Geluid van windturbines en de toepassing in Geomilieu - DGMR

Geluid van windturbines
en de toepassing in Geomilieu
Geomilieu informatiedag
26 januari 2012
Arno de Pree
1

Opening
Opzet presentatie:
Inleiding
Wetgeving
Reken- Reken- en meetvoorschrift
Algemeen
Handhaving
Metingen
Geomilieu
2

Geomilieu:
Hoe werkt het ?
Casus 1
Windturbinecatalogus
GM GM Y2.00
Casus 2
3

Inleiding
Moderne windturbines
Geluidsrelevante kenmerken:
• Horizontale as
• Driebladige rotor
• Variabel toerental
• Pitch control
• Toenemende masthoogte en rotordiameter
4

Bronnen van windturbinegeluid
• Mechanisch geluid uit de gondel (beperkt)
• Aerodynamisch geluid van de bladen
• Turbulentiegeluid
• Tipgeluid
• Profielgeluid
5

Korte historie Windenergie
• Opkomst van alternatieve energiebronnen
Windenergie is een koploper
1990 was 50 MW aan vermogen windenergie
beschikbaar
2020 verwachting van 12.000 MW aan windenergie
6

Wet geluidhinder
• Doel: beschermen van de mens tegen geluidhinder
Geluidhinder: een subjectieve ervaring van mensen
waarbij ze geluid of lawaai hinderlijk vinden
Veroorzaken
Windturbines Overlast???
7

Geluidsvermogens
8

Procentuele hinder
• waar hebben we het over??
• Windturbines: 0,09% van de woningen 40-50 dB belast.
• Wegverkeer: 57 % van woningen 50-55 dB belast.
9

Gehinderden
Binnenshuis buitenshuis
Gehinderden
Ernstig gehinderden
TNO-rapport | 2008-D-R1051/B
10

Windturbines en overlast?
• Uit onderzoek blijkt dat geluid van windturbines hinderlijker dan weg/rail of
industrielawaai
Meer dan de helft van de bewoners in het onderzoek was positief over
windenergie, maar hoe harder het molengeluid, hoe minder positief
bewoners oordelen over de duurzame energiebron.
Zwiepende karakter
‘s Nachts draaien de molens harder
Opvallende vondst is dat omgevingsgeluid, zoals van een nabije snelweg,
nauwelijks helpt het molengeluid draaglijker te maken.
In het zicht van een windmolen wonen verergert de hinder nog eens.
Slagschaduw
Horizonvervuiling
Vogels
Etc
Scheepvaart
11

Oplossingen
• Technische aanpassingen (wieken)
• Turbine ‘s nachts laten afremmen
Maar:
• Wie economisch belang in windenergie heeft, vindt de
windturbines een stuk minder irritant.
• Het ligt voor de hand dat het financiële voordeel en het eigen
geloof in windenergie eventuele ergernis van het molengeluid
verminderen.
• Ook controle hebben over het geluid kan helpen: “Als wij last
hebben of als de buren klagen, zetten we de turbine gewoon
uit”
12

Oplossingen
13

Oplossingen
14

Rendement?
15

Wetgeving
16

Wetgeving
• Voorheen: vergunningplichtig / Activiteitenbesluit
• Circulaire geluidhinder veroorzaakt door windturbines;
beoordeling in het kader van de vergunningverlening op
basis van de Wet milieubeheer van 2 April 2010.
• 2011: Barim par. 3.2.3
Rmv
Sluit aan bij NEN-EN-IEC-61400-11
17

Wetgeving samengevat - 1
• Oude beoordelingsystematiek
Vergunningsplichtige turbines
Nadeel: onvergunbare situaties
Kleinere turbines volgens Activiteitenbesluit
Waarden uitgedrukt in L Ar,lt
Meten volgens methode II.8
Nadeel: geen RBS hoge turbines, onzekerheden bij meten immissie
• Nieuwe beoordelingsystematiek
L den, blijkt het beste de hinder — en andere gezondheidseffecten - te
kunnen voorspellen
L den handhaven door immisiemetingen niet meer mogelijk
emissievoorschriften
Het vaststellen en controleren van het jaargemiddelde
geluidvermogen
Het toetsen aan de normstelling door op basis van het opgegeven
en/of vastgestelde jaargemiddelde geluidvermogen vaststellen van
het immissieniveau
18

Wetgeving samengevat - 2
• Grenswaarden: 47 dB Lden en 41 dB Lnight bij gevels van
woningen en andere geluidsgevoelige gebouwen en op de grens
van geluidsgevoelige terreinen.
• Nieuwe rekenmethode op basis van windsnelheid op ashoogte
• Nieuwe windturbine: akoestisch prognoseonderzoek bij
melding nodig
• Metingen alleen ter controle van geluidvermogen bij
betreffende windsnelheid
• Registratie jaarlijkse productie en windsnelheden (ashoogte)
verplicht
• Geen voorziening voor achtergrondgeluid
19

Waarom windsnelheid op ashoogte?
Conclusie:
‘s nachts minder wind aan de grond, maar
meer wind op 100m hoogte
The sounds of high winds – G.P. van den Berg (2006)
extrapolatie
van de V10
V 80/V 10
=
(80/10) m
m 10,80 = log(V 80/V 10)/log(80/10)
20

Verschil in seizoenen
200 m
140 m
80 m
40 m
20 m
10 m
The sounds of high winds – G.P. van den Berg (2006)
21

Windprofielen
V h2,log/V h1 = log(h 2/z o)/log(h 1/z o)
The sounds of high winds – G.P. van den Berg (2006)
22

Reken en meetvoorschrift (RMV)
Opzet RMV
• Standaard meetmethode
Uitgebreide bepaling geluidsbronvermogen
Handhavingsmetingen
• Standaard rekenmethode
Bepaling emissieterm
Berekening geluidsoverdracht
23

RMV Windturbines -1
Algemeen
• Het doel van de meting is het bepalen van het geluidsvermogen
per octaafband als functie van de windsnelheid op ashoogte.
• De geluidsmetingen worden verricht in asrichting,
benedenwinds van de turbine (referentierichting).
• De windsnelheid op ashoogte wordt afgeleid uit het gemeten
elektrisch vermogen van de turbine.
24

RMV Windturbines -2
• De geluidsmetingen worden verricht op betrekkelijk korte
afstand van de turbine. Om verstoring met stromingsgeluid
rond de microfoon en variërende bodemeffecten te voorkomen
wordt de microfoon op een vlakke reflecterende plaat
bevestigd, zodat er bij elke frequentie sprake is van
drukverdubbeling en dus 6 dB toename van het geluidsniveau.
25

RMV Windturbines -3
• De resultaten van de geluidmetingen worden aangevuld met
meteorologische data en met gegevens die door de exploitant
van de turbine geleverd dienen te worden, zoals het
opgewekte elektrische vermogen tijdens de metingen en de
oriëntatie van de as van de turbine ten opzichte van de
heersende windrichting.
• Gegevens dienen door exploitant gedurende 5 jaar na de
meting te worden bewaard
26

Power Curve
• Geeft verband tussen windsnelheid op ashoogte en opgewekt
elektrisch vermogen
• Wordt gebruikt bij bepaling van windsnelheid op ashoogte
27

Metingen volgens het RMV - 1
• Meetposities en meetopstelling
• 1 verplicht ref. meetpunt, 5 optionele meetpunten
• R 0=H+D/2, met
H: de verticale afstand tussen het maaiveld en de ashoogte
D: de diameter van de rotor
H
D
R 1
P1(ref. meetpunt)
R 0=H+D/2D
R 4
R 0=H+D/2
windrichting
P4
28

Metingen volgens het RMV - 2
• Het verplichte referentiemeetpunt P1 bevindt zich
benedenwinds van de windturbine en dient ter bepaling van
het geluidsvermogen van de turbine. Tijdens de metingen dient
de as van de rotor parallel te zijn met de op ashoogte
heersende windrichting. Verder mag de richting van de as P1-
P4 tot ±15° afwijken van de heersende windrichting.
29

Metingen volgens het RMV - 3
Meetcondities:
• Niet meten bij mist
• Voor en na meetsessies kalibreren
• Periodes met stoorgeluid
Discontinue > periodes niet meenemen
Continue > voor corrigeren (met uitgeschakelde
windturbine, bij gelijke windsnelheden als gemeten met
ingeschakelde windturbine)
30

Metingen volgens het RMV - 4
Metingen ter bepaling windsnelheidsafhankelijke geluidsvermogen
• De metingen ter bepaling van het windsnelheidsafhankelijke
geluidsvermogen van de windturbine worden uitgevoerd op
meetpunt P1. Bij de metingen worden de equivalente Agewogen
octaafbandspectra met middenfrequenties van 31,5
tot 8000 Hz vastgesteld over periodes met een duur van
minimaal 1,0 minuut.
• De metingen dienen te worden uitgevoerd bij windsnelheden
op ashoogte (V H) die variëren tussen V ci tot 95% van V rated. Hier
wordt onder verstaan:
• V ci laagste windsnelheid waarbij de turbine in bedrijf is (cut
in snelheid);
• V ratedwindsnelheid, waarbij de turbine juist het nominale
vermogen levert.
31

Metingen volgens het RMV - 5
• Bij iedere gehele waarde van de windsnelheid V H dienen
binnen een marge van ±0,5 m/s minstens drie metingen te
worden verricht. De totale meetset bedraagt ten minste 30
metingen van minimaal 1,0 minuut.
• Om voldoende gegevens te verkrijgen bij alle relevante
windsnelheidscondities kan het noodzakelijk zijn om meerdere
meetsessies te organiseren. Bij controlemetingen ten behoeve
van handhaving kan het meetprogramma echter worden
ingeperkt.
32

Metingen volgens het RMV – 6
Handhavingsmetingen
• toegespitst op controle van het geluidsvermogen
• Het bepalen van het geluidsvermogen vaak tijdrovend. Daarom
kan worden volstaan met steekproefsgewijze controle van het
geluidsvermogen
• Bij de bepaling van de windsnelheid op ashoogte wordt in
principe uitgegaan van door de exploitant aan te leveren
productiegegevens. De gegevens kunnen in veel gevallen
extern worden getoetst door registratie van het rotortoerental
33

Metingen volgens het RMV – 7
• De uitvoering en uitwerking hiervan geschiedt conform de in
het RMV beschreven methode, met uitzondering van het
volgende:
• Bij de te onderzoeken gehele waarde van de windsnelheid op
ashoogte worden binnen een marge van ±0,5 m/s minstens zes
metingen verricht met een duur van ten minste 1,0 minuut per
meting.
• De totale A-gewogen niveaus worden beschouwd in plaats van
octaafbandniveaus.
• Op de gemeten totale A-gewogen niveaus wordt lineaire
regressie uitgevoerd, waarna het geluidsvermogen bij de
gehele waarde van de windsnelheid op ashoogte wordt
berekend.
34

Voorbeeld handhavingsmetingen
gemeten L Leq,i
70
65
60
55
50
45
40
Handhavingsmeting
y = 1.72x + 43.306
R² = 0.9042
6 6.5 7 7.5 8 8.5 9 9.5 10
gecorrigeerde windsnelheid op ashoogte (m/s)
35

Uitwerken van metingen
• Het betere formulewerk…
• De op P1 gemeten octaafbandniveaus bij ingeschakelde turbine
worden uitgezet tegen de windsnelheid op ashoogte.
Vervolgens wordt per octaafband de best passende derde
graads polynoom berekend van de relatie tussen het
geluidniveau in de betreffende octaafband en de
gecorrigeerde windsnelheid op ashoogte V VH: :
• Lang leve Excel!
36

Voorbeeld meetresultaten
gemeten L Leq
(dB(A)
70
65
60
55
50
45
40
Metingen inclusief windturbines
y = 0.01x 3 - 0.44x 2 + 7.06x + 29.44
4 6 8 10 12 14 16
gecorrigeerde windsnelheid op ashoogte (m/s)
37

Voorbeeld meetresultaten
gemeten L Leq
(dB(A)
60
55
50
45
40
35
30
25
20
Meting exclusief windturbine (stoorlawaai)
y = -0.4x 2 + 7.5x + 9.4
3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
windsnelheid op 10 meter hoogte (m/s)
38

Verder uitwerken van metingen
• Hieruit worden vervolgens bij iedere gehele waarde van de
windsnelheid in m/s op ashoogte in het bereik van V ci tot en met
V rated de equivalente octaafbandniveaus L eq,i,j berekend.
• Het geluidsvermogen per octaafband wordt vervolgens berekend
met:
• L W,i,j geluidsvermogen per octaafband i en per windsnelheidsklasse j
• R 1 afstand tussen meetpunt P1 en het middelpunt van de rotor
• j integer, gelijk aan de windsnelheid in m/s vanaf V ci tm V rated
• 6 correctie voor drukverdubbeling als gevolg van meting op
reflecterende plaat
39

Vervolg bepaling L E
• Bepaling alle bronvermogens in bereik V cut-in tot V cut-out
(=V ci .. V co)
• Bepaling langjaarlijkse windsnelheidsverdeling
Uj beschikbaar bij KNMI
• LE per octaafband per periode bepalen
• Invoeren in Geomilieu, laatste tabblad
40

Prognose
• Brongegevens van leverancier
• Vaak gemeten via IEC of NEN
• Windsnelheid V10
• Windprofiel via internet
• Geomilieu berekend de immissie
• Denk om:
Ruwheidslengte tijdens bepaling bronvermogen toepassen
Neutrale atmosfeer tijden bepaling bronvermogens
41

Wat doet Geomilieu bij prognose?
• bronvermogens bij bepaalde windsnelheid op 10m hoogte =V 10)
Uit product documentatie of metingen
• Omrekenen naar bronvermogens op hubhoogte
(=windsnelheid V h)
• Bepaling alle bronvermogens in bereik V cut-in tot V cut-out
(=Vci .. Vco) • Bepaling langjaarlijkse windsnelheidsverdeling (ophalen via www)
• LE per periode bepalen
42

Informatie leverancier
43

Overdrachtsberekening
• Identiek aan HMRI, maar aangepaste C meteo
• Stel: h b=100m en h o=4m, dan: C meteo=0 voor r≤1040m. geen
verschil met HMRI
44

Geomilieu en Windturbines
Module IL-WT
• Voorkeursperiode instelling: L den
• Één brontype: Windturbine
icoon
• Korte demonstratie
45

IL-WT in Geomilieu
• Met de module IL-WT kan het geluid van windturbines worden
berekend en in kaart worden gebracht.
• De berekening is conform het Reken- en meetvoorschrift
windturbines.
• Windturbinecatalogus
• De distributie van de lokale windsnelheden op hubhoogte kan
vanuit het programma rechtstreeks on-line worden
opgevraagd. Deze gegevens zijn afkomstig van het KNMI en zijn
gebaseerd op langjarige windstatistiek.
46

Windturbinecatalogus
• Voornamelijk gebaseerd op de NEN-EN-IEC-61400-11
• Windmetingen op 10m hoogte
• Ruwheid standaard op 0.05 (zelf in te vullen bij metingen )
• Korte demonstratie casus 1 inlezen wt 90 m hoogte
47

Emissie vs bronvermogen
• Bij metingen de emissie op hubhoogte via excel bepalen
(neutrale atmosfeer tijdens metingen !)
• Bij prognose bronvermogen via catalogus/info leverancier
gegevens invoeren
48

Geomilieu Y2.0
Windturbine lager dan 80m:
• Windprofiel van 80 m hoogte wordt aangehouden (worst case)
• Berekening met de feitelijke hoogte van de hub
• Verschil wordt in de uiteindelijke berekening logaritmisch
bepaald met formule
• Casus 2
49

Conclusies
• Geluid windturbines meten is omslachtig, maar te doen
• Geomilieu goede tool voor bepalen geluidsimpact
• Module GM-WT vooral handig voor prognose-onderzoek,
metingen ook mogelijk
• Voor windturbines met een lagere hoogte dan 80 meter:
worst case rekenen met windprofiel van 80 meter (Y2.0) of
Windprofiel interpoleren naar juiste hoogte (invoer als emissie)
• Uitwerken eigen metingen mogelijk met Windcatalogus (vanaf versie
Y2.00)
50