Niewytłumione hydrauliczne wbijanie udarowe monopali morskich elektrowni wiatrowych o średnicy od 8 do 11 metrów generuje podwodne szczytowe poziomy ciśnienia akustycznego (od zera do szczytu) rzędu 208 do 222 dB re 1 uPa oraz poziomy ekspozycji akustycznej pojedynczego uderzenia (SELss) wynoszące 183 do 194 dB re 1 uPa2s w odległości 750 metrów. Aby chronić morświny zwyczajne i zagrożone fiszbinowce zgodnie z niemieckim ustawowym pułapem BSH wynoszącym 160 dB SEL / 190 dB Lpk oraz limitami trwałego przesunięcia progu słyszenia (PTS) określonymi przez NOAA Fisheries, deweloperzy morskich farm wiatrowych stosują układy tandemowe złożone z przyściennych tłumików hydroakustycznych (HSD) oraz dalekopolowych Podwójnych Wielkich Kurtyn Pęcherzykowych (DBBC), które osiągają 18 do 24 dB szerokopasmowego tłumienia akustycznego (redukcja promieniowanej energii dźwiękowej o 98,4% do 99,6%). Poniższe dane pochodzą z amerykańskiego Biura Zarządzania Energią Oceanów (BOEM), niemieckiego Federalnego Urzędu Żeglugi Morskiej i Hydrografii (BSH), NOAA Fisheries (NMFS) oraz zbiorów danych terenowych opublikowanych w Marine Environmental Research.
TL;DR
- Niewytłumiony SEL pojedynczego uderzenia dla monopala XL (średnica 8-11 m) w odl. 750 m: 183 do 194 dB re 1 uPa2s (BSH / BOEM Field Monitoring)
- Niewytłumiony poziom szczytowy (Lpk) monopala XL w odl. 750 m: 208 do 222 dB re 1 uPa (BSH / Marine Environmental Research)
- Niemiecki ustawowy limit hałasu podwodnego BSH w odl. 750 m: 160 dB re 1 uPa2s (SEL05) oraz 190 dB re 1 uPa (Lpk) (BSH Standard)
- Szerokopasmowe tłumienie pojedynczej Wielkiej Kurtyny Pęcherzykowej (BBC): 10 do 15 dB w odl. 750 m (BOEM / North Sea Wind Trials)
- Szerokopasmowe tłumienie Podwójnej Wielkiej Kurtyny Pęcherzykowej (DBBC): 14 do 19 dB w odl. 750 m (BSH / Marine Environmental Research)
- Łączne tłumienie systemu blisko pala (HSD / IHC NMS) + DBBC: 18 do 24 dB szerokopasmowo (BSH Certified Construction Logs)
- Objętość sprężonego powietrza wymagana do skutecznej pracy DBBC: 0,30 do 0,50 m3/min na metr bieżący węża dyszowego (BOEM Technical Report)
- Energia uderzenia młota dla monopali turbin nowej generacji 12-15 MW: 3 500 do 5 500 kJ na uderzenie przy 30-45 uderzeniach/minutę (BOEM / Offshore Wind Data)
- Całkowita liczba uderzeń młota wymagana na fundament monopalowy: 2 500 do 5 200 uderzeń w ciągu 2,5 do 4,5 godziny (BSH / BOEM)
- Próg wystąpienia PTS według NOAA Fisheries dla fiszbinowców (impulsowy): 183 dB SELcum (ważony LF) / 219 dB Lpk (NOAA NMFS Guidance)
- Próg wystąpienia PTS według NOAA Fisheries dla morświnów (impulsowy): 155 dB SELcum (ważony VHF) / 202 dB Lpk (NOAA NMFS Guidance)
- Promień behawioralnego unikania przez morświny (brak tłumienia vs DBBC+HSD): Spada z 22-30 km do 1,5-3,8 km (Marine Environmental Research)
1. Poziomy źródłowe niewytłumionego udarowego wbijania monopali i poziomy dźwięku na 750 metrach
Gdy hydrauliczny młot udarowy uderza w głowicę stalowego monopala morskiego z energią od 2 500 do 5 500 kilodżuli, wysyła w dół ścianki pala naddźwiękową falę naprężeń ściskających z prędkością ~5 100 m/s. Ponieważ to strukturalne odkształcenie Poissona przemieszcza się szybciej niż prędkość dźwięku w wodzie morskiej (~1 500 m/s), wypromieniowuje ono do słupa wody stożkową falę Macha pod kątem około 17 stopni i wzbudza w dnie morskim fale sejsmiczne Rayleigha, które wtórnie promieniują do wody. Podczas gdy wbijanie fundamentów na lądzie opisano szczegółowo w statystykach hałasu i wibracji przy wbijaniu pali w budownictwie miejskim, zanurzone monopale morskie sprzęgają się bezpośrednio z ośrodkiem morskim o wysokiej impedancji przy minimalnych stratach rozprzestrzeniania geometrycznego w płytkich wodach szelfu kontynentalnego (głębokość od 25 do 50 metrów).
| Typ fundamentu i średnica monopala | Typowa energia uderzenia młota (kJ) | Niewytłumiony SEL pojedynczego uderzenia na 750 m (dB re 1 uPa2s) | Niewytłumiony poziom szczytowy (Lpk) na 750 m (dB re 1 uPa) | Źródło |
|---|---|---|---|---|
| Pale szpilkowe kratownicy czteronożnej (Jacket, śr. 2,4 - 3,5 m) | 800 - 1 800 kJ | 172 - 179 dB | 196 - 204 dB | BOEM / BSH Monitoring |
| Monopal standardowy (5,0 - 6,5 m, turbiny 4-6 MW) | 1 500 - 2 500 kJ | 177 - 184 dB | 202 - 210 dB | BSH North Sea Dataset |
| Duży monopal (7,5 - 9,0 m, turbiny 8-10 MW) | 2 500 - 4 000 kJ | 183 - 189 dB | 208 - 216 dB | Marine Environmental Research |
| Monopal XL (9,5 - 11,5 m, turbiny 12-15 MW) | 4 000 - 5 500 kJ | 187 - 194 dB | 213 - 222 dB | BOEM / US Atlantic & North Sea |
| Skumulowany SEL (SELcum, 3 500 uderzeń bez tłumienia na 750 m) | 3 000 - 4 500 kJ | 217 - 226 dB (skumulowany) | — | NOAA NMFS / BOEM Modeling |
| Niemiecki ustawowy pułap BSH na 750 m (95. percentyl SEL05) | Wszystkie instalacje komercyjne | <= 160 dB SEL05 | <= 190 dB Lpk | German BSH Noise Standard |
Źródło: US Bureau of Ocean Energy Management (BOEM) Acoustic Monitoring oraz German BSH Offshore Noise Standard
2. Tłumienie kurtynami pęcherzykowymi i systemami przyściennymi
Aby zniwelować lukę od 23 do 34 dB między niewytłumionym hałasem monopala XL a progiem regulacyjnym 160 dB SEL05, wykonawcy stosują dwuwarstwowe bariery akustyczne. Dalekopolowe Podwójne Wielkie Kurtyny Pęcherzykowe (DBBC) układają na dnie morskim dwa koncentryczne perforowane węże dyszowe w promieniach od 60 do 150 metrów wokół pala, tworząc wznoszącą się ścianę pęcherzyków powietrza, która wprowadza silne niedopasowanie impedancji akustycznej i rozpraszanie rezonansowe. Ponieważ prądy pływowe przekraczające 0,7 m/s mogą znosić i rozrywać pióropusz pęcherzyków blisko powierzchni, deweloperzy łączą DBBC z niezależnym od prądów systemem blisko pala, takim jak siatka tłumików hydroakustycznych (HSD) z elementami strojonymi wypełnionymi pianką/gazem lub zamknięta osłona IHC Noise Mitigation Screen (NMS).
| Konfiguracja systemu redukcji hałasu | Tłumienie szerokopasmowego SEL na 750 m (dB) | Redukcja poziomu szczytowego (Lpk) na 750 m (dB) | Dominujące pasmo częstotliwości maksymalnej skuteczności | Źródło |
|---|---|---|---|---|
| Pojedyncza Wielka Kurtyna Pęcherzykowa (BBC, >= 0,3 m3/min/m powietrza) | 10 - 15 dB | 12 - 17 dB | 125 Hz - 4 000 Hz | BSH / Marine Environmental Research |
| Podwójna Wielka Kurtyna Pęcherzykowa (DBBC, pierścienie koncentryczne) | 14 - 19 dB | 16 - 22 dB | 80 Hz - 8 000 Hz | BOEM / BSH Field Logs |
| Sama przyścienna siatka rezonansowa Hydro-Sound Damper (HSD) | 10 - 13 dB | 11 - 15 dB | 63 Hz - 2 000 Hz | Marine Environmental Research |
| IHC Noise Mitigation Screen (NMS, dwuścienna rura stalowa) | 13 - 17 dB | 14 - 19 dB | 50 Hz - 5 000 Hz | BSH Certified Trial Reports |
| Matryca podwodnych rezonatorów akustycznych AdBm (panele Helmholtza) | 11 - 15 dB | 12 - 16 dB | 60 Hz - 1 000 Hz | BOEM / North Sea Trials |
| Układ połączony HSD blisko pala + DBBC dalekiego pola (Tandem) | 18 - 24 dB | 20 - 27 dB | 50 Hz - 10 000 Hz | BSH / BOEM US Atlantic |
| Układ połączony IHC NMS + DBBC dalekiego pola (Tandem) | 20 - 25 dB | 22 - 28 dB | 40 Hz - 10 000 Hz | BSH / Marine Environmental Research |
Źródło: Marine Environmental Research Offshore Pile Driving Abatement Studies
3. Tłumienie zależne od częstotliwości i ograniczenia flankowania przez dno morskie
Kluczowym ograniczeniem inżynieryjnym barier przeciwhałasowych w słupie wody jest sejsmiczne flankowanie przez dno morskie (seabed seismic flanking). Nawet jeśli kurtyna pęcherzykowa zablokuje 99,9% bezpośredniego stożka Macha rozchodzącego się w wodzie, fale podłużne i poprzeczne promieniowane przez zagłębioną w dnie dolną połowę monopala przemieszczają się na zewnątrz przez osady morskie i ponownie wnikają do słupa wody poza pierścieniem kurtyny pęcherzykowej. Podobnie jak niskoczęstotliwościowe fale gruntowe omijają bariery powierzchniowe w statystykach drgań gruntowych i dudnienia metra oraz kolei podziemnej, flankowanie przez dno morskie ogranicza maksymalne możliwe do osiągnięcia tłumienie podwodne poniżej 63 Hz do 8–14 dB niezależnie od wydajności sprężarek powietrza.
| Pasmo tercjowe częstotliwości | Udział energii niewytłumionego monopala XL | Tłumienie pojedynczej BBC (dB) | Tłumienie tandemowe HSD + DBBC (dB) | Ograniczający mechanizm fizyczny |
|---|---|---|---|---|
| 16 Hz - 50 Hz | 12% - 18% | 4 - 7 dB | 8 - 12 dB | Flankowanie fal Rayleigha w dnie poza pierścieniem |
| 63 Hz - 125 Hz | 35% - 45% (Główny szczyt widmowy) | 9 - 13 dB | 16 - 21 dB | Rezonans elementów piankowych HSD + ściana pęcherzyków |
| 160 Hz - 315 Hz | 28% - 35% (Drugorzędny szczyt) | 13 - 18 dB | 21 - 26 dB | Niedopasowanie impedancji chmury pęcherzyków |
| 400 Hz - 1 000 Hz | 8% - 12% | 18 - 25 dB | 25 - 32 dB | Absorpcja rezonansowa pęcherzyków Minnaerta |
| 1 250 Hz - 10 000 Hz | < 3% | 22 - 30 dB | 28 - 35 dB | Rozpraszanie wysokoczęstotliwościowe + tłumienie wody morskiej |
Źródło: BOEM Technical Report on Low-Frequency Seabed Propagation and Flanking
4. Alternatywne ciche młoty i bezudarowe metody instalacji
Aby zmniejszyć zależność od wielostatkowych flot sprężarkowych (które zużywają od 15 000 do 28 000 litrów paliwa żeglugowego na monopal wyłącznie do zasilania od 12 do 18 sprężarek pokładowych dla jednej DBBC), konsorcja inżynieryjne opracowały młoty o wydłużonym impulsie oraz wibracyjne systemy instalacyjne. Wydłużając czas trwania uderzenia młota z 4 milisekund do 15–30 milisekund za pomocą komór amortyzujących lub tłumików wodностrumieniowych, młoty kształtujące impuls przesuwają energię akustyczną poza pasmo 100–300 Hz i obniżają poziomy szczytowe u źródła o 6 do 11 dB.
| Technologia instalacji fundamentu | Redukcja szerokopasmowego SEL względem młota udarowego | Redukcja poziomu szczytowego (Lpk) | Ograniczenie operacyjne / geotechniczne | Źródło |
|---|---|---|---|---|
| Młot hydrauliczny o wydłużonym impulsie (IQIP PULSE / MENCK MNRU) | 4 - 8 dB | 6 - 11 dB | Zmniejsza amplitudę szczytową dzięki amortyzowanemu uderzeniu 20 ms | BSH / Manufacturer Trials |
| Wibracyjne pogrążanie pali (osiowy młot wibracyjny) | 15 - 20 dB | 18 - 25 dB (Ciągły) | Odmowa w zwartej glinie zwałowej; wymaga końcowego dobicia udarowego | BOEM / North Sea Demos |
| Gentle Driving of Piles (GDP, osiowe + wysokoczęst. skrętne) | 16 - 22 dB | 20 - 26 dB | Wykazano na średnich palach; skalowanie do 10 m XL | Carbon Trust / TUD GDP |
| Wewnętrzne wbijanie pali wspomagane płuczką wodną | 8 - 14 dB | 9 - 15 dB | Zmniejsza wewnętrzne tarcie pobocznicy czopa gruntowego o 40%-60% | Marine Environmental Research |
| Fundament Jacket z kubłami ssącymi (Suction Bucket) / Mono-Bucket | 25 - 35 dB (Tylko hałas pomp) | > 35 dB (Brak uderzeń udarowych) | Ograniczone do jednorodnych piasków/iłów bez głazów narzutowych | BSH / Dogger Bank & Borkum Riffgrund |
Źródło: German BSH and Offshore Wind Industry Low-Noise Foundation Trials
5. Progi PTS/TTS dla ssaków morskich i promienie stref wykluczenia
Pozwolenia regulacyjne zarówno w Europie, jak i w Stanach Zjednoczonych koncentrują się na zapobieganiu trwałemu przesunięciu progu słyszenia (PTS, nieodwracalne uszkodzenie komórek rzęsatych ucha wewnętrznego) oraz minimalizowaniu czasowego przesunięcia progu słyszenia (TTS) i wypierania fauny morskiej z siedlisk. Uzupełniając poziomy bazowe ciągłego hałasu żeglugowego monitorowane w statystykach kawitacji śrub okrętowych i hałasu podwodnego, NOAA Fisheries (NMFS) ustala ważone częstotliwościowo podwójne kryteria dla impulsowego wbijania pali. Na amerykańskim Atlantyku ochrona krytycznie zagrożonego walenia biskajskiego wymaga boi pasywnego monitoringu akustycznego (PAM) oraz obserwatorów wizualnych w celu utrzymania stref bezpieczeństwa sięgających do 10 km podczas wbijania poza sezonem lub z użyciem wysokiej energii.
| Grupa słuchowa ssaków morskich (NOAA NMFS) | Początek impulsowego PTS (ważony SELcum / nieważony Lpk) | Początek impulsowego TTS (ważony SELcum / nieważony Lpk) | Promień ryzyka PTS: brak tłumienia vs tłumienie 20 dB | Źródło |
|---|---|---|---|---|
| Walenie niskoczęstotliwościowe (waleń biskajski, długopłetwiec, finwal) | 183 dB SELcum / 219 dB Lpk | 168 dB SELcum / 213 dB Lpk | Spada z 3,2 - 5,8 km do 180 - 420 m | NOAA Fisheries (NMFS) / BOEM |
| Walenie wysokoczęstotliwościowe (delfiny, grindwale, wale dziobogłowe) | 185 dB SELcum / 230 dB Lpk | 170 dB SELcum / 224 dB Lpk | Spada ze 120 - 250 m do < 30 m | NOAA Fisheries (NMFS) |
| Walenie bardzo wysokoczęstotliwościowe (morświny zwyczajne) | 155 dB SELcum / 202 dB Lpk | 140 dB SELcum / 196 dB Lpk | Spada z 4,5 - 8,2 km do 250 - 600 m | NOAA NMFS / BSH Porpoise Studies |
| Płetwonogie fokowate w wodzie (foki pospolite i szare) | 185 dB SELcum / 218 dB Lpk | 170 dB SELcum / 212 dB Lpk | Spada z 1,1 - 2,4 km do 80 - 190 m | NOAA Fisheries (NMFS) |
| Promień zakłócenia behawioralnego / unikania przez morświna | ~140 - 145 dB SELss (nieważony) | — | Spada z 22 - 30 km do 1,5 - 3,8 km | Marine Environmental Research |
| Protokół odstraszania Soft-Start / Ramp-Up (10%-20% energii uderzenia) | 20 - 30 minut przed pełną mocą | Zmniejsza ekspozycję PTS bliskiego zasięgu o >85% | Pozwala mobilnym waleniom opuścić wewnętrzną strefę 1 km | BOEM / BSH Permit Conditions |
Podsumowanie: Wbijanie pali morskich elektrowni wiatrowych i tłumienie kurtynami powietrznymi w liczbach
| Wskaźnik | Wartość | Źródło |
|---|---|---|
| Niewytłumiony SELss monopala XL (9,5-11,5 m) na 750 m | 187 - 194 dB re 1 uPa2s | BOEM / BSH Monitoring |
| Niewytłumiony poziom szczytowy (Lpk) monopala XL na 750 m | 213 - 222 dB re 1 uPa | BOEM / BSH Monitoring |
| Niewytłumiony SELss standardowego monopala (5,0-6,5 m) na 750 m | 177 - 184 dB re 1 uPa2s | BSH North Sea Dataset |
| Niewytłumiony SELss pala szpilkowego jacket (2,4-3,5 m) na 750 m | 172 - 179 dB re 1 uPa2s | BOEM / BSH Monitoring |
| Niemiecki ustawowy limit hałasu BSH na 750 m (SEL05 / Lpk) | 160 dB re 1 uPa2s / 190 dB re 1 uPa | German BSH Noise Standard |
| Redukcja szerokopasmowego SEL przez pojedynczą kurtynę (BBC) | 10 - 15 dB | BSH / Marine Environmental Research |
| Redukcja szerokopasmowego SEL przez podwójną kurtynę (DBBC) | 14 - 19 dB | BOEM / BSH Field Logs |
| Samodzielna redukcja szerokopasmowego SEL przez Hydro-Sound Damper (HSD) | 10 - 13 dB | Marine Environmental Research |
| Samodzielna redukcja SEL przez IHC Noise Mitigation Screen (NMS) | 13 - 17 dB | BSH Certified Trial Reports |
| Tandemowa redukcja SEL blisko pala (HSD/NMS) + DBBC dalekiego pola | 18 - 25 dB | BSH / BOEM US Atlantic |
| Pułap tłumienia przez flankowanie dna morskiego poniżej 50 Hz | Maksymalnie 8 - 12 dB | BOEM Technical Report |
| Zasilanie sprężonym powietrzem wymagane dla pierścieni węży DBBC | 0,30 - 0,50 m3/min na metr | BOEM / BSH Best Practice |
| Redukcja u źródła przez młot hydrauliczny o wydłużonym impulsie | 4 - 8 dB SEL / 6 - 11 dB Lpk | BSH / Manufacturer Trials |
| Redukcja hałasu przy wibracyjnym pogrążaniu / Gentle Driving of Piles (GDP) | 15 - 22 dB SEL | Carbon Trust / BOEM |
| Próg impulsowego PTS według NOAA NMFS dla fiszbinowców | 183 dB SELcum / 219 dB Lpk | NOAA Fisheries (NMFS) |
| Próg impulsowego PTS według NOAA NMFS dla morświnów | 155 dB SELcum / 202 dB Lpk | NOAA Fisheries (NMFS) |
| Promień ryzyka PTS dla fiszbinowców (brak tłumienia vs 20 dB redukcji) | Spada z 3,2-5,8 km do 180-420 m | NOAA NMFS / BOEM |
| Promień unikania przez morświny (brak tłumienia vs DBBC+HSD) | Spada z 22-30 km do 1,5-3,8 km | Marine Environmental Research |
Metodologia i źródła
Dane zgromadzone w niniejszym raporcie pochodzą z ustawowych baz danych monitoringu budowy morskich farm wiatrowych, krajowych agencji energii morskiej oraz recenzowanej literatury z zakresu akustyki podwodnej:
- US Bureau of Ocean Energy Management (BOEM): Offshore Wind Energy Acoustic Monitoring Reports and Low-Frequency Seabed Propagation Studies, obejmujące pomiary terenowe z projektów Block Island, Coastal Virginia, Vineyard Wind oraz South Fork.
- German Federal Maritime and Hydrographic Agency (BSH): Standard Investigation of the Impacts of Offshore Wind Turbines on the Marine Environment (StUK4) and Noise Mitigation Concept Guidelines.
- NOAA Fisheries (National Marine Fisheries Service — NMFS): Technical Guidance for Assessing the Effects of Anthropogenic Sound on Marine Mammal Hearing.
- Marine Environmental Research: Empirical field evaluations of Big Bubble Curtains, Hydro-Sound Dampers, and harbor porpoise passive acoustic monitoring (C-POD/F-POD) across North Sea wind farms.
- Uwaga dotycząca danych: Poziom ekspozycji akustycznej pojedynczego uderzenia (SELss, w dB re 1 uPa2s) całkuje energię akustyczną w czasie trwania jednego uderzenia młota znormalizowanym do 1 sekundy, natomiast skumulowany SEL (SELcum) sumuje energię ze wszystkich 2 500 do 5 200 uderzeń wymaganych do wbicia pala (SELcum = SELss + 10 * log10(N) dla odbiorników stacjonarnych). Ponieważ ssaki morskie odpływają podczas instalacji, realistyczne modelowanie ekspozycji uwzględniające ruch zwierząt daje skumulowaną ekspozycję o 6 do 12 dB niższą niż równania dla odbiornika stacjonarnego.
Ostatnia aktualizacja: 19 października 2026 r. Przeglądamy i aktualizujemy te statystyki co kwartał w miarę publikowania nowych raportów budowlanych BOEM z amerykańskiego Atlantyku oraz rejestrów tłumienia hałasu monopali XL z europejskiego Morza Północnego.