陳 偉

(上海市輻射環(huán)境監(jiān)督站，上海 200000)

1 引言

隨著能源短缺和生態(tài)環(huán)境的惡化，新能源發(fā)電技術(shù)在世界范圍內(nèi)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步［1］，世界各國(guó)都十分關(guān)注風(fēng)能、太陽(yáng)能、植物能等可再生能源的利用。由于風(fēng)電是目前除水電外，最成熟、最經(jīng)濟(jì)的可再生能源發(fā)電技術(shù)［2］，因此，積極開(kāi)發(fā)和發(fā)展利用風(fēng)力這一可再生能源進(jìn)行發(fā)電尤其受到各國(guó)政府的重視。目前，我國(guó)政府也開(kāi)始助推大型風(fēng)電技術(shù)的發(fā)展，并出臺(tái)了一系列政策引導(dǎo)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

2 上海風(fēng)電發(fā)展分析

上海作為我國(guó)重要的國(guó)際化大都市和對(duì)外宣傳的窗口，城市形象和環(huán)保力度直接關(guān)系著我國(guó)在國(guó)際上的形象和地位。為科學(xué)、合理、有序、充分地利用上海的風(fēng)力資源，擴(kuò)大上海風(fēng)力發(fā)電規(guī)模，改善電源結(jié)構(gòu)，緩解電力緊張的矛盾，改善環(huán)境質(zhì)量，上海市發(fā)展和改革委員會(huì)與上海市電力公司于2006年組織編制了《上海市風(fēng)力發(fā)電“十一五”規(guī)劃和2020年遠(yuǎn)景目標(biāo)》，為上海的風(fēng)電發(fā)展指明了前進(jìn)的方向。同年3月28日，我國(guó)第一家風(fēng)電類(lèi)科普?qǐng)鲳^——上海風(fēng)電科普館也在上海濱海森林公園內(nèi)正式開(kāi)館，展廳面積達(dá)1400 m2。風(fēng)電科普館通過(guò)大量多媒體、虛擬實(shí)驗(yàn)軟件等高科技展項(xiàng)和互動(dòng)參與性展項(xiàng)的運(yùn)用，向參觀(guān)者闡述風(fēng)電的基本原理、風(fēng)電的發(fā)展歷程，讓人們充分認(rèn)識(shí)到發(fā)展風(fēng)電綠色能源的必要性，以及保護(hù)地球資源和人類(lèi)生存環(huán)境的重要性。

2005年8月，我國(guó)首個(gè)利用世界銀行貸款的風(fēng)電項(xiàng)目——上海崇明、南匯風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)并網(wǎng)發(fā)電。該項(xiàng)目共安裝14臺(tái)單機(jī)容量為1500 kW的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其中在崇明東灘東旺沙安裝了3臺(tái)風(fēng)機(jī)，南匯濱海森林公園安裝了11臺(tái)風(fēng)機(jī)，總裝機(jī)容量達(dá)2.1萬(wàn)kW。隨后，上海崇明、南匯風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)二期又?jǐn)U建了10臺(tái)1500 kW的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，總?cè)萘繛?.5萬(wàn) kW，并于2008年9月全部投入運(yùn)行。隨著上海風(fēng)電的不斷發(fā)展，當(dāng)我國(guó)第一個(gè)大型海上風(fēng)電場(chǎng)、亞洲首座大型海上風(fēng)電場(chǎng)、海上風(fēng)電示范項(xiàng)目——東海大橋10萬(wàn)kW海上風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)發(fā)電時(shí)，上海的風(fēng)電裝機(jī)總量已經(jīng)達(dá)到了21萬(wàn)kW。

根據(jù)國(guó)家加快海上風(fēng)電開(kāi)發(fā)的戰(zhàn)略部署，在未來(lái)風(fēng)電發(fā)展中，上海將結(jié)合大容量、高性能海上風(fēng)電技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)國(guó)產(chǎn)化進(jìn)度，發(fā)揮上海海上風(fēng)能資源豐富、鄰近電力負(fù)荷中心及海上風(fēng)電建設(shè)已率先示范等優(yōu)勢(shì)，進(jìn)一步加快開(kāi)展海上風(fēng)電示范。建設(shè)東海大橋海上風(fēng)電二期，以及臨港、奉賢海上風(fēng)電及擴(kuò)建等項(xiàng)目，形成東海大橋、臨港和奉賢3個(gè)海上風(fēng)電基地。同時(shí)，搞好崇明等海上風(fēng)電基地項(xiàng)目?jī)?chǔ)備，使海上風(fēng)電成為上海新能源發(fā)電的主力軍［3］。

3 風(fēng)電項(xiàng)目的環(huán)境影響及管理建議

風(fēng)力發(fā)電是靠自然風(fēng)能—機(jī)械能—電能的轉(zhuǎn)變來(lái)實(shí)現(xiàn)發(fā)電的。風(fēng)機(jī)葉片在自然風(fēng)的帶動(dòng)下，通過(guò)風(fēng)輪將風(fēng)能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，再依靠齒輪箱和發(fā)電機(jī)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋０l(fā)電機(jī)組的出口電壓一般為0.69 kV，經(jīng)配套箱式變壓站升壓至10kV或35 kV后接入升壓變電站，通過(guò)升壓變電站將電壓進(jìn)一步升高后接入市政變電站，納入市政電網(wǎng)。風(fēng)電場(chǎng)的工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1 風(fēng)電場(chǎng)工藝流程

風(fēng)力發(fā)電項(xiàng)目不消耗任何燃料，而且不會(huì)產(chǎn)生任何大氣污染物、水污染物和固體廢棄物。因此，可以說(shuō)風(fēng)力發(fā)電是一種充分利用了可再生能源，且在最小程度上降低了對(duì)環(huán)境造成污染影響的綠色環(huán)保發(fā)電技術(shù)。但是，其正常運(yùn)行過(guò)程中仍會(huì)不可避免地對(duì)周?chē)h(huán)境造成一定程度的影響，污染因子主要包括噪聲和工頻電磁場(chǎng)。

3.1 噪聲

由于升壓變電站一般單獨(dú)設(shè)置，在不考慮其噪聲影響的情況下，風(fēng)力發(fā)電項(xiàng)目的噪聲主要由兩方面產(chǎn)生，分別為風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)葉片掃風(fēng)產(chǎn)生的空氣動(dòng)力噪聲和風(fēng)機(jī)內(nèi)部運(yùn)動(dòng)部件工作時(shí)所產(chǎn)生的機(jī)械和電機(jī)噪聲。另外，一般設(shè)置于風(fēng)機(jī)下方的箱式變壓器本體振動(dòng)也會(huì)產(chǎn)生一定的噪聲，對(duì)風(fēng)機(jī)邊界附近環(huán)境噪聲影響有一定的貢獻(xiàn)。上述3種可能產(chǎn)生環(huán)境噪聲影響的情況中，風(fēng)機(jī)內(nèi)部運(yùn)動(dòng)部件工作時(shí)所產(chǎn)生的機(jī)械和電機(jī)噪聲為主要的噪聲污染源。

典型風(fēng)電項(xiàng)目聲源設(shè)備的基本情況和計(jì)算參數(shù)設(shè)定如下:對(duì)于2000kW的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的聲功率級(jí)約為105 dB(A)，參考上海東海大橋10萬(wàn)kW海上風(fēng)電場(chǎng)90 m的風(fēng)機(jī)安裝高度，機(jī)組輪轂簡(jiǎn)化為點(diǎn)聲源;參照吉徽35 kV風(fēng)電場(chǎng)專(zhuān)業(yè)箱式變電站(干式)，聲功率級(jí)＜65 dB(A)，聲源高度假設(shè)為1.2 m，簡(jiǎn)化為點(diǎn)聲源;不考慮風(fēng)機(jī)葉片掃風(fēng)產(chǎn)生的空氣動(dòng)力噪聲。

通過(guò)上述分析和適當(dāng)簡(jiǎn)化后，根據(jù)噪聲衰減和疊加公式計(jì)算并繪制出距地1.2 m高度處、風(fēng)機(jī)周?chē)椒较虻脑肼旳聲級(jí)衰減圖見(jiàn)圖2。

圖2 水平方向噪聲A聲級(jí)衰減圖

從圖2中可以看出，根據(jù)前文設(shè)定條件，且不考慮背景噪聲疊加和風(fēng)機(jī)葉片掃風(fēng)產(chǎn)生的空氣動(dòng)力噪聲的情況下，1座風(fēng)力發(fā)電機(jī)組及其配套的箱式變電站產(chǎn)生的環(huán)境噪聲排放值，在11 m外即可滿(mǎn)足Ⅰ類(lèi)聲環(huán)境功能區(qū)晝間55 dB(A)的排放限值要求，在270 m外可滿(mǎn)足Ⅰ類(lèi)聲環(huán)境功能區(qū)夜間45 dB(A)的排放限值要求。

從現(xiàn)有風(fēng)電場(chǎng)設(shè)置的情況來(lái)看，一般均位于遠(yuǎn)離公眾居住區(qū)域，周邊很少有成規(guī)模的村落或居住區(qū)，因此，風(fēng)電場(chǎng)產(chǎn)生的噪聲對(duì)公眾的影響較小。從環(huán)境保護(hù)優(yōu)化的角度而言，仍建議風(fēng)電場(chǎng)設(shè)計(jì)和建設(shè)過(guò)程中采取以下措施，以進(jìn)一步減少噪聲排放。

盡可能將風(fēng)機(jī)布置在遠(yuǎn)離居民住宅的地方，通過(guò)距離衰減，減少對(duì)居民生活的影響;從技術(shù)上對(duì)風(fēng)機(jī)內(nèi)部機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，盡可能降低其工作時(shí)所產(chǎn)生的機(jī)械和電機(jī)噪聲，從源頭降低噪聲排放;箱式變電站與底座之間墊隔振墊，減少其本體振動(dòng)產(chǎn)生的噪聲;箱體內(nèi)部采用吸音設(shè)計(jì)，控制噪聲外排;加強(qiáng)電氣設(shè)備的日常維護(hù)與保養(yǎng)，在風(fēng)機(jī)下方箱式變電站周?chē)N植一定高度的樹(shù)木，以減低風(fēng)機(jī)及配套箱式變電站邊界周?chē)脑肼曀健?/p>

3.2 工頻電磁場(chǎng)

風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)各風(fēng)機(jī)及升壓變電站均通過(guò)地下電纜連接，現(xiàn)有研究已表明，110kV及以下電力電纜線(xiàn)路正常運(yùn)行狀態(tài)下，其電磁輻射對(duì)周?chē)h(huán)境影響極為有限［4］。由于土壤對(duì)工頻電場(chǎng)的屏蔽作用，可使得地面上方的工頻電場(chǎng)強(qiáng)度大幅下降［5］，滿(mǎn)足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。而對(duì)于工頻磁場(chǎng)，雖然地下電纜的外護(hù)套和土壤對(duì)其屏蔽作用不大，但只要確保電纜足夠的埋設(shè)深度，通過(guò)距離衰減，也能夠保證地面上方的工頻磁感應(yīng)強(qiáng)度滿(mǎn)足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。

對(duì)于風(fēng)力發(fā)電項(xiàng)目所使用的箱式變壓器和升壓變電站，從上海崇明、南匯風(fēng)力發(fā)電項(xiàng)目和東海大橋10萬(wàn)kW海上風(fēng)電場(chǎng)正常運(yùn)行期間箱式變壓器和升壓變電站周?chē)ゎl電磁環(huán)境的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)看，風(fēng)機(jī)下方(含箱式變壓站)邊界周?chē)蜕龎鹤冸娬具吔缰車(chē)ゎl電場(chǎng)強(qiáng)度和工頻磁感應(yīng)強(qiáng)度能夠滿(mǎn)足中華人民共和國(guó)環(huán)境保護(hù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《500 kV超高壓送變電工程電磁輻射環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范》(HJ/T 24–1998)中推薦的4 kV/m的居民區(qū)工頻電場(chǎng)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和公眾全天輻射時(shí)的工頻限值0.1 mT的磁感應(yīng)強(qiáng)度的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

工頻電場(chǎng)和工頻磁場(chǎng)在距離衰減以及建筑屏蔽的作用下，風(fēng)力發(fā)電項(xiàng)目配套的箱式變電站和升壓變電站周?chē)h(huán)境工頻電場(chǎng)強(qiáng)度和工頻磁感應(yīng)強(qiáng)度一般均能夠滿(mǎn)足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求，且對(duì)周?chē)h(huán)境的影響較小。但隨著電氣設(shè)備的老化，箱式變電站和升壓變電站對(duì)周?chē)h(huán)境的工頻電磁影響可能會(huì)略有增大，為盡可能減少該類(lèi)環(huán)境影響。

(1)堅(jiān)持選用帶有金屬罩殼的電氣設(shè)備，對(duì)裸露的電氣裝置安裝金屬柵網(wǎng)等，盡可能屏蔽電氣設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的工頻電磁場(chǎng)。

(2)確保變壓器設(shè)備具有良好的接地，減少變壓器及其連接電路相互間接觸不良而產(chǎn)生的火花放電;對(duì)連接變壓器的電力線(xiàn)路，要求其絕緣子表面保持清潔和不積污，金屬間保持良好的連接，防止和避免間隙性放電。

(3)各設(shè)備的金屬附件，如吊夾、保護(hù)環(huán)、保護(hù)角、墊片和接頭之類(lèi)要確定合理的外形和尺寸，以避免出現(xiàn)高電位梯度點(diǎn);金屬附件上的保護(hù)電鍍層要求光滑，所有的邊角都應(yīng)挫圓，螺栓頭也應(yīng)打圓或屏蔽起來(lái)，避免尖角和凹凸;使用合理的幾何形狀和材料的絕緣子及其保護(hù)裝置，控制絕緣子的表面放電。

4 風(fēng)電項(xiàng)目的生態(tài)影響及管理建議

上海風(fēng)力發(fā)電項(xiàng)目一般位于海上或海邊灘涂附近，周邊很大區(qū)域可能為鳥(niǎo)類(lèi)棲息地或是遷徙路線(xiàn)途經(jīng)區(qū)。

從國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的研究結(jié)果來(lái)看，風(fēng)機(jī)的架設(shè)和運(yùn)行對(duì)其臨近區(qū)域棲息、覓食的鳥(niǎo)類(lèi)影響不大，基本不會(huì)干擾其生活和繁殖，甚至部分風(fēng)機(jī)塔架上還會(huì)有鳥(niǎo)類(lèi)筑巢［6～7］。

風(fēng)電場(chǎng)對(duì)遷徙過(guò)境候鳥(niǎo)的影響則主要是風(fēng)機(jī)葉片與鳥(niǎo)類(lèi)的撞擊，而發(fā)生碰撞的可能性則與鳥(niǎo)類(lèi)遷徙飛行高度有關(guān)。風(fēng)機(jī)葉片的旋轉(zhuǎn)范圍一般在30～150 m之間，雖然由于個(gè)體的差別，不同鳥(niǎo)類(lèi)的飛行高度各不相同，但在遷徙途中，一般鳥(niǎo)類(lèi)的飛行高度為300 m左右，候鳥(niǎo)的遷飛高度在300 m以上，如燕為450 m、鶴為500 m、雁為900 m，均遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)風(fēng)機(jī)的高度［7］，因此基本不會(huì)與風(fēng)機(jī)葉片發(fā)生碰撞。

另外，鳥(niǎo)類(lèi)發(fā)生碰撞死亡與天氣狀況和風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速有一定的關(guān)系，天氣惡劣(下雨或起霧時(shí))、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速較快的情況下，鳥(niǎo)類(lèi)容易與風(fēng)機(jī)葉片發(fā)生撞擊而造成死亡。有研究數(shù)據(jù)表明，一般情況下，飛行穿越風(fēng)電場(chǎng)的鳥(niǎo)類(lèi)撞擊風(fēng)機(jī)的概率僅為0.01% ～0.1%，而即使在最為惡劣的情況下，也有80%以上的鳥(niǎo)類(lèi)能夠不受任何損傷的穿過(guò)旋轉(zhuǎn)的風(fēng)機(jī)葉片［8］。

從保護(hù)生態(tài)環(huán)境角度來(lái)看，建議風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)過(guò)程中采取進(jìn)一步的措施減少對(duì)鳥(niǎo)類(lèi)的影響，包括在風(fēng)機(jī)上安設(shè)閃爍燈光標(biāo)志或利用風(fēng)機(jī)葉片繪制特殊的色彩圖案，使鳥(niǎo)類(lèi)產(chǎn)生趨避行為，進(jìn)一步降低發(fā)生撞擊的概率;加強(qiáng)項(xiàng)目設(shè)計(jì)管理，防止風(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目中建(構(gòu))筑物對(duì)鳥(niǎo)類(lèi)的棲息地造成侵占;在保護(hù)現(xiàn)有生態(tài)資源的基礎(chǔ)上，人工修復(fù)增加適合鳥(niǎo)類(lèi)棲息的生態(tài)區(qū)域;合理規(guī)劃和開(kāi)發(fā)，確保沿海區(qū)域和灘涂生態(tài)環(huán)境的穩(wěn)定和發(fā)展。

5 結(jié)語(yǔ)

風(fēng)力是一種新型、清潔的可再生能源，利用風(fēng)力發(fā)電不會(huì)發(fā)生類(lèi)似火電項(xiàng)目的大氣和水等環(huán)境污染問(wèn)題，也不會(huì)存在固體廢棄物排放的問(wèn)題，因此具有顯著地經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。充分合理的開(kāi)發(fā)利用風(fēng)力資源，積極發(fā)展風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)，對(duì)上海經(jīng)濟(jì)發(fā)展、能源結(jié)構(gòu)調(diào)整和改善區(qū)域環(huán)境質(zhì)量有著重要的作用。雖然風(fēng)力發(fā)電項(xiàng)目的建設(shè)和運(yùn)行會(huì)在一定范圍內(nèi)造成噪聲和工頻電磁環(huán)境影響，也會(huì)在某一程度上影響到鳥(niǎo)類(lèi)生活和遷徙活動(dòng)等，但是只要能夠合理規(guī)劃、嚴(yán)格管理，上述影響和干擾都能夠確保滿(mǎn)足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求或被控制在可接受范圍內(nèi)。另外，通過(guò)將風(fēng)電項(xiàng)目建設(shè)與周?chē)h(huán)境景觀(guān)協(xié)調(diào)開(kāi)發(fā)，或許能開(kāi)發(fā)成上海又一個(gè)新型科技教育基地和旅游景觀(guān)。

［1］張立勇，王長(zhǎng)路，劉法根，風(fēng)力發(fā)電及風(fēng)電齒輪箱概述［J］.機(jī)械傳動(dòng)，2008，32(6):1 ～4.

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［3］上海市人民政府.上海市人民政府關(guān)于印發(fā)上海市新能源發(fā)展“十二五”規(guī)劃的通知，滬府發(fā)［2011］90號(hào)［R］.上海:上海市人民政府，2011.

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