Transcript undersökning av påverkan på strömmar från vindplats göteborg.

UNDERSÖKNING AV PÅVERKAN PÅ STRÖMMAR
FRÅN VINDPLATS GÖTEBORG.
2012-10-30
Nulägesbeskrivning
Strömmar
Strömmarna i det aktuella området beläget i inloppet till Göteborgs hamn kan påverkas av flera
faktorer. In till området strömmar vatten från Göta älv samt den baltiska strömmen som kommer
söderifrån där den löper mellan Östersjön och Kattegatt via Bälten och Öresund. Den jutska
strömmen går från den danska sydspetsen i riktning mot Marstrand och Bohuskustens södra
del. Både den baltiska och jutska strömmen är storskaliga strömfenomen. Lokalt
vindgenererade strömmar och variationer i vattenståndet påverkar även strömbilden i området.
Vindens riktning är i något över hälften av tiden västlig till sydlig.
SMHI (2000) har i en kalibrerad hydraulisk beräkningsmodell visat hur olika flöden i Göta älv
samt olika vindar med varierande styrka och riktning påverkar strömningsmönstret i området
omkring Hake fjord, se Figur 1.
Figur 1 – Område i Göteborgs hamninlopp som modellerats av SMHI. Den röda linjen visar
modellens ränder. Hela vindparksområdet finns inkluderat i modellen, och omfattas ungefärligen
av den gula ovalen. Ursprungsbild från SMHI (2000).
memo04.docx
1 (9)
Sw e co Envi ro nme nt AB
h p:\1314\1311458_vinga vind\120_mkb_rapport\slutdokument\rapporter förundersökningar\strömningsförhållanden\pm strömmar 2012-10-30 althage
larson.doc
o
Den hydrauliska modellen gav resultat som visade att strömriktningen varierar mycket kraftigt
för olika flöden i Göta älv och olika vindförhållanden. Det går inte att ge en generaliserad
beskrivning av strömmarna i området där vindkraftsparken planeras eftersom strömmarnas
riktning och hastighet varierar kraftigt. I två redovisade beräkningsfall skapades stora
strömvirvlar i ytströmmen som täckte större delen av den planerade vindparkens område och i
två fall gick ytströmmen i princip rakt över grundområdet.
SMHI (2000) redovisar fyra av beräkningsfallen som strömkartor där strömmens hastighet och
riktning finns inritad i form av strömvektorer. Av strömkartorna framgår att strömmens hastighet
(på djup mellan 0,5 och 4 m) inte är större än högst runt 0,4 m/s i området där vindkraftsparken
planeras. Strömkartorna redovisas i Figur 2. Tabell 1 visar vilka vindar och flöden i Göta älv som
använts vid beräkningarna.
Tabell 1 – De olika beräkningsfallen vad gäller vindar och flöden i Göta älv för resultaten
redovisade i Figur 2.
Vind
Vindhastighet (m/s)
Flöde i Göta älv (m /s)
1
Sydvästlig
14
150
2
Sydlig
14
150
3
Sydlig
4
150
4
Östlig
4
300
2 (9)
UNDERSÖKNING AV PÅVERKAN PÅ
STRÖMMAR FRÅN VINDPL ATS
GÖTEBORG.
2012-
x
3
Beräkningsfall
Figur 2 – Beräkningsresultat från SMHI:s hydrauliska modell. Vektorerna visar hastigheten och
riktningen för strömmen på ett djup mellan 0,5 – 4 m. För varje bild finns en referensvektor inritad
som visar vektorstorleken för strömhastigheten 0,5 m/s. Den svarta halv-ellipsen visar ungefärligt
var vindkraftsparken planeras. Bildmaterial från SMHI (2000).
SMHI har i text redovisat beräknade strömhastigheter över 0,5 m/s inom modellområdet. Det
kan dock antas att dessa högre hastigheter inte uppträder inom grundområdet där
vindkraftsparken planeras, utan snarare i farleden och andra områden där djupet är större och
hastigheterna är högre på grund av att de inte begränsas av bottenfriktion, vilket sker inom
grundområdet. SMHI har inte redovisat beräkningsresultat för de fall när västlig vind simulerats.
Strömhastigheten i det aktuella vindkraftsparkområdet antas dock inte öka i någon högre grad
vid västliga vindar. En konservativ uppskattning av strömhastigheterna i vindkraftsområdet bör
följaktligen kunna ansättas till runt 0,4 – 0,5 m/s vid kraftiga vindar och väsentligt lägre vid
normala till svaga vindar.
memo04.docx
3 (9)
UNDERSÖKNING AV PÅVERKAN PÅ
STRÖMMAR FRÅN VINDPLATS
GÖTEBORG.
2012-
h p:\1314\1311458_vinga vind\120_mkb_rapport\slutdokument\rapporter förundersökningar\strömningsförhållanden\pm strömmar 2012-10-30 althage
larson.doc
o
Framtida påverkan från vindkraftsparken
Strukturer som inverkar på flödet
Vid byggnation av vindkraftsparken kommer i första hand kraftverkens fundament och torn vara
de strukturer som kan ha en inverkan på strömbilden. En diskussion huruvida påseglingsskydd
är aktuella i området har dock även förts. För att göra någon reell nytta måste dock dessa
påseglingsskydd ha en mångfalt större tvärsektionsarea än vindkraftsverken eftersom den
rörelseenergi som ska fångas upp från båtarna är oerhört stor.
Hur vindkraftsverken ska utformas är idag ännu inte klarlagt. Även antalet kraftverk är ännu ej
bestämt, men som mest ansöks om att bygga 15 st. kraftverk. För att presentera ett värsta fall
har det antagits att stora diametrar för fundamenten och tornen används. I medeltal ansätts det
förenklat att kraftverken under vattenytan är cirkulära med diametern 10 m. Denna förenkling
görs för att beräkna framförallt lokal strömpåverkan från kraftverken. Kraftverken placeras på ett
inbördes avstånd på minst 600 m. Runt fundamenten kommer erosionsskydd att byggas.
I ett tidigare projekt som SWECO genomfört anlitades SSPA Sweden AB för att dimensionera
ett påseglingsskydd vid Eriksberg i Göteborg. Konstruktionen kunde utsättas för påsegling av
likadana fartyg som trafikerar den södra grenen i Göteborgs hamninlopp och den
dimensionerades med Stena Lines passagerarfärjor som referensfartyg.
Påseglingsskyddet visade sig i simuleringar klara påsegling av Stena Lines båtar upp till en
hastighet om 7,7 knop på ett tillfredsställande vis. Påseglingsskyddet började 2 m under
vattenytan, hade en övre bredd om 30 m och släntlutningar om 1:2.
Sannolikt bör ett påseglingsskydd vid vindkraftsparken dimensioneras på basis av samma färjor
(eller eventuellt ett värre fall). Passagerarfärjorna färdas med en betydligt högre hastighet i detta
område, varför påseglingsskyddet troligen skulle behöva dimensioneras för större påverkan.
På grund av de stora kostnaderna för att bygga ett påseglingsskydd samt de negativa
miljöeffekterna som det kan medfölja (dumpning av stora mängder material etc.) inkluderas i
denna analys ett påseglingsskydd som är av liknande dimensioner och släntlutningar som det
påseglingsskydd SSPA Sweden AB tidigare dimensionerade vid Eriksberg.
Påverkan på strömmarna runt vindkraftsverkens fundament
En viss påverkan på strömmarna precis i anslutning till vindkraftens torn kommer uppstå av
naturliga skäl till följd av deras storlek (diameter). Influensområdet blir dock relativt litet på grund
av de låga vattenhastigheterna i området (som tidigare nämnts anses strömhastigheten 0,4 –
0,5 m/s vara en konservativ uppskattning). Influensområdet bör sluta innan det når farleden och
således ha en försumbar inverkan på fartygstrafiken. En enkel uppskattning (Schlichting, 1960)
av influensområdets (separationszonen) storlek nedströms tornen visar att 80 % av
friströmshastigheten i centrum av influensområdet uppnåtts på ett avstånd av 25 gånger tornens
4 (9)
x
UNDERSÖKNING AV PÅVERKAN PÅ
STRÖMMAR FRÅN VINDPL ATS
GÖTEBORG.
2012-
diameter. På detta avstånd har influensområdet en total bredd på cirka 2.5 gånger tornens
diameter.
De låga strömhastigheterna medför även att sedimenttransporten och potentiell erosion runt
fundamenten blir liten beroende på beskaffenheten hos det material som finns på plats.
Eftersom erosionsskydd planeras runt fundamenten bedöms risken för lokal erosion efter att
vindkraftverken byggts som obefintlig. Även utan erosionsskydd torde erosionstakten vara låg.
Ett scenario som teoretiskt skulle kunna öka risken för erosion är när större fartyg passerar.
Fartygen (t.ex. Stena Lines färjor) har stort deplacement och kan skapa större vågor. De
primära vågorna, som skapas när fartyget ”trycker undan” vatten framför sig, kan skapa en våg
med en lång våglängd som eventuellt kan skölja in över grundområdet. Framförallt i mycket
grunda områden kan detta medföra viss risk för erosion. Dock kan erosionsskyddet runt
fundamenten dimensioneras för att också motverka lokal erosion till följd av fartygsvågor.
Påverkan på strömmarna inom och i anslutning till vindkraftsparken
De lokala strömmarna, dvs. de strömmar som går inom vindkraftsparken och i farledsrännorna
”runt” grundområdet, kommer påverkas försumbart av vindkraftsfundamenten och tornen.
För att en betydande påverkan på strömmarna skulle kunna uppstå efter konstruktion av
vindkraftsparken måste energiförlusten till följd av att områdets tvärsektion minskas vara
betydande. En jämförelse kan göras med ett brofundament som byggs i en älv. Fundamentet
gör att älvens tvärsektion reduceras, vilket medför att tre typer av förluster uppstår när vattnet
passerar genom brosektionen:
1) Kontraktionsförlust när vattnet rinner in i den smalare ”brosektionen”
2) Friktionsförlust när vattnet strömmar mot/runt fundamenten
3) Expansionsförlust när vattnet rinner ut i en större älvsektion nedströms ”bron”
Dessa tre typer ger alla ett bidrag till energiförlusten. Principen för hur vindkraftsparken
påverkar energiförlusterna kan teoretiskt beräknas på samma vis som för ett eller flera
brofundament.
Eftersom vindkraftverken byggs på ett avstånd om minst 600 m från varandra och tvärsektionen
över Hake fjord är så pass stor i relation till fundamenten ger vindkraftsparken en mycket liten
förträngning av tvärsektionen (se Figur 3 nedan). Figur 1 representerar ett absolut värsta fall
sett till förträngning från vindkraftsverken, där tre mycket stora torn samt ett påseglingsskydd (i
den ena profilen) har ritats i relation till en tvärsektion tvärs över Hake fjord där fjordsektionen
blir som minst.
memo04.docx
5 (9)
UNDERSÖKNING AV PÅVERKAN PÅ
STRÖMMAR FRÅN VINDPLATS
GÖTEBORG.
2012-
h p:\1314\1311458_vinga vind\120_mkb_rapport\slutdokument\rapporter förundersökningar\strömningsförhållanden\pm strömmar 2012-10-30 althage
larson.doc
o
Figur 3 – Relation mellan tvärsnittsarean för vindkraftsverksfundament samt påseglingsskydd och
tvärsnittsarean i aktuellt planområde. Fundamenten/tornen (gröna rektanglar) upptar som mest
runt 0,5 % av den totalt tvärsnittsarean i Hake fjord. Påseglingsskyddet (orange struktur) i den
vänstra profilen tar upp cirka 1,5 % av tvärsnittsarean. Skalan i profilen är förställd 100 gånger i
djupled.
Som mest tar vindkraftverken upp maximalt 0,5 % av fjordens tvärsektionsarea. Totalt med
antaget påseglingsskydd i tvärprofil kan relationen uppgå till runt 2 %.
Även med påseglingsskyddet konstruerat på detta sätt erhålls försumbara kontraktions- och
expansionsförluster enligt punkt 1) och 3) ovan. Den lokala friktionsförlusten runt kraftverken,
punkt 2), är även den alltför liten för att på något vis påverka strömmarna inom
vindkraftsparken. Av detta följer att ingen påverkan heller sker på strömmarna i ett större
perspektiv.
6 (9)
x
UNDERSÖKNING AV PÅVERKAN PÅ
STRÖMMAR FRÅN VINDPL ATS
GÖTEBORG.
2012-
Sedimenttransport under byggtiden
Under byggtiden då muddring utförs kan en viss mängd sediment spillas från mudderverken.
Ungefärligt kan det uppskattas att en andel om cirka 5 % av muddermassorna spills från
mudderverkens skopor. En betydande del av dessa 5 % kommer att relativt snabbt sjunka till
botten, eftersom sedimenten till största delen består av kohesiva silt- och lerpartiklar, som faller
till botten i form av klumpar. En viss del av muddermassorna som spills kommer dock
transporteras iväg med strömmarna en längre sträcka.
Sedimentationshastigheten är svår att uppskatta eftersom den varierar kraftigt för kohesiva
sediment till följd av de lokala förhållandena. Van Rijn (1993) har sammanställt
sedimenteringshastigheter från ett flertal floder och deltan världen över i relation till halten
sediment i vattnet. Enligt denna data varierar den hastighet som kohesiva sediment sjunker
med från runt 0,01 – 10 mm per sekund, beroende på koncentrationen sediment i vattnet.
Under muddring blir koncentrationen av sediment i vattnet hög, och enligt van Rijns data är det
mer sannolikt att sedimentationstakten ligger mellan 0,1 och 10 mm/s.
Om ett karakteristiskt vattendjup på 20 m och en strömhastighet på 0,3 m/s används för de
aktuella området kan sedimenten teoretiskt vara i suspension 0,6 – 56 h och transporteras 0,6 –
60 km.
Om man antar en karakteristiskt kornstorlek för muddermassorna om 0,002 mm (gränsen
mellan silt och ler) och att sedimenten ej är kohesiva kan dessa partiklar beräknas transporteras
runt 1,5 – 2 km innan de sedimenterar igen. Denna sträcka har teoretiskt beräknats med Stokes
ekvation för sedimentering av sfäriska partiklar och ämnar endast ge en översiktlig bild av
påverkansområdet för mudderverksamhen (beräkningarna är alltså ej utförda för kohesiva
sediment).
Det är svårt att uppskatta hur långt partiklarna som transporteras bort från mudderområdet kan
färdas innan de sedimenterar på botten igen. Dock kommer den största sedimentationen ske
nära mudderområdet, och sedan minska i omfattning per areaenhet med avståndet från platsen
där muddring sker. På ett långt avstånd från mudderplatsen kommer halten suspenderat
material som transporterats bort vara mycket låg, eftersom den största delen sedimenterat och
övriga partiklar blandats om med fjordvattnet.
memo04.docx
7 (9)
UNDERSÖKNING AV PÅVERKAN PÅ
STRÖMMAR FRÅN VINDPLATS
GÖTEBORG.
2012-
h p:\1314\1311458_vinga vind\120_mkb_rapport\slutdokument\rapporter förundersökningar\strömningsförhållanden\pm strömmar 2012-10-30 althage
larson.doc
o
Sammanfattning
Utbyggnaden av vindkraftsparken vid Hake fjord kommer ha en försumbar inverkan på
strömmarna i området. Endast en mycket lokal störning av strömningen runt kraftverkens
fundament och torn kan komma att urskiljas. Den lokala strömförändringen kommer bli mycket
liten till obefintlig nära farleden (beroende på var vindkraftsverken placeras) och fartygens
navigering kommer inte att störas.
Risken för erosion runt fundamenten från de naturliga strömmarna är försumbar, eftersom
strömhastigheterna generellt är låga och erosionsskydd kan byggas runt fundamenten. En
större risk för erosion bör komma från de fartygsvågor som kan skölja in över området.
Framförallt vid grunda områden kan detta vara en risk. Dock kan erosionsskydden byggas för
att minimera eller helt utesluta erosion i någon betydande omfattning till följd även av
fartygsvågor.
Under byggtiden kommer en del av de sediment som muddras att spillas till det omgivande
vattnet och transporteras iväg med strömmarna. Transport i vatten av kohesiva sediment, som
muddermassorna till största delen består av, är svår att beräkna eftersom sjunkhastigheten för
partiklarna är väldigt platsspecifik. Sedimentpartiklarna kommer sannolikt kunna transporteras
runt 1 – 50 km som absolut längst. På grund av strömmarnas oregelbundna mönster kan detta
dock betyda att sedimentationen sker betydligt närmare mudderområdet än den totala sträckan
som partiklarna färdats (strömmen har inte en dominerande riktning utan partiklarna kan färdas i
flera olika väderstreck). Den största sedimentationen kommer ske nära mudderområdet, och
sedan minska med avståndet från detta område.
Jonas Althage
Magnus Larson
SWECO Environment AB
SWECO Environment AB
Göteborg Vattensystem
Malmö Kust och Vattendrag
8 (9)
x
UNDERSÖKNING AV PÅVERKAN PÅ
STRÖMMAR FRÅN VINDPL ATS
GÖTEBORG.
2012-
Referenser
van Rijn, L., 1993. Principles of Sediment Transport in Rivers, Estuaries and Coastal Seas,
Aqua Publications, The Netherlands.
Schlichting, H. 1960. Boundary layer theory, McGraw and Hill, New York.
SMHI, 2000: Beräkning av effekterna av planerad muddring i inseglingslederna till Göteborgs
hamn. Bilaga till Tillståndsansökan enligt miljöbalken. Säkerhetshöjande åtgärder i farlederna till
Göteborg, januari 2001, pärm 2 (2).
memo04.docx
9 (9)
UNDERSÖKNING AV PÅVERKAN PÅ
STRÖMMAR FRÅN VINDPL ATS
GÖTEBORG.
2012-
h p:\1314\1311458_vinga vind\120_mkb_rapport\slutdokument\rapporter förundersökningar\strömningsförhållanden\pm strömmar 2012-10-30 althage
larson.doc
o