H 1. Rapport - NWU110Hogemolens2

See discussions, stats, and author profiles for this publication at: https://www.researchgate.net/publication/254913948

Hoge molens vangen veel wind II. (geluidsbelasting door windturbines in de nacht) Article · January 2002

CITATIONS

READS

0

242

2 authors, including: Frits van den Berg Mundonovo sound research 60 PUBLICATIONS 1,669 CITATIONS SEE PROFILE

Some of the authors of this publication are also working on these related projects:

Health Canada Wind Turbine Noise study View project

Wind Farm perception View project

All content following this page was uploaded by Frits van den Berg on 19 August 2016. The user has requested enhancement of the downloaded file.

Rijksuniversiteit Groningen

Wetenschapswinkel Natuurkunde

Hoge molens vangen veel wind II geluidsbelasting door windturbines in de nacht

Hoge molens vangen veel wind II geluidsbelasting door windturbines in de nacht

Frits van den Berg Richard de Graaf

Datum: december 2002 Uitgavenummer: NWU-110 Aantal blz: 55 Prijs: € 7,50

Foto omslag: Luci de Haan

Natuurkundewinkel Rijksuniversiteit Groningen Nijenborgh 4, 9747 AG Groningen tel:

050 - 363 4867

e-mail: nawi@phys.rug.nl www.phys.rug.nl/scienceshop.physics

De Natuurkundewinkel stelt natuurkundige kennis en vaardigheid beschikbaar aan niet-commerciële groepen, organisaties, en overheden door het verlenen van advies en het uitvoeren van onderzoek

Hoge molens vangen veel wind II blz. 2

Natuurkundewinkel Ru G

Natuurkundewinkel Ru G

Hoge molens vangen veel wind II blz. 3

VOORWOORD Het in dit rapport beschreven onderzoek is uitgevoerd in opdracht van de heer Bouma, ten behoeve van bewoners van de buurtschap de Lethe in de gemeente Bellingwedde. Juist over de grens is daar het windpark Rhede opgericht, bestaande uit 17 grote windturbines,. Volgens bewoners produceren de windturbines onaanvaardbare overlast: in de ochtend doordat de wieken het licht van de laagstaande zon onderbreken (‘schaduwhinder’), in de avond en nacht door het geluid dat de turbines produceren. Het doel van dit onderzoek was aanvankelijk om de geluidsniveaus in De Lethe tengevolge van de windturbines door meting te bepalen en te vergelijken met eerder berekende waarden. Tijdens het onderzoek is besloten om ook het karakter van het geluid te onderzoeken. Een belangrijke reden om te gaan meten (het berekenen van de geluidsbelasting is veel gebruikelijker) was de verwachting dat de atmosferische omstandigheden ’s nachts meestal anders zijn dan overdag en dat dit invloed kon hebben op de geluidsbelasting van het gebied. Hierover is begin 2002 een verkennend rapport uitgebracht [NW1]. Dit onderzoek probeert die invloed te kwantificeren. Het is merkwaardig het verschil te constateren tussen het turbinegeluid overdag en ‘s nacht. Dat zal in het navolgende blijken uit de meetresultaten. Men kan het echter ook goed horen.

Wij raden eenieder die zich een mening wil vormen over het geluid van hoge windturbines het volgende aan: ga eens luisteren in De Lethe op een heldere nacht en een zwakke oostenwind. De een zal het dan meer of minder hinderlijk vinden dan een ander, maar voor wie er niet woont zal het vast een nieuwe ervaring zijn. Het is verrassend hoe anders ze ’s nachts klinken dan overdag.

Hoge molens vangen veel wind II

Natuurkundewinkel Ru G

blz. 4

SAMENVATTING Ten oosten van de buurtschap de Lethe (gemeente Bellingwedde) is in Duitsland het windpark Rhede opgericht dat 17 windturbines omvat met een ashoogte van 98 meter en een rotordiameter van 70 meter. De turbines hebben een toerental dat toeneemt met de windsnelheid op ashoogte. Bewoners op afstanden tot 2 kilometer vinden de overlast van het geluid dat de turbines produceren in de avond en nacht onaanvaardbaar. Het in dit rapport beschreven onderzoek betreft het geluid van deze hoge windturbines. Aanvankelijk was door de beheerder van het windpark voor dit onderzoek medewerking toegezegd door het ter beschikking stellen van meetgegevens van de turbines. Na aanvang van het onderzoek is deze medewerking ingetrokken. Directe meetgegevens van de turbines, zoals het toerental, ontbreken daarom of moeten uit de eigen meetgegevens worden afgeleid. Het onderzoek is uitgevoerd door langdurige, onbemande metingen op twee locaties in het gebied en door aanvullende handmetingen in het gebied en bij de windturbines zelf. Ook is het geluidsniveau op meetpunten berekend en het berekeningsresultaat vergeleken met de gemeten waarden. De uiteindelijke resultaten kunnen worden vergeleken met de in Nederland en Duitsland geldende normen voor de beoordeling van geluidshinder.

Daarbij is ook het specifieke karakter van het geluid onderzocht, met name of het laagfrequent of impulsachtig is. Het geluid van het windpark is eerder onderzocht door een Duits en Nederlands adviesbureau. In deze eerdere rapportages is geen aandacht geschonken aan het feit dat de atmosfeer 's nachts anders is dan overdag en dus ook niet aan de consequenties daarvan voor de (geluids)productie van windturbines. Uit het hier gerapporteerde onderzoek blijkt dat het bronvermogen van de windturbines bij toenemend toerental oploopt tot 106 dB(A) bij 22 rpm (omwentelingen per minuut). Dit ligt boven het maximale bronvermogen van 103 dB(A) dat eerder werd gerapporteerd. Volgens dit onderzoek wordt een bronvermogen van 103 dB(A) bereikt bij een toerental van 20 rpm. Het eerder gerapporteerde en maximaal waargenomen toerental is echter 22 rpm. Het maximale toerental zou volgens eerdere rapportages bereikt worden bij een windsnelheid (op 10 m hoogte) van 10 m/s; het blijkt echter dat (vrijwel) het maximale toerental en dus de maximale geluidsbelasting 's nachts al bij 4 m/s wordt bereikt. Het onderzoek toont verder aan dat de toename van de windsnelheid met de hoogte ‘s nachts zodanig verschilt van die overdag dat dat zeer grote invloed heeft op het geluid van (hoge) windturbines.

Bij dezelfde windsnelheid op referentiehoogte (10 m), waait het 's nachts op ashoogte tot 2,6 keer zo hard als overdag. Het gevolg is dat de maximale geluidsimmissie in het gebied al wordt bereikt als het aan de grond nog nauwelijks waait en de omgeving, afgezien van de turbines, nog zeer stil is. In vergelijking met de situatie overdag komen er ’s nachts, bij dezlfde windsnelheid (4 m/s), tot 18 dB hogere geluidniveaus voor. Deze situatie komt relatief veel voor: op 400 m afstand van de dichtstbijzijnde turbine is het geluidsniveau gedurende tenminste 70% van de tijd ’s nachts dominant en hoger dan verwacht. Op 1500 m afstand, waar het geluidsniveau uiteraard lager is en stoorgeluiden van grotere invloed, is het geluid van het windpark gedurende tenminste 38% van de tijd dominant en hoger dan verwacht.

Natuurkundewinkel Ru G

Hoge molens vangen veel wind II blz. 5

Uit de resultaten kan worden geconcludeerd dat: ♦ op de meest belaste woningen het immissieniveau alle Nederlandse grenswaarden overschrijdt: zowel de grenswaarden volgens de Circulaire Industrielawaai als die volgens het Besluit Voorzieningen en Installaties Milieubeheer en de Handreiking Industrielawaai en Vergunningverlening. ♦ de hoogste grenswaarde, namelijk die volgens genoemd Besluit, wordt overschreden tot op een afstand van 900 tot 1600 meter (respectievelijk inclusief en exclusief impulstoeslag). ♦ het geluid impulsachtig is, zodat een impulstoeslag dient te worden toegepast. ♦ de gemeten en (met het correcte toerental) berekende immissieniveaus aan de landsgrens, nabij het windpark, nagenoeg exact gelijk zijn. Er is echter op grotere afstanden een discrepantie tussen de gemeten en berekende niveaus: tot ongeveer 1 km afstand is het gemeten immissieniveau 1 dB groter dan het berekende, oplopend tot 3 dB bij 2 km. ♦ het feit dat er in akoestische onderzoeken geen rekening wordt gehouden met het windprofiel zoals dat ’s nachts veel voorkomt, leidt tot een aanzienlijke onderschatting van de geluidsbelasting van omwonenden van (hoge) windturbines.

Verder kan worden geconcludeerd dat de Nederlandse regelgeving met betrekking tot windturbines geënt is op de gebruikelijke (atmosferische) situatie overdag, maar van onjuiste veronderstellingen uitgaat met betrekking tot de geluidsproductie van windturbines in de avond en nacht.

Hoge molens vangen veel wind II

Natuurkundewinkel Ru G

blz. 6

INHOUD 1 2

3

4

5

Inleiding De invloed van atmosferische stabiliteit op de hoorbaarheid van windturbines 2.1 Invloed van stabiliteit op het windsnelheidsprofiel 2.2 Het windprofiel bij een stabiele atmosfeer 2.3 Mate van vóórkomen van stabiliteit Beoordeling van de geluids belasting door windturbines 3.1 Beoordeling van de geluidsbelasting door windturbines in Nederland 3.2 Beoordeling van de geluidsbelasting door windturbines in Duitsland 3.3 Maatgevende periode 3.4 Begrippen Geluidsproductie van windturbines 4.1 Karakteristieken van de windturbines 4.2 Meetmethode voor bronvermogen windturbines 4.3 Waarnemingen 4.4 Berekening bronvermogen windturbines bronspectrum

Geluidsimmissie tengevolge van de windturbines 5.1 Rekenmethode voor de geluidsimmissie 5.2 Meetmethode en meetapparatuur 5.3 Geluidsniveaus nabij landsgrens (locatie A) 5.4 5.5

6

7 8

beschrijving meetlocatie; resultaten algemeen; selectie relevante meetgegevens; invloed windrichting en windsnelheid; gemeten immissieniveaus

Geluidsniveaus nabij kanaal (locatie B)

beschrijving meetlocatie; selectie relevante meetgegevens;gemeten immissieniveaus; invloed windrichting en windsnelheid

Geluidsniveaus op diverse plaatsen in het gebied (locaties P - X) verschil tussen gemeten en berekende immissieniveaus; sterk verhoogd immissieniveau

Het karakter van het turbinegeluid 6.1 Impulskarakter 6.2 Laagfrequent karakter 6.3 Tonaal karakter Het niveau van het achtergrondgeluid Bespreking van de meetresultaten 8.1 De geluidsemissie 8.2 De geluidsimmissie

verschil tussen gemeten en berekende immissieniveaus; relatie tussen immissieniveau, toerental en windsnelheid

9

8.3 Impulskarakter 8.4 Invloed stabiliteit atmosfeer Conclusies 9.1 Beoordeling geluidsniveaus in De Lethe

bronvermogen; discrepantie meting-berekening, impulsgeluid; maatgevend geluidsniveau volgens Nederlandse regelgeving; maatgevend geluidsniveau volgens Duitse regelgeving; invloedsgebied

7 8 8 9 10 11 11 14 15 15 17 17 17 19 19 22 22 23 24 29 32 36 36 38 39 40 42 42 42 44 45 48 48

9.2 Opmerkingen over de beoordeling van windturbinegeluid Referenties

50 51

Bijlage 1: gegevens emissiemetingen in Windpark Rhede Bijlage 2: vergelijking gemeten en berekende immissie op locaties A en B Bijlage 3: opnames op diverse locaties van geluidsniveaus (Leq,1 sec)

53 54 55

10

Natuurkundewinkel Ru G

Hoge molens vangen veel wind II blz. 7

1

INLEIDING

Dit onderzoek gaat over het geluid van hoge windturbines in De Lethe (gemeente Bellingwedde). Er is een duidelijk verschil tussen het geluid dat de hoge windturbines daar overdag en ’s nachts produceren. Dat is deels een kwestie van contrast: na zonsondergang gaat de wind vaak liggen en dan is het gebied zo stil dat de windturbines eigenlijk de enige lawaaibron vormen, terwijl er overdag meestal meer geluid is, al is het alleen al door de wind in de bomen. Maar behalve dat klinkt het geluid ’s nachts ook anders: het is een dreunend, stampend geluid dat klinkt als ver heien. Overdag hebben wij dat geluid nooit zo gehoord. De bewoners die wij spraken hebben het steeds over hinder van het geluid ’s avonds en ’s nachts. Aanvankelijk was door de heer U. Lindemann van Das Grüne Emissionshaus Gmbh te Freiburg, beheerder van het windpark, voor dit onderzoek medewerking toegezegd. De gegevens van de bij één of meerdere turbines gemeten windsnelheid, vermogen, gondelrichting (=windrichting) en toerental zouden beschikbaar worden gesteld. Na aanvang van het onderzoek liet de heer Lindemann echter weten dat, na intern overleg, er geen meetgegevens van het windpark zouden worden verstrekt. In een korte toelichting werd gesteld dat er al omvangrijk onderzoek was gedaan; ook zouden Nederlandse bewoners aanzienlijke schadevergoedingen hebben geëist vanwege de geluidsoverlast.

Dit onderzoek kan dus helaas niet steunen op aanvullende meetgegevens van de turbines zelf. Daardoor is het omvangrijker geworden dan aanvankelijk gedacht, omdat ook de nodige gegevens over het functioneren van de windturbines moesten worden afgeleid. De opmerking dat er al uitvoerig onderzoek is verricht, is overigens niet onjuist. Door IEL zijn uitgebreide studies gedaan naar de schaduwwerking en de geluidsbelasting van de windturbines. Ook is het Nederlandse adviesbureau LBP gevraagd om de geluidsbelasting op Nederlandse wijze te beoordelen. Met name het onderzoek van IEL is omvangrijk, maar zoals zal blijken gaat het uit van een opbouw van de atmosfeer die overdag voldoende in overeenstemming met de werkelijkheid is, maar ’s nachts niet. Het euvel van deze en eigenlijk alle geluidsstudies naar windturbinegeluid is dat ze teveel van ervaringen overdag uitgaan. Voor hoge windmolens levert dat geen juist beeld op voor de nacht. In dit rapport wordt de gemeten en berekende geluidsbelasting tengevolge van het windpark Rhede beschreven. Daartoe is eerst de geluidsproductie van de windturbines bepaald. Met dit gegeven kan vervolgens de geluidsbelasting van het omliggende gebied worden berekend. Het resultaat daarvan is door metingen geverifieerd. Afgezien van de hoeveelheid geluid is ook de aard van het windturbinegeluid onderzocht.

Bij de metingen ligt de meeste nadruk op de twee locaties waar langdurige metingen zijn uitgevoerd. Bij de beoordeling ligt de meeste nadruk op de woningen die het dichtst bij het windpark liggen. De beoordeling van de geluidsimmissie is complex omdat in Nederland overlast optreedt tengevolge van geluidbronnen op Duits gebied. Bij grensoverschrijdende immissies is echter de beoordeling volgens het ontvangende land van toepassing [Grimeaud]. Dat betekent dat hier voor de beoordeling van de geluidsbelasting de Nederlandse regels van toepassing zullen zijn. Van de relevante regelgeving in beide landen wordt hieronder eerst een overzicht gegeven.

Hoge molens vangen veel wind II

Natuurkundewinkel Ru G

blz. 8

2

DE INVLOED VAN A TMOSFERISCHE S TABILITEIT OP DE HOORBAARHEID VAN WINDTURBINES

1

Volgens gebruikelijke modellen voor het verloop van de wind met de hoogte is er een vast (logaritmisch) verband tussen de windsnelheid op leefhoogte (enkele meters hoogte) en de wind op de ashoogte van een windturbine. Bij een stabiele atmosfeer, die ’s nachts vaak voorkomt, is dit verband echter niet juist. Uitgaande van de windsnelheid op referentiehoogte (10 meter) is de windsnelheid op leefhoogte dan lager dan verwacht, met als gevolg dat er minder omgevingsgeluid is. De windsnelheid op ashoogte is daarentegen juist hoger dan verwacht, met als gevolg dat een windturbine meer geluid produceert dan verwacht en dat deze eerder begint te draaien. Het gevolg hiervan is dat bij een stabiele atmosfeer, dus vooral ’s nachts, een windturbine vaker geluid produceert en vaker en verder hoorbaar zal zijn dan wordt verwacht op grond van gangbare windsnelheidsmodellen. Dit verschijnsel is van toenemend belang bij grotere masthoogten.

2.1

Invloed van stabiliteit op het windsnelheidsprofiel

Het gebruikelijke model voor de windsnelheid vh op een hoogte h is een logaritmische toename met de hoogte, waarbij als standaardhoogte een hoogte van 10 meter wordt gehanteerd, alsmede een snelheid v10 op die hoogte: (1) windsnelheidsprofiel: vh = v10 ⋅log(h/z) / log(10/z) waarin z de ruwheidshoogte die voor vlak land in het algemeen op 3 cm wordt gesteld. Bij een windsnelheid v10 = 4 m/s volgt dan een windsnelheid vlak boven de grond (1 meter hoogte) van 2,4 m/s, terwijl deze op 40 meter hoogte 5 m/s en op 80 meter hoogte 5,5 m/s zou bedragen. De windsnelheid neemt dus nabij de grond snel toe met de hoogte, daarna veel langzamer. De wind nabij de grond doet het omgevingsgeluid ontstaan, de wind op ashoogte is maatgevend voor de geluidsproductie van een turbine van die hoogte. Bij weinig wind en een afkoelende bodem is er vrijwel geen turbulentie in de atmosfeer en is deze stabiel. De atmosfeer is dan min of meer laagsgewijs opgebouwd en deze lagen zijn nauwelijks onderling gekoppeld. De laagsgewijze opbouw verdwijnt bij meer wind (de atmosfeer wordt dan door wrijving turbulent) en bij verwarming van de bodem door de zon (de atmosfeer wordt dan door thermiek turbulent). In deze gevallen is de atmosfeer niet meer stabiel. Het gevolg van stabiliteit is dat luchtlagen min of meer over elkaar heen glijden.

De wind kent dan geen logaritmisch profiel volgens formule (1), maar een profiel waarbij de windsnelheid nabij de grond laag is, maar met toenemende hoogte gestaag blijft toenemen tot op aanzienlijke hoogte. Een stabiele atmosfeer is ’s nachts zeker niet zeldzaam. Uitgaande van een bepaalde windsnelheid op referentiehoogte, is de wind op ashoogte dan sterker (meer

1

dit hoofdstuk is gebaseerd op een notitie van 6 februari 2001 (F. van den Berg, Natuurkundewinkel RuG)

Natuurkundewinkel Ru G

Hoge molens vangen veel wind II blz. 9

turbine-geluid), aan de grond juist zwakker (minder omgevingsgeluid) dan bij een instabiele atmosfeer overdag. Bij een stabiele atmosfeer kan men dus verwachten dat de windturbine op grotere afstand hoorbaar is. Bovendien zal, bij stabiele omstandigheden, de windsnelheid op ashoogte al boven de inschakelwaarde liggen als dat, volgens het gebruikelijke model voor het windprofiel, op grond van de wind op referentiehoogte nog niet wordt verwacht. Een windturbine zal dan dus bij een lagere windsnelheid (op referentiehoogte) inschakelen dan verwacht. De mate van stabiliteit wordt volgens Pasquill gegeven in zes klassen, lopend van zeer onstabiel (klasse A) tot zeer stabiel (F). De indeling volgens Pasquill wordt bepaald door de windsnelheid en de bewolkingsgraad: een hoge windsnelheid en/of een gesloten bewolking leiden tot een neutrale atmosfeer (klasse D); wat minder wind of wat minder bedekking tot een stabiele (E); een zwakke wind met een hooguit half bedekte hemel tot een zeer stabiele atmosfeer (F). Overdag is de atmosfeer meest licht (klasse C) tot zeer onstabiel (A) en komt een (zeer) stabiele atmosfeer niet voor, een neutrale atmosfeer alleen bij een meer dan driekwart bedekte hemel.

2.2

Het windprofiel bij een stabiele atmosfeer

In figuur 1 zijn enkele windprofielen uit een eerder onderzoek [NW1] gegeven, gemeten bij Bourtange, ten zuiden van Bellingwolde, op en rond een zomernacht waarin zich een stabiele atmosfeer voortdeed. Bij de profielen zijn de tijdstippen vermeld waarop ze bepaald zijn. In dezelfde figuur is het gebruikelijke logaritmische windprofiel gegeven dat in feite het windprofiel in een neutrale tot instabiele atmosfeer beschrijft, alsmede een windprofiel bij een stabiele atmosfeer volgens [Holtslag]. De profielen in de figuur, bepaald bij onderling verschillende, zwakke windsnelheden, zijn hier geschaald op een windsnelheid v10 = 3 m/s.

hoogte (m)

80

stabiel (Holtslag)

logaritmisch 70 7:45 60 50 19:55

40

8:15 6:40

30

5:35

20 10 0 0

1

2

3

4

figuur 1: windprofielen op vijf verschillende tijdstippen op een avond en daaropvolgende vroege ochtend, geschaald op een windsnelheid van 3 m/s op referentiehoogte (10 meter); tevens is het logaritmische windprofiel ingetekend en het profiel van een stabiele atmosfeer volgens Holtslag

5 6 7 8 9 10 bron: [NW1] geschaalde windsnelheid (m/s), V10 = 3 m/s

Hoge molens vangen veel wind II

Natuurkundewinkel Ru G

blz. 10

Uit figuur 1 blijkt dat op de vroege ochtend, rond zonsopgang (5:35 uur), de windsnelheid op grotere hoogten veel grotere waarden bereikt dan bij een logaritmisch profiel, ook al is de referentiewindsnelheid op 10 m hoogte precies hetzelfde. Na zonsopgang nadert, net als eerder vóór zonsondergang, het windprofiel meer naar het logaritmische profiel. Het gevolg van het voorgaande is dat in de nachtelijke uren: • bij zeer zwakke wind (gemeten op referentiehoogte 10 m) een windturbine al kan draaien; • bij zwakke tot matige wind (op 10 m) een windturbine luidruchtiger is en de omgeving stiller dan verwacht. Dit effect is groter naarmate de ashoogte groter is. Voor een correcte bepaling van de geluidsimmissie tengevolge van windturbines moet de geluidsproductie van de turbines worden gebaseerd op reële windsnelheden op ashoogte bij stabiele omstandigheden. Ook het referentieniveau van het omgevingsgeluid dient bij stabiele omstandigheden ’s nachts te worden bepaald. Dit klemt des te meer daar bij windturbines juist de nacht, als geluidsgevoeliger periode, bepalend is voor de beoordeling. In dit rapport is dit voor de eerste keer onderzocht.

2.3

Mate van vóórkomen van stabiliteit

Een stabiele atmosfeer is 's nachts geen zeldzaamheid, maar komt in ongeveer één op de drie nachten voor. Voor Eelde en Leeuwarden, twee KNMI-weerstations in de noordelijke provincies, geeft het KNMI de volgende gegevens [KNMI1]: ♦ zwakke wind (0 – 2,8 m/s op 10 meter hoogte) komt gedurende 41 % van de nachtelijke uren voor bij Eelde (36% bij Leeuwarden). Van deze tijd komt een stabiele atmosfeer gedurende 58% van de tijd voor (Leeuwarden: 57%). ♦ matige wind (2,8 – 6,3 m/s) komt gedurende 36% van de nachtelijke uren bij voor Eelde (38% bij Leeuwarden). Van deze tijd komt een stabiele atmosfeer gedurende 29% van de tijd voor (Leeuwarden: 31%). Een stabiele atmosfeer komt dus bij Eelde gedurende (0,58⋅41% + 0,29⋅0,36% =) 34% van de nachtelijke uren voor, bij Leeuwarden bijna net zo vaak: 32%.

Natuurkundewinkel Ru G

Hoge molens vangen veel wind II blz. 11

3

B EOORDELING VAN DE G ELUIDSBELASTING DOOR WINDTURBINES

Het geluid van windturbines wordt in Nederland anders beoordeeld dan in Duitsland. In Nederland is de beoordeling bovendien per 1 december 2001 veranderd, zodat nu andere regels gelden dan ten tijde van de plaatsing van de turbines. Afgezien van de hoeveelheid geluid kan ook het karakter van het geluid worden onderzocht en beoordeeld. Ook dit gebeurt in Nederland en Duitsland niet op dezelfde wijze. In het onderstaande worden de verschillende beoordelingsmethoden nagelopen. De meetresultaten van dit onderzoek zullen uiteindelijk worden beoordeeld volgens de diverse methoden. De vraag welke van deze methode(n) moeten worden toegepast wordt hier niet behandeld, aangezien dat geen akoestisch probleem is, maar een juridische en overheidskwestie.

3.1 Beoordeling van de geluidsbelasting door windturbines in Nederland Handleiding meten en rekenen Industrielawaai In Nederland wordt de geluidsbelasting tengevolge van windturbines gemeten en berekend overeenkomstig de “Handleiding meten en rekenen Industrielawaai”. De berekening wordt verderop besproken: zie paragraaf 4.4. Bij het berekenen zowel als bij het meten van de immissie, de hoeveelheid invallend geluid op een bepaald moment, dient men zich o.a. te houden aan de volgende punten: ♦ als de nachtelijke periode maatgevend is voor de immissie, dan wordt deze bepaald op ongeveer 5 m hoogte (dat is veelal ‘slaapkamerhoogte’); ♦ de gemiddelde immissie over de nacht is maatgevend; ♦ de immissie wordt bepaald bij relatief gunstige weersomstandigheden (met name: meewind) en bij maximaal bronvermogen per bedrijfstoestand (hier: toerental); ♦ van de gemiddelde immissie wordt een meteo-correctie afgetrokken, omdat gemiddeld genomen de weersomstandigheden minder gunstig zijn dan bij de meting. Bij windturbines wordt er vanuit gegaan dat de nacht maatgevend is omdat de nacht een geluidgevoeliger periode is en de turbines ‘s nachts tenminste zoveel geluid kunnen produceren als overdag. De nacht loopt van 23:00 tot 7:00 uur.

Verder wordt er bij windturbines vanuit gegaan dat het geluid min of meer constant is zonder grote geluidpieken; deze moeten, op basis van het maximum of piekniveau Lmax of vanwege een impulskarakter, apart worden beoordeeld. De gedurende een nacht, bij een bepaalde windsnelheid v10 (op 10 m hoogte), voorkomende gemiddelde immissie Li,gem, verminderd met de meteo-correctie Cmeteo , is het maatgevende geluidsniveau Lnacht dat getoetst wordt aan de daarvoor geldende normen: (2) maatgevend geluidsniveau:

Lnacht = Li,gem - Cmeteo

Hoge molens vangen veel wind II

Natuurkundewinkel Ru G

blz. 12

Circulaire Industrielawaai Voor lawaai van (al of niet industriële) bedrijvigheid was het gebruikelijk te toetsen aan de "Circulaire Industrielawaai" van september 1979. Die Circulaire gaf een aantal streefwaarden voor de maximaal toelaatbare geluidsbelasting bij woningen in een drietal typen gebieden (vermeld in tabel 1). Als uitgangspunt gold dat het toegevoegde geluid het al aanwezige geluidsniveau niet mocht doen toenemen. Voor landelijke, natuur- en stiltegebieden zonder bebouwing werd dit principe onverkort toegepast: nieuwe bedrijvigheid mocht (gemiddeld) geen extra geluid toevoegen aan de omgeving. Dit werd gekwantificeerd door te stellen dat het maatgevende geluidsniveau het niveau van het achtergrondgeluid niet mocht overschrijden. Het niveau van het achtergrondgeluid, het zogenoemde ‘referentieniveau van het omgevingsgeluid’, wordt daarbij gelijk gesteld aan het L95 : het geluidsniveau dat overeenkomt met de stilste 5% van de tijd. Voor windturbines werd dit laatste uitgangspunt gevolgd tot december 2001: de geluidsbelasting ‘s nachts mocht het referentieniveau ‘s nachts niet overschrijden.

Omdat de hoeveelheid door windturbines geproduceerd geluid samenhangt met de windsnelheid, werd zowel de geluidsimmissie als het referentieniveau bepaald bij een aantal windsnelheden: het uitgangspunt betekent dan dat bij elke windsnelheid (op 10 m hoogte) het maatgevende geluidsniveau het referentieniveau niet mag overschrijden. In formulevorm: (3) referentieniveau als criterium:

Li,nacht ≤ L95,nacht

bij windsnelheid v10

Handreiking Industrielawaai en Vergunningverlening In oktober 1998 is de “Handreiking Industrielawaai en Vergunningverlening” verschenen welke uiteindelijk de Circulaire Industrielawaai moet vervangen. De Handreiking beveelt voor gebieden een maximale geluidsbelasting aan die afhangt van het karakter van het gebied. In tabel 1 is daarvan een overzicht gegeven; drie typeringen waren (in soms wat andere bewoordingen) al in de Circulaire Industrielawaai verschenen. In de Handreiking worden voor woonomgevingen expliciete aanbevelingen gedaan, welke eveneens in tabel 1 zijn opgenomen. Uit het overzicht blijkt dat, afhankelijk van hoe men het gebied precies typeert, de richtwaarde voor het onderhavige gebied (De Lethe) en voor de nacht 30 of 35 dB(A) bedraagt. De richtwaarden zouden ongeveer overeen moeten komen met het voor elk gebied typische referentieniveau van het omgevingsgeluid.

Besluit voorzieningen en installaties Milieubeheer In december 2001 is het “Besluit voorzieningen en installaties Milieubeheer” van kracht geworden, waarin specifiek voor windturbines grenswaarden worden gegeven, welke afwijken van de hierboven gegeven waarden. Deze grenswaarden zijn gegeven in tabel 3. De (grafiek van de) grenswaarden als functie van de windsnelheid wordt in het besluit de WindNormCurve (WNC) genoemd: als de geluidsniveaus bij een woning tengevolge van een windturbine of –park bij elke windsnelheid beneden de WNC blijft, dan is aan het Besluit voldaan voor wat betreft de geluidsbelasting. Overigens heeft het besluit betrekking op windparken met een geïnstalleerd elektrisch vermogen van maximaal 15 MW: bij een groter vermogen is het park vergunningplichtig en is een Milieu Effect Rapportage (MER) nodig. De WNC lijkt op een gestileerde versie van het referentieniveau als functie van de windsnelheid, maar de waarden zijn bij lage windsnelheden veel hoger dan de niveaus die men op het platteland tegenkomt. Het is merkwaardig dat voor de omgeving van

Natuurkundewinkel Ru G

Hoge molens vangen veel wind II blz. 13

windturbines hogere grenswaarden worden gesteld dan de grenswaarden die dezelfde overheid aanbeveelt voor landelijke gebieden, waar windturbines veelal worden opgericht. tabel 1: gebiedstyperingen en (indicatieve) grenswaarden grenswaarde in dB(A) dag avond nacht

Omschrijving gebied Stille landelijke gebieden Gebieden voor extensieve recreatie *

40

35

30

Landelijk gebied met veel agrarische activiteiten

45

45

35

Stille woonwijk, weinig verkeer

*

45

40

35

Rustige woonwijk in stad

*

50

45

40

Gemengde woonwijk Combinaties wonen/lichte bedrijfsactiviteiten

55

45

40

Woonwijk nabij drukke verkeersweg

55

50

45

Woonwijk nabij gezoneerd industriegebied

55

50

45

Woonwijk in stadscentrum

55

55

45

aanbevolen grenswaarden voor woonomgevingen Landelijke omgeving

40

35

30

Rustige woonwijk, weinig verkeer

45

45

35

Woonwijk in de stad

45

40

35

Bron: Handreiking Industrielawaai en Vergunningverlening De met * gemerkte gebieden komen overeen met de drie in de Circulaire Industrielawaai genoemde categoriën met dezelfde streefwaarden

tabel 2: Duitse gebiedstyperingen en grenswaarden

Kurgebieten, für Krankenhäuser und Pflegeanstalten

grenswaarde in dB(A) dag nacht 45 35

Reinen Wohngebieten (ausschließlich Wohnungen)

50

35

Kleinsiedlungsgebieten 55

40

Kerngebieten, Dorfgebieten und Mischgebieten (weder vor- 60 wiegend gewerbliche Anlagen noch vorwiegend Wohnungen)

45

Gewerbegebieten (vorwiegend gewerbliche Anlagen)

65

50

Industriegebieten

70

70

Omschrijving gebied

Allgemeine Wohngebieten (vorwiegend Wohnungen)

Bron: TA-Lärm

und

Hoge molens vangen veel wind II

Natuurkundewinkel Ru G

blz. 14

tabel 3: grenswaarden voor windturbinegeluid volgens Besluit voorzieningen en installaties Milieubeheer windsnelheid op 10 m hoogte in m/s 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 grenswaarde 40 in dB(A)

40

41

41

42

42

43

44

46

47

11

12

48

50

figuur 2: grafische weergave grenswaarden grenswaarden WNC in dB(A)

55 50 45 40 35 30 0

2

4

6 8 windsnelheid v10 in m/s

10

12

Tonaal, impuls en laagfrequent geluid Als lawaai een extra hinderlijk karakter heeft kan dat lawaai strenger worden beoordeeld. Dat geldt echter maar voor twee kwaliteiten, nl. voor een tonaal karakter en een impulskarakter. In beide gevallen wordt bij het geluidsniveau 5 dB opgeteld vóór toetsing aan grenswaarden: in feite moet het geluid dus 5 dB zwakker zijn ter compensatie van het extra hinderlijke karakter. Dat karakter kan soms worden aangetoond aan de hand van metingen, maar niet altijd. De vaststelling van een eventueel tonaal of impulskarakter gebeurt daarom subjectief: de beoordelaar (in laatste instantie: het bevoegd gezag) vind het geluid al of niet tonaal of impulsvormig. In Nederland bestaat geen beoordelingsnorm voor laagfrequent geluid. Wel is er een richtlijn voor het meten bij klachten [NSG], maar deze beoogt alleen het laagfrequente geluid door meting aan te tonen. Volgens deze richtlijn kan laagfrequent geluid al hinderlijk zijn (maar hoeft dat niet) als het hoorbaar is.

3.2 Beoordeling van de geluidsbelasting door windturbines in Duitsland Lawaai wordt in Duitsland beoordeeld aan de hand van de “Technische Anleitung Lärm” van 1998. De vaststelling van de geluidsbelasting volgens de TA-Lärm lijkt in veel opzichten op die volgens de Nederlandse regelgeving. Wat de berekening van de geluidsbelasting betreft stelt Kerkers, die een beoordeling van het windpark Rhede heeft gegeven vanuit Nederlandse optiek [LBP1], dat er slechts geringe verschillen zijn (met name doordat de berekening van de geluidsabsorptie -iets- afwijkt). In overeenstemming met die beoordeling wordt er in dit rapport verder vanuit gegaan dat de berekening en meting van het geluid volgens Neder-

Natuurkundewinkel Ru G

Hoge molens vangen veel wind II blz. 15

landse regelgeving, geen andere waarden zou opleveren als het volgens de Duitse regelgeving was uitgevoerd. Daarnaast zijn er nog verschillen in de normstelling. Volgens de TA-Lärm is in de nachtperiode het (immissie) geluidsniveau in het meest lawaaiige volle uur maatgevend. Op dit geluidsniveau wordt, net als in Nederland, nog een meteocorrectie toegepast, en kunnen enkele toeslagen worden gegeven, nl. voor eventueel tonaal of impulsvormig geluid en, anders dan in Nederland, voor bepaalde geluids‘gevoelige’ uren. De toeslagen voor tonaal en impulsgeluid worden geheel uit de meetresultaten, dus objectief bepaald. Duitsland kent een beoordelingswijze voor laagfrequent geluid [DIN45680], waarbij richtwaarden worden gegeven voor maximale waarden van het geluid binnenshuis. De meetmethode is nagenoeg gelijk aan die in de NSG Richtlijn [NSG]. Tenslotte wijkt de Duitse regelgeving af voor wat betreft de grenswaarden. Een overzicht van de grenswaarden volgens TA-Lärm is gegeven in tabel 2. Aan de hand van de typering van gebieden zou men voor het onderhavige gebied (De Lethe) de grenswaarde ’s nachts een waarde van 35 of wellicht 40 dB(A) moeten aanhouden.

3.3 Maatgevende periode De nacht is volgens TA Lärm de periode van 22:00 tot 6:00 uur, in de Nederlandse regelgeving echter van 23:00 tot 7:00 uur. In dit onderzoek is voor de nacht een periode van 23:00 tot 6:00 uur aangenomen, dus de overlap van de tijden volgens Duitse en Nederlandse regelgeving. Overigens is gebleken dat de tijd dat het geluid van de windturbines in De Lethe vaak dominant was in de onderzoeksperiode (zomer), loopt van ongeveer 21:00 uur tot ongeveer 6:00 uur. Bij veel woningen waren al vanaf 4:00 uur vogels actief, ook in akoestische zin. In de winter zal deze periode eerder kunnen beginnen en later eindigen. In Duitsland is het volle nachtuur met de hoogste geluidsbelasting maatgevend, in Nederland een hele nacht mits die representatief is. Omdat een hoog toerental, dus een hoge geluidsbelasting, zich in principe elk nachtuur kan voordoen, is de over één nachtuur bepaalde geluidsbelasting ook voor de Nederlandse situatie een goede maat.

3.4 Begrippen Hieronder worden een aantal begrippen toegelicht zoals gebruikt in dit rapport. Geluidsniveau (L): geluidssterkte uitgedrukt in decibel (dB). A-weging: een weging van het geluid naar toonhoogte (frequentie) in overeenstemming met de gevoeligheid van het menselijk gehoor; als het geluid 'A-gewogen' is wordt dat aangeduid met een (A) achter de eenheid decibel: dB(A). Equivalent geluidsniveau (Leq of Leq,T ): het (energetisch) gemiddelde geluidsniveau over een bepaalde tijd T.

Hoge molens vangen veel wind II

Natuurkundewinkel Ru G

blz. 16

Referentieniveau (van het omgevingsgeluid) (L95 ): het geluidsniveau dat gedurende 95% van de tijd wordt overschreden door het heersende omgevingsgeluid; gedurende 5% van de tijd is het geluidsniveau lager. Het referentieniveau komt overeen met het vrijwel voortdurend aanwezige achtergrondgeluid van bijvoorbeeld windgeruis en ver verkeer. Het referentieniveau neemt toe met de windsnelheid. Geluidsvermogen(niveau), ook wel bronvermogen (LW ): de hoeveelheid door een bron geproduceerd geluid uitgedrukt in dB (alle geluid) of in dB(A) (hoorbaar geluid). Geluidsemissie(niveau): het door een bron uitgestraalde geluid, uitgedrukt in dB(A). Geluidsimmissie(niveau) (Li ): het op (bijvoorbeeld) een woning invallende geluid, uitgedrukt in dB(A), bij een bedrijfstoestand i (hier: toerental turbines). Geluidsbelasting: een wat vage term waarmee meestal het (maatgevende) immissieniveau wordt bedoeld. Maatgevend niveau: het geluidsniveau dat wordt vergeleken met een grenswaarde of richtwaarde; het is meestal een over langere tijd gemiddeld geluidsniveau dat representatief is vor de geluidsbelasting bij verschillende weersomstandigheden. Het wordt bepaald over twee of drie etmaalperioden: de dag (Ldag), nacht (Lnacht ) en eventueel avond (Lavond). Grenswaarden gelden per etmaalperiode en zijn het laagst voor de nachtperiode.

Meteocorrectie (C meteo ): een correctiefactor die in rekening wordt gebracht omdat bij het meten of berekenen van de immissie van meewind wordt uitgegaan, terwijl er op de lange duur ook tegenwind voorkomt waarbij een geluidsbron minder vaak of minder goed hoorbaar is. Windsnelheid (v10 ): de gemiddelde windsnelheid, gemeten op 10 meter hoogte. Windrichting: de gemiddelde windrichting op 10 meter hoogte.

Natuurkundewinkel Ru G

Hoge molens vangen veel wind II blz. 17

4 G ELUIDSPRODUCTIE VAN WINDTURBINES 4.1 Karakteristieken van de windturbines Het windpark Rhede ligt in Duitsland ten oosten van De Lethe. Het park bestaat uit 17 windmolens van het type ‘Enercon E-66/70.18’ en staat in een agrarisch gebied met relatief weinig hoge begroeiing. De dichtstbijzijnde bebouwing aan Nederlandse kant ligt op ongeveer 500 meter; tussen het windpark en deze bebouwing liggen alleen akkers. Rondom de woningen in De Lethe is doorgaans wel geboomte aanwezig. In tabel 4 zijn een aantal gegevens vermeld van de windturbines in het park. In figuur 3 is een overzicht gegeven van de locaties van de windturbines. Een kaart van de omgeving is gegeven in figuur 4.

4.2 Meetmethode voor bronvermogen windturbines De geluidsemissie is gemeten bij negen verschillende windturbines op zeven verschillende dagen. De metingen hebben plaatsgevonden conform een internationale standaardmethode [Ljunggren], waarbij echter om practische redenen een kleiner hard meetvlak en een kleinere afstand is gekozen. Er is gemeten op een afstand van de windturbine ongeveer gelijk aan de ashoogte (98 m), direct boven een hard vlak op de grond. Een grotere afstand (de voorkeursafstand is ashoogte + wieklengte) was niet mogelijk omdat dan andere turbines een niet verwaarloosbare invloed kregen op het geluidsniveau. 1 De microfoon is steeds juist (5-10 mm) boven een harde ondergrond gehouden, meestal de zijkant (30 x 44 cm2 ) van een koffer van hard kunststof die op maaiveld lag. Uit enkele controlemetingen bij een voldoende groot vlak (gladde asfaltweg) bleek dat het kleinere vlak niet tot afwijkende resultaten leidde. Meestal is gemeten aan de achterzijde van de windturbine, d.w.z. de windrichting is van turbine naar meetplek; soms is ook vóór de windturbine (d.w.z. de windrichting is van meetplek naar turbine) of schuin gemeten. In enkele gevallen is afgeweken van de voorkeursafstand, omdat de omstandigheden (bijv. bomen) dat nodig maakten.

De achterzijde is in dit geval ook de voor de geluidsimmissie meest relevante zijde omdat deze naar De Lethe is toegekeerd bij omstandigheden waarbij de meeste klachten optreden, namelijk oostenwind. Elke meting duurde tenminste enige en meestal ca. 5 minuten. In totaal is 30 maal de emissie bepaald op een correcte positie en nog 10 maal op een afwijkende positie (de laatste waarden zijn in dit onderzoek verder niet gebruikt). Waar gemeten werd was de bodem kaal of licht begroeid (weg, akker); op sommige plaatsen kwamen grassen op die later, in september, tot ongeveer één meter hoogte kwamen. De windsnelheid bij de grond was steeds laag en had nauwelijks of geen invloed op metingen. Eventuele stoorgeluiden of, soms, invloeden van wind op de microfoon zijn bij latere vaststelling van het geluidsniveau geëlimineerd; deze hebben derhalve geen invloed op de hieronder gegeven resultaten. Voor deze metingen is meestal gebruik gemaakt van de SIP95 geluidsmeter. Op één dag is gebruik gemaakt van een SLS95 geluidsmeter, op een tweede dag van de Larson Davis 2800 (voor specificaties apparatuur: zie paragraaf 5.2).

1

de standaardmethode gaat uit van medewerking van de exploitant aan het onderzoek, in welk geval turbines (ook voor het bepalen van het achtergrondgeluid L95 ) op verzoek bij of af kunnen worden geschakeld; de methode geeft echter geen oplossing voor metingen zonder medewerking van de exploitant

Hoge molens vangen veel wind II

Natuurkundewinkel Ru G

blz. 18

tabel 4: gegevens turbines in windpark Rhede Type Enercon E-66/70.18 Aantal 17 stuks Vermogen 1800 kW Ashoogte 98 meter Rotor diameter 70 meter Aantal bladen 3 Snelheid punt blad 35–76 m/s Toerental 10-22 omwentelingen/minuut Windsnelheid start 2,5 m/s (op ashoogte) Gemiddelde windsnelheid 12,0 m/s (op as-hoogte) Maximale windsnelheid 28–34 m/s (op ashoogte) 103 dB bij 95% nominaal Geluidsvermogen vermogen, V(wind) = 10 m/s op 10 meter hoogte. Bron: gegevens website fabrikant Enercon, Ingenieursbureau IEL

figuur 3: nummering turbines

westelijke rij turbines (W1 …. W16)

figuur 4: omgeving De Lethe met locaties immissie-meetpunten A-B en P-X

Natuurkundewinkel Ru G

Hoge molens vangen veel wind II blz. 19

4.3 Waarnemingen Het geluid van de turbines, met name van de wieken, was tijdens de metingen verreweg dominant boven het omgevingsgeluid. Soms was een schellend of rinkelend, hoogtonig geluid in de 6,3 kHz tertsband hoorbaar van machinerie in de mast, maar niet overheersend in luidheid. Ook was wel een onregelmatig, dreunend geluid te horen waarvan de richting niet goed bepaald kon worden; instrumenteel kon een laagtonig geluid in of nabij de 125 Hz tertsband worden vastgesteld. In de tabel in bijlage 1 zijn de waarnemingen vermeld: het gemeten geluidsniveau tengevolge van de turbines alsmede het waargenomen toerental, de windsnelheid en windrichting.

4.4 Berekening bronvermogen windturbines Door de drukverdubbeling tengevolge van reflectie direct boven het harde vlak treedt een niveauverhoging van 6 dB op. Het geluidvermogensniveau of bronvermogen LW wordt berekend door van de gemeten waarde, het ongestoorde A-gewogen equivalente geluidsniveau over de meetduur Le q, 6 dB af te trekken en vervolgens deze waarde te corrigeren voor de geometrische uitbreiding over een bol met een straal R gelijk aan de schuine afstand van turbine-as tot de meetplaats: (4) bronvermogen uit meting: LW = Leq – 6 + 10⋅log(4π⋅R2 ) In de tabel in bijlage 1 is een overzicht gegeven van de uit de meetwaarden berekende geluidsvermogens. De vermogensniveaus die zijn bepaald achter de windturbines zijn in figuur 5 uitgezet tegen het toerental N.1 Tevens is daarin de beste benadering gegeven van een logaritmisch verband tussen Lw en N, namelijk een kromme beschreven door de formule: (5) bronvermogen gegeven door toerental: LW = 67,0⋅log(N) + 15,8 dB(A) met een correlatiecoëfficiënt van 0,98, en N in rpm. De standaarddeviatie van de meetwaarden ten opzichte van de kromme is 1,0 dB. Een vuistregel is dat het geluidsvermogensniveau toeneemt met 50⋅log(N) [Wagner]; deze relatie is eveneens in de figuur ingetekend maar blijkt de verzameling meetpunten minder goed te benaderen. De meetpunten liggen niet precies op één lijn.

Eén reden daarvoor is de nauwkeurigheid waarmee het toerental is bepaald. 2 Dat toerental werd bepaald door gedurende een halve of hele minuut het aantal wieken te tellen dat de mast passeert: het resultaat delen door drie (een turbine heeft drie wieken) geeft het toerental in omwentelingen per minuut of rpm (rotaties per minuut). De fout in het tellen is niet groter dan twee wieken per minuut ofwel 2/3 rpm. Daarnaast varieerde tijdens de meetduur het toerental vaak enigszins, zodat het toerental aan het begin van de geluidsmeting (iets) kan verschillen van het eind van de meting. Tenslotte betreffen de meetpunten negen verschillende turbines die onderling zullen verschillen. De 1

De met de minder nauwkeurige type 2-meter bepaalde waarden van het bronvermogen zijn in figuur 5 met een grijze stip weergegeven; als deze waarden worden weggelaten geeft dat geen ander resultaat 2 het toerental wordt wel gemeten, maar deze gegevens werden niet beschikbaar gesteld (zie Inleiding)

Hoge molens vangen veel wind II

Natuurkundewinkel Ru G

blz. 20

In de berekeningen van de geluidsbelasting rond windpark Rhede is een maximaal geluidsvermogen aangenomen van 103 dB(A), dat zou optreden bij een windsnelheid van 10 m/s [IEL]. Uit deze metingen blijkt dat dat niveau met 4 dB(A) is overschreden bij een windsnelheid van 7 à 8 m/s. Op grond van formule (5), die bij 22 rpm een bronvermogen van 105,7 dB(A) geeft, is een overschrijding van de aangenomen 103 dB(A) met 2,7 ≈ 3 dB(A) een betrouwbaarder waarde.

108 Lw in dB(A)

getekende kromme c.q. formule (5) geeft dan een goede indruk van 'de' gemiddelde turbine in het windpark.

106 104

aangenomen Lw = 103 dB(A)

102 100 98 96 94 92 90 toerental (rpm) 88 10

12

14

16

18

20

22

figuur 5: uit emissiemetingen bepaalde bronniveaus als functie van toerental N (punten) met beste benadering daarvan (zwarte lijn) en verloop volgens vuistregel met 50⋅logN (grijs)

Bronspectrum Het spectrum van het windturbinegeluid is tijdens metingen op 3 juni en 12 september een aantal keren bepaald. In figuur 6 zijn een aantal van deze, op ca. 100 meter achter een turbine gemeten tertsbandspectra gegeven. Uit de spectra blijkt dat er bij frequenties van 100-125 Hz en bij 500-800 Hz relatief veel geluid wordt geproduceerd. Bij een hoger toerental is dat geprononceerder dan bij een lager toerental. De spectraalmetingen zijn verricht bij toerentallen van 14 tot 17 rpm. De spectra kunnen, m.b.v. formule (5) hierboven, gecorrigeerd worden naar eenzelfde bronvermogen c.q. toerental, zó dat het totale bronvermogen gelijk is aan 103 dB(A), het toerental 20 rpm. In figuur 6 is het gemiddelde van de vier aldus gecorrigeerde tertsband-spectra gegeven. Uit dat gemiddelde tertsband-spectrum is het gemiddelde octaafband-spectrum berekend door steeds drie opvolgende tertsbanden energetisch te sommeren. Het resultaat kan vergeleken worden met het in [LBP1] gegeven octaafband-spectrum (bij 100,8 dB(A), maar in figuur 6 eveneens gecorrigeerd naar een totaal vermogen van 103 dB(A)). De octaafbandspectra tenslotte zijn ook gegeven in figuur 6 en eveneens in tabel 5. In de octaafbanden van 125 tot en met 2000 Hz zijn beide spectra nagenoeg gelijk (verschil maximaal 1 dB).

Bij 63 Hz en 4000 Hz is de overeenstemming minder goed, maar de bijdrage van deze octaafbanden aan het hoorbare (A-gewogen) geluid is verwaarloosbaar.

Natuurkundewinkel Ru G

Hoge molens vangen veel wind II

115

60

110

55

105

50

100

45

95

40

90

gem. octaafband octaafband LBP

35

85

gem. tertsband

30

17 rpm 15 rpm

80

25

15 rpm 14 rpm

75 10

gemeten tertsbandniveaus (dB)

vermogensniveau per terts/octaafband (dB)

blz. 21

20 100

1000 10000 frequentie terts/octaafband (Hz)

figuur 6: gemeten tertsbandspectra bij toerentallen van 14, 15 en 17 rpm (as rechts); en naar 103 dB(A) totaal bronniveau gecorrigeerde bronspectra (as links): gemiddeld terts- en octaafbandspectrum en octaafbandspectrum volgens [LBP1]

tabel 5: octaafbandspectra windturbines bij bronniveau van 103 dB(A) frequentie octaafband (Hz) Spectrum volgens deze metingen Spectrum volgens [LBP1]

63

125 250 500 1000 2000 4000 Ltotaal

dB

108 108 103 101

98

92

87

dB(A)

82

98

98

93

88

dB

111 107 104 101

98

91

82

dB(A)

85

98

92

83

92 91

94 95

98

103 103

Hoge molens vangen veel wind II

Natuurkundewinkel Ru G

blz. 22

5 Geluidsimmissie tengevolge van de windturbines Met behulp van de hiervoor beschreven emissiemetingen, waarmee de geluidsproductie van de windturbine is bepaald, en met een rekenmodel voor de uitbreiding van het geluid naar de omgeving kan het geluidsniveau op een willekeurige plaats in de omgeving worden berekend. Dit rekenmodel wordt hieronder eerst behandeld. De geluidsimmissie, d.w.z. het van de windturbines invallende geluid op een plaats in de omgeving van het windpark, is gemeten op een aantal plaatsen. De meetlocaties zijn met letters weergeven in figuur 4. Op twee plaatsen, aan de landsgrens en nabij een woning aan de Kanaaldijk, is langdurig gemeten met een automatisch registrerende meetopstelling. Verder is er op een aantal plaatsen aanvullend gemeten met handmeetinstrumenten. De resultaten van de metingen en berekeningen kunnen tenslotte met elkaar vergeleken worden. In het vervolg zullen alleen de meetresultaten gedurende de nacht aan bod komen omdat dit de periode is waarin de immissie het strengst wordt beoordeeld, en omdat hetgeluid van de windturbines overwegend ‘avonds en ‘s nachts klachten in het gebied veroorzaakt. De overlap van de nachtperiode in de Nederlandse en Duitse regelgeving (23:00 tot 06:00 uur) wordt verder als relevante nachtperiode beschouwd.

De meetresultaten gedurende de tweede helft van de avond (21:00- 23:00 uur) komen overigens overeen met die van de nacht.

5.1 Rekenmethode voor de geluidsimmissie Aan de hand van een geluidsoverdrachtsmodel Methode II uit de ‘Handleiding meten en rekenen Industrie-lawaai’ kan de immissie op elk willekeurig punt rond het windpark bepaald worden. Het model berekent de geluidsoverdracht in situaties waarbij sprake is van een lichte tot matige wind in de richting van het immissiepunt. In deze situatie zou de temperatuurgradiënt geen grote invloed hebben op de verticale geluidssnelheidgradiënt. Van de in deze overdrachtssituatie berekende geluidsimmissie wordt een meteocorrectieterm afgetrokken, die een benadering vormt van de situatie met een meteogemiddelde geluidsoverdracht. De berekening van de geluidsoverdracht wordt uitgevoerd per geluidsbron (=turbine), per immissiepunt en per octaafband volgens de formule: (6) berekend maatgevend immissieniveau: Li = LWr – Σ D –Σ C waarin:L i = het gestandaardiseerd immissieniveau bij het immissiepunt. LWr = de immissierelevante bronsterkte. Σ D = verzamelterm van alle verzwakkingen: Σ D = Dgeo + Dlucht + Drefl + Dscherm + Dveg + Dterrein + Dbodem + Dhuis Σ C = verzamelterm van alle correcties: Σ C = Cmeteo + Cbedrijfstijd + Cstoor De vet gedrukte verzwakkingen D zijn de relevante verzwakkingen voor dit onderzoek. • Dgeo: de geometrische uitbreiding van het geluid over een hele bol volgens Dgeo = 10⋅log(4πr2 ).

Natuurkundewinkel Ru G

Hoge molens vangen veel wind II blz. 23

• •

Dlucht: de luchtabsorptie, per octaafband, wordt bepaald aan de hand van een absorptiefactor vermenigvuldigd met de afstand. Dbodem: bij de absorptie door de bodem worden drie gebieden onderscheiden, respectievelijk het bron-, ontvanger- en middengebied. Voor elk van deze gebieden wordt de verzwakking van het geluid, per octaafband, bepaald. In elk van deze gebieden dient rekening gehouden te worden met de aard van de bodem (wel of niet geluidsabsorberend).

Van de correctietermen C is alleen de meteocorrectie van belang. Deze term wordt berekend volgens: (7) meteocorrectie:

Cmeteo = 5 – 50(hb+ho )/r

als r > 10⋅(hb+ho ), in andere gevallen is Cmeteo = 0. Hierin is hb de bronhoogte en ho de waarneemhoogte = beoordelingshoogte. Als in dit rapport de gemeten geluidsimmissie wordt vergeleken met de berekende immissie, wordt geen meteocorrectie toegepast: er is immers bij de meting geen sprake van een gemiddelde weerssituatie, maar van een situatie met (enige) meewind zoals ook berekend in het rekenmodel zonder meteo-correctie.

5.2 Meetmethode en meetapparatuur De automatisch registrerende meetopstelling meet elke seconde het A-gewogen geluidsniveau, de windrichting en windsnelheid. De windmeting is op 10 meter hoogte (een tweede windmeter is op 2 m hoogte), de microfoon bevindt zich op 4,5 m boven maaiveld. De meetopstelling bevat een Bruel & Kjaer geluidsmeter type Investigator (2260). De microfoon is voorzien van een schuimrubberen windbol van 9 cm diameter. Daarnaast zijn ook nog andere grootheden gemeten (windsnelheid op lagere hoogte, regenval, natheid, temperatuur), maar deze worden hier verder niet gebruikt en derhalve niet besproken. Het geluidsniveau wordt middels een ADC (analoog-digitaal-converter) uitgelezen door een palmtop-computer. Voor een nauwkeuriger beschrijving van de overige apparatuur in deze opstelling zie [NW2]. De gegevens werden per 5 minuten opgeslagen, waarbij van het geluid en de windgegevens de statistische verdelingen worden bewaard. Uit deze verdelingen kunnen achteraf de gemiddelden en andere statistische waarden per 5 minuten zijn bepaald. De gemeten gegevens kunnen achteraf met het softwarepakket ANAWEG worden geanalyseerd [NW2]. Door o.a. technische problemen is niet continu gemeten over de gehele periode, maar met onderbrekingen.

Omdat ten zuiden en westen van meetlocatie B hoge bomen voorkomen is de windmeting van deze locatie niet representatief voor de in het gebied heersende wind. Daarom zijn meetgegevens gebruikt van het KNMI-station te Nieuw Beerta 1 , ongeveer 10 km ten NNW van het onderzoeksgebied. Uit vergelijking van deze gegevens met die van locatie A blijkt dat de windsnelheid en windrichting meestal binnen 1 m/s resp. 10 graden gelijk zijn. Omdat voor een deel van de tijd op locatie A windsnelheidsdata ontbreken, zijn ook deze aangevuld met windgegevens van Nieuw Beerta.

1

Amersfoort coördinaten x = 272,775 en y = 580,150

Hoge molens vangen veel wind II

Natuurkundewinkel Ru G

blz. 24

De handmetingen zijn uitgevoerd door een geluidsmeter op een statief te plaatsen op ca. 1,2 meter hoogte en deze gedurende kortere of langere tijd het geluidniveau ter plekke te laten registreren. De handmetingen zijn uitgevoerd met geluidsmeters SIP95 en SLS95 van 01dB en met de Larson Davis 2800 geluidsanalysator. Alle geluidmeters zijn nauwkeurige type 1 meters, met uitzondering van de SLS95 (type 2). De meters zijn regelmatig gecalibreerd met signalen van ijkbronnen. De meest relevante meter, de Investigator, gaf op locatie A halverwege de meetperiode (4 juni) 0,4 dB teveel aan, aan het eind (27 juni) 0,5 dB teveel; aan het begin en op 4 juni is de aanwijzing correct gezet. De op locatie A gemeten geluidniveaus zijn daarom gecorrigeerd met 0,2 dB; de meetnauwkeurigheid is dan 0,3 dB. In de gehele meetperiode op locatie B is de aanwijzing van de Investigator slechts 0,1 dB verlopen, de meetnauwkeurigheid is hier 0,1 dB.

5.3 Geluidsniveaus nabij landsgrens (locatie A) Beschrijving meetlocatie Dit meetpunt is gekozen omdat het enerzijds zo ver van het windpark af ligt dat het geluid niet wordt gedomineerd door een enkele turbine, terwijl anderzijds het windpark wel zo dichtbij ligt dat het geluid ervan voldoende vaak dominant zal zijn: de locatie ligt zo ver van wegen, (ruisende) bomen en andere bronnen dat andere geluiden dan van de turbines vermoedelijk geen belangrijke stoorbronnen zouden zijn. De invloed van stoorgeluiden bleek achteraf ‘s nachts inderdaad nauwelijks een rol te spelen. Omdat het gebied zo stil bleek is later ook nog een andere, verdere meetpositie gekozen, waarvan verwacht werd dat stoorgeluiden daar ook niet zouden domineren (zie hieronder, locatie B). De meetlocatie is weergegeven op de kaart in figuur 4. De locatie ligt op 400 meter van de westelijke rij windturbines. De microfoon stond aan de rand van een aardappelveld (van de heer Louwdijk), naast een sloot met direct daarachter een ca. 1,5 m boven maaiveld uitstekende dijk die precies langs de landgrens loopt. Op de met gras en onkruiden begroeide dijk bevinden zich hier en daar struiken en kleine boompjes, echter niet in de directe nabijheid van de meetopstelling. De aardappelplanten kwamen bij aanvang van de metingen maar net uit de grond, aan het eind van de meetperiode waren ze kniehoog.

De hoge windmeter (10 meter hoogte) stond een kleine 100 meter noordelijk van de microfoon, ook langs de grenssloot; de lage windmeter (2 meter) enkele meters van de microfoon die op 4,5 meter hoogte stond

Resultaten algemeen Aan de landsgrens is in de periode 13 mei tot en met 22 juni 2002 gemeten gedurende in totaal 371 uur. Daarvan vielen 191 uren in de dagperiode van 6:00 tot 19:00 uur, 75 uren in de avondperiode van 19:00 tot 23:00 uur en de overige 105 uur in de nachtperiode van 23:00 tot 6:00 uur. In figuur 7 is van een deel van de meetperiode met overwegend zuidwestelijke wind, 10 tot en met 16 juni 2002, de ontwikkeling gegeven van een aantal meetwaarden, namelijk de op 10 meter hoogte gemeten gemiddelde windsnelheid en windrichting, en het op 4,5 meter hoogte gemeten equivalente geluidsniveau Leq.

Natuurkundewinkel Ru G

Hoge molens vangen veel wind II blz. 25

120

360

100

300

80

240

windsnelheid in m/s; geluidsniveau Leq in dB(A)

windrichting 60

180

40

120 niveau Leq 60 windsnelheid

0

0

10-6 12:00

11-6 0:00

11-6 12:00

12-6 0:00

12-6 12:00

13-6 0:00

13-6 12:00 14-6 0:00 dag-maand uur:minuut

14-6 12:00

figuur 7: registratie gedurende vier dagen van gemiddelde windrichting en -snelheid op 10 m hoogte, en van geluidnsiveau Leq op 4,5 m hoogte, elk per 5 minuten

70

geluidsniveau Leq,5 min in dB(A)

.

20

60

50

40

30

20 0

2

4

6

8

10

12

14

16

18 20 kloktijd

22

figuur 8: verloop van geluidsniveaus Leq per 5 minuten, met de tijd van de dag, over dezelfde periode als in figuur 7

24

windrichting in graden

Overdag is er vaak ander geluid dan van alleen de turbines en is het geluid bovendien variabeler; het geluid is dan deels van de windturbines, maar ook afkomstig van door wind veroorzaakt geluid, van verkeer en van landbouwmachines. Dat is geïllustreerd in figuur 8 waarin het Leq is uitgezet tegen de kloktijd over dezelfde periode als in figuur 7: de figuur bevat dus vier over elkaar geplotte etmalen. De hoge waarden boven 50 dB(A) rond 04:00 uur zijn veroorzaakt door betrekkelijk kortdurende perioden van toegenomen wind op 11 juni. Bij de lage waarden rond 30 dB(A) om ongeveer 03:00 uur was er een zwakke zuidenwind en was het geluid van de turbines weliswaar dominant, maar draaiden ze met een laag toerental.

Hoge molens vangen veel wind II

Natuurkundewinkel Ru G

blz. 26

Selectie relevante meetgegevens De spreiding in de gemeten geluidsniveaus is gedurende de nacht relatief klein. De oorzaak hiervan is dat de windturbines ‘s nachts een dominante en bovendien relatief constante geluidsbron zijn: het gemeten geluid varieert dan binnen een afzonderlijke meetperiode van 5 minuten weinig. In figuur 9 is aangegeven hoe in de registratie het dominante turbinegeluid herkenbaar is aan de geringe spreiding, hetgeen geverifieerd is door luisteren naar het aanwezige geluid. De spreiding wordt hiergegeven door het L5 en L95 . Het L5 is het geluidsniveau dat gedurende 5% van de meettijd (5 minuten) werd overschreden, het L95 is het geluidsniveau dat gedurende 95% van de meettijd is overschreden. Het geluidsniveau bevindt zich gedurende het grootste deel, 90%, van de tijd tussen het L5 en L95 . Het verschil tussen het L5 en L95 geeft een indruk van de spreiding (per 5 minuten) van het geluidsniveau. 1 Als criterium voor het overheersend aanwezig zijn van het windturbinegeluid kan nu een spreiding worden aangehouden van 4 dB (L5 – L95 ≤ 4 dB), hetgeen overeenkomt met een standaarddeviatie van 1 dB. Met dit criterium zijn de perioden met dominant windturbinegeluid onderscheiden van de perioden waarin het geluidsniveau (ook) door andere geluidsbronnen is bepaald.

In perioden waarin niet aan het criterium wordt voldaan, kan het turbinegeluid nog wel (goed) hoorbaar zijn. Over de duur van een uur is, ook als het windturbinegeluid dominant is, de spreiding groter doordat vaak het geluidsniveau mee varieert met variaties in het toerental, veroorzaakt door variaties in de wind.

geluidniveau Leq,5 min in dB(A)

70

60

L05 50

Leq 40

L95

30

20 20-5 12:00

turbines dominant

21-5 0:00

21-5 12:00

22-5 0:00

22-5 12:00

figuur 9: registratie van geluidsniveaus Leq, L5 en L95, per 5 minuten over twee etmalen, ter illustratie van aanwezigheid dominante bron

Op locatie A voldoet in de nachtperiode 76 uur (= 72% van meettijd in nachtperiode) aan het criterium van een spreiding in het geluidsniveau van maximaal 4 dB, in de avond voldoet 9 uur (12% avondperiode), overdag 7 uur (4% dagperiode) waarvan het grootste deel vóór acht uur ‘s morgens. In de rest van de tijd is het geluid van de windturbines niet dominant, maar kan het nog wel (goed) hoorbaar zijn. 1

als het geluidsniveau normaal verdeeld zou zijn, dan komt het verschil L5 -L95 overeen met vier keer de standaarddeviatie van de verdeling

Natuurkundewinkel Ru G

Hoge molens vangen veel wind II blz. 27

Het blijkt dus dat de windturbines op locatie A ‘s nachts meestal de overheersende geluidsbron vormen, terwijl overdag vrijwel altijd (ook) andere bronnen hoorbaar zijn.

Invloed windrichting, windsnelheid en stabiliteit In figuur 10 is onderzocht of het geluidsniveau samenhangt met de windrichting voor de geselecteerde gegevens, dus op tijden dat het geluid van het windpark dominant is. In de figuur is ook de windsnelheid ingetekend welke meestal 2 tot 4 m/s en maximaal 8 m/s bedraagt. Op locatie A kwamen in de meetperiode weinig noordelijke wind voor, en was er geen periode met dominant windturbinegeluid bij een noordelijke wind. Het blijkt dat de hoogste geluidniveaus voorkomen bij een oostelijke windrichting (70 – 120 graden). Uit figuur 10 is af te lezen dat het geluidsniveau niet alleen bepaald wordt door de windsnelheid: bij een bijna oostelijke wind (90-110 graden) loopt het niveau bij een windsnelheid tot 8 m/s op tot net boven 45 dB(A), terwijl op een andere tijd, bij een iets noordelijker wind, het geluidniveau nog wat hoger komt ondanks dat dan de windsnelheid niet boven 5 m/s komt. In het eerste geval blijkt de atmosfeer neutraal te zijn, in het tweede geval stabiel. Dat is in figuur 10 zichtbaar gemaakt door de meetwaarden in drie verschillende stabiliteitsklassen (volgens Pasquill) te verdelen, welke zijn bepaald op het KNMI meetstation te Eelde (het meest nabije station voor deze bepaling, 40 km naar het westen).