowych? Tak można norma PN-ISO 9613-2 jest obowiązująca w Polsce i rekomendowana do prowadzenia analiz akustycznych w środowisku w większości krajów świata oraz zgodnie z Dyrektywą 2002/49/WE Parlamenty Europejskiego i Rady w krajach UE. W większości państw stosowana jest również w analizach hałasu farm wiatrowych Standard Międzynarodowy, np. Kanada, Niemcy, Francja, Wielka Brytania, Norwegia.
AKTUALNIE STAWIANE PYTANIA BUDZĄCE WĄTPLIWOŚCI dyskusja c.d. 2. Jaką wartość wskaźnika gruntu G należy przyjmować w obliczeniach? Zgodnie z normą PN-ISO 9613-2 wpływ gruntu można uwzględniać w obliczeniach stosując metodę ogólną lub alternatywną. Metoda ogólna wymaga deklarowania danych o mocach akustycznych turbin dla oktaw z zakresu częstotliwości środkowych 63 do 8000 Hz, wskaźnik gruntu G ma wartość w przedziale 0 G 1. Wartość G stanowi ułamek odpowiadający udziałowi gruntu porowatego w terenie oddziaływania. Alternatywna metoda polega na obliczaniu poziomu dźwięku A w punkcie odbioru, jeżeli dźwięk rozprzestrzenia się nad gruntem porowatym lub mieszanym z przewagą porowatego i dźwięk nie jest tonem. Tłumienie przez grunt jest obliczane ze wzoru opisującego jedynie geometrię uwzględniającą średnią wysokość drogi propagacji nad gruntem oraz odległość źródło punkt odbioru. W programach obliczeniowych deklarowany jest wtedy poziom mocy akustycznej dla zastępczego źródła punktowego wszechkierunkowego w postaci maksymalnej wartości oraz deklarowane jest istnienie tłumienia lub brak tłumienia gruntu.
AKTUALNIE STAWIANE PYTANIA BUDZĄCE WĄTPLIWOŚCI dyskusja c.d. 2. Jaką wartość wskaźnika gruntu G należy przyjmować w obliczeniach? c.d. Przykład obliczeniowy: Analizowany układ trzy turbiny GE 2,5 100, H=100m. (M.Stefanowski 2014)
AKTUALNIE STAWIANE PYTANIA BUDZĄCE WĄTPLIWOŚCI dyskusja c.d. 2. Jaką wartość wskaźnika gruntu G należy przyjmować w obliczeniach? c.d. Propozycja autorska (R.Ingielewicz, A.Zagubień 2013) Zestawienie ilościowe i procentowe udziałów powierzchni Charakterystyka powierzchni [km 2 ] Udział odniesiony do całkowitej powierzchni planu [%] Wskaźnik gruntu G Lp. 1 Oczka wodne i jeziora 0,208 1,3 G=0 Tereny wód powierzchniowych (woda 2 stojąca np. w rowach melioracyjnych, obniżenia 0,551 3.8 G=0 terenu, tereny podmokłe, rozlewiska) 3 Strumienie, rzeki 0,333 2,2 G=0 4 Lasy i zakrzewienia, łąki i pastwiska, pola i użytki rolne 12,536 83,7 G=1 5 Drogi utwardzone 1,025 6,9 G=0 6 Fundamenty projektowane 0,017 0,1 G=0 7 Place manewrowe utwardzone - tłuczeń 0,170 1,1 G=0 8 Tereny zabudowy (miejscowości lub inne) położone w granicach oddziaływania 0,140 0,9 G=0 Całkowita powierzchnia objęta oddziaływaniem 40 db ( obrys terenu) [km 2 ] Udział [%] 14,98 100
AKTUALNIE STAWIANE PYTANIA BUDZĄCE WĄTPLIWOŚCI dyskusja c.d. 2. Jaką wartość wskaźnika gruntu G należy przyjmować w obliczeniach? c.d. Propozycja autorska oszacowanie wartości G Na podstawie zestawienia otrzymano: Tereny o wskaźniku G = 0, sumaryczna powierzchnia 2,444 [km2] procentowy udział w całej powierzchni 16,3 %. Tereny o wskaźniku G = 1, sumaryczna powierzchnia 12,536 [km2] procentowy udział w całej powierzchni 83,7 %. Dla analizowanego terenu farmy wiatrowej, zakładając możliwość wystąpienia oblodzenia w okresie zimowym, wskaźnik gruntu wynikający z przeprowadzonej analizy, określa się na G = 0,8.
AKTUALNIE STAWIANE PYTANIA BUDZĄCE WĄTPLIWOŚCI dyskusja c.d. 3. Jak przyjmować punkty obliczeniowe dla terenów chronionych akustycznie? Kierując się zasadą przezorności zasadne jest lokalizowanie kontrolnych punktów obliczeniowych na granicy najbliżej położonych terenów chronionych akustycznie (działek budowlanych). Najczęściej punkty obliczeniowe pokrywają się z punktami pomiarów terenowych wykonywanych w czasie monitoringu hałasu po uruchomieniu farmy. 4. Jakie czynniki wpływają na dokładność obliczeń i wykonania oceny? Do najistotniejszych czynników mających wpływ na wyniki obliczeń i ocenę akustyczną należą: 1. Skala i aktualność mapy terenów lokalizacji turbin wiatrowych wraz z najbliższym otoczeniem chronionym akustycznie. 2. Precyzja zapisów w planach zagospodarowania przestrzennego. 3. Dokładne rozpoznanie topografii terenu lokalizacji i poprawne określenie wskaźnika tłumienia gruntu oraz wybór metody ogólna lub alternatywna.
Moc turbiny [kw] Moc akustyczna [dba] OCENA W ZAKRESIE HAŁASU SŁYSZALNEGO Etap eksploatacji - Hałas słyszalny pomiary kontrolne Specyfika zjawisk akustycznych turbin wiatrowych: Poziom mocy akustycznej poszczególnych typów turbin jest zróżnicowany, a ponadto zmienia się w zależności od prędkości wiatru, wzrasta wraz ze wzrostem prędkości wiatru, a po osiągnięciu pewnej prędkości granicznej praktycznie jest praktycznie stały, mimo dalszego wzrostu prędkości wiatru. Starsze turbiny (Vestas 2000) Najnowsze turbiny (GE 2011) Prędkość wiatru [m/s] na wysokości 10m
OCENA W ZAKRESIE HAŁASU SŁYSZALNEGO Etap eksploatacji - Hałas słyszalny pomiary kontrolne Specyfika zjawisk akustycznych towarzyszących pracy turbin wiatrowych c.d. Przykładowa charakterystyka akustyczna turbiny GE 2,5 100
OCENA W ZAKRESIE HAŁASU SŁYSZALNEGO Etap eksploatacji - Hałas słyszalny pomiary kontrolne Specyfika zjawisk akustycznych towarzyszących pracy turbin wiatrowych c.d. Poziom tła akustycznego środowiska zmienia się również wraz ze zmianą prędkości wiatru wzrasta z jego prędkością. Wyniki badań wykazują, że poziom tła akustycznego mierzonego w terenie rośnie wraz ze wzrostem prędkości wiatru. Przy większych prędkościach wiatrów, bliskich uzyskania maksymalnej mocy akustycznej turbin, poziom tła w punkcie pomiarowym staje się porównywalny, a czasem większy, od poziomu hałasu powodowanego pracą elektrowni (hałas elektrowni nierozróżnialny z tłem). W praktyce najbardziej słyszalna jest praca turbin wiatrowych przy prędkościach wiatru poniżej prędkości odpowiadających maksymalnym poziomom mocy akustycznej turbin, przy których hałas turbin maskowany jest wysokim poziomem tła akustycznego Przykładowe rzeczywiste prędkości wiatru występujące podczas pomiarów farma 11 turbin wiatrowych 2,5 MW, H=120m. Prędkość w czasie pomiarów na wysokości 4m w przedziale 3,4 4,7 m/s. Rzeczywista prędkość wiatru na wysokości 120m. 05:30:00 8,31 8,77 8,18 4,65 4,38 7,66 9,14 9,28 5,81 8,8 9,60 7,7 05:40:00 9,72 10,07 9,49 5,88 5,41 7,84 9,45 9,91 7,50 9,21 9,42 8,5 05:50:00 9,34 9,86 9,52 7,42 6,81 7,69 9,65 10,09 6,98 9,51 9,82 8,8 06:00:00 10,28 10,48 10,45 5,89 5,72 8,16 10,94 9,66 5,50 10,18 10,28 8,9
OCENA W ZAKRESIE HAŁASU SŁYSZALNEGO Etap eksploatacji - Hałas słyszalny pomiary kontrolne Realizacja pomiarów kontrolnych i ocena zagrożenia hałasem: Warunki meteorologiczne: średnia prędkość wiatru do 5 m/s, temperatura powietrza od -10 do 50 o C, wilgotność 25 do 90%, ciśnienie atmosferyczne 900 do 1100 hpa. Sugeruje się przyjęcie następujących zasad prowadzenia pomiarów kontrolnych: 1.Przed wykonaniem pomiarów należy zapoznać się z charakterystyką parametrów akustycznych zainstalowanych turbin, określając przy jakich parametrach wiatru turbina osiąga maksymalny poziom mocy akustycznej. 2.Należy stosować obowiązujące metody referencyjne pomiarów hałasu w środowisku zachowując zalecane warunki meteorologiczne, a termin pomiarów dobierać w zależności od prędkości wiatru. 3.Punkty pomiarowe należy lokalizować na granicach działek budowlanych najbliższych terenów chronionych akustycznie na wysokości 4,0 m nad poziomem terenu. Tereny te ustala się na podstawie planu zagospodarowania przestrzennego lub informacji z gminy, przyjmując jednocześnie poziomy dopuszczalne.
OCENA W ZAKRESIE HAŁASU SŁYSZALNEGO Etap eksploatacji - Hałas słyszalny pomiary kontrolne Realizacja pomiarów kontrolnych i ocena zagrożenia hałasem: c.d. 4.Liczebność próbek pomiarowych oraz czasy pomiarów próbek należy przyjąć zgodnie z obowiązującą metodyką referencyjną. Uwaga: Praktyka pomiarowa wykazuje, że ze względu na często występujące zakłócenia od innych źródeł, czas pomiaru próbki ogranicza się do 10 lub 60s. 5.Pomiary tła wykonać po wyłączeniu i zatrzymaniu turbin wiatrowych (najlepiej), a przypadkach braku możliwości zatrzymania turbin, w punkcie o porównywalnych warunkach meteorologicznych położonym w cieniu akustycznym, np. za przeszkodą budowlaną. 6.Wynik pomiaru powinien zawierać poziom imisji wraz z niepewnością rozszerzoną dla poziomu ufności 95%. 7. Czas odniesienia 8h w porze dziennej i 1h w porze nocnej. 8.Ostatecznie uzyskane wyniki pomiarów poziomów imisji hałasu w poszczególnych punktach należy porównać z poziomami dopuszczalnymi.
OCENA W ZAKRESIE HAŁASU SŁYSZALNEGO Etap eksploatacji - Hałas słyszalny pomiary kontrolne Realizacja pomiarów kontrolnych i ocena zagrożenia hałasem przykład pomiary i obliczenia Źródłem hałasu jest 9 elektrowni wiatrowych typu VESTAS V80 2.0 MW. Wysokość osi generatora nad terenem 80 m. Wskaźnik gruntu: G = 1 Warunki meteorologiczne podczas pomiarów: prędkość wiatru na wysokości 1,5m 3,7 do 5,0 m/s, prędkość wiatru na wysokości generatora 9,3 do 12,8 m/s, wilgotność 75%, ciśnienie Nr Wynik atmosferyczne Wynik 1010 hpa. pkt. pomiarów terenowych L Aeq pomiarów tła L Aeq Wynik oceny poziomu imisji hałasu w badanym punkcie kontrolnym po uwzględnieniu tła Wynik obliczeń Różnica wyników pomiarów i obliczeń db db - db db 1 44,4 43,3 Wynik nierozróżnialny z tłem 45,9-1,5 (wyższy ΔL = 1,1 < 3,0 db obliczony) 2 45,8 44,6 Wynik nierozróżnialny z tłem ΔL = 2,2 < 3,0 db 3 47,2 44,9 Wynik nierozróżnialny z tłem ΔL = 2,3 < 3,0 db 4 42,3 40,3 Wynik nierozróżnialny z tłem ΔL = 2,0 < 3,0 db 43,6 2,2 (wyższy zmierzony) 46,6 0,6 (wyższy zmierzony) 42,8-0,5 (wyższy obliczony)
HAŁAS INFRADŹWIĘKOWY Charakterystyka: Zakres częstotliwości od 2 do 20 Hz Rozchodzenie się na duże odległości od źródeł - długość fali 17m dla 20 Hz do ponad 300m dla 1 Hz. Naturalne źródła infradźwięków: zawirowania powietrza na przeszkodach wiatr szum drzew i lasów falowanie i szum morza wyładowania atmosferyczne wulkany Techniczne źródła infradźwięków maszyny przepływowe (sprężarki, kompresory) urządzenia klimatyzacyjne i wentylacyjne (wentylatory, dmuchawy) silniki spalinowe wolnoobrotowe wysokoprężne (diesla) silniki odrzutowe i rakietowe pojazdy samochodowe osobowe lokomotywa spalinowa podczas jazdy
HAŁAS INFRADŹWIĘKOWY Odbieranie infradźwięków przez ludzi Wbrew powszechnemu mniemaniu o ich niesłyszalności, są odbierane w organizmie specyficzną drogą słuchową, jak i poprzez receptory wibracji rozłożone na całym ciele. Słyszalność ich zależy od poziomu ciśnienia akustycznego. (Landstrom, 1982; 1983)
HAŁAS INFRADŹWIĘKOWY Dopuszczalne poziomu hałasu infradźwiękowego W Polsce brak opracowanych metod pomiarów oraz wartości dopuszczalne infradźwięków w środowisku naturalnym. Duńska Agencja Ochrony Środowiska (Danish Environmental Protection Agency, DEPA), zaleca, aby poziomy ekspozycji na infradźwięki środowiskowe były niższe o 10 db od progów słyszenia infradźwięków. Według Jakobsena (2001) skorygowany charakterystyką G próg słyszenia dla osób o szczególnej wrażliwości wynosi 95 db. DEPA zaleca więc, aby średni całkowity poziom skorygowany charakterystyką częstotliwościową G w zakresie częstotliwości do 20 Hz nie przekraczał 95 db. Zgodnie ze standardami duńskimi, poziom dopuszczalny infradźwięków (w tym od turbin wiatrowych), w miejscach zamieszkania, wewnątrz pokoi mieszkalnych, klasowych i biurowych, określony został na 85,0 db (G), zarówno w porze dziennej, jak i nocnej.
HAŁAS INFRADŹWIĘKOWY Badania własne (najnowsze przykłady) Do wykonania pomiarów infradźwięków wymagana jest aparatura umożliwiająca wykonanie pomiarów w poszerzonym zakresie częstotliwości obejmujące również infradźwięki, zaczynając o 1 Hz. Dotyczy to przede wszystkim odpowiednich mikrofonów. Charakterystykę stosowanego mikrofonu przedstawiono niżej:
HAŁAS INFRADŹWIĘKOWY Przykładowa analiza tercjowa pomiar w odległości 600 m od najbliższej wieży farmy złożonej z 9 turbin GE 2,5xl o mocy 2,5 MW każda miernika hałasu SVAN 912 AE. Średnia prędkość wiatru na wysokości wirników turbin 9,1 m/s.
Pomiar tła w tym punkcie po wyłączeniu turbin
Pomiary infradźwięków naturalnych Pomiary dla budynku mieszkalnego zlokalizowanego kilkadziesiąt metrów od ściany wysokiego lasu liściastego (około 20-25m): prędkość wiatru na poziomie 10 m w terenie otwartym 9,5 10,5 m/s, prędkość wiatru na poziomie mikrofonu (1,5m) 2,8 4,6 m/s, kierunek wiatru od punktów do lasu. Lokalizacja punktów Wyniki pomiarów hałasu powodowanego szumem lasu Nr punktu pomiarowego Poziom średni pomiaru L Geq [db] Obliczona niepewność rozszerzona dla poziomu ufności 95% (U R95 ) P1 (wewnętrzny) 59,1 ±1,5 P2 72,2 ±1,6 P3 75,4 ±1,6 P4 87,8 ±1,7
Pomiary infradźwięków naturalnych Pomiary dla budynku mieszkalnego zlokalizowanego kilkadziesiąt metrów od brzegu morza: prędkość wiatru na poziomie 10 m w terenie otwartym 9,5 11,0 m/s, prędkość wiatru na poziomie mikrofonu (1,5m) 2,9 4,8 m/s, kierunek wiatru od morza na punkty. Lokalizacja punktów Wyniki pomiarów szumu morza i roślinności wydmowej Nr punktu pomiarowego Poziom średni pomiaru L Geq [db] Obliczona niepewność rozszerzona dla poziomu ufności 95% (U R95 ) P1 (wewnętrzny) 64,3 ±1,5 P2 76,1 ±1,7 P3 89,1 ±1,8
Zestawienie wyników badań własnych infradźwięków z różnych źródeł, wykonanych w ciągu ostatnich 10 lat. Opis źródła Promy pasażersko samochodowe, różne pomieszczenia od siłowni do kabin pasażerskich Poziom hałasu podczas pracy [dbg] Poziom tła akustycznego [dbg] 89,4 do 120,3 - Przy wieży turbiny wiatrowej V80 2 MW 78,2 - W punkcie odległym o 500 m od skrajnej turbiny, farma 3 turbiny wiatrowe V80 2 MW Przy wieży turbiny wiatrowej V80 2 MW położonej w części środkowej farmy - 25 turbin Przy budynku szkoły w odległości 500 m od skrajnej turbiny, 25 turbin V80 2 MW W punktach 500 do 900 m od skrajnych turbin, farma 3 turbiny GE 2,5 MW Hałas powodowany szumem lasu dla różnych lokalizacji punktu pomiarowego i różnych prędkości wiatru Hałas powodowany falowaniem morza dla różnych lokalizacji punktu pomiarowego i różnych prędkości wiatru, w tym szum nadmorskiej roślinności wydmowej Hałas powodowany szumem lasu i falowaniem morza wewnątrz budynku mieszkalnego 80,1 77,9 88,8-66,9-77,7 do 79,7 76,7 do 82,0-72,2 do 87,8-76,1 do 89,1-59,1 64,3
PODSUMOWANIE 1. Na etapie obliczeń numerycznych należy stosować normę PN-ISO 9613-2 obowiązującą w Polsce i w większości państw na świecie. 2. Wartość wskaźnika gruntu G powinna być określana indywidualnie dla każdego terenu lokalizacji farmy wiatrowej, a sugerowane w referacie podejście do jego określania wydaje się być zasadne, zgodne z obowiązującą normą i uwzględnia stosowanie zasady przezorności. Przyjmowanie wskaźnika tłumienia G=0 dla całego terenu jest nieuzasadnione i prowadzi do przeszacowania wyników obliczeń. 3. Analizując oddziaływanie akustyczne farm wiatrowych należy dążyć do kompromisu między podejściem zbyt konserwatywnym i zbyt optymistycznym, mając jednocześnie na uwadze stosowanie zasady przezorności. Określenie a priori jednej odległości od najbliższych terenów chronionych akustycznie dla turbin wiatrowych jest nieuzasadnione. 4. Odległości od najbliższej zabudowy mieszkalnej są uzależnione od typów turbin wiatrowych, liczby oraz rozstawienia elektrowni i powinny być określane na podstawie obliczeń, a następnie weryfikowane poprzez pomiary terenowe na etapie eksploatacji. 5. Hałas infradźwiękowy turbin wiatrowych posiada poziomy poniżej progów słyszenia, porównywalny jest z poziomami naturalnych źródeł hałasu towarzyszącymi zjawiskom związanym z wiejącym wiatrem, który jest niezbędnym czynnikiem pracy turbin wiatrowych
DZIĘKUJEMY ZA UWAGĘ