Ударная гидравлическая забивка морских ветроэнергетических монопилей диаметром от 8 до 11 метров без средств шумоподавления генерирует пиковые уровни подводного звукового давления от нуля до пика от 208 до 222 dB re 1 uPa и уровни звукового воздействия одиночного удара (SELss) от 183 до 194 dB re 1 uPa2s на расстоянии 750 метров. Чтобы защитить морских свиней и находящихся под угрозой исчезновения усатых китов в рамках законодательного предела немецкого ведомства BSH 160 дБ SEL / 190 дБ Lpk и лимитов необратимого смещения порога слуха (PTS) NOAA Fisheries, застройщики морских ВЭС применяют тандем из присвайных гидрозвуковых демпферов (HSD) ближнего поля и двойных больших пузырьковых завес (DBBC) дальнего поля, которые обеспечивают широкополосное затухание звука от 18 до 24 дБ (снижение излучаемой звуковой энергии на 98,4–99,6%). Приведенные ниже данные получены от Бюро по управлению энергией океана США (BOEM), Федерального морского и гидрографического агентства Германии (BSH), службы NOAA Fisheries (NMFS) и полевых баз данных журнала Marine Environmental Research.
TL;DR
- SEL одиночного удара неподавленного XL-монопиля (диаметр 8–11 м) на 750 м: от 183 до 194 dB re 1 uPa2s (полевой мониторинг BSH / BOEM)
- Пиковый уровень (Lpk) неподавленного XL-монопиля на 750 м: от 208 до 222 dB re 1 uPa (BSH / Marine Environmental Research)
- Законодательный предел подводного шума BSH Германии на 750 м: 160 dB re 1 uPa2s (SEL05) и 190 dB re 1 uPa (Lpk) (стандарт BSH)
- Широкополосное затухание одинарной большой пузырьковой завесы (BBC): от 10 до 15 дБ на 750 м (BOEM / испытания в Северном море)
- Широкополосное затухание двойной большой пузырьковой завесы (DBBC): от 14 до 19 дБ на 750 м (BSH / Marine Environmental Research)
- Затухание комбинированной присвайной системы (HSD / IHC NMS) + DBBC: от 18 до 24 дБ в широкой полосе (сертифицированные строительные отчеты BSH)
- Объем сжатого воздуха, необходимый для эффективной работы DBBC: от 0,30 до 0,50 м3/мин на погонный метр соплового шланга (технический отчет BOEM)
- Энергия удара молота для монопилей турбин нового поколения 12–15 МВт: от 3 500 до 5 500 кДж на удар при 30–45 ударах в минуту (BOEM / данные морской ветроэнергетики)
- Общее число ударов молота на один фундамент морского монопиля: от 2 500 до 5 200 ударов за 2,5–4,5 часа (BSH / BOEM)
- Порог начала PTS по нормам NOAA Fisheries для усатых китов (импульсный): 183 дБ SELcum (LF-взвешенный) / 219 дБ Lpk (руководство NOAA NMFS)
- Порог начала PTS по нормам NOAA Fisheries для морских свиней (импульсный): 155 дБ SELcum (VHF-взвешенный) / 202 дБ Lpk (руководство NOAA NMFS)
- Радиус поведенческого избегания морских свиней (без защиты против DBBC+HSD): сокращается с 22–30 км до 1,5–3,8 км (Marine Environmental Research)
1. Уровни в источнике и на расстоянии 750 метров при ударной забивке монопилей без шумоподавления
Когда гидравлический ударный молот бьет по оголовку морского стального монопиля с энергией от 2 500 до 5 500 килоджоулей, он посылает сверхзвуковую волну напряжения сжатия вниз по стенке сваи со скоростью около ~5 100 м/с. Поскольку это структурное пуассоновское расширение распространяется быстрее скорости звука в морской воде (~1 500 м/с), оно излучает в водную толщу коническую волну Маха под углом около 17 градусов и возбуждает донные сейсмические волны Рэлея, которые переизлучаются в воду. В то время как наземное погружение фундаментов подробно описано в статистике шума и вибрации при забивке свай в городском строительстве, погруженные в воду морские монопили напрямую взаимодействуют с высокоимпедансной морской средой с минимальными геометрическими потерями при распространении в мелководных водах континентального шельфа (глубина от 25 до 50 метров).
| Тип фундамента и диаметр монопиля | Типичная энергия удара молота (кДж) | Неподавленный SEL одиночного удара на 750 м (dB re 1 uPa2s) | Неподавленный пиковый уровень (Lpk) на 750 м (dB re 1 uPa) | Источник |
|---|---|---|---|---|
| Сваи решетчатых опор (Jacket Pin Piles, диаметр 2,4 - 3,5 м) | 800 - 1 800 кДж | 172 - 179 дБ | 196 - 204 дБ | Мониторинг BOEM / BSH |
| Стандартный монопиль (5,0 - 6,5 м, турбины 4–6 МВт) | 1 500 - 2 500 кДж | 177 - 184 дБ | 202 - 210 дБ | База данных BSH по Северному морю |
| Крупный монопиль (7,5 - 9,0 м, турбины 8–10 МВт) | 2 500 - 4 000 кДж | 183 - 189 дБ | 208 - 216 дБ | Marine Environmental Research |
| XL-монопиль (9,5 - 11,5 м, турбины 12–15 МВт) | 4 000 - 5 500 кДж | 187 - 194 дБ | 213 - 222 дБ | BOEM / Атлантика США и Северное море |
| Кумулятивный SEL (SELcum, 3 500 ударов без защиты на 750 м) | 3 000 - 4 500 кДж | 217 - 226 дБ (кумулятивный) | — | Моделирование NOAA NMFS / BOEM |
| Законодательный потолок BSH Германии на 750 м (95-й перцентиль SEL05) | Все коммерческие установки | <= 160 дБ SEL05 | <= 190 дБ Lpk | Шумовой стандарт BSH Германии |
Источник: US Bureau of Ocean Energy Management (BOEM) Acoustic Monitoring и German BSH Offshore Noise Standard
2. Затухание шума с помощью пузырьковых завес и присвайных систем шумоподавления
Чтобы преодолеть разрыв в 23–34 дБ между шумом неподавленного XL-монопиля и нормативным порогом 160 дБ SEL05, подрядчики разворачивают двухслойные акустические барьеры. Двойные большие пузырьковые завесы (DBBC) дальнего поля укладывают два концентрических перфорированных сопловых шланга на морское дно на радиусах от 60 до 150 метров вокруг сваи, создавая поднимающуюся стену воздушных пузырьков, которая вносит сильное рассогласование акустического импеданса и резонансное рассеяние. Поскольку приливные течения быстрее 0,7 м/с могут сносить шлейф пузырьков у поверхности, застройщики комбинируют DBBC с независимой от течения присвайной системой, такой как сеть гидрозвуковых демпферов (HSD) из пенопластовых и газонаполненных резонансных элементов или капсулированный экран шумоподавления IHC (NMS).
| Конфигурация системы шумоподавления | Широкополосное затухание SEL на 750 м (дБ) | Снижение пикового уровня (Lpk) на 750 м (дБ) | Доминирующая полоса частот пиковой эффективности | Источник |
|---|---|---|---|---|
| Одинарная большая пузырьковая завеса (BBC, >= 0,3 м3/мин/м воздуха) | 10 - 15 дБ | 12 - 17 дБ | 125 Гц - 4 000 Гц | BSH / Marine Environmental Research |
| Двойная большая пузырьковая завеса (DBBC, концентрические кольца) | 14 - 19 дБ | 16 - 22 дБ | 80 Гц - 8 000 Гц | Полевые журналы BOEM / BSH |
| Присвайная резонансная сеть гидрозвуковых демпферов (HSD) отдельно | 10 - 13 дБ | 11 - 15 дБ | 63 Гц - 2 000 Гц | Marine Environmental Research |
| Экран шумоподавления IHC (NMS, двухстенная стальная труба) | 13 - 17 дБ | 14 - 19 дБ | 50 Гц - 5 000 Гц | Сертифицированные отчеты испытаний BSH |
| Подводная матрица акустических резонаторов AdBm (панели Гельмгольца) | 11 - 15 дБ | 12 - 16 дБ | 60 Гц - 1 000 Гц | Испытания BOEM / Северное море |
| Комбинация присвайной HSD + DBBC дальнего поля (тандемная система) | 18 - 24 дБ | 20 - 27 дБ | 50 Гц - 10 000 Гц | BSH / BOEM Атлантика США |
| Комбинация IHC NMS + DBBC дальнего поля (тандемная система) | 20 - 25 дБ | 22 - 28 дБ | 40 Гц - 10 000 Гц | BSH / Marine Environmental Research |
Источник: Marine Environmental Research Offshore Pile Driving Abatement Studies
3. Частотно-зависимое затухание и пределы обходного распространения через морское дно
Критической инженерной проблемой барьеров в водной толще является сейсмический обход через морское дно (flanking). Даже если пузырьковая завеса блокирует 99,9% прямого водного конуса Маха, продольные и поперечные волны, излучаемые погруженной в грунт нижней половиной монопиля, распространяются наружу через морские донные отложения и снова выходят в водную толщу за пределами кольца пузырьковой завесы. Подобно тому как низкочастотные грунтовые волны обходят поверхностные экраны в статистике грунтовой вибрации и гула метрополитена, донный обход ограничивает максимально достижимое подводное затухание величиной от 8 до 14 дБ на частотах ниже 63 Гц независимо от производительности воздушных компрессоров.
| Третьоктавная полоса частот | Доля энергии неподавленного XL-монопиля | Затухание одинарной BBC (дБ) | Затухание тандема HSD + DBBC (дБ) | Ограничивающий физический механизм |
|---|---|---|---|---|
| 16 Гц - 50 Гц | 12% - 18% | 4 - 7 дБ | 8 - 12 дБ | Донный обход волнами Рэлея за пределами кольца |
| 63 Гц - 125 Гц | 35% - 45% (основной спектральный пик) | 9 - 13 дБ | 16 - 21 дБ | Резонанс пенных элементов HSD + стена пузырьков |
| 160 Гц - 315 Гц | 28% - 35% (вторичный пик) | 13 - 18 дБ | 21 - 26 дБ | Рассогласование импеданса облака пузырьков |
| 400 Гц - 1 000 Гц | 8% - 12% | 18 - 25 дБ | 25 - 32 дБ | Резонансное поглощение пузырьков Миннаэрта |
| 1 250 Гц - 10 000 Гц | < 3% | 22 - 30 дБ | 28 - 35 дБ | Высокочастотное рассеяние + затухание в морской воде |
Источник: BOEM Technical Report on Low-Frequency Seabed Propagation and Flanking
4. Альтернативные малошумные молоты и безударные методы установки
Чтобы снизить зависимость от флотилий судов с воздушными компрессорами (которые расходуют от 15 000 до 28 000 литров судового дизельного топлива на один монопиль только для питания 12–18 палубных компрессоров для DBBC), инженерные консорциумы разработали молоты с удлинением импульса и вибрационные системы погружения. Растягивая длительность удара молота с 4 миллисекунд до 15–30 миллисекунд с помощью демпфирующих камер или водоструйных амортизаторов, молоты с формированием импульса уводят акустическую энергию из диапазона 100–300 Гц и снижают пиковые уровни на 6–11 дБ непосредственно в источнике.
| Технология установки фундамента | Снижение широкополосного SEL относительно ударного молота | Снижение пикового уровня (Lpk) | Эксплуатационное / геотехническое ограничение | Источник |
|---|---|---|---|---|
| Гидравлический молот с удлинением импульса (IQIP PULSE / MENCK MNRU) | 4 - 8 дБ | 6 - 11 дБ | Снижает пиковую амплитуду за счет смягченного удара 20 мс | BSH / испытания производителей |
| Вибрационное погружение свай (осевой вибромолот) | 15 - 20 дБ | 18 - 25 дБ (непрерывный шум) | Отказ в плотной морене; требует финальной ударной добивки | BOEM / демо-испытания в Северном море |
| Щадящая забивка свай (GDP, осевая + ВЧ крутильная вибрация) | 16 - 22 дБ | 20 - 26 дБ | Продемонстрировано на средних сваях; масштабируется до 10 м XL | Carbon Trust / TUD GDP |
| Забивка свай с внутренним водоструйным подмывом | 8 - 14 дБ | 9 - 15 дБ | Снижает трение внутренней грунтовой пробки на 40%–60% | Marine Environmental Research |
| Кессонный фундамент на вакуумных сваях (Suction Bucket) | 25 - 35 дБ (только шум насосов) | > 35 дБ (без ударных импульсов) | Ограничено однородными песками/глинами без валунов | BSH / Dogger Bank и Borkum Riffgrund |
Источник: German BSH and Offshore Wind Industry Low-Noise Foundation Trials
5. Пороги PTS/TTS для морских млекопитающих и радиусы зон отчуждения
Выдача разрешений регулирующими органами как в Европе, так и в США строится вокруг предотвращения необратимого смещения порога слуха (PTS, необратимого повреждения волосковых клеток внутреннего уха) и минимизации временного смещения порога слуха (TTS) и вытеснения морской фауны из мест обитания. Дополняя показатели непрерывного шума судоходства, рассмотренные в статистике кавитации гребных винтов морских судов и подводного шума, служба NOAA Fisheries (NMFS) устанавливает частотно-взвешенные двойные критерии для импульсной забивки свай. В американской части Атлантики защита находящегося под критической угрозой исчезновения североатлантического гладкого кита требует использования буев пассивного акустического мониторинга (PAM) и визуальных наблюдателей для поддержания зон безопасности радиусом до 10 км во время несезонной или высокоэнергетической забивки.
| Слуховая группа морских млекопитающих (NOAA NMFS) | Начало импульсного PTS (взвешенный SELcum / невзвешенный Lpk) | Начало импульсного TTS (взвешенный SELcum / невзвешенный Lpk) | Радиус риска PTS: без защиты против затухания 20 дБ | Источник |
|---|---|---|---|---|
| Низкочастотные китообразные (гладкие, горбатые киты, финвалы) | 183 дБ SELcum / 219 дБ Lpk | 168 дБ SELcum / 213 дБ Lpk | Сокращается с 3,2 - 5,8 км до 180 - 420 м | NOAA Fisheries (NMFS) / BOEM |
| Высокочастотные китообразные (дельфины, гринды, клюворылые) | 185 дБ SELcum / 230 дБ Lpk | 170 дБ SELcum / 224 дБ Lpk | Сокращается со 120 - 250 м до < 30 м | NOAA Fisheries (NMFS) |
| Сверхвысокочастотные китообразные (морские свиньи) | 155 дБ SELcum / 202 дБ Lpk | 140 дБ SELcum / 196 дБ Lpk | Сокращается с 4,5 - 8,2 км до 250 - 600 м | NOAA NMFS / исследования BSH |
| Настоящие тюлени в воде (обыкновенный и серый тюлени) | 185 дБ SELcum / 218 дБ Lpk | 170 дБ SELcum / 212 дБ Lpk | Сокращается с 1,1 - 2,4 км до 80 - 190 м | NOAA Fisheries (NMFS) |
| Радиус поведенческого беспокойства / избегания морских свиней | ~140 - 145 дБ SELss (невзвешенный) | — | Сокращается с 22 - 30 км до 1,5 - 3,8 км | Marine Environmental Research |
| Протокол плавного пуска / отпугивания (10%–20% энергии удара) | 20 - 30 минут перед полной мощностью | Снижает риск PTS в ближней зоне на >85% | Позволяет китообразным покинуть внутреннюю зону 1 км | Условия разрешений BOEM / BSH |
Резюме: забивка свай морских ветроэлектростанций и затухание шума пузырьковыми завесами в цифрах
| Показатель | Значение | Источник |
|---|---|---|
| Неподавленный SELss XL-монопиля (9,5–11,5 м) на 750 м | 187 - 194 dB re 1 uPa2s | Мониторинг BOEM / BSH |
| Неподавленный пиковый уровень (Lpk) XL-монопиля на 750 м | 213 - 222 dB re 1 uPa | Мониторинг BOEM / BSH |
| Неподавленный SELss стандартного монопиля (5,0–6,5 м) на 750 м | 177 - 184 dB re 1 uPa2s | База данных BSH по Северному морю |
| Неподавленный SELss сваи решетчатой опоры (2,4–3,5 м) на 750 м | 172 - 179 dB re 1 uPa2s | Мониторинг BOEM / BSH |
| Законодательный предел шума BSH Германии на 750 м (SEL05 / Lpk) | 160 dB re 1 uPa2s / 190 dB re 1 uPa | Шумовой стандарт BSH Германии |
| Снижение широкополосного SEL одинарной пузырьковой завесой (BBC) | 10 - 15 дБ | BSH / Marine Environmental Research |
| Снижение широкополосного SEL двойной пузырьковой завесой (DBBC) | 14 - 19 дБ | Полевые журналы BOEM / BSH |
| Автономное снижение широкополосного SEL гидрозвуковым демпфером (HSD) | 10 - 13 дБ | Marine Environmental Research |
| Автономное снижение SEL экраном шумоподавления IHC (NMS) | 13 - 17 дБ | Сертифицированные отчеты испытаний BSH |
| Снижение SEL тандемом присвайной системы (HSD/NMS) + DBBC | 18 - 25 дБ | BSH / BOEM Атлантика США |
| Потолок затухания из-за обхода по морскому дну ниже 50 Гц | максимум 8 - 12 дБ | Технический отчет BOEM |
| Требуемая подача сжатого воздуха для колец шлангов DBBC | 0,30 - 0,50 м3/мин на метр | Передовая практика BOEM / BSH |
| Снижение в источнике гидравлическим молотом с удлинением импульса | 4 - 8 дБ SEL / 6 - 11 дБ Lpk | BSH / испытания производителей |
| Снижение шума при вибрационной / щадящей забивке свай (GDP) | 15 - 22 дБ SEL | Carbon Trust / BOEM |
| Импульсный порог PTS NOAA NMFS для усатых китов | 183 дБ SELcum / 219 дБ Lpk | NOAA Fisheries (NMFS) |
| Импульсный порог PTS NOAA NMFS для морских свиней | 155 дБ SELcum / 202 дБ Lpk | NOAA Fisheries (NMFS) |
| Радиус риска PTS для усатых китов (без защиты против защиты 20 дБ) | с 3,2–5,8 км до 180–420 м | NOAA NMFS / BOEM |
| Радиус избегания морских свиней (без защиты против DBBC+HSD) | с 22–30 км до 1,5–3,8 км | Marine Environmental Research |
Методология и источники
Данные, собранные в настоящем отчете, получены из баз данных обязательного экологического мониторинга морского строительства, национальных агентств морской энергетики и рецензируемой научной литературы по подводной акустике:
- US Bureau of Ocean Energy Management (BOEM): Offshore Wind Energy Acoustic Monitoring Reports and Low-Frequency Seabed Propagation Studies, включая полевые измерения на проектах Block Island, Coastal Virginia, Vineyard Wind и 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.
- Примечание к данным: уровень звукового воздействия одиночного удара (SELss, в dB re 1 uPa2s) интегрирует акустическую энергию за время одного удара молота, нормализованное к 1 секунде, тогда как кумулятивный SEL (SELcum) суммирует энергию по всем 2 500–5 200 ударам, необходимым для погружения сваи (SELcum = SELss + 10 * log10(N) для неподвижных приемников). Поскольку морские млекопитающие уплывают от источника во время установки, реалистичное моделирование экспозиции с учетом движения животных дает на 6–12 дБ меньшую кумулятивную экспозицию, чем уравнения для стационарного приемника.
Последнее обновление: 19 октября 2026 г. Мы пересматриваем и обновляем эту статистику ежеквартально по мере публикации новых строительных отчетов BOEM в Атлантике США и европейских журналов шумоподавления для XL-монопилей в Северном море.