Uusia ratkaisuja moottorivoimalaitosten meluun - kasvavat konetehot ja uusiutuva energia edellyttävät panostuksia melun hallintaan

VTT ja teknologiakonserni Wärtsilä ovat saaneet päätökseen Business Finlandin rahoittaman kolmivuotisen hankkeen, joka tuotti uusia ratkaisuja voimalaitosten melupäästöihin. Uusilla ratkaisuilla voimalaitoksen melutasoa ympäristössä voidaan laskea 10-20 desibeliä. Käytännössä tämä tarkoittaa 90-99 % meluvähennystä.

Uusiutuvien energialähteiden lisääminen energiantuotannossa edellyttää energia- ja varavoimanlähteiden käyttömahdollisuutta lähellä asutusta. Tuotantolaitoksen melutaso vaikuttaa ratkaisevasti laitoksen sijoituspaikan valintaan, toimintamahdollisuuksiin ja lähialueiden käytettävyyteen.  Uudet ratkaisut voimalaitoksen akustisessa suunnittelussa lisäävät mahdollisuuksia hajautettuun sähköntuotantoon. Näin voimalaitoksia voidaan sijoittaa entistä enemmän sinne, missä sähköä käytetään eli lähelle asuinalueita.  

Pakoputkistoon vähemmän eristeitä

Onnistunut voimalaitoksen akustinen suunnittelu perustuu tasapainoiseen äänilähteiden ja vaimennuksen mitoitukseen. Melupäästön suuruus ja melun häiritsemättömyys vaikuttavat niin ympäristöön kuin yrityksen kilpailukykyyn. Tärkeimpiä voimalaitoksen melun lähteitä ovat aggregaatin moottorin hengitys eli ilmanotto ja -poisto sekä moottorin jäähdytys. Pakoputkiston ääni on eräs voimalaitoksen merkittävimmistä ympäristömelukomponenteista. 

"Perinteisesti pakoputkistoon on tehty yksittäisiä erityisesti tietyllä taajuudella ääntä vaimentavia komponentteja. Nyt huomioimme koko akustisen ketjun äänilähteestä vastaanottajaan koko kuuloalueella. Käytimme myös vastamelun periaatteita, jossa komponentit vaimentavat toisiaan äänen vaiheistukseen perustuen. Samalla tarve eristäville materiaaleille väheni, mikä tekee komponenteista pitkäikäisempiä ja ympäristöystävällisempiä. Samoja teknologioita voidaan hyödyntää missä vain muissakin kohteissa", kertoo erikoistutkija Antti Hynninen VTT:ltä.

3D-tulostuksella uudenlaisia komponentteja

Vaimenninprototyyppien toteutuksessa käytettiin 3D-tulostusta, mikä mahdollisti aivan uudenlaisten rakenteiden valmistamisen.  Tämä ja uudet monifysikaaliset simulointimenetelmät mahdollistavat sen, että laitoksen äänet voidaan ennakolta viritellä häiritsemättömiksi.

"Tavoitimme uusilla ratkaisuilla jopa 10-20 desibeliä hiljaisemmat toiminnot voimalaitoksessa. Tämänkaltainen desibelien muutos voisi kaupunkilaisten arjessa tarkoittaa kotisohvalle avonaisesta ikkunasta kuuluvan liikennemelun vaimentamista sulkemalla ikkunat ja laittamalla tulpat korviin. Ulkoilmassa tämä vastaisi siirtymistä kilometrin päähän melulähteestä, esimerkiksi suuresta ulkoilmakonsertin areenasta", Hynninen kuvailee. 

Ratkaisut käyttöön

Moottoreiden melutasoa on mahdollista laskea lisää. Tällaiset hankkeet voisivat tähdätä esimerkiksi siihen, että moottorit opetettaisiin neuvottelemaan itsensä hiljaisiksi. Tähän voitaisiin soveltaa muun muassa koneoppimista, neuroverkkoja ja älykästä anturointia.

"Paikallinen lainsäädäntö ja ohjeet määrittävät raja-arvot, jotka alueelle rakennettavan voimalaitoksen on täytettävä. Tämän lisäksi voimalaitoksen on oltava hyvä naapuri, jotta se ei häiritse ympäristöään.  Wärtsilä on ottanut välittömästi käytäntöön kehityshankkeessa suunnitellut ratkaisut, testannut ne ja asentanut voimalaitoksiin. Tätä kehitystyötä jatketaan myös tulevaisuudessa", sanoo kehityshankkeen projektipäällikkö Virpi Hankaniemi Wärtsilästä.