Tuulivoimalan melutason matemaattinen mallinnuskaava

Abstract

Opinnäytetyö tehtiin tutkimustyönä Oulun ammattikorkeakoululle. Puhdas ja uusiutuva tuulivoima on kasvava energian tuotantomuoto. Tuulivoimaloiden lisääntyvän rakentamisen mukana korostuu meluhaitan merkitys. Tätä haitan vaikutusta voidaan ennakoida suunnittelussa. Siksi voimalan lähiympäristöön tuottaman melutason määrittäminen matemaattisella kaavalla on hyödyllinen tehtävä. Lisäksi tuulivoimalan melun matemaattisia määrityskaavoja kokonaisuudessaan ei ole tiettävästi julkisesti esitetty. Työssä tutustuttiin äänen kulkuun, tuulivoiman tuottaman melun syntymiseen ja sen ominaisuuksiin. Työtä jatkettiin selvittämällä tuuliolosuhteiden merkitystä melun leviämisessä. Mallinnuskaavaa varten tuli tehdä käyntiäänen äänitasomittauksia käytännön olosuhteissa. Nämä mittaukset suoritettiin Tauvon voimala-alueella. Kenttämittauksia varten tehtiin tarvittavat pohjatyöt ja mittausten jälkeen määriteltiin havaintopisteiden etäisyydet koordinaatistossa (WGS84) sekä tri-gonometriset kuviot. Yhdessä äänen kulun perusteita, matemaattisia kaavoja ja PNS - menetelmää hyväksikäyttäen muodostettiin yksityiskohtaisesti tuulivoimalan melutasolle matemaattinen mallinnuskaava. Kaavassa määriteltiin etäisyyden, äänen vaimentumisen ilmaan ja äänen tulo-kulman yhteisvaikutus havaintokohteen melutasoon. Lisäksi tutkimuksessa esitettiin yhden voimalan mallinnuskaavan soveltuvuus, lisättynä tarvittavin äänilähtein kahdelle ja sattumanvarai-sesti neljälle tuulivoimalalle. Kaavalla saatuja tuloksia havainnollistettiin graafisilla kuvaajilla. Tuloksia saatiin sopivasti tutkimustyön edistyessä. Työssä muodostettiin matemaattisesti tuulivoimalan melutason mallinnuskaava, jossa otettiin huomioon etäisyyden, äänen absorptio ilmaan sekä havaintokulman vaimentavat vaikutukset melutasoon havaintopisteessä. Havaintokulman periaatteena oli suurimman melutason oletus turbiinin linjalla. Yhden voimalan kaavan pohjalta laadittiin kahden voimalan mallinnuskaava tarvittavilla äänilähteiden lisäyksillä. Lopuksi muodostettiin mielivaltaisesti neljän voimalan melutason mallinnuskaava. Laaditut kaavat todettiin periaatteessa luotettaviksi matemaattisella ohjelmalla. Ohjelmalla esiteltiin erilaisia kuvaajia kaikista laadituista mallinnuskaavoista.

This thesis was done as research work to University of Applied Sciences of Oulu. The clean and recurring wind power is the growing production form of the energy. With the increasing building of wind power plants the significance of the noise problem is emphasised. This effect of the draw-back can be anticipated in planning. Therefore the determination of the noise level produced by the power plant on a mathematical diagram is a useful task to the immediate surroundings. The purpose of the work was first to become acquainted with the progress of the voice, with the materialising of the sound of the wind power and with its properties. The study was continued by studying the effect of different climatic conditions in the spreading of the voice. For the modelling the necessary measurings of the sound of the power plant were made in the Tauvo 2 power plant area. For the field measurings the necessary ground work was done and after the measurings the distances and the trigonometric figures were determined. Together with the passage of sound principles, trigonometric and mathematical formulas were intended to form a wind turbine noise level mathematical modeling of the formula. An attempt was made to define mathematically in the diagram to the noise level of the observation target, the interaction of the absorption of an obser-vation corner, distance and air. Furthermore, the suitability of the diagram of one voice source was presented in the study with certain changes and to two and randomly to four wind power plants. In the thesis the mathematical modelling of the noise was formed, the diagram of the wind power plant in which attention was paid an observation corner, distance and between a wind power plant and the target the effect of the absorption of the voice. The line of the turbine had the as-sumption of the biggest noise level as a principle of the observation corner. Based on the diagram of one power plant the modelling diagram of two power plants was drawn up with the necessary additions of voice sources. Finally the modelling diagram of the noise level of four power plants was arbitrarily formed. The diagrams that were drawn up were found in principle to be reliable with a mathematical programme. With the programme different describers were introduced from all the modelling diagrams that were drawn up.