優(yōu)化風電場和電網布局以避免鳥撞

任西嬋，伊坤朋，曹 壘

（中國科學院生態(tài)環(huán)境研究中心城市與區(qū)域生態(tài)國家重點實驗室，北京 100085）

隨著人口和能源需求的增長，電力在人類生活中扮演著越來越重要的角色?；茉吹目萁吆筒粩嗉觿〉臍夂蜃兓苿恿孙L能等清潔能源的發(fā)展與利用。2000 年，全球風能發(fā)電量為3.1×1010kW·h，占全球總發(fā)電量的0.2%。2020 年，全球風能投資達7 430 億美元，發(fā)電量增長至1.596×1012kW·h，增加了約50 倍，占全球總發(fā)電量6%。到2050 年，全球人口預計增長20 億，電能占終端能源消耗比例將從目前的20%增至50%，其中風能發(fā)電量將增長20%，在全球范圍內促進了對風電場和電網的投資[1-2]。同時，區(qū)域經濟和城鎮(zhèn)化建設快速發(fā)展，推動全球人員和貨物流動性不斷增加，安全、生態(tài)友好的高速鐵路成為發(fā)展大容量交通運輸網絡的重要趨勢。全球各地區(qū)國家正在加速建設高速鐵路網絡作為城際連接的優(yōu)先模式。預計至2030 年，全球高速鐵路流量將增加1 倍[3]。

候鳥在不同區(qū)域棲息地之間進行遠距離遷徙，與地球上不同生態(tài)系統、本地生物多樣性和人類文化相關聯，并提供生態(tài)系統服務[4]。在過去的30 年，由于氣候變化和人為干擾，全球主要遷徙路線中超過一半的候鳥數量減少[5]。風電場、電網和高速鐵路的蓬勃發(fā)展增加了鳥類與人工設施的沖突，成為阻礙鳥類多樣性保護的又一重要因素。美國每年因風電場死亡的鳥類大約有20 000～573 000 只[6]，因電網死亡（碰撞或觸電）的鳥類大約有1 200 萬～6 400 萬只[7]。ELADIO et al[8]研究得出，在每天有53 和25 班次的高速鐵路區(qū)段，鳥類與列車相撞的概率分別為60.5和26.1 只鳥/km·年。此外，風電場、電網和高速鐵路可能成為鳥類飛行中的屏障，對鳥類造成種群水平的長期威脅[9]。

改革開放以來，我國經濟高速增長，能源和交通運輸需求不斷增加，風能、電網和高速鐵路發(fā)展勢頭強勁。我國地處亞洲鳥類遷徙路線的中心區(qū)域，是亞洲遷徙鳥類最重要的停歇地和越冬地，在非繁殖期肩負著維護亞洲鳥類多樣性的重任[10]?；趪H上對風電場、電力線和高速鐵路生態(tài)影響的相關研究和管理經驗，本文闡述了我國風能、電網和高速鐵路發(fā)展的現狀和未來趨勢，總結了風電場、電網和高速鐵路建設對鳥類及其棲息地造成的影響，并提出了緩解這些影響的措施與建議。

1 我國風能、電網和高速鐵路的發(fā)展

我國風能資源主要分布于東北、華北北部和西北地區(qū)及東南沿海[11]。陸上離地10 m 高度層風能資源技術可開發(fā)量為2.5×109kW，近海（水深＜15 m）風能資源技術可開放量為7.5×109kW[12]。2010 年，全國風能發(fā)電量為4.462×1011kW·h，占全國總發(fā)電量比例的1%。2020 年，全國風電場數量超過4 000個，風能發(fā)電量增長至4.665×1012kW·h，占比達7%[12]。截至2021 年底，我國風電并網裝機容量突破3×109kW 大關，是2020 年底歐盟風電總裝機的1.4 倍、美國的2.6 倍，穩(wěn)居世界第一[13]。在2020年北京國際風能大會上，400 余家風能企業(yè)聯合發(fā)布了《風能北京宣言》，目標是在2021～2025 年保證年均新增風電裝機5×107kW，2025 年后風電年均新增裝機容量不低于6×107kW，到2030 和2060 年分別達到8×109和3×1010kW[14]。

我國能源與負荷分布不均，需要大容量、遠距離輸電以滿足不同地區(qū)的用電需求[15]。1989 年，我國第一條大容量遠距離直流輸電工程——葛洲壩至上海輸電工程單極投入運行[16]。隨著電力高速發(fā)展，我國電網系統運行電壓等級不斷提升，電網規(guī)模不斷擴大。2010 年底，全國220 千伏及以上輸電線路總長為430 000 km，到2020 年底增長至794 000 km，成功建成投運“十四交十六直”30 條特高壓線路，并初步實現與俄羅斯和蒙古等周邊國家的跨國電力交易。我國用電呈現剛性、持續(xù)增長，預計2025 年我國全社會用電量達9.5×1013kW·h以上，發(fā)電裝機總容量達2.9×1010kW·h[17]。

20 世紀90 年代，為滿足客貨運輸需求，我國開始建設高速鐵路。2002 年12 月建成的秦皇島至沈陽客運專線，是我國自己研究、設計、施工、符合高速列車條件的第一條鐵路客運專線[18]。2010 年，我國高速鐵路運營里程達5 130 km，截至2020 年底，高速鐵路運營里程增長至37 900 km，穩(wěn)居世界第一[19]。經過長期的努力和技術創(chuàng)新，我國的高速鐵路在各技術領域取得了一系列重大成果，形成了具有中國特色的高鐵技術體系[20]。到2035 年，我國高速鐵路運營里程預計達70 000 km[21]。

根據《中華人民共和國國民經濟和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和2035 年遠景目標綱要》[22]，我國將大力提升風電規(guī)模，有序發(fā)展海上風電，建設9 大清潔能源和海上風電基地；提升向邊遠地區(qū)輸配電能力，實現由西部向東部沿海地區(qū)的長距離橫向輸電；構建快速網，基本貫通“八縱八橫”高速鐵路。

2 風電場、電網和高速鐵路對鳥類的影響

2.1 增加鳥類與人工設施的碰撞風險

鳥類橫向生長的眼睛有著廣泛的視覺覆蓋，但其眼眶及眉脊的凸起造成了視野上方或頭前方的較大盲區(qū)[23]。風電場、電網和高速鐵路的發(fā)展增加了鳥類的碰撞風險，特別是建設在鳥類棲息地、覓食地、遷徙通道和海岸線、山脊等鳥類導航利用景觀的設施[24-25]。2014～2017 年在云南西線鳥類夜間遷徙通道和越冬區(qū)域附近的研究發(fā)現54 只鳥受到風電場影響，其中23 只死亡[26]。渤海灣是我國一級保護動物東方白鸛（Ciconia boyciana）的重要遷徙停歇地。2021 年11 月，在天津濱海新區(qū)發(fā)現了4 只撞上高壓線的東方白鸛，其中3 只死亡（包括1 只救治無效而死亡）；12 月，中國科學院生態(tài)環(huán)境研究中心追蹤監(jiān)測的一只東方白鸛在越冬地鄱陽湖撞上風力發(fā)電機后死亡。近年來，在云南納帕海自然保護區(qū)也發(fā)生數起越冬黑鸛（Ciconia nigra）、灰鶴（Grus grus）和斑頭雁（Anser indicus）撞上電線的事件。此外，棲息、覓食于鐵路附近農田和水塘的鳥類，受到視覺刺激后可能由于反應速度慢而無法避開運行的高速列車[8,27]。西安-成都高速鐵路穿越朱鹮（Nipponia nippon）國家自然保護區(qū)，根據2016 年開展的鳥類與列車碰撞風險調查，92.86%的朱鹮棲息于距鐵路橋0～25 m 的范圍內，并且朱鹮在穿越鐵路時更喜歡高空飛躍（平均飛行高度超過20 m）鐵路橋避免碰撞。雖然朱鹮與高速列車的碰撞風險相對較低，但仍建議在鐵路橋兩側安裝防護欄，為鳥類的安全飛行提供更多保護[28]。

鳥類的物種特異性因素和個體差異，例如體型、飛行行為、飛行經驗和健康狀況等，也影響鳥類與人工設施的碰撞風險[24-25]。在諸多鳥類中，由于需要依靠山口間的上升熱氣流往返于覓食地和棲息地，猛禽與風力發(fā)電機發(fā)生碰撞的概率較高。在美國的阿爾塔蒙特山口風電場，每年約有80 只金雕（Aquila chrysaetos）和400 只兀鷲（Gyps fulvus）因與風力發(fā)電機碰撞而死亡[29]。金雕是我國一級重點保護動物，最近在河北壩上發(fā)現了一只撞上風力發(fā)電機的金雕，幸運的是，它得到救治后完全康復。但是，在遼寧馬鞍山風電場發(fā)現了一只被擊落的禿鷲（Aegypius monachus）當場死亡，該風電場不僅位于禿鷲的遷徙通道，而且離白鶴（Grus leucogeranus）等水鳥的棲息地——獾子洞濕地僅有6 km。電線碰撞已對全球15 種鶴類中的12 種構成威脅，包括1 種極度瀕危物種和3 種瀕危物種[30]。2019～2021年在烏魯木齊市記錄到49 只灰鶴撞上高壓線，傷亡率達5.4%[31]。2018 年和2019 年在甘肅鹽池灣保護區(qū)出生的黑頸鶴（Grus nigricollis）幼鳥在越冬地西藏林周縣撞擊電線死亡率分別為40.0%和83.3%，是該黑頸鶴種群幼鳥在越冬地死亡的主要原因[32]。此外，在大霧、降雨、強逆風或能見度低等惡劣的天氣條件下，鳥類會大幅降低飛行高度，易被風電場、電網和高速鐵路等人工設施的光源吸引而增加碰撞風險[24-25]。

2.2 占用我國遷徙鳥類高度利用的區(qū)域

我國幅員遼闊，鳥類物種豐富。作為亞洲鳥類遷徙路線的中心區(qū)域，繁殖于俄羅斯北極苔原和泰加林、蒙古高原和中國東北地區(qū)的大型水鳥，大多都經過我國到東亞、南亞和東南亞越冬或在我國越冬。我國遷徙水鳥高度利用的區(qū)域主要位于東部的泛洪平原，分布在黑龍江、遼河、海河、黃河、長江和珠江6 條大河流域的濕地以及江蘇沿海地區(qū)。遷徙水鳥集中停歇和越冬的濕地總面積分別約為90 000 km2和50 000 km2，兩者之和僅占我國國土總面積的1.5%，卻承載了屬于亞洲20 多個國家和地區(qū)的遷徙水鳥[10]。ZHANG et al[33]基于《國際濕地公約》確定了我國422 個重要鳥類和生物多樣性區(qū)域，但是我國已建成的風電場、電網和高速鐵路沒有完全避開這些遷徙鳥類高度利用的區(qū)域。根據“十四五”規(guī)劃，我國風電等能源基地將與重要鳥類和生物多樣性區(qū)域產生更大沖突，進一步影響我國鳥類棲息地的完整性、功能性和連通性，并對遷徙鳥類造成長期的累積效應，見圖1 和圖2。

圖1 我國風電能源基地與重要鳥類和生物多樣性區(qū)域空間重疊分布圖

風電場和高速鐵路在全國范圍內的組網建設，不僅增加了鳥類與人工設施之間的沖突，還可能導致鳥類遷徙路線中重要停歇位點的消失或退化，從而影響鳥類的遷徙和繁殖等行為[34]。風力發(fā)電機等人工設施可能成為鳥類飛行路徑中的物理屏障，在能見度高的情況下，鳥類受到視覺刺激后主動規(guī)避。鳥類被迫繞行或放棄其原本理想的覓食地，增加能量消耗且減少能量的攝入，進而影響鳥類的存活率[35-36]。德國horns 風電場導致其半徑16 km 內紅喉潛鳥（Gavia stellata）的種群密度下降了60%[37]。風電場和高速鐵路的建設改變了局域微環(huán)境，如環(huán)境基質組成、水文和生態(tài)過程、底棲生物的密度和分布，并產生噪音和燈光干擾，進而影響鳥類的繁殖成功率和生物節(jié)律[38]。辜小安[39]指出鐵路噪聲對雅魯藏布江鐵路線兩側1.5 km 范圍內的黑頸鶴棲息地造成干擾，可能影響黑頸鶴的繁殖率。

關于鳥類與電線之間沖突的研究開始地較早，除了輸電線等設施引發(fā)鳥類碰撞的負面影響，鳥類活動導致的輸電線路故障僅次于雷電和外力破壞[40]。隨著城市化的進程，鳥類對人工設施的利用不斷增加。鳥類的巢址選擇對于鳥類生存和繁殖具有重要意義，結構穩(wěn)定的輸電鐵塔等設施給鳥類提供了適宜的營巢生境。例如，在黃河三角洲自然保護區(qū)，東方白鸛主要集中在位于蘆葦沼澤中的一排高壓電線塔上營巢繁殖，這些電塔便于東方白鸛近距離覓食和躲避敵害[41]。然而，鳥類的排泄物可能污染導線絕緣子，筑巢和捕食等行為可能導致電線短路，從而影響居民生活和電力企業(yè)的經濟效益。如何緩解鳥類與電網之間的沖突，創(chuàng)造人與鳥類和諧共處的空間也成為了新的議題。在江蘇省高郵市界首鎮(zhèn)大昌村，電力巡線人員發(fā)明出新型防護擋板，采用輕便耐腐、硬度大的新型環(huán)氧樹脂絕緣材料預防鳥害，并在輸電鐵塔的安全位置為東方白鸛搭建了人工鳥巢，在確保輸電塔安全的同時更好地守護東方白鸛。

3 評估風電場、電網和高速鐵路對鳥類的威脅

3.1 我國環(huán)境影響評價存在短板

我國對氣候變化和生物多樣性喪失等問題高度重視，不僅積極探索和實踐生態(tài)保護，而且堅持履行大國責任，引領、支持和協同盡可能多的國家共同應對全球生態(tài)危機。2021 年，《生物多樣性公約》締約方大會第十五次會議正式通過“昆明宣言”，為制定未來十年的全球生物多樣性保護框架奠定了基礎。但是，我國關于評估清潔能源和交通運輸發(fā)展對鳥類多樣性影響方面的工作還相對滯后。

我國自1979 年正式提出開展環(huán)境影響評價，2003 年《中華人民共和國環(huán)境影響評價法》正式頒布施行，初步確立環(huán)境影響評價制度?！吨腥A人民共和國環(huán)境影響評價法（2018 修訂）》第八條和第十六條明確規(guī)定能源和交通有關專項規(guī)劃和建設項目必須進行環(huán)境影響評價。國家出臺的《風電場工程建設用地和環(huán)境保護管理暫行辦法》第十條規(guī)定“加強環(huán)境影響評價工作，認真編制環(huán)境影響報告表”。雖然對風電場等規(guī)劃和項目提出了嚴格的環(huán)境影響評價要求，但是接連出現的鳥類碰撞事件表明，在組織實施風電場等項目的環(huán)境影響評價時缺乏對鳥情和鳥類碰撞風險的評估，在項目建成后缺乏對鳥類安全的監(jiān)測與管理。

3.2 國際經驗

歐美等最先利用和發(fā)展風能的國家，已經開展了較為充分的實地調查來研究鳥類與風電場碰撞的風險和影響?；诶走_、紅外相機和衛(wèi)星追蹤等技術對鳥類進行碰撞監(jiān)測，可以確定并量化與碰撞相關的影響因子，包括鳥類表現（回避或被吸引），物種特異性（體長、翼幅和飛行速度），渦輪機特異性（轉子直徑和轉速、葉片尺寸和轉速和槳距變化）和鳥類活動（飛行密度和高度、分布），開發(fā)鳥類碰撞風險模型[42-43]，見圖3。該方法具體為：1）在沒有鳥類被轉移或采取其他躲避行動且沒有被風電場吸引的情況下，估計可能會受到風力渦輪機威脅的鳥類飛行活動次數；2）使用飛行活動數據來估計鳥類通過風力渦輪機轉子的潛在次數；3）計算單次鳥類通過渦輪機轉子發(fā)生碰撞的概率；4）將上述因素相乘得出相關鳥類的潛在碰撞死亡率；5）考慮可能會避開風電場或風力渦輪機的鳥類的比例和風電場對鳥類的吸引(如對棲息地變化的反應)；6）表明用此方法估計碰撞風險的不確定性。

圖3 鳥類與風電場碰撞風險模型

丹麥位于全球2 條重要的候鳥遷徙路線上，其濱海地區(qū)對遷徙水鳥的繁殖、停歇和越冬都非常重要。作為世界上第一個建造海上風電場的國家，在丹麥開展了大量關于風電場對遷徙鳥類影響的研究和評估工作[34]。對丹麥Klim Fjordholme 風電場附近的粉腳雁（Anser brachyrhynchus）和灰鶴的研究發(fā)現，這2 個物種均表現出非常高的回避率。粉腳雁會避開整個風電場，而灰鶴能夠在風電場內避開風力發(fā)電機[44]。同樣，關于鳥類與電力線碰撞風險的研究表明，鳥類與地線的碰撞風險最高，翅膀載荷高、展弦比低的物種碰撞風險更高，如雁形目、鸊鷉目、鶴形目和鸻形目[24]。

歐美等國家形成了成熟的環(huán)境影響評價體系。歐盟法律2001/42/EC 要求包括能源和運輸在內的公共計劃在準備期間和通過之前進行戰(zhàn)略環(huán)境評價（ Strategic Environmental Assessment） 。通過編制環(huán)境報告，列出計劃可能對環(huán)境（含生物多樣性）造成的重大影響及該計劃的合理替代方案，接受公眾（包括非政府組織）和規(guī)定的環(huán)境評價咨詢機構的審核和建議。對于可能對另一個成員國的環(huán)境產生重大影響的計劃，編制該計劃的成員國必須與其他成員國協商。同時，歐盟法律要求對公共計劃中具體的工程項目開展環(huán)境影響評價（Environmental Impact Assessment），并且考慮環(huán)境影響的累積性質，進行累積影響評價（Cumulative Impact Assessment）[45-46]。如：對風電場項目所涉及的具體鳥類種群在當地地理尺度上進行環(huán)境影響評價，并對相關基礎設施（如變電站和海底電纜等）對鳥類種群的長期影響進行累積影響評價。這些評估需要涵蓋整個年度周期來考慮季節(jié)性變化，并以1 年以上的監(jiān)測數據評估項目對鳥類影響的年際變化[47]。美國內布拉斯加州的一條輸電線路與瀕危美洲鶴（Grus americana）的遷徙廊道部分重疊，通過開展環(huán)境影響評價，該線路被重新規(guī)劃以保證距離美洲鶴重要覓食、棲息地至少1.6 km[48]。

4 緩解對鳥類影響的措施及建議

4.1 優(yōu)化風電場、電網和高速鐵路規(guī)劃區(qū)域及項目地設計布局

基于中國科學院建立的“中國生物多樣性監(jiān)測與研究網絡(Sino BON)——鳥類多樣性監(jiān)測專項網”[49]，中國科學院生態(tài)環(huán)境研究中心聯合多個國家合作開展了鳥類野外追蹤工作，主持建設了目前亞洲最大且具有自主知識產權的遷徙鳥類運動生態(tài)數據庫，獲得了亞洲大型水鳥的主要遷徙路線和高度利用的濕地區(qū)域。在此基礎上，我們建議國家有關部門、相關組織和研究機構對已建成的位于或靠近鳥類敏感區(qū)域、遷徙通道的風電場、電網和高速鐵路開展實地調查和鳥情評估，確定影響鳥類碰撞的因素，開發(fā)適用于我國的鳥類碰撞風險模型?；谝陨涎芯績?yōu)化風電場、電網和高速鐵路的規(guī)劃區(qū)域，從而減少對鳥類的影響。

風電場、電網和高速鐵路應在宏觀尺度上避開鳥類高度利用的濕地區(qū)域和用于保護指定物種的保護區(qū)，并在微觀尺度上盡可能避免垂直穿越鳥類筑巢和覓食地、鳥類遷徙通道及鳥類導航依賴的河流和山脊等景觀[24]。針對具體的建設項目確定當地受脅較大、碰撞風險較高的鳥類物種，提出保護鳥類不受影響的相關設施與鳥類敏感區(qū)域之間的最小距離。對于必須穿越鳥類敏感區(qū)域的基礎設施，可以根據鳥類碰撞風險模型優(yōu)化項目地的設計和布局。如：風電場應盡量減少風電機組數量，提高風電機組利用率，通過優(yōu)化渦輪機轉子、葉片尺寸和塔架高度來減少鳥類的碰撞[50]。對于電網，可將導線的相對位置從多層排列改為單層排列，降低電線高度，縮短相鄰塔架間的距離或鋪設地下輸電線來緩解其對鳥類的威脅[51]。盡管關于高速鐵路對鳥類影響的研究較少，安裝鐵路防護網和隔絕噪音裝置可以有效緩解高速鐵路造成的生態(tài)影響[37]。

4.2 完善我國環(huán)境影響評價體制

為了進一步完善我國的環(huán)境影響評價制度，我們建議在《中華人民共和國環(huán)境影響評價法（2018 修訂）》第十條和第十七條中增加“對環(huán)境可能造成的重大影響包括但不限于生物多樣性、人類健康、動植物、土壤、水、空氣、氣候、物質資產、文化遺產和景觀等”條款；在第八條中增加“對其他設區(qū)的市級以上行政區(qū)鳥類及其棲息地造成影響的專項規(guī)劃必須與受影響行政區(qū)的人民政府及有關部門共同組織進行環(huán)境影響評價”條款，確保在編制風電場、電網和高速鐵路規(guī)劃、項目的過程中充分考慮其對鳥類的影響。

建議生態(tài)環(huán)境部牽頭組建專家團隊，對風電場、電網和高速鐵路項目開展針對性的鳥情評估，確定當地受威脅較大、碰撞風險較高的鳥類物種。同時，在項目的施工和運營階段開展長期的鳥類監(jiān)測和管理，采取有效措施緩解風電場、電網和高速鐵路對鳥類的影響。在鳥類遷徙季節(jié)和特殊天氣，應減少鳥類敏感區(qū)域附近風電場的運營時間。在風電場、電網和高速鐵路周圍增設激光和紫外線燈等驅鳥裝置，提高風電機組和電網的可見性，如對風力發(fā)電機增加紫外線反射涂層和在架空電線上安裝顏色明顯的可移動標識[24,52-53]。對于嚴重威脅鳥類及其棲息地的風電場和電線，建議重新規(guī)劃輸電線路并在風電機組“退役”后恢復鳥類棲息地。在大力發(fā)展清潔能源和大容量交通運輸網絡的同時，我國應引領亞洲各國共同開展遷徙鳥類及其棲息地的監(jiān)測和保護工作，在生態(tài)友好的前提下，實現能源跨國交易和高速鐵路跨國建設。