Raziskava obravnava eno ključnih ovir pri umeščanju vetrnih elektrarn v prostor, to je zaznavanje nizkofrekvenčnih tlačnih nihanj in infrazvoka ter njihovega vpliv na ljudi in okolje.
Glavni namen projekta je dokazati, da so obstoječe meritve infrazvoka vetrnih elektrarn pogosto popačene zaradi psevdozvoka. Psevdozvok so tlačna nihanja, ki nastanejo zaradi turbulentnega toka zraka ki piha preko senzorjev in stavbnih struktur. Zaradi prekrivanja frekvenčnega območja so izmerjene ravni pravega infrazvoka precenjene. Projekt bo ponudil jasne odgovore, napredno merilno metodologijo ter podlage za oblikovanje nove nacionalne zakonodaje na področju hrupa vetrnih elektrarn.
Znanstveno ozadje in izziv
Motnje spanja in počutja, ki jih posamezniki v bližini vetrnih elektrarn pogosto pripisujejo infrazvoku, so najpogostejši argument javnosti proti njihovi postavitvi. Zaznavanje infrazvoka je izrazitejše v zaprtih prostorih kot na prostem. Vendar pa gibanje vetra preko stavb ustvarja močne turbulence in nihanja tlaka, kar se je do sedaj zanemarjalo.
Ključno vprašanje, na katerega projekt odgovarja, je:
Ali posamezniki v zaprtih prostorih res zaznavajo pravi infrazvok, ki se od vetrne elektrarne širi skozi okna, vrata, stene, ali gre za akustične resonančne učinke (npr. Helmholtzovo resonanco ali stoječe valove), ki jih v prostoru vzbuja lokalno generirani psevdozvok zaradi turbulenc vetra?
Pravi infrazvok ima izjemno dolge valovne dolžine (pri 1 Hz približno 344 metrov). Tlačni impulzi, ki nastajajo ob prehodu krakov vetrne elektrarne mimo stebra (t. i. Blade Passage Frequency – BPF), pa trajajo le del sekunde. Zato se poraja vprašanje: Ali spektralne komponente pri 1 Hz in njenih harmonikih pogosto predstavljajo pravo zvočno valovanja, ali so posledica frekvenčne analize ponavljajočih se impulzov?
Cilji projekta
Projekt zasleduje štiri osrednje cilje:
- Ločevanje infrazvoka in psevdozvoka: Dokazati, da je izmerjeno tlačno nihanje v infrazvočnem območju vsota pravega infrazvoka in psevdozvoka, ter razviti metodologijo za njuno natančno ločevanje
- Ocenjevanje ozadja za zakonodajo: Razviti metodologijo za vrednotenje osnovnega hrupa okolice pri obratovalnih pogojih vetrnih elektrarn (pri hitrostih vetra nad 6,5 m/s) ter izsledke vključiti v smernice za nacionalno zakonodajo
- Zmanjšanje ravni tlaka v prostorih: Dokazati, da je mogoče z ustrezno identifikacijo virov in prilagoditvijo konstrukcijskih ter prezračevalnih parametrov zmanjšati nihanja tlaka v zaprtih prostorih
- Izobraževanje in vračanje zaupanja javnosti: Z natančnimi znanstvenimi dokazi in metodami zmanjševanja hrupa poučiti javnost ter povrniti zaupanje v objektivno merjenje vplivov vetrnih elektrarn.
Metodologija in delovni paketi
Raziskovalno delo je razdeljeno v več medsebojno povezanih sklopov, ki združujejo eksperimentalne meritve, napredno obdelavo signalov in numerične simulacije:
Razvoj merilnih algoritmov in IoT senzorjev (WP1 & WP2): Razvijamo nove algoritme časovne poravnave signalov in korelacijskih matrik na podlagi hitrosti širjenja valovanja (hitrost zvoka c≈344 m/s ali hitrosti vetra v≈10 m/. Zaznavanje bo potekalo preko mreže avtonomnih brezžičnih IoT infrazvočnih senzorskih polj, podprtih s procesiranjem na FPGA/ARM platformah.
Simulacije turbulenc (WP3): Z uporabo superračunalnika na Fakulteti za strojništvo izvajamo simulacije velikih vrtincev (Large Eddy Simulation – LES) za modeliranje turbulentnega toka vetra okoli stavb v realnem okolju (naselje Dolenja vas).
Interakcija s stavbami in zaprtimi prostori (WP4): Preučujemo resonančne pojave v tipičnih bivalnih prostorih (Helmholtzova resonanca, stoječi valovi) ter vpliv statične togosti stavbnih elementov na vzbujanje infrazvoka v notranjosti.
Integracija in zakonodajni predlogi (WP5): Sintetiziramo ugotovitve ter v sodelovanju z Ministrstvom za okolje, podnebje in energijo (MOPE) pripravljamo strokovne podlage za nove mejne vrednosti in metodologije vrednotenja hrupa vetrnih elektrarn.
Partnerske ustanove in sodelovanje
Projekt poteka pod vodstvom Laboratorija za tehniško akustiko (LEDSTA) na Fakulteti za strojništvo Univerze v Ljubljani, v tesnem sodelovanju z Laboratorijem za načrtovanje integriranih vezij (FE), Laboratorijem za dinamiko fluidov in termodinamiko (LFDT) ter Ministrstvom za okolje, podnebje in energijo (MOPE). Projekt je krovni projekt za projekt “Full spectrum characterization of wind turbines noise by measurments, modelling, objective and subjective assessment”, ki poteka na Fakulteti za elektrotehniko, Univerze v Zagrebu.
Raziskovalni projekti so (so)financirani s strani Javne agencije za znanstvenoraziskovalno in inovacijsko dejavnost Republike Slovenije
- Članica UL: UL Fakulteta za strojništvo
- Šifra projekta: J1-70055
- Veda: Naravoslovje
- SICRIS: INFRAZVOK VETRNIH ELEKTRARN ALI PSEUDOZVOK?
Projekt sledi standardnemu postopku Laboratorija za energetske delovne stroje in tehnično akustiko (LEDSTA) za ravnanje z raziskovalnimi podatki, pripravljenemu v skladu z načeli FAIR (Findable, Accessible, Interoperable, Reusable), zahtevami ARIS, Uredbe o odprti znanosti ter priporočili Science Europe in Horizon Europe.
V okviru projekta nastajajo predvsem eksperimentalni akustični podatki, meritve zvočnega tlaka, vibracij, podatki različnih senzorjev, numerične simulacije ter iz njih izpeljani raziskovalni podatki. Zaradi velikih količin surovih podatkov (do več TB na posamezno merilno kampanjo ali simulacijo) se ti hranijo le v času izvajanja projekta, analize rezultatov in priprave znanstvenih objav. Po zaključku raziskav se praviloma izbrišejo, razen kadar financer ali pogodbeni pogoji zahtevajo daljšo hrambo.
Dolgoročno se hranijo izpeljani raziskovalni podatki, metapodatki, kalibracijski podatki, vhodni modeli, programska koda, dokumentacija ter rezultati, uporabljeni v znanstvenih objavah. Tak pristop zagotavlja sledljivost, ponovljivost raziskav in dolgoročno ponovno uporabo podatkov ob bistveno manjših zahtevah glede prostora za shranjevanje.
Raziskovalni podatki se delijo po načelu “odprto kolikor je mogoče, zaprto kolikor je nujno” / “as open as possible, as closed as necessary”. Po objavi rezultatov so izpeljani podatki, programska koda, vhodni modeli in eksperimentalni protokoli javno dostopni, kadar to dopuščajo zahteve glede varstva osebnih podatkov, intelektualne lastnine in pogodbenih obveznosti.
Podrobnejši opis postopkov ravnanja z raziskovalnimi podatki je na voljo v dokumentu ki ga najdete na spletni strani laboratorija LEDSAT: Standardni operativni postopek LEDSTA – Načrt ravnanja z raziskovalnimi podatki (PDF).