風(fēng)力發(fā)電場光影影響距離和范圍的確定方法

趙晶晶

(遼寧省環(huán)境工程評估審核中心,遼寧沈陽 110161)

風(fēng)力發(fā)電場光影影響距離和范圍的確定方法

趙晶晶

(遼寧省環(huán)境工程評估審核中心,遼寧沈陽 110161)

遼寧省屬于我國風(fēng)能資源豐富的地區(qū),伴隨著國家有關(guān)部門對風(fēng)力發(fā)電項(xiàng)目在政策方面的扶持風(fēng)力發(fā)電在遼寧省得到了迅速發(fā)展。目前風(fēng)力發(fā)電項(xiàng)目在運(yùn)營過程中存在著光影閃爍等不利影響。對風(fēng)機(jī)的光影閃爍影響的預(yù)測國內(nèi)尚無可借鑒資料。本文提出了一種確定風(fēng)機(jī)光影影響距離和范圍的方法,為風(fēng)電項(xiàng)目選址、環(huán)境管理提供參考。

風(fēng)力發(fā)電 光影影響距離和范圍 確定方法

遼寧省位于東亞大陸東岸中高緯度地區(qū)，位于我國東北地區(qū)南部。地理坐標(biāo)為:118°53′～125°46′E，38°43′～43°26′N。省內(nèi)大部分地區(qū)常年多風(fēng)，風(fēng)能資源較豐富。據(jù)氣象部門資料可以了解到:風(fēng)能資源豐富及較豐富地區(qū)約占全省面積的42%左右，風(fēng)能資源儲量約為5500萬kW，可利用的風(fēng)能資源約為4960萬kW。近年來，風(fēng)電場建設(shè)工程在遼寧省得到了迅速的發(fā)展。自2007年至今我省共審批風(fēng)電項(xiàng)目100個(gè)，總裝機(jī)容量超過5000MW。在充分利用自然資源促進(jìn)地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)也引發(fā)了一系列環(huán)境問題，其中風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的光影閃爍影響就是一個(gè)比較突出的問題。

1 風(fēng)機(jī)光影污染的概念

風(fēng)電機(jī)組不停旋轉(zhuǎn)的葉片在陽光入射方向下，投射到居民住宅的玻璃窗戶上可產(chǎn)生一種閃爍的光影，揮之不去，容易使人心煩意亂，通常被稱之為光影影響。以風(fēng)電機(jī)組所在位置為坐標(biāo)中心，東西方向?yàn)檩S，處于北緯地區(qū)，軸線北側(cè)的居民區(qū)較南側(cè)居民區(qū)容易受到風(fēng)電機(jī)組的光影影響。通常風(fēng)電機(jī)組的光影影響范圍取決于太陽高度角的:太陽高度角越大，風(fēng)機(jī)的影子越短，太陽高度角越小，風(fēng)機(jī)的影子越長[1]。注:光影污染是指風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的光影干擾居民正常生活的現(xiàn)象。

2 風(fēng)機(jī)光影影響距離及范圍的確定

要確定風(fēng)機(jī)光影影響的距離首先應(yīng)確定光影影響角度，光影影響角度是指風(fēng)機(jī)組因太陽而對居民區(qū)住宅產(chǎn)生光影污染的最大角度。因此選擇一個(gè)合理的風(fēng)機(jī)光影影響時(shí)段是確定光影影響角度的先決條件。

2.1 風(fēng)機(jī)光影影響時(shí)段的確定

在北緯地區(qū)，冬至日的太陽高度角是全年中高度角最小的一天。因此也是太陽陰影長度最長的一天。冬至日任意時(shí)刻陰影長度都大于其它日期同一時(shí)刻，因此選擇冬至日為研究風(fēng)機(jī)光影的影響日期。

太陽高度角越小，太陽輻射強(qiáng)度就越小，結(jié)合我省各地冬至日日出和日落時(shí)間，確定風(fēng)機(jī)光影影響時(shí)段為冬至日上午9時(shí)整至下午15時(shí)整。風(fēng)機(jī)光影影響距離的范圍與太陽高度角的變化密切相關(guān)。因此風(fēng)機(jī)光影影響時(shí)段選擇冬至日上午9時(shí)整至下午15時(shí)整是合理的。

2.2 光影影響角度的確定

光影影響角度是以風(fēng)機(jī)所在位置為頂點(diǎn)，冬至日上午9時(shí)整至下午15時(shí)整風(fēng)機(jī)投影的夾角度數(shù)。

光影影響角度х=β(15)-β(9)

表1 遼寧省內(nèi)部分風(fēng)電場的風(fēng)機(jī)光影影響距離計(jì)算結(jié)果

式中:β—逐時(shí)旋轉(zhuǎn)角度，deg;—日出角度，deg;1—冬至日太陽直射緯度，deg(取-23°26′);2—所在地緯度，deg;t1—所在地冬至日日出時(shí)間(注:北京時(shí)間);t2—所在地冬至日日落時(shí)間(注:北京時(shí)間);t—逐時(shí)時(shí)間(北京時(shí)間)。

2.3 光影影響距離的計(jì)算

光影影響距離是指風(fēng)機(jī)組可能對居民住宅產(chǎn)生光影污染的最大距離。光影防護(hù)距離L=D/tgh0其中，D=D0+D1，h0=arcsin[sinφsin σ+cosφcosσcos(15t+λ-200)][2]

式中:D—風(fēng)機(jī)有效高度，m;D0—風(fēng)機(jī)高度，m;D1—風(fēng)機(jī)所在位置與附近光影敏感點(diǎn)間的地面高差，m;h0—太陽高度角，deg;φ—當(dāng)?shù)鼐暥?，deg;t—進(jìn)行觀測的時(shí)間(注:北京時(shí)間);λ—當(dāng)?shù)亟?jīng)度，deg;σ—太陽傾角，deg;θ0—360dn/365，deg;dn—冬至日在一年中的日期序數(shù)(取為345)。

根據(jù)上述公式，計(jì)算遼寧省內(nèi)部分風(fēng)電場在冬至日上午9時(shí)整至下午15時(shí)整的光影影響距離，計(jì)算結(jié)果見表1。

考慮到光的散射和折射因素，當(dāng)光影到達(dá)超過500m的范圍時(shí)，強(qiáng)度會減弱。同時(shí)由上表可以發(fā)現(xiàn):光影長度超過500m的時(shí)間也較短，僅出現(xiàn)在9:00和15:00左右，因此光影的影響也較小。

2.4 光影影響范圍的確定

通過計(jì)算冬至日9時(shí)至15時(shí)的光影影響距離，在地形圖上確定風(fēng)機(jī)組位置、以及敏感目標(biāo)位置，并劃出光影影響范圍，可以發(fā)現(xiàn):光影影響范圍位于風(fēng)機(jī)北側(cè)，是由兩條漸近線形成的凹形區(qū)域，曲線與風(fēng)機(jī)的最短距離為冬至日正午時(shí)刻風(fēng)機(jī)的影長。

3 結(jié)語

根據(jù)近年來遼寧省環(huán)境工程評估審核中心承擔(dān)的省內(nèi)風(fēng)電場項(xiàng)目竣工環(huán)境保護(hù)驗(yàn)收調(diào)查時(shí)對光影影響范圍的調(diào)查，本文提出的風(fēng)機(jī)光影影響范圍的確定方法在實(shí)際中已得到了進(jìn)一步的驗(yàn)證，對新建風(fēng)電場的選址、環(huán)境管理及城市規(guī)劃都具有確切的參考價(jià)值。

[1]耿曉梅,趙桂鳳.關(guān)于風(fēng)力發(fā)電場風(fēng)機(jī)光影影響防護(hù)距離的研究[J].氣象與環(huán)境學(xué)報(bào),2007,(3).

[2]國家環(huán)境保護(hù)總局環(huán)境工程評估中心.環(huán)境影響評價(jià)技術(shù)方法[M].北京:中國環(huán)境科學(xué)出版社,2007.