周世文，楊國華，陳 琳，丁曉花，李小慧 (.寧夏大學 電氣工程與自動化系，寧夏 銀川 7500；.國電電力寧夏新能源開發(fā)有限公司，寧夏 銀川 7500)

寧夏是國家重要的西電東送基地和新能源示范基地，許多風力發(fā)電廠站相繼開發(fā)并投運，風力發(fā)電對寧夏地區(qū)原本就脆弱的生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生的影響也日益凸顯。因此，研究風電開發(fā)投運過程中對寧夏生態(tài)環(huán)境帶來的影響，特別是通過建立生態(tài)環(huán)境效益模型進行準確評估非常重要，為降低后期風電場的建設對生態(tài)環(huán)境的影響提供理論依據(jù)。

1 寧夏概況

1.1 寧夏風能概況

風能在地球上的儲量是巨大的，據(jù)世界氣象組織估計，全球總風能約3×1017kW,其中可利用風能約2×1010kW。我國是風能資源豐富的國家之一[1]，據(jù)測算，全國風能資源總量約16億kW，其中技術可開發(fā)量約為7×108～12×108 kW[2]。寧夏風能資源較為豐富，總儲量為18.9GW，技術可開發(fā)量為0.59GW，且主要集中在山區(qū)。

1.2 寧夏生態(tài)環(huán)境概況

寧夏位于我國西北東部，是我國重要的能源基地，但由于其干旱少雨，風大沙多的惡劣自然條件，導致寧夏地區(qū)土地貧瘠，生態(tài)環(huán)境脆弱，水土流失嚴重，荒漠化和鹽漬化程度高。全區(qū)3/4以上屬于干旱區(qū)，水土流失面積達到3.89萬km2，占全區(qū)總面積的75.1%；荒漠化土地3.77萬km2，占72.8%；土壤鹽漬化面積為0.1萬km2，占1.9%[3]；水資源嚴重匱乏，旱災、沙塵暴等自然災害頻發(fā)。

2 風力發(fā)電對寧夏生態(tài)環(huán)境的影響

2.1 風力發(fā)電對寧夏生態(tài)環(huán)境的積極影響

與火力發(fā)電相比，風力發(fā)電不需燃煤和冷卻水，可節(jié)約煤炭資源和水資源，還可以減少污染物的排放，而且由于寧夏地區(qū)水土流失及土地沙化較嚴重，風電場的建設有利于防風固沙，同時提高了土地的利用率。另外，寧夏具有各種當?shù)靥厣穆糜尉皡^(qū)，若風電場距離景區(qū)較近，可稍加改造，建設成為科技示范園，有利于提高景觀效應。

2.2 風力發(fā)電對寧夏生態(tài)環(huán)境的消極影響及對策

2.2.1 建設期對環(huán)境的影響

(1)對植被的破壞。為了減少對植被的破壞(見圖1)，應當在施工前做好施工規(guī)劃，明確建設用地施工面積，盡量縮小工作面。在施工結束后要進行生態(tài)恢復，宜選用周邊已有植被作為恢復樣本，這樣可減少外來物種的影響，提高恢復效率。

圖1 風電場建設期對植被的破壞

(2)施工噪聲和揚塵的產(chǎn)生。風電場的建設過程中會用到挖掘機、攪拌機等重型機械，為降低施工噪聲的影響，應合理安排施工時間。由于寧夏地區(qū)干旱少雨，當風力較大時，施工現(xiàn)場表層的浮土可能揚起，因此應定期在場內灑水，抑制揚塵。

2.2.2 運行期對環(huán)境的影響

(1)電磁輻射的產(chǎn)生。風力發(fā)電機、變壓器等電氣設備運行時會產(chǎn)生電磁輻射，而寧夏的風電場多在荒漠區(qū)，周邊無廣播收音臺、監(jiān)測臺、地震臺站等設備，可不考慮其對各種設備的影響，但處于賀蘭山、六盤山等自然保護區(qū)的風電場，其對保護區(qū)內野生動物的生長和鳥類遷徙帶來的影響是不容忽視的。因此在新建風電場時需合理選址，禁止在保護區(qū)內建設風電場，或者在風電場周圍加設隔離網(wǎng)，以減少電磁輻射對野生動物的影響。

(2)運行期噪聲的影響。運行期噪聲主要由機械摩擦和槳葉切割空氣產(chǎn)生。目前寧夏境內的風電場多建于空曠荒漠區(qū)，運行期噪聲對居民生活的影響可不計，但放眼長遠發(fā)展，新建風電場時應考慮該地區(qū)未來10～20年內居民數(shù)量增加和居住區(qū)域擴增的問題。

(3)視覺景觀影響。伴隨寧夏經(jīng)濟的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展，旅游業(yè)已成為重要的經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)，但有研究顯示，風力機槳葉轉動時產(chǎn)生的陰影晃動是一種視覺污染，可使人產(chǎn)生心煩、眩暈的癥狀，景區(qū)周圍風電場的存在將影響景觀效應，降低旅游者對景區(qū)的好感。實例表明，對風力機進行裝飾和統(tǒng)一設計排放位置，有助于加強視覺美感，提升景觀效應。

2.3 對鳥類的影響

賀蘭山、六盤山等國家級自然保護區(qū)是眾多鳥類的棲息地，僅賀蘭山自然保護區(qū)就有重點保護鳥類36種。風電場的建設會對鳥類帶來影響[4]：風機運轉時產(chǎn)生的驅趕和驚擾效應；鳥類遷徙或夜間飛行時的碰撞事故；風電場運行期的電磁輻射和噪聲也對鳥類的繁殖棲息不利。為降低風電場對鳥類的影響，風電場應建立在遠離自然保護區(qū)核心區(qū)域，同時要避開鳥類的繁殖地和遷徙通道。

3 風力發(fā)電對寧夏生態(tài)環(huán)境影響效益建模

3.1 風力發(fā)電帶來的生態(tài)環(huán)境價值或效益

由上面的分析可知，風力發(fā)電的發(fā)展給寧夏的生態(tài)環(huán)境帶來積極影響的同時也帶來了各種消極影響。而這些外部效應又會以“污染經(jīng)濟損失”的形式轉嫁給社會。如果一項工程，減少了污染物的排放量，避免了部分“污染經(jīng)濟損失”，即形成了環(huán)境代價的節(jié)約，將其定義為工程的環(huán)境效益[5]。風力發(fā)電給寧夏地區(qū)帶來的生態(tài)環(huán)境效益如下：

VT=VP-VN(1)

式中：VT風力發(fā)電總的生態(tài)環(huán)境價值，元；VP風力發(fā)電積極影響所產(chǎn)生的環(huán)境價值，元；VN風力發(fā)電影響所產(chǎn)生的環(huán)境價值，元。

3.1.1 積極影響所產(chǎn)生的環(huán)境價值

風力發(fā)電給寧夏生態(tài)環(huán)境帶來積極影響所產(chǎn)生的環(huán)境價值主要包括相對于傳統(tǒng)火電的節(jié)能減排價值、防風固沙和土地增值價值和三部分。

(1)相對于傳統(tǒng)火電的節(jié)能減排價值

作為一種重要的替代能源[6]，風力發(fā)電的節(jié)能減排價值可等效為傳統(tǒng)火電發(fā)出等量電能所排放污染物的環(huán)境價值、污染罰款額和所消耗的標準煤量的價值[7]。據(jù)美國能源委員會估算，風電平均每提供1GW·h電量，能減少CO2排放750～1000t、SO2排放7.5～10t、NOx排放3～5t。設W為風力發(fā)電量， kW·h；VSR為風力發(fā)電的節(jié)能減排價值，元；mi為傳統(tǒng)火電排污量，g/(kW·h)，其中i=1,2,3,分別表示SO2、CO2、NOx；αi不同污染物環(huán)境價值，$/kg，i同上；βi不同污染物懲罰數(shù)量級， $/kg，i同上；ξ傳統(tǒng)火電標準煤耗量，g/(kW·h)；η為寧夏地區(qū)煤炭價格，元/kg；γ為美元兌人民幣元匯率，即1美元=γ人民幣元，則風力發(fā)電的節(jié)能減排價值可用下式表示：

(2)

式中：ξ取350g/(kW·h)；η與γ由市場決定；m、α、β參數(shù)如表1至表3[8]所示。

表1 傳統(tǒng)火電和風力發(fā)電排污量的比較 g/(kW·h)

污染物SO2CO2NOxCO傳統(tǒng)火電0．1083～3．944686．47250．1547～3．09383-風力發(fā)電0000

表2 火電行業(yè)污染物環(huán)境價值標準

污染物SO2CO2NOxCO環(huán)境價值/＄·kg-10．750．0028751．000．125

表3 主要污染氣體的罰款數(shù)量級

污染物SO2CO2NOxCO罰款數(shù)量級/＄·kg-10．1250．001250．2500．020

在式(2)中僅考慮傳統(tǒng)火電的部分氣體污染物(CO2、SO2、NOx)，如果計及TSP、爐灰、煙塵的環(huán)境價值和節(jié)約的水資源價值，實際的VSR將大于式(2)的計算結果。

(2)防風固沙和土地增值價值

干旱少雨，風大沙多是寧夏的基本氣候特點，風電場的建立可以降低風速，減少沙塵暴的發(fā)生，也有助于寧夏境內三北防護林工程的建設。寧夏地區(qū)風電場多建在荒漠地帶，風電場址所占土地利用率低，風電場的建立不僅提高了土地利用率，還縮小了荒漠化土地比例。設VWL為防風固沙和土地增值價值，元；S為風電場永久占地面積，km2；vw為用于單位面積荒漠土地防風固沙的費用，元/km2；vl為單位面積荒漠土地增值價值，元/km2，即當前單位面積土地價值與開發(fā)前的價值差，則風力發(fā)電的防風固沙和土地增值價值可用下式表示：

(3)

(3)景觀效應價值

隨著寧夏旅游業(yè)的發(fā)展，漸漸形成了多個在國內有影響力的景區(qū)，接待游客數(shù)量逐年增長。對風機葉片和機身進行裝飾，并統(tǒng)一設計排放風機位置可增加風電場的景觀效應，也有助于寧夏旅游業(yè)的發(fā)展，設VS為風電場帶來的景觀效應價值，元。

3.1.2 消極影響所產(chǎn)生的環(huán)境價值

風力發(fā)電給寧夏生態(tài)環(huán)境帶來消極影響所產(chǎn)生的環(huán)境價值主要包括植被恢復以及為減少對鳥類影響等而投入的費用和噪聲超標罰款費用。

(1)植被恢復費用

為降低風電場建設對寧夏脆弱生態(tài)環(huán)境的影響，風電場建成后需要對植被進行恢復。設VVR為植被恢復所需費用，元；vvr為單位面積植被恢復費用，元/m2，則植被恢復費用為：

(4)

(2)為減少對鳥類影響投入的費用

風電場的建設運行會對周邊鳥類的棲息和繁殖產(chǎn)生影響，故在建立風電場時需要設立防護設施，設為減少對鳥類影響而投入的費用為VB，元。

(3)噪聲超標罰款費用

風電場的建設及風機運行過程中會產(chǎn)生噪聲，將對周邊居民的生活和其他生物的生存造成影響。從聲傳播的角度考慮，風電場噪聲的傳播空間近似為半球形，則在距離風力發(fā)電機R處由強度為LW的聲源產(chǎn)生的聲壓級LP[9]為：

LP=LW-101g(2πR2)-αR

(5)

式中：α聲音吸收系數(shù)，α取0.005dB(A)/m。將風電場內N個風機在受聲點的噪聲進行等效疊加：

(6)

式中：Leq為噪聲等效值， dB(A)；LPi為第i臺風機對受聲點影響的噪聲值，dB(A)。N為風機臺數(shù)。

依照環(huán)境噪聲污染防治法的規(guī)定，產(chǎn)生環(huán)境噪聲污染超過國家環(huán)境噪聲標準的，應按照排放噪聲的超標聲級繳納排污費。設LNL為各類聲環(huán)境功能區(qū)環(huán)境噪聲限值，dB(A)，如表4所示；LNO為噪聲超標數(shù)，dB(A)；則噪聲超標費用如下：

(7)

式中：δ為噪聲超標排污費征收標準，數(shù)據(jù)來撲自《排污費征收使用管理條例》；M為噪聲超標月數(shù)。

3.1.3 風力發(fā)電總環(huán)境價值

通過上述分析可知，風力發(fā)電給寧夏生態(tài)環(huán)境帶來積極影響所產(chǎn)生的環(huán)境價值VP為：

VP=VSR+VWL+VS

(8)

風力發(fā)電給寧夏生態(tài)環(huán)境帶來消極影響所產(chǎn)生的環(huán)境價值VN為：

VN+VVR+VB+VN

(9)

將式(8)、式(9)帶入式(1)可得風力發(fā)電給寧夏生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生的總環(huán)境價值VT為：

3.2 算例分析

以國電電力寧夏青銅峽牛首山風電場為例，分析其對寧夏生態(tài)環(huán)境帶來的總效益。該風電場位于寧夏青銅峽市，海拔約1700m，年均風速6.8m/s，項目分三期建設，總裝機容量3×49.5MW，總面積3×25km2，若年利用小時數(shù)2000h，則年發(fā)電量為2.97×108kW·h。從表1可知，該風電場相對于火電生產(chǎn)等量的電能可減排SO2約601.86t、CO2約25682.33t、NOx約482.41t，同時可以節(jié)約標準煤103950t，減排效益為752.50萬元；按電煤價格368.54元/t計算，節(jié)煤效益3830.97萬元；防風固沙效益可用沙化治理費用代替，我國沙化治理費用2624.67元/hm2，防風固沙效益6.18萬元。根據(jù)寧夏回族自治區(qū)草原植被恢復費收費標準，長期征占用溫性草原、溫性荒漠草原、溫性草原化荒漠、溫性荒漠，一次性繳納草原植被恢復費3300元/畝，則植被恢復費用為116.52萬元；若不計其他費用，則青銅峽牛首山風電場給寧夏帶來的生態(tài)環(huán)境效益約為0.15元/(kW·h)。

4 結語

為實現(xiàn)寧夏節(jié)能減排的“十二五”規(guī)劃目標，風電的開發(fā)已成為寧夏新能源建設的主導方向，這對于改善水土流失嚴重荒漠化程度高的寧夏生態(tài)環(huán)境有重大意義。研究綜合考慮節(jié)能減排等多方面因素，建立了一種量化分析寧夏風力發(fā)電生態(tài)環(huán)境效益的計算模型，能實現(xiàn)對風力發(fā)電的生態(tài)環(huán)境效益定量評估。應用該模型進行實證研究，結果表明該模型具有合理性和準確性。

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