アイリッシュ海のウォルニー島沖のバロー洋上風力発電所にて。 Image credit: Andy Dingley
風力発電は最も成長の早いエネルギー分野の一つで、ヨーロッパを中心に世界各国で開発が進められている。 2007年には、欧州の首脳がエネルギー需要の20％を再生可能エネルギーで賄うことに合意しています。 風力発電機は、風力エネルギーを電気に変換する。 風は陸上よりも海上でより強く、より均一である傾向があり、沖合には生産性の高い広大な土地が存在する。
風力発電所のライフサイクルの4つの段階において、さまざまな強度と持続時間の水中音が発生します。
- 建設前：サイトの状態を評価するための物理学的／地震学的調査や、サイトへの船舶交通の増加がしばしば含まれる。
- 建設：杭打ち、掘削、爆発物を使った掘削、浚渫、ケーブル敷設、船舶やはしけの継続運転などが考えられる。
- 運転（ブレードが回転しているときの機械的振動とメンテナンス船の往来に関連する長期間の騒音を含み、施設の20年から25年の寿命にわたって継続）
- 廃止（機械切断や爆発物、サイトへの往復の船舶往来の増加を含む場合がある）。
稼働中の洋上風力発電機からの水中騒音の音響的経路。 菊池理恵子(2010). EU域における洋上風力発電の魚類への音波影響に関するリスクフォーミュレーション. Marine Pollution Bulletin, 60(2), 172-177.
風力発電所の稼働段階では、ブレードが回転しているときに低周波音が発生する。 タービンが運転されると、ナセル（発電機やギアボックスなどを収めたハウジング）内の振動が風力タービンの主軸を伝わって基礎部分に伝わります。 これらの振動は、水柱や海底に伝わります。 音は主に1kHz以下（一般的には700Hz以下）で、音源レベルは80-150dBre 1µPa @ 1mである。ローターブレードによって生じる空力騒音も、空中の経路で水中に入る可能性がある。 騒音レベルは、風速が増すにつれてわずかに増加する。 風力タービンの基礎の種類も水中音の伝達に影響を与えます。
異なるタービン状態についてタービンから 110 m の距離で記録した水中音圧レベル (1/3rd octave spectra). 風速はハブ高さ(ナセル風速計)を参照。 比較のため、2種類の海洋哺乳類の聴覚閾値の低周波部分を示す。 画像はBetke, K., Schultz-von Glahn, M., & Matuschek, R. (2004)の許可を得て使用しています。 洋上風力発電機からの水中騒音の放出。 Proceedings of the joint congress CFA/DAGA’04, Strasbourg, France.
Potential Effects
多くの洋上ウインドファームは沿岸海域に建設されています。 洋上風力開発の著しい成長により、魚類、海洋哺乳類、無脊椎動物、鳥類、およびコウモリに対する悪影響の可能性が懸念されている。
観察によると、洋上風力タービンの建設段階で発生する水中音、特に杭打ちの音は、運転中の騒音よりも生理的・行動的な影響を与える可能性が高いことが示されている Madsen, P., Wahlberg, M., Tougaard, J., Lucke, K., & Tyack, P. (2006). 風力タービン水中騒音と海洋哺乳類：現在の知見とデータの必要性の意味合い。 マリンエコロジー・プログレスシリーズ、309、279-295。 https://doi.org/10.3354/meps309279.. 杭打ちは、発生源から離れた場所でも感知できるような激しい水中音を発生させる。
洋上風力タービンの継続的な運転騒音に関連する長期的な影響に関するデータは限られている。 タービンのサイズ、風力発電所アレイの全体的なサイズ、および配置される場所はすべて、環境影響に影響を与える。 さらに、複数のウインドファームが互いに近接していることや、ウインドファームの周辺での船舶などの人間活動の増加に伴う累積的影響も、十分に理解されていない。 また、洋上風力発電所周辺における餌の利用可能性の長期的なシフトによる影響を理解するための追加データも必要である。
洋上風力発電所の騒音の影響は、種の感受性と場所の条件によって異なる。 ある洋上風力発電施設からの局所的な測定値や結果を別のものに外挿する際には、注意が必要である。 タービンのサイズ及び技術、基礎のタイプ、施設内のタービンの数及び間隔、並びに伝搬条件 及び各サイトの環境騒音レベルは、異なる場合があり、発生する音及びそれらが移動する距離 に影響を及ぼす。 基質の種類、地域の海洋コミュニティ、風力発電所建設前後の人間活動も大きく変動する。
魚類
この石油掘削装置のプラットフォーム構造のように、洋上風力発電所に関連する水中構造は、さまざまな海洋無脊椎動物や魚類の生息地（「リーフ効果」）を提供することがあります。 Image credit: NOAA, FGBNMS.
洋上風力発電所に関連した水中音は、餌や保護のためにタービン基礎に引き寄せられた魚たちに影響を与えないようです。 風力発電所の基礎や「洗掘」（浸食）を防ぐための追加の構造物は、生息地の複雑さを増し、魚や無脊椎動物の種、特に硬い基質を好む種を引き寄せることにつながる可能性があります。 これは「サンゴ礁効果」として知られている。 また、洋上ウインドファームは、商業漁業など特定の人間活動が禁止される区域を作り、さらなる保護を提供する。 これは「シェルター効果」として知られている。 魚類資源量は様々な洋上ウィンドファームに近接して増加することが分かっており、多くの魚類がタービン基礎に近接して観察されている Reubens, J. T., Degraer, S., & Vincx, M. (2014). 洋上風力発電所における底生魚類の生態：4年間の研究の統合。 Hydrobiologia, 727(1), 121-136. https://doi.org/10.1007/s10750-013-1793-1.Stenberg, C., Støttrup, J., van Deurs, M., Berg, C., Dinesen, G., Mosegaard, H., … Leonhard, S. (2015).を参照。 北海の洋上風力発電所が魚類群集に与える長期的影響。 マリンエコロジー・プログレスシリーズ，528，257-265． https://doi.org/10.3354/meps11261.van Hal, R., Griffioen, A. B., & van Keeken, O. A. (2017). 小さな空間スケールでの魚類群集の変化，洋上風力発電所による生息地の複雑性の増加の影響． 海洋環境研究, 126, 26-36. https://doi.org/10.1016/j.marenvres.2017.01.009.. また、ある研究では、スウェーデンのLilllgrund洋上風力発電所の5年間の稼働後、ウナギの個体の健康や繁殖性能に悪影響が観察されなかったと述べている。 メスのウナギの繁殖状態や雛の発育に影響は見られなかったLanghamer, O., Dahlgren, T. G., & Rosenqvist, G. (2018). 洋上風力発電所が胎生ウナギに与える影響。 スウェーデン・リルグランにおける生体計測、ブルード開発、個体数調査。 Ecological Indicators, 84, 1-6. https://doi.org/10.1016/j.ecolind.2017.08.035.. 本研究では、風力発電所エリアと調査した他の自然サイトにおけるウナギの間に生理学的な違いは見られなかったが、連続的な風力発電所の騒音が成長と繁殖に及ぼす潜在的な影響を十分に理解するためには、このサイトや他のサイトで追加の長期測定が必要である。 これは、より大規模なアレイがオンライン化されたり、他の施設に近接して建設されたりする場合に特に重要です。
Marine Mammals
タービンによって生じる水中音の測定に基づいて、タービン運転による海洋哺乳類の影響は最小か無視できると予測されるTougaard, J., Madsen, P. T., & Wahlberg, M. (2008)． 洋上ウインドファームの建設と操業による水中騒音。 Bioacoustics, 17(1-3), 143-146. https://doi.org/10.1080/09524622.2008.9753795.. 洋上風力発電機から発生する水中音とネズミイルカの聴力にはほとんど重なりがない。 また、風車の基礎から100m以下の距離では、稼働中の風車からの音を検知できる可能性がある。 風力タービンから発生する水中音に対するネズミイルカの行動反応は、タービン基礎のごく近傍を除いては考えにくいようだTougaard, J., Henriksen, O. D., & Miller, L. A. （2009）.風力タービンから発生する水中音に対するネズミイルカの行動反応は、タービン基礎の近傍の水中音に対するネズミイルカの行動反応は、タービン基礎のごく近傍を除いては考えにくいようだ。 3 種類の洋上風力タービンからの水中騒音。 港ネズミイルカとゼニガタアザラシの影響域の推定。 アメリカ音響学会誌, 125(6), 3766-3773. https://doi.org/10.1121/1.3117444.. しかし、ゼニガタアザラシは数km先まで音を感知することができる。
Robin Rigg 洋上風力発電所の (a) 建設前、 (b) 建設、 (c) 運転中のネズミイルカの視覚的観察（黒い輪郭の多角形）。 円の大きさは観察ごとに記録された個体数（範囲：1～6、大きい円はより多くの動物を目撃したことを示す）、破線は目視調査のためのトラネクトルートを示す。 ネズミイルカは、3つの開発段階すべてにおいて、ロビン・リグ調査地域全体で観察された。 しかし、建設期間中は風力発電所の敷地内では記録されず、また、調査地域全体でも頻度がかなり少なかった。 風力発電所の操業期間中、ネズミイルカは調査海域に戻り、相対的なネズミイルカの生息数は、建設前および建設段階よりも、操業段階の調査海域の南側で多くなっている。 画像はVallejo, et al., 2017Vallejo, G. C., Grellier, K., Nelson, E. J., McGregor, R. M., Canning, S. J., Caryl, F. M., & McLean, N. (2017) から引用。 洋上風力発電所に対する2つの海洋頂部捕食者の反応。 Ecology and Evolution, 7(21), 8698-8708. https://doi.org/10.1002/ece3.3389.. Used under Creative Commons Attribution 4.0 International license.
However, there is one example in the Baltic Sea that harbor porpoises leaving the area during construction and few animals returning once the wind farm was operationalTeilmann, J., & Carstensen, J. （2012）…風力発電所の建設中に港ネズミイルカがその地域を離れ、風力発電所が稼働すると戻ってきた動物がほとんどいなかったという例がある。 バルト海の大規模洋上風力発電所によるネズミイルカへの長期的な悪影響-回復の遅れの証拠。 Environmental Research Letters, 7(4), 045101. https://doi.org/10.1088/1748-9326/7/4/045101.. ネズミイルカの帰還は、一次生息地の質と関連している可能性がある。 この結果は、沖合風力発電所の研究を独立して扱い、ある地域から次の地域へと結果を外挿しないことの必要性を強調している。
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