風(fēng)電場對環(huán)境的影響及控制分析

國華（虞城）新能源有限責(zé)任公司 張華盛

風(fēng)電資源成本低廉、無窮無盡，因此風(fēng)力發(fā)電是現(xiàn)階段應(yīng)用最為廣泛、開發(fā)最具規(guī)模的再生新能源發(fā)電方式[1]。大量采取風(fēng)力發(fā)電，可減少對礦物燃料的依賴，不僅能對不可再生的資源加強(qiáng)保護(hù)，同時對環(huán)境更友好。但風(fēng)力發(fā)電畢竟屬于人力對大自然的干預(yù)，難免會對生態(tài)環(huán)境造成一定影響，而風(fēng)電場一旦建成，若要輕易更改或消除，難度較大。因此，我們需要做好風(fēng)電場的設(shè)計及管理，盡可能減少風(fēng)電場對環(huán)境造成的影響。

一、我國近年來風(fēng)電場的投運(yùn)情況分析

近年來，我國風(fēng)能資源的潛力受到了充分的重視，氣象局調(diào)查[2]顯示，我國陸地上，距離地面50m位置，等級高于3級的風(fēng)能資源潛在的開發(fā)量為23.8億千瓦，而海平面50m之上的高度，裝機(jī)容量為2億千瓦。從2017年起，我國風(fēng)電場的投運(yùn)數(shù)量逐漸增多，2020年，我國可再生能源學(xué)會風(fēng)能專委會披露，我國現(xiàn)階段風(fēng)電場數(shù)量為4000余個，其中投入運(yùn)行中的風(fēng)電場數(shù)量為2488個，截止到2021年5月，這2488個風(fēng)電場裝機(jī)容量為19564.59萬千瓦。投運(yùn)的風(fēng)電場具體數(shù)據(jù)如圖1。

圖1 我國2017年-2020年已投運(yùn)風(fēng)電場數(shù)量（單位：個）

目前，我國陸地風(fēng)能資源的分布地主要為新疆、內(nèi)蒙古、甘肅酒泉、吉林西部、江蘇近海、河北壩上等，其中，新疆與內(nèi)蒙古的裝機(jī)功率最高，在全國裝機(jī)容量中占比62%，沿海地區(qū)占比28%，以浙江、遼寧、廣東為主?？傮w來看，我國的風(fēng)能資源開發(fā)度相對較低，不過其開發(fā)潛力較大，大部分地區(qū)的風(fēng)電場建在偏遠(yuǎn)地區(qū)，多數(shù)為生態(tài)環(huán)境的重點(diǎn)保護(hù)區(qū)[3]，在風(fēng)電場運(yùn)行過程中，需要重視對生態(tài)環(huán)境的保護(hù)工作。

二、風(fēng)電場對環(huán)境的影響

（一）施工階段的影響

在風(fēng)電場施工階段，均需進(jìn)行土石方的填挖、風(fēng)機(jī)吊裝機(jī)修路等，這些環(huán)節(jié)會產(chǎn)生廢棄物、噪聲及廢水等，對環(huán)境可造成影響。施工階段對環(huán)境的影響具體見表1。

表1 施工階段風(fēng)電場對環(huán)境造成的影響表

在施工階段，風(fēng)電場建設(shè)對環(huán)境最突出的影響體現(xiàn)在以下兩個方面：

1.水土流失，植被破壞

在風(fēng)電場建設(shè)階段，施工必然會導(dǎo)致水土流失，其類型主要是風(fēng)力侵蝕，同時也有水力侵蝕。施工期間需要挖土、回填土，如平整土地、修建道路、實(shí)施箱式變工程及電纜溝工程等，均會對當(dāng)?shù)氐乇硇螒B(tài)、土層結(jié)構(gòu)造成破壞，致使地表裸露，大量植被受損，土壤肥力大幅下降，水土逐漸消失[4]。如河西走廊上分布的風(fēng)電場，其位置多為荒漠地帶，當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境本身十分脆弱，戈壁灘上的植被保護(hù)層、礫石層均易被破壞，一旦破壞又難以恢復(fù)，尤其是大型機(jī)械對當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境造成的損害更為嚴(yán)重。

2.噪聲污染

施工期間的噪聲主要來自各種機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行，可能會對居民的正常生活造成影響，尤其是到夜晚，噪聲的影響越發(fā)明顯。不過很多風(fēng)電場建在人煙稀少的地方，對居民的影響可以忽略。

（二）運(yùn)行中的影響

當(dāng)風(fēng)電場正式投入運(yùn)行后，會對環(huán)境產(chǎn)生極大的影響見表2，其中最突出的影響是噪聲、電磁輻射及光污染。

表2 風(fēng)電場運(yùn)行階段對環(huán)境造成的影響表

1.噪聲

在運(yùn)行過程中，風(fēng)輪機(jī)出現(xiàn)的噪音主要來自風(fēng)輪機(jī)葉片氣動噪音、輪轂中活動部件機(jī)械噪音，這些噪音都和風(fēng)速有關(guān)。齒輪箱、發(fā)電機(jī)是噪音產(chǎn)生的主要“元兇”[5]，尤其是齒輪箱引發(fā)的噪音十分明顯，噪音經(jīng)由風(fēng)輪機(jī)結(jié)構(gòu)和風(fēng)可傳遞到環(huán)境中。

以聲音功率水平對風(fēng)輪機(jī)噪音予以表示，以Lobs來代表風(fēng)電場周圍噪音水平，環(huán)境造影以Lback表示，根據(jù)國際能源署專機(jī)組的提議，簡單化噪音傳播的波形，即假定聲音從某一點(diǎn)傳播時，不會出現(xiàn)衰減。風(fēng)輪機(jī)噪音為Lw，和聲音源的距離為r的位置，其噪音水平為Lw-10lg（2πr2）。進(jìn)一步計算，若風(fēng)電場風(fēng)輪機(jī)共10臺，距離風(fēng)電場500m的位置，噪音可達(dá)到35-45dB（A）。白天因外界環(huán)境中存在較多噪音，因此風(fēng)力發(fā)電機(jī)噪音的影響較小，而到了夜晚，要想達(dá)到噪音1類標(biāo)準(zhǔn)，和風(fēng)電場的距離至少要保持600m。

2.電磁輻射

電力設(shè)備在運(yùn)行中或多或少都會產(chǎn)生一些電磁輻射的危害。風(fēng)電場電機(jī)運(yùn)行中，輸電線路、變電所及發(fā)電機(jī)均會形成電磁輻射[6]。風(fēng)輪機(jī)的葉片可對電磁波進(jìn)行反射，附近接收裝置不僅會接收到直接的信號，還會接收到這一部分反射信號，而反射信號具有滯后性，可能對調(diào)頻無線電系統(tǒng)造成影響。風(fēng)電機(jī)還可對通信頻率造成干擾，如飛機(jī)導(dǎo)航無線通信、微波通信、電視廣播等，均可能被風(fēng)電場的電磁輻射所影響。

3.視覺污染

風(fēng)電場發(fā)電機(jī)組在有陽光、有風(fēng)的環(huán)境中會形成晃動的陰影，傍晚、清晨時分，陰影效應(yīng)最為明顯。另外，季節(jié)、天氣的變化會對陰影的形成造成影響。風(fēng)力機(jī)槳葉轉(zhuǎn)動過程中形成的晃動的陰影可讓人產(chǎn)生眩暈感，導(dǎo)致人心煩意亂[7]，嚴(yán)重影響人的正常生活，屬于視覺污染。

三、控制風(fēng)電場對環(huán)境影響的有效措施

（一）對于水土流失、植被破壞等危害的預(yù)防控制措施

首先，風(fēng)電場在建設(shè)之前，應(yīng)該合理選址，在選址時需遵循以下原則：（1）為減少尾流折減的影響，風(fēng)電機(jī)組的行列間距應(yīng)嚴(yán)格根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計；（2）在選址時，認(rèn)真分析地表特性，盡可能降低尾流影響，同時盡量應(yīng)用劣地，少占地，對農(nóng)田、墳?zāi)辜訌?qiáng)保護(hù)，充分利用土地資源；（3）和軍用設(shè)施、民用設(shè)施保持一定距離，以免風(fēng)電場對當(dāng)?shù)厣罴吧a(chǎn)造成影響；（4）風(fēng)電場和發(fā)射站、導(dǎo)航雷達(dá)保持充足的距離，以免造成干擾；（5）在架空電線、修建風(fēng)電場時，遇到灌叢及喬木盡量避讓，減少施工對植被造成的影響。

其次，需做好施工過程管控。在風(fēng)電場建設(shè)中，開挖填方的工作盡量不要在雨水充沛的季節(jié)開展，底層土可用來回填，表層的種植土需單獨(dú)存放。升壓站實(shí)施基礎(chǔ)開挖之前，剝離獲得的表土應(yīng)在固定的位置存放，完成施工后覆土，加強(qiáng)場區(qū)綠化。表土堆放的區(qū)域周圍、臨時棄土周圍，需用編織袋裝土來做臨時攔擋，用苫布遮蓋，避免大風(fēng)揚(yáng)塵[8]。

完成施工后，部分土壤難以恢復(fù)，需要永久占用。對無水泥覆蓋的地方實(shí)施覆土平整，通過異地植草的方式實(shí)現(xiàn)生態(tài)補(bǔ)償。

（二）對于噪音的預(yù)防控制措施

無論是在施工階段還是在風(fēng)電場運(yùn)行階段，噪音都是難以避免的環(huán)境污染。在規(guī)劃風(fēng)電場時，需充分考慮風(fēng)電場建成后對居民的噪音影響。國外推薦，夜間或傍晚，風(fēng)輪機(jī)造影應(yīng)低于5dB（A）。在風(fēng)電場施工及運(yùn)行中，還可應(yīng)用隔離技術(shù)，對部分噪音進(jìn)行屏蔽。另外，作為生產(chǎn)企業(yè)，在制作風(fēng)輪機(jī)葉片時，應(yīng)不斷追求技術(shù)革新，盡可能減少葉片起因躁動，減少齒輪箱的噪音。

如前所述，因風(fēng)能資源公路密度的影響，我國風(fēng)電場選址多數(shù)為海島、山口及沙漠等人跡罕至的地方，附近并沒有多少居民，因此，風(fēng)電場的噪音影響并不十分嚴(yán)重。

（三）對于電磁輻射的預(yù)防控制措施

對于發(fā)電機(jī)的電磁輻射，需要從設(shè)計環(huán)節(jié)入手控制。在設(shè)計、制造過程中，應(yīng)遵循防輻射、防磁的標(biāo)準(zhǔn)。另外，在風(fēng)電場施工中，需要風(fēng)輪機(jī)參數(shù)、無線電系統(tǒng)的參數(shù)。在設(shè)計輸電線路時，需要了解線路會經(jīng)過哪些居民點(diǎn)，對當(dāng)?shù)氐耐ㄐ啪€路布設(shè)及走勢準(zhǔn)確把握，且要避開重要的電子設(shè)施。輸電線路應(yīng)盡量和已被干擾的設(shè)備保持合理的間距。在布設(shè)過程中盡量采取架線的形式，將導(dǎo)線架設(shè)的高度適當(dāng)抬高，盡可能采用三角形的布設(shè)形式。

（四）對于視覺污染的預(yù)防控制措施

對于視覺污染，應(yīng)從風(fēng)電場選址、風(fēng)輪機(jī)設(shè)計及布局等角度出發(fā)。第一，風(fēng)輪機(jī)合理選址，可以給當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境增加美感，和自然環(huán)境形成統(tǒng)一的整體。如河西走廊擁有豐富的旅游資源，若能在風(fēng)電場選址時充分考慮風(fēng)輪機(jī)和自然之間的配合與協(xié)調(diào)，不僅能開發(fā)風(fēng)能，還能進(jìn)一步促進(jìn)旅游業(yè)的發(fā)展。在風(fēng)輪機(jī)設(shè)計中，風(fēng)輪機(jī)搭架、輪轂和葉片設(shè)計均需講究協(xié)調(diào)，葉片盡量用三葉片，根據(jù)外界環(huán)境決定風(fēng)輪機(jī)葉片的顏色及大小。另外，風(fēng)輪機(jī)布局中，需要結(jié)合當(dāng)?shù)鼐坝^，確定風(fēng)輪機(jī)的大小，如在平原上，大型風(fēng)輪機(jī)會點(diǎn)綴景觀。風(fēng)輪機(jī)布設(shè)，應(yīng)盡量采用直線布置或成群布置，以增加美感。

四、結(jié)束語

風(fēng)力發(fā)電是滿足社會發(fā)展需求的再生資源供應(yīng)方式，應(yīng)用前景廣闊。我們在大力推行風(fēng)力發(fā)電的同時，也需關(guān)注風(fēng)電場對環(huán)境的影響，采取“預(yù)防為主、治理為輔”的思路，最大限度地控制風(fēng)電場對環(huán)境的不良影響，從而實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電的綠色發(fā)展之路。

相關(guān)鏈接

風(fēng)電（全稱風(fēng)力發(fā)電）是可再生、無污染、能量大、前景廣的能源，大力發(fā)展清潔能源是世界各國的戰(zhàn)略選擇。風(fēng)電技術(shù)裝備是風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的重要組成部分，也是風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)和保障，世界各國紛紛采取激勵措施推動本國風(fēng)電技術(shù)裝備行業(yè)發(fā)展，并培養(yǎng)了一流的風(fēng)電裝備制造企業(yè)，同時，風(fēng)電技術(shù)進(jìn)步和風(fēng)電裝備制造企業(yè)的成長又進(jìn)一步促進(jìn)了風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。目前，我國風(fēng)電技術(shù)裝備行業(yè)已經(jīng)取得較大成績，但距國外發(fā)達(dá)國家還有一定差距。

定義1：

由多臺風(fēng)力發(fā)電機(jī)組構(gòu)成的發(fā)電廠。

定義2：

在一個風(fēng)能資源豐富的場地，由一批風(fēng)力發(fā)電機(jī)組或機(jī)組群組成的電站。