同风速下风发电机噪音分布之研究

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1、2007 中華民國音響學會會暨第二十屆文發表會 發表會文集發表會文集 二七十一月二十三日 同風速下風發電機噪音分布之研究同風速下風發電機噪音分布之研究 Noise profiles induced by wind turbine under different wind speeds Research 郭淑芬 奕銘 崔廣義 涂聰賢 育翔 工研院測技術發展中心 研究員 摘要摘要 由於氣候變遷與環保意的提高，風發電為一種清潔且可再生的能源，因而漸漸 取代一些會造成污染之有限資源，越越受到世界各國的重視。而台灣也續推動風 發電的研究發展 ， 但風發電機產生的風噪音問題 ， 隨之而 。 本研究主要針對

2、 2000 kW 的風發電機，依據 IEC61400 的風發電機噪音測規範，進聲功位準的 測。透過於特定位置監測各風速下風發電機的運轉噪音值，解風發電機的噪音分 布與風速的關係，並探討風發電機噪音可能對附近居民造成的影響，作為規劃風發 電機興建位置及噪音測程序的考。 關鍵字：風發電機，聲壓位準，聲功位準。 A b s t r a c t Due to the climate change and environmental consciousness enhanced, limited pollution sources are gradually replaced by a clean an

3、d regenerated wind power source which is much concern of global nations. Taiwan does research continually in this development, but the wind shear noises comes to be a new problem. This paper follows IEC 61400 standard to proceed sound power level measurement for 2000 kW wind turbine. In several spec

4、ific locations, noise values are measured with different speeds under operation. Therefore, the relationship between wind speeds and noise profiles of the wind turbine can be obtained. The influence of noises from the wind turbine on residents nearby also need to be discussed. These issues might be

5、the bases for building a wind turbine in a suitable location and creating a new procedure for noise measurement. Keywords：Wind turbine generator system, Sound pressure level, Sound power level. 一、 前言一、 前言 風發電機(wind turbine generator system)主要是由塔架(tower)、片(Blade)及發電 機三大部分所組成。其原是用風帶動風發電機的片轉動，透過增速機促使發

6、電機運轉發電，風速通常約在每秒 3 公尺即可發電，在每秒 13 至 16 公尺就可達到發電 滿載。由於風遇到障礙物就會消耗其能，因此台灣風發電機設置地點大部分在西 部沿海一帶，至桃園石門，南至雲麥，甚至於外島澎湖中屯。 本研究選定風發電機輸出電功為 2000 kW 進噪音分析研究，其電功曲線 (power curve)如圖 1，主要針對機組進長時間運轉噪音的監控，測在風速變化範 圍為 4 m/s 至 10 m/s 的聲壓位準值(sound pressure level)，分析風發電機運轉噪音隨風 速變化的情形，並且計算聲功位準值(sound power level)，預估風發電機運轉噪音在 同

7、位置對環境的影響程，以及進頻譜分析，瞭解風發電機運轉低頻噪音在國內 低頻法規的實施下的衝擊程。 Power curve-5000500100015002000250005101520wind speed at Hub height, m/s2Power, kW圖 1 風發電機之電功曲線圖 二、 測方法二、 測方法 測方法依據 IEC61400-11 風發電機噪音測，規範中根據風機的尺寸定義測 68 m，80 m，其中 因為迎風面(位置 3)靠近海岸邊及道，受海聲及輛噪音的影響，因此最後以其 他 3 處(位置 1、24)進噪音的分析。 的考距，此次測的風發電機塔架高為風發電機片直徑為根據式(1)

8、計算考的水平距為 107 m，並依據風向如圖 2 選定噪音的測位置，、0R20D+= HR (1) 此處 發電機轉子中心至地面高，m H 為風 D 為風發電機片直徑，m 圖2 風發電機噪音測位置圖 本實驗將1/2英吋麥克風安裝防風球，放置在12 mm厚，長寬各為1 m 的平板上模擬反射地面，接音頻分析儀同時測風發電機運轉時各測點每10分鐘的均能 聲壓位準，並記該時間點距地面10 m高的風速資，再根據式(2)計算各風速下的聲 功位準值L。 w +=02 14log106SRLLeqw(2) 此處 發電機的均能聲壓位準，dBA 的距，m 的水平距為4.5 m，計算從風機轉子中心到測位置的距三、 測

9、結果三、 測結果 將聲壓位準測結果進頻譜分析，計算頻範圍在20 Hz至20 kHz之A加權聲圖3中發現風發電機的運轉噪音會隨風速的增加而增加，但在測位置為P4處Leq 風R從風發電機轉子中心到測位置1 S考面積，1 m2 0 由轉子中心至塔架軸心為R =130.6 m。 1壓位準值；並根據國內低頻噪音管制標準，分析頻範為在20 Hz至200 Hz之A加權 聲壓位準值，如圖3、4所示組風發電機在3處測位置，噪音測結果在同風 速下的分布情形，實線部分是以線性迴歸方式估算各風速下之聲壓位準，估算結果如表 1、2。 噪音測結果偏低，經觀察風向後得知測試佈點時風向位置如圖5空心箭頭所示，但於 實際測時，

10、風向已往順時針方向偏30如圖5實心箭頭所示，由於風向的因素使在P2的位置測到較高的噪音。另外也可能與風發電機扇旋轉的方向有關，因扇 旋轉至塔架時所造成的擾噪音， 當扇順時針旋轉接近塔架時(亦即在位置P1及P2 間)的噪音特別明顯。由表1得知在風速10 m/s時，位置P2推估之最大音壓位準為58.9 dBA。 Noise (No.2) Freq. 20 Hz20000 Hz4045505560652.03.04.05.06.07.08.09.010.011.012.0wind speed, m/sLeq, dBAP1P2P4Noise (No.1) Freq. 20 Hz20000 Hz4045

11、505560652.03.04.05.06.07.08.09.010.011.012.0wind speed, m/sLeq, dBAP1P2P4圖3 在同風速下之均能聲壓位準(頻範圍為20 Hz20000 Hz)測結果圖 表1 在同風速下之聲壓位準 頻範圍為20 Hz20000 Hz) o.2 (風機編號No.1 風機編號N聲壓位準 風速(m/(dBA) s) P1 P2 P4 P1 P2 P4 4 50.2 52.5 48.6 52.4 52.1 50.0 5 51.2 53.2 49.4 53.3 53.3 50.9 6 52.2 54.0 50.3 54.3 54.4 51.7 7 5

12、3.2 54.8 51.2 55.2 55.5 52.6 8 54.1 55.6 52.0 56.1 56.7 53.5 9 55.1 56.4 52.9 57.1 57.8 54.4 10 56.1 57.2 53.8 58.0 58.9 55.3 圖4為風發電機運轉的低頻噪音與風速的關係，編號的風發電機低頻噪圖6， 由左圖中知風發電機的噪音屬寬頻No.1 音的分布較為混，由編號No.2的風發電機低頻噪音的分布得知低頻噪音在風速高 的時候會因為測位置的同而同，各位置的低頻噪音分布與一般噪音分布大致相 同。由表2獲得在風速10 m/s時，位置P2推估之低頻噪音最大音壓位準為51.0 dBA。

13、為風發電機的運轉時噪音的頻分布 的噪音，低頻的噪音能較高。但如以人耳的感受考，即在頻譜加上A加權如右圖， 則發現人耳的聽覺對頻範圍在125 Hz至5000 Hz的風發電機運轉噪音較為顯著， 尤其在頻為500 Hz時的運轉噪音感受最大。 Low Frequency Noise (No.1) Freq. 20 Hz200 Hz3035404550552.03.04.05.06.07.08.09.010.0 11.0 12.0wind speed, m/sLeq, dBAP1P2P4Low Frequency Noise (No.2) Freq. 20 Hz200 Hz3035404550552.0

14、3.04.05.06.07.08.09.010.0 11.0 12.0wind speed, m/sLeq, dBAP1P2P4圖4 在同風速下之均能聲壓位準(頻範圍為20 Hz200 Hz)測結果圖 表2 在同風速下之低頻聲壓位準(頻範圍為20 Hz200 Hz) 風機編號No.1 風機編號No.2 聲壓位準(dBA) 風速(m/s) P1 P2 P4 P1 P2 P4 4 42.1 42.0 41.1 43.6 43.9 42.7 5 42.8 43.0 41.3 44.7 45.1 43.2 6 43.6 43.9 41.5 45.7 46.3 43.6 7 44.3 44.9 41.7

15、 46.7 47.4 44.1 8 45.0 45.8 41.9 47.7 48.6 44.6 9 45.7 46.7 42.1 48.7 49.8 45.1 10 46.4 47.7 42.3 49.8 51.0 45.5 P1P2 P460 60 30 Wind圖5 風發電機噪音測與風向之關係圖 Noise spectrum under different wind speeds (NO.2)1020304050607020 25 32 40 50 63 80 100 125 160 200 250 315 400 500 630 800 1000 1250 1600 2000 2500 3150 4000 5000 6300 8000 10000 12500 16000 20000Frequency (Hz)Leq, dB4 m/s5 m/s6 m/s 8 m/s9 m/s10 m/sNoise spectrum under different wind speeds (NO.2)10152025303540455020 25 32 40 50 63 80 100 125 160 200 250 315 400 500 630 800 1000 1250 1600 2000 2500 3150 4000 5000 6300