上海風電的發(fā)展和管理研究

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)電技術在世界范圍內取得了長足的進步［1］，世界各國都十分關注風能、太陽能、植物能等可再生能源的利用。由于風電是目前除水電外，最成熟、最經(jīng)濟的可再生能源發(fā)電技術［2］，因此，積極開發(fā)和發(fā)展利用風力這一可再生能源進行發(fā)電尤其受到各國政府的重視。目前，我國政府也開始助推大型風電技術的發(fā)展，并出臺了一系列政策引導產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

2 上海風電發(fā)展分析

上海作為我國重要的國際化大都市和對外宣傳的窗口，城市形象和環(huán)保力度直接關系著我國在國際上的形象和地位。為科學、合理、有序、充分地利用上海的風力資源，擴大上海風力發(fā)電規(guī)模，改善電源結構，緩解電力緊張的矛盾，改善環(huán)境質量，上海市發(fā)展和改革委員會與上海市電力公司于2006年組織編制了《上海市風力發(fā)電“十一五”規(guī)劃和2020年遠景目標》，為上海的風電發(fā)展指明了前進的方向。同年3月28日，我國第一家風電類科普場館——上海風電科普館也在上海濱海森林公園內正式開館，展廳面積達1400 m2。風電科普館通過大量多媒體、虛擬實驗軟件等高科技展項和互動參與性展項的運用，向參觀者闡述風電的基本原理、風電的發(fā)展歷程，讓人們充分認識到發(fā)展風電綠色能源的必要性，以及保護地球資源和人類生存環(huán)境的重要性。

2005年8月，我國首個利用世界銀行貸款的風電項目——上海崇明、南匯風力發(fā)電場并網(wǎng)發(fā)電。該項目共安裝14臺單機容量為1500 kW的風力發(fā)電機，其中在崇明東灘東旺沙安裝了3臺風機，南匯濱海森林公園安裝了11臺風機，總裝機容量達2.1萬kW。隨后，上海崇明、南匯風力發(fā)電場二期又擴建了10臺1500 kW的風力發(fā)電機，總容量為1.5萬 kW，并于2008年9月全部投入運行。隨著上海風電的不斷發(fā)展，當我國第一個大型海上風電場、亞洲首座大型海上風電場、海上風電示范項目——東海大橋10萬kW海上風電場并網(wǎng)發(fā)電時，上海的風電裝機總量已經(jīng)達到了21萬kW。

根據(jù)國家加快海上風電開發(fā)的戰(zhàn)略部署，在未來風電發(fā)展中，上海將結合大容量、高性能海上風電技術進步和產(chǎn)業(yè)國產(chǎn)化進度，發(fā)揮上海海上風能資源豐富、鄰近電力負荷中心及海上風電建設已率先示范等優(yōu)勢，進一步加快開展海上風電示范。建設東海大橋海上風電二期，以及臨港、奉賢海上風電及擴建等項目，形成東海大橋、臨港和奉賢3個海上風電基地。同時，搞好崇明等海上風電基地項目儲備，使海上風電成為上海新能源發(fā)電的主力軍［3］。

3 風電項目的環(huán)境影響及管理建議

風力發(fā)電是靠自然風能—機械能—電能的轉變來實現(xiàn)發(fā)電的。風機葉片在自然風的帶動下，通過風輪將風能轉變?yōu)闄C械能，再依靠齒輪箱和發(fā)電機，將機械能轉變?yōu)殡娔堋０l(fā)電機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，通過升壓變電站將電壓進一步升高后接入市政變電站，納入市政電網(wǎng)。風電場的工藝流程見圖1。

圖1 風電場工藝流程

風力發(fā)電項目不消耗任何燃料，而且不會產(chǎn)生任何大氣污染物、水污染物和固體廢棄物。因此，可以說風力發(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環(huán)境造成污染影響的綠色環(huán)保發(fā)電技術。但是，其正常運行過程中仍會不可避免地對周圍環(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。

3.1 噪聲

由于升壓變電站一般單獨設置，在不考慮其噪聲影響的情況下，風力發(fā)電項目的噪聲主要由兩方面產(chǎn)生，分別為風機轉動時葉片掃風產(chǎn)生的空氣動力噪聲和風機內部運動部件工作時所產(chǎn)生的機械和電機噪聲。另外，一般設置于風機下方的箱式變壓器本體振動也會產(chǎn)生一定的噪聲，對風機邊界附近環(huán)境噪聲影響有一定的貢獻。上述3種可能產(chǎn)生環(huán)境噪聲影響的情況中，風機內部運動部件工作時所產(chǎn)生的機械和電機噪聲為主要的噪聲污染源。

典型風電項目聲源設備的基本情況和計算參數(shù)設定如下:對于2000kW的風力發(fā)電機組，風機產(chǎn)生的聲功率級約為105 dB(A)，參考上海東海大橋10萬kW海上風電場90 m的風機安裝高度，機組輪轂簡化為點聲源;參照吉徽35 kV風電場專業(yè)箱式變電站(干式)，聲功率級＜65 dB(A)，聲源高度假設為1.2 m，簡化為點聲源;不考慮風機葉片掃風產(chǎn)生的空氣動力噪聲。

通過上述分析和適當簡化后，根據(jù)噪聲衰減和疊加公式計算并繪制出距地1.2 m高度處、風機周圍水平方向的噪聲A聲級衰減圖見圖2。

圖2 水平方向噪聲A聲級衰減圖

從圖2中可以看出，根據(jù)前文設定條件，且不考慮背景噪聲疊加和風機葉片掃風產(chǎn)生的空氣動力噪聲的情況下，1座風力發(fā)電機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外即可滿足Ⅰ類聲環(huán)境功能區(qū)晝間55 dB(A)的排放限值要求，在270 m外可滿足Ⅰ類聲環(huán)境功能區(qū)夜間45 dB(A)的排放限值要求。

從現(xiàn)有風電場設置的情況來看，一般均位于遠離公眾居住區(qū)域，周邊很少有成規(guī)模的村落或居住區(qū)，因此，風電場產(chǎn)生的噪聲對公眾的影響較小。從環(huán)境保護優(yōu)化的角度而言，仍建議風電場設計和建設過程中采取以下措施，以進一步減少噪聲排放。

盡可能將風機布置在遠離居民住宅的地方，通過距離衰減，減少對居民生活的影響;從技術上對風機內部機械結構進行設計優(yōu)化，盡可能降低其工作時所產(chǎn)生的機械和電機噪聲，從源頭降低噪聲排放;箱式變電站與底座之間墊隔振墊，減少其本體振動產(chǎn)生的噪聲;箱體內部采用吸音設計，控制噪聲外排;加強電氣設備的日常維護與保養(yǎng)，在風機下方箱式變電站周圍種植一定高度的樹木，以減低風機及配套箱式變電站邊界周圍的噪聲水平。

3.2 工頻電磁場

風電場內各風機及升壓變電站均通過地下電纜連接，現(xiàn)有研究已表明，110kV及以下電力電纜線路正常運行狀態(tài)下，其電磁輻射對周圍環(huán)境影響極為有限［4］。由于土壤對工頻電場的屏蔽作用，可使得地面上方的工頻電場強度大幅下降［5］，滿足相關標準的要求。而對于工頻磁場，雖然地下電纜的外護套和土壤對其屏蔽作用不大，但只要確保電纜足夠的埋設深度，通過距離衰減，也能夠保證地面上方的工頻磁感應強度滿足相關標準的要求。

對于風力發(fā)電項目所使用的箱式變壓器和升壓變電站，從上海崇明、南匯風力發(fā)電項目和東海大橋10萬kW海上風電場正常運行期間箱式變壓器和升壓變電站周圍工頻電磁環(huán)境的監(jiān)測數(shù)據(jù)來看，風機下方(含箱式變壓站)邊界周圍和升壓變電站邊界周圍工頻電場強度和工頻磁感應強度能夠滿足中華人民共和國環(huán)境保護行業(yè)標準《500 kV超高壓送變電工程電磁輻射環(huán)境影響評價技術規(guī)范》(HJ/T 24–1998)中推薦的4 kV/m的居民區(qū)工頻電場評價標準和公眾全天輻射時的工頻限值0.1 mT的磁感應強度的評價標準。

工頻電場和工頻磁場在距離衰減以及建筑屏蔽的作用下，風力發(fā)電項目配套的箱式變電站和升壓變電站周圍環(huán)境工頻電場強度和工頻磁感應強度一般均能夠滿足相關標準的要求，且對周圍環(huán)境的影響較小。但隨著電氣設備的老化，箱式變電站和升壓變電站對周圍環(huán)境的工頻電磁影響可能會略有增大，為盡可能減少該類環(huán)境影響。

(1)堅持選用帶有金屬罩殼的電氣設備，對裸露的電氣裝置安裝金屬柵網(wǎng)等，盡可能屏蔽電氣設備運行過程中產(chǎn)生的工頻電磁場。

(2)確保變壓器設備具有良好的接地，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;對連接變壓器的電力線路，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)各設備的金屬附件，如吊夾、保護環(huán)、保護角、墊片和接頭之類要確定合理的外形和尺寸，以避免出現(xiàn)高電位梯度點;金屬附件上的保護電鍍層要求光滑，所有的邊角都應挫圓，螺栓頭也應打圓或屏蔽起來，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裝置，控制絕緣子的表面放電。

4 風電項目的生態(tài)影響及管理建議

上海風力發(fā)電項目一般位于海上或海邊灘涂附近，周邊很大區(qū)域可能為鳥類棲息地或是遷徙路線途經(jīng)區(qū)。

從國內外現(xiàn)有的研究結果來看，風機的架設和運行對其臨近區(qū)域棲息、覓食的鳥類影響不大，基本不會干擾其生活和繁殖，甚至部分風機塔架上還會有鳥類筑巢［6～7］。

風電場對遷徙過境候鳥的影響則主要是風機葉片與鳥類的撞擊，而發(fā)生碰撞的可能性則與鳥類遷徙飛行高度有關。風機葉片的旋轉范圍一般在30～150 m之間，雖然由于個體的差別，不同鳥類的飛行高度各不相同，但在遷徙途中，一般鳥類的飛行高度為300 m左右，候鳥的遷飛高度在300 m以上，如燕為450 m、鶴為500 m、雁為900 m，均遠遠超過風機的高度［7］，因此基本不會與風機葉片發(fā)生碰撞。

另外，鳥類發(fā)生碰撞死亡與天氣狀況和風機的轉速有一定的關系，天氣惡劣(下雨或起霧時)、風機轉速較快的情況下，鳥類容易與風機葉片發(fā)生撞擊而造成死亡。有研究數(shù)據(jù)表明，一般情況下，飛行穿越風電場的鳥類撞擊風機的概率僅為0.01% ～0.1%，而即使在最為惡劣的情況下，也有80%以上的鳥類能夠不受任何損傷的穿過旋轉的風機葉片［8］。

從保護生態(tài)環(huán)境角度來看，建議風電場建設過程中采取進一步的措施減少對鳥類的影響，包括在風機上安設閃爍燈光標志或利用風機葉片繪制特殊的色彩圖案，使鳥類產(chǎn)生趨避行為，進一步降低發(fā)生撞擊的概率;加強項目設計管理，防止風電場項目中建(構)筑物對鳥類的棲息地造成侵占;在保護現(xiàn)有生態(tài)資源的基礎上，人工修復增加適合鳥類棲息的生態(tài)區(qū)域;合理規(guī)劃和開發(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 結語

風力是一種新型、清潔的可再生能源，利用風力發(fā)電不會發(fā)生類似火電項目的大氣和水等環(huán)境污染問題，也不會存在固體廢棄物排放的問題，因此具有顯著地經(jīng)濟效益和環(huán)境效益。充分合理的開發(fā)利用風力資源，積極發(fā)展風力發(fā)電產(chǎn)業(yè)，對上海經(jīng)濟發(fā)展、能源結構調整和改善區(qū)域環(huán)境質量有著重要的作用。雖然風力發(fā)電項目的建設和運行會在一定范圍內造成噪聲和工頻電磁環(huán)境影響，也會在某一程度上影響到鳥類生活和遷徙活動等，但是只要能夠合理規(guī)劃、嚴格管理，上述影響和干擾都能夠確保滿足相關標準的要求或被控制在可接受范圍內。另外，通過將風電項目建設與周圍環(huán)境景觀協(xié)調開發(fā)，或許能開發(fā)成上海又一個新型科技教育基地和旅游景觀。

［1］張立勇，王長路，劉法根，風力發(fā)電及風電齒輪箱概述［J］.機械傳動，2008，32(6):1 ～4.

［2］靳 丹，何世恩，丁 坤，關于大規(guī)模風電基地建設的思考［J］.電力建設，2011，32(10):58 ～60.

［3］上海市人民政府.上海市人民政府關于印發(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［R］.上海:上海市人民政府，2011.

［4］蔣宏濟，萬 力，王繼純.110kV電纜電磁輻射對環(huán)境的影響［J］.高電壓技術，2005，31(1):87 ～88.

［5］王長明.輸變電設施的電場、磁場及其環(huán)境影響［M］.北京:中國電力出版社，2007.

［6］Winkelman JE.The impact of the Sep Wind park near Oosterbierum［J］.The Netherlands，1992(5):92 ～96.

［7］許遐禎，鄭有飛，楊麗慧，等，風電場對鹽城珍禽國家自然保護區(qū)鳥類的影響［J］.生態(tài)學雜志，2010，29(3):560 ～565.

［8］Percival SM.Birds and wind farms in Ireland:a review of potential issues and impact assessment［J］.Ecology Consulting，2003(17):2234～2236.