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《风电场对环境的影响及控制风电场对环境的影响》
《风电场对环境的影响及控制风电场对环境的影响》
摘要。
风力发电的优势不言而喻,但风电发展也会对环境产生不利影响。
介绍了我国风电场的分布环境特点,并从植被破坏、噪声污染、鸟类安全、电磁辐射、视觉景观污染等方面阐述了风电场对环境的影响,同时也提出了相应的预防控制措施。
关键词:
风力发电;环境影响;生态控制
中图分类号:
TM614;TK81文献标识码:
A文章编号:
0439-8114(2011)13-2642-05
TheEnvironmentalImpactofWindPowerStationanditsControl
Abstract:
Thebenefitofwindmillpowergenerationissignificant;however,itsnegativeeffectsontheenvironmentshouldnotbeignored.Thenaturalterrainmightbedamaged;waterlossandsoilerosionislikelytohappen,itisalsodangeroustobirds;noisewouldbegenerated;visuallandscapewouldbedamaged;andelectromagneticinterferencemighthappen.Therefore,theenvironmentmustbeprotectedcarefullyandenvironmentalmanagementmustbestrengthenedinthewindpowerstation,soastoreduceitsnegativeeffects.Beforetheestablishmentofawindpowerstation,thelocationshouldbeselectedcarefully,alltheassessmentworkmustbewelldone,theconstructionofthewindpowerstationshouldberegulated,andrelatedenvironmentalimpactassessmentsystemshouldbeapplied.Inaword,thenegativeeffectsofthewindpowerstationontheenvironmentshouldbereducedtotheminimum.
Keywords:
windpowergeneration;environmentalimpact;ecologicalcontrol
风能是一种清洁可再生能源,储量丰富;风力发电对环境友好,不会排放有害物质,对空气和水源没有污染,环保效益明显。
大力发展风力发电,还可以避免对矿物燃料的过度依赖,也是对不可再生能源的保护。
目前世界各国把利用风能发电作为开发可再生能源、改善环境的重要内容和途径,在中国的未来能源结构中也将占有重要地位。
但发展风力发电毕竟是人类对大自然的干预,对局部生态环境和自然景观会产生不利影响,这是风力发电的不足之处。
风电场一旦建成运行,要消除或减轻不良影响困难大、代价大,应在风电场规划和设计阶段,对当地生态环境充分论证,预测风力发电场建设可能形成的不利影响,通过精心设计,合理布局,将负面影响降低到可以接受的最低限度。
1我国风电场分布环境特点
2010年1月,中国气象局公布了我国风能资源详查和评价结果,我国陆上离地面50m高度达到3级以上风能资源的潜在开发量约23.8亿kW;我国5~25m水深线以内近海区域、海平面50m以上高度可装机容量约2亿kW。
我国陆上风能资源主要集中在内蒙古的蒙东和蒙西、xx哈密、甘肃酒泉、河北坝上、吉林西部和江苏近海等7个千万千瓦级风电基地。
仅这些地区的陆上50m高度3级以上风能资源的潜在开发量就达18.5亿kW。
我国内陆风电装机主要分布在xx和内蒙古,两地区装机功率占全国装机容量的62%;沿海地区占全国装机容量的28%,主要分布在广东、辽宁、浙江3省。
根据我国风能资源分布情况,兼顾技术经济条件,我国将开发重点放在内蒙古、西北、东北、河北、东南沿海及近海岛屿等风能资源丰富地区,并提出建设“风电三峡”的构想,其中包括“陆上三峡”千万千瓦级风电基地,分布在甘肃酒泉、xx、内蒙古西部、内蒙古东部、河北等地区;还有江苏沿海的“海上三峡”千万千瓦级风电基地等。
我国风能资源开发程度较低,但开发潜力巨大。
我国现在已建风电场以及适合风场建设的区域主要分布在偏远地区,多数属于生态环境重点保护区,生态环境受到人为干扰极少,这些地区有的已列入国家级自然保护区,有的属于荒漠,生态脆弱[1]。
因此,在风电场施工和运行过程中必须严格保护生态环境,加强管理,尽可能减少负面影响。
2风电场对环境的影响及控制
风电发展的负环境效应主要体现在自然地表被破坏、鸟类安全、噪音、视觉景观干扰、电磁干扰等问题。
风力发电项目污染物类别和来源见表1。
2.1植被破坏,水土流失
2.1.1危害现象风电场水土流失类型以风力侵蚀为主,水力侵蚀为辅。
施工期间挖土与回填土工程,如进行道路修建、土地平整、风机基础工程、箱式变工程、电缆沟工程等,将破坏地表形态和土层结构,导致地表裸露,损坏植被,损害土壤肥力,导致水土流失发生。
根据江西省气象科学研究所与电力公司联合调研结果,鄱阳湖仅沿岸陆地风能保守估算有125万kW,鄱阳湖中北部是风能开发最佳区域,技术可开发量210万kW,占全省可开发风能资源的90%以上。
2010年9月从九江市政府了解到,鄱阳湖区最大的风力发电项目都昌县老爷庙风电场已正式开工建设。
该项目总投资20亿元,将安装33台
1500kW的风电机组,总装机容量达4.95万kW。
此外,鄱阳湖区的矶山湖风电场、长岭风电场已经上网供电,大岭风电项目于2009年开工建设。
江西省鄱阳湖区风电场按规划93.1万kW装机容量,假设全部安装850kW风机或全部安装1500kw风机,两种方案的土方工程量估算见表2。
由表2可知,两种方案风机基础、箱变基础施工期工程等项目弃土量分别为265232m3和
199341m3,弃土场分散在沿鄱阳湖区各个风电场,鄱阳湖区沿湖四周多为沙土地表,降雨丰沛,生态植被单一,处置不当将易于形成水土流失,淤积鄱阳湖区。
在该风电场的建设过程中,风机、变电所和道路占地属于永久性占地,这些土地将失去生态功能。
目前还在施工建设中的鄱阳湖区风电场永久占地634.3hm2,必然会减少生物量和植被。
本文为全文原貌未安装pdf浏览器用户请先下载安装原版全文河西走廊的风电开发区域多位于荒漠地带,生态环境非常脆弱,戈壁上的砾石层及植被保护层容易遭破坏,而且恢复难度大,特别是大型机械对戈壁更容易造成破坏。
2.1.2危害的预防工程在设计中通过合理选址,采用少占地、占劣地等措施,避免不可逆的影响。
鄱阳湖区风电场区主要为杂灌木林和草甸,没有较珍稀的植物,生物量较小,在修建风电场和架空电线时,遇到乔木和灌丛要予以避让,尽量在其旁侧通过,减少因施工造成的植被破坏。
鄱阳湖区风电场等地施工期开挖填方要尽量避免在每年4~7月雨水充沛期进行,而且应将表层种植土单独存放,底层土可用于工程填方。
在升压站基础开挖前剥离的表土应集中堆放于升压站内的一角,待升压站施工结束后覆土进行场区的绿化。
表土堆放区的周围及临时弃土的周围用编织袋装土筑坎进行临时拦挡,为防止大风扬尘,需用苫布遮盖[2]。
全部工程挖填平衡后的弃土可用于道路加固建设,生活垃圾应集中起来,送往附近城镇垃圾处理中心。
施工期间如果遇到大风天气应该作洒水处理,减少扬尘污染。
施工结束后,仍有部分土壤不可恢复而被永久占用,主要为风电机组基础等,一般为水泥硬覆盖,不会发生水土流失。
没有水泥硬覆盖的地面,对场地进行覆土平整,采取异地植草进行生态补偿,降低工程对当地生态环境的不利影响。
草坪周围种植绿篱,绿篱外设截流沟,将水引入通往风机道路的排水沟中。
这样布设措施既可以满足风电机组区防治水土流失的要求,又考虑到景观需要,营造一个错落有致的人造景观。
道路两侧可布设防护林,防护林外侧设排水沟。
在植被恢复初期,植物措施没有发挥功能,对这些区域进行覆盖,以减少风力对地表的侵蚀,同时提高植物的成活率。
2.2噪声污染
2.2.1危害现象风轮机在运行时产生的噪音包括源于轮毂中活动部件的机械噪音、风轮机叶片产生的气动噪音,都与风速具有相关性。
发电机和齿轮箱是机械噪音的主要造成者,其中齿轮箱是主要噪音源,如果技术水平较高,也可以大量消除机械噪音。
噪音通过风和风轮机结构部分向环境传递,距离风轮机越远,噪音越低。
在一般情况下,风力发电机的噪声相当于夜间安静室内的噪声水平。
风轮机产生的噪音用它的声音功率水平来表示,用Lobs表示风电场周围的噪音水平,用Lback表示环境噪音,采用国际能源署专家组推荐的方程式,计算噪音的传播和各种音源的噪音水平。
现将噪音传播模型简单化,即假定声音从一个点无衰减传播开来。
来自风轮机的噪音(dB(A))用Lw表示,则距离声音源r处的噪音水平Lp为:
Lp=Lw-10lg(2лr2)。
计算的噪音传播基本考虑在小于2km的距离范围内,可以忽略空气影响和大地吸收等效应。
如果有N台风轮机,距离声音源r处的噪音水平总效应为Lp,total,Lp,total=10lg(10)。
Lobs为风轮机噪音水平Lp,total与背景噪音水平Lback之和,计算方法为:
Lobs=10lg(10+10)。
通过上式计算,确定从风电场开始噪音水平低于40dB(A)的距离与风轮机台数之间的关系如表3所示。
据测算[3],单台风轮机发出的声功率级通常在90~100dB(A)之间,风从风轮机吹向500m处,声功率级为25~35dB(A)。
如果风电场共有10台风轮机,500m处噪音水平在35~45dB(A)。
如果风向相反,则500m处噪音水平仅为10dB(A)。
昼间因环境噪声较大,风力发电机的噪声影响相对较小,距风电场140m处可达到《城市区域环境噪声标准GB3096-93》1类标准;但夜间距风电场约600m处才能达到1类标准,影响较大。
2.2.2危害预防在进行风电场规划时,应把对当地居民噪音影响考虑进去。
国外推荐在傍晚或夜间风轮机的噪音保持在5dB(A)的水平。
厂商在制造时可以通过设计和制造技术的革新,降低叶片的气动噪音,减少齿轮箱等噪音源,也可以采用隔离技术屏蔽部分噪音。
因考虑风能资源功率密度的分布,我国风力发电场多数建设在沙漠、山口、海岛等地。
在人迹罕至的荒漠戈壁中建造风电场,对居民的噪音影响甚微。
河西走廊、青海省等区域地旷人稀,风电场建设在荒漠地带,附近居民极少,离风电场又远在数公里之外。
辽宁省的风电场多选在辽东半岛沿岸地带,距离附近居民区远,且沿岸地带风高浪急,风浪声基本盖过风机声。
江苏的风电场主要选择在偏僻的沿海滩涂。
2.3危害鸟类生活
2.3.1危害现象建设大型风电场,风机的运转会对鸟类造成伤害,妨碍附近鸟类的繁殖和栖居,尤其会影响候鸟夜间迁徙。
1)对鸟类栖息和觅食的影响。
鄱阳湖地处长江中下游南岸,是江西省第一个湿地自然保护区――鄱阳湖候鸟保护区。
鄱阳湖区湖滩建设风电场直接影响鄱阳湖区鸟类栖息地187km2,直接减少一定数量的鸟类栖息和觅食的场所。
由于大多数珍禽对噪声具有较高的敏感性,在风电场噪声环境条件下,白鹤、中华秋沙鸭、白琵鹭大鸿、野鸭特别容易受惊吓,会减少活动范围。
鄱阳湖区风电场新型1500kW风机叶片旋转高度为24~100m,老式850kW风机叶片旋转高度为26~84m,运行时将直接影响鸟类的活动,所以规划中的湖滩风电场将会影响鸟类栖息觅食[4]。
2)对鸟类迁徙的影响。
美国加利福尼亚州的阿尔塔蒙特隘口风力发电站是世界著名的风能发电站,每年有多达1766~4721只飞鸟死于风车叶片,其中约1300只是受保护的猛禽,以至政府不得不在冬天候鸟迁徙季节关闭电站。
鄱阳湖有不少国际性保护的候鸟,如白鹤、东方白鹳、白枕鹤、白头鹤、大鸨、白琵鹭、白额雁、灰鹤、黑鹳、小天鹅等。
鄱阳湖水域周边的沿海滩涂、草地和丘陵是这些候鸟的主要迁徙驿站。
鄱阳湖区夏候鸟主要集中在每年的4~9月,冬候鸟主要集中在9月下旬至翌年4月上、中旬。
鄱阳湖区风电场基本处于候鸟的迁徙驿站边缘。
普通鸟类迁徙飞翔高度在400m以下,鹤类在300~500m,雁的飞行高度可达900m,均超过风机的高度(100m以下),风电场风机一般情况下对鸟类迁徙影响不大[5]。
2.3.2危害预防风电场选址时,要尽量回避鸟类栖居地和鸟类迁徙路线,减少对鸟类生活的影响。
甘肃的风能资源主要分布在河西走廊,在这一绵延1000多千米的狭长走廊内,瓜州县被称为“世界风库”,玉门市被称为“风口”。
同时,河西走廊有7个国家级自然保护区,按照甘肃省规划,在保护区核心地域不允许建立风电场,在保护区也要充分考虑回避候鸟迁徙通道,防止对鸟类生活和迁徙造成影响[6]。
青海湖是鸟类迁徙的重要“中转站”,同时又是风能资源丰富的地区,在此地建设风电场也要注意避开鸟类的迁徙路线。
江苏盐城丹顶鹤自然保护区的核心区也不得建立风电场,在非核心区建风电站也应尽可能减少占地面积,输电线要建在地下。
一家受美国加利福尼亚州能源委员会委托的咨询公司在阿尔塔蒙特隘口风力发电站经过历时4年的研究表明,在各风轮机排的两端设置建筑物可使鸟类绕开风轮机飞行,可降低鸟类死亡率;还可通过施放毒饵,控制作为鸟类食物来源的啮齿动物在风轮机周围集结,也可减少对鸟类的伤害。
2.4电磁辐射
2.4.1危害现象电力运行设备都或多或少会产生电磁辐射污染,风力发电机产生的电磁辐射主要来源于发电机、变电所、输电线路等3部分。
本文为全文原貌未安装pdf浏览器用户请先下载安装原版全文风轮机叶片反射电磁波,在附近的接收装置在接收直接信号的同时,也会收到反射信号。
反射信号是一个滞后信号,对调幅(AM)无线电系统影响较大;由于叶片的转动使反射信号又成为一个移相信号,影响调频(FM)无线电系统[7]。
如果叶片由具有强反射能力的金属材料制作,则电磁干扰影响更大。
此外架设的高压输电线路处于工作时,将相对地面产生静电感应,形成一个交变电磁辐射场,对无线电形成干扰[8]。
风轮机能够干扰的通信频率较多,潜在受到风轮机干扰的通信类型主要有电视广播、微波通信、飞机导航无线通信等。
只有当波长大于风轮机总高度的4倍以上时,通信信号才基本不受影响。
2.4.2危害预防风力发电机电磁辐射要控制在设计环节,设计和制造时要防磁、防辐射,选材是降低辐射的关键。
在风电场建设过程中,必须考虑风轮机的参数及相关无线电系统参数。
输电线路设计要调查线路经过的居民点,了解当地通信线路的走势,还要避开重要电子设施,比如电视发射塔、移动通讯发射塔和基站、电话程控塔、机场导航台等。
选用设备干扰水平要低,并与可以造成干扰的设备保持防护间距。
采用架线方式,要适当抬高导线架设高度,减小下场强,优先选择三角形布置形式。
我国适合风场建设的区域和现在已建风电场,多数分布在生态环境没有受到人为干扰或干扰极少的偏远地区,如河西走廊、青海等地,所选风电场多在荒漠地区。
2.5视觉景观污染
2.5.1危害现象在有风和阳光的条件下,风力发电机组会产生晃动的阴影,在清晨和傍晚时阴影效应最大[9]。
阴影随天气和季节的变换而变化,阴影的影响是用一个区域每年在阴影中的总小时数来计算的。
转动的风力机桨叶产生的阴影会使人产生眩晕,心烦意乱,正常生活受到打扰,是一种视觉污染。
风轮机对视觉影响的相关参数有风轮机设计、风轮机尺寸、风轮机的布置、风轮机数量及背景景观类型等。
在风力发电机组选址时,要限制阴影实际发生时间,一般要求阴影影响时间每天不超过10h,否则必须考虑风力发电机在特定时段关机。
可以给风力发电机组安装传感器,在特定时段控制停止运行。
2.5.2危害预防危害的预防可从风轮机的设计、布局和风电场的选址3个方面考虑。
1)风轮机的设计。
风轮机的塔架、轮毂与叶片的设计要讲究协调,符合美学原理。
风轮机叶片数量要以三叶片为主,减少两叶片风轮机,三叶片令人感觉更平衡,更协调。
就大小而言,风轮机越大对景观影响越大,是安排大型风轮机还是小型风轮机,要更多的考虑背景因素。
此外,风轮机的颜色对景观影响也很大,必须充分考虑景观特点。
风轮机最常见的颜色有白色、灰白色和淡蓝色,一般情况下应首选白色。
2)风轮机的布局。
视野中风轮机越大,数量越多,对人的视觉影响就越大。
如果要保持相同的发电能力,风轮机叶片小,就需要增加风轮机的数量。
如果景观规模大,可布置大型风轮机,以点缀景观之美。
比如,一马平川的原野,直径达50~60m的大型风轮机是比较好的映衬。
在自然风光秀丽的景区,或者小型风景区建造风轮机,往往会招致人们的反感。
风轮机的布置通常有成群布置和直线布置模式。
直线等距布置是一种常见的布置模式,多行布置感到不协调,令人迷乱。
如果景观轮廓线不分明,最好成群布置,比如开阔的原野,从各个方向看去,风电场都是一个模样。
风轮机之间的距离应均匀,讲究规范。
3)风电场的选址。
如果风轮机选择的位置恰当,可以使丑陋的风景增添美感,甚至形成一个协调的整体。
比如偏僻的山区,安装几个风轮机在山头或山脊,人们远远看去,能感觉到大自然生命的气息。
河西走廊旅游资源丰富,可以把风电开发与旅游结合起来,在开发新能源的同时,带动当地旅游经济的发展。
3结论
风力发电的正面影响是一种倾向性共识,在我国大力发展风电,不仅是能源开发的需要,也是环境保护的需要。
但风电发展也有环境负面效应,主要体现在自然地表被破坏、鸟类安全、噪音、视觉景观干扰、电磁干扰等问题。
我国风电场主要分布在偏远地区,多数属于生态环境重点保护区,生态环境受到人为干扰极少,这些地区有的已列入国家级自然保护区,有的属于荒漠,生态脆弱。
因此,在风电场施工和运行过程中必须严格保护生态环境,加强管理,尽可能减少负面影响。
1)风电场水土流失类型以风力侵蚀为主,水力侵蚀为辅。
施工期间挖土与回填土工程,将破坏地表形态和土层结构,导致地表裸露,破坏植被,损害土壤肥力,导致水土流失。
风电场设计要尽量少占地、占劣地,保护水土和植被,降低工程对当地生态环境的不利影响。
2)风轮机在运行时产生的噪音包括发电机和
齿轮箱产生的机械噪音、风轮机叶片产生的气动噪音,齿轮箱是机械噪音的主要造成者。
可以通过设计和制造技术的革新,降低噪音。
在进行风电场规划时,应把对当地居民的噪音影响考虑进去。
3)风机的运转会妨碍附近鸟类的繁殖和栖居,影响候鸟夜间迁徙。
风电场选址时,要尽量回避鸟类栖居地和鸟类迁徙路线,减少对鸟类生活的影响。
还可在各风轮机排的两端设置建筑物使鸟类绕开风轮机飞行,降低鸟类死亡率。
4)风力发电机产生的电磁辐射主要来源于发电机、变电所、输电线路3部分。
架设的高压输电线路处于工作时,将相对地面产生静电感应,形成一个交变电磁辐射场,对无线电形成干扰。
许多通信频率都会受到风轮机潜在的影响,风轮机叶片可以反射电磁波。
风力发电机电磁辐射问题主要是要控制在设计环节,充分考虑防磁、防辐射等要求。
风电叶片在设计时,高压输电线路在架设时也要采取防电磁辐射措施。
5)转动的风力机桨叶产生的阴影会使人产生眩晕,心烦意乱,正常生活受到打扰,是一种视觉污染。
只要在风机的设计、布局和选址上考虑周全,风力机将对大自然起到画龙点睛的作用,使美丽的田园风光增添几分现代感的秀色。
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