风电建设对森林生态系统影响.pdf

年月J o u r n a l o fG r e e nS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y第 卷第 期收稿日期:基金项目:广东省科技计划项目(编号:A );仲恺农业工程学院广东省林业科学研究院大学生社会实践教学基地,校级质量工程(编号:KA L);广东省林业科技创新项目(编号:K J C X ;K J C X )作者简介:崔雯珺(),女,硕士研究生,研究方向为农艺与种业.通讯作者:魏龙(),男,博士,正高级工程师,主要从事森林生态学研究.风风电电建建设设对对森森林林生生态态系系统统影影响响崔雯珺,廖素娇,郑晓钟,殷锶钽,廖柏勇,殷祚云,魏龙(仲恺农业工程学院园艺园林学院/农业与生物学院,广东 广州 ;广东省林业科学研究院/广东省森林培育与保护利用重点实验室,广东 广州 ;广州市机电安裝有限公司,广东 广州 )摘要:由于经济危机和化石燃料的负面影响,绿色能源逐渐成为人们优先考虑的一个要素.风能作为一种绿色新能源,不仅清洁安全,而且有助于我国能源的可持续发展,显示出巨大的发展空间.本文结合多篇风电项目的文献,综合评述风电场建设对于森林生态系统的影响,并对我国风电场存在的各种风险进行分析,以及对未来风电场发展提供依据.对于风电项目,在建设前期应做好规划、集中选定地点、减少对视觉的影响.风电产生的噪声、阴影,对森林生态系统、景观连通性、生态廊道、源斑块等多为负面影响,风力涡轮机会导致鸟类死亡.可以通过改进设备材料、建立生态廊道、远离居民区等方式改善,同时进行严格的生态影响评估,降低生态风险.关键词:风电建设;森林生态系统;清洁能源;绿色能源;新能源中图分类号:S 文献标识码:A文章编号:()I m p a c t o fW i n dP o w e rC o n s t r u c t i o no nF o r e s tE c o s y s t e mC u iW e n j u n,L i a oS u j i a o,Z h e n gX i a o z h o n g,Y i nS i t a n,L i a oB o y o n g,Y i nZ u o y u n,W e iL o n g(C o l l e g e o fH o r t i c u l t u r ea n dL a n d s c a p eA r c h i t e c t u r e/C o l l e g e o fA g r i c u l t u r ea n dB i o l o g y,Z h o n g k a iU n i v e r s i t yo fA g r i c u l t u r a lE n g i n e e r i n g,G u a n g z h o u,G u a n g d o n g ,C h i n a;G u a n g d o n gP r o v i n c i a lK e yL a b o r a t o r yo fF o r e s tC u l t i v a t i o n,C o n s e r v a t i o na n dU t i l i z a t i o n,G u a n g d o n gA c a d e m yo fF o r e s t r y,G u a n g z h o u,G u a n g d o n g ,C h i n a;G u a n g z h o uM e c h a n i c a la n dE l e c t r i c a l I n s t a l l a t i o nC o,L TD,G u a n g z h o u,G u a n g d o n g )A b s t r a c t:D u e t ot h ee c o n o m i cc r i s i sa n dt h en e g a t i v e i m p a c to f f o s s i l f u e l s,g r e e ne n e r g yi sb e c o m i n gap r i o r i t y W i n de n e r g ya sag r e e na n dr e n e w a b l ee n e r g y,n o to n l yc l e a na n ds a f e,b u ta l s oc o n t r i b u t et oo u rc o u n t r y ss u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n t,s h o w i n gah u g es p a c e f o rd e v e l o p m e n t B a s e do nt h e l i t e r a t u r eo fw i n dp o w e rp r o j e c t,t h i sp a p e rm a k e sc o m p r e h e n s i v ec o mm e n t so nt h e i m p a c to fw i n df a r mc o n s t r u c t i o no nf o r e s t e c o s y s t e m,a n a l y z e s t h ev a r i o u s r i s k so fw i n df a r mi nC h i n a,a n dp r o v i d e s t h eb a s i s f o r t h e f u t u r ed e v e l o p m e n to fw i n d f a r m A s f o rw i n dp o w e rp r o j e c t s,g o o dp l a n n i n g,c e n t r a l i z e ds e l e c t i o no f s i t e sa n dr e d u c e dv i s u a l i m p a c t s h o u l db ed o n e i n t h e e a r l ys t a g eo f c o n s t r u c t i o n N o i s e a n ds h a d o w sg e n e r a t e db yw i n dp o w e rh a v en e g a t i v e i m p a c t so nf o r e s t e c o s y s t e m s,l a n d s c a p ec o n n e c t i v i t y,e c o l o g i c a l c o r r i d o r s,a n ds o u r c ep a t c h e s,a n dw i n dt u r b i n e sm a yl e a dt ob i r dd e a t h s I tc a nb e i m p r o v e db yi m p r o v i n ge q u i p m e n t a n dm a t e r i a l s,b u i l d i n ge c o l o g i c a l c o r r i d o r s,a n ds t a y i n ga w a y f r o mr e s i d e n t i a l a r e a s,w h i l e c a r r y i n go u t s t r i c t e c o l o g i c a l i m p a c t a s s e s s m e n t t or e d u c ee c o l o g i c a l r i s k s K e yw o r d s:w i n dp o w e rc o n s t r u c t i o n;r o r e s t e c o s y s t e m;c l e a ne n e r g y;g r e e ne n e r g y;n e we n e r g y 年月绿 色 科 技(J o u r n a l o fG r e e nS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y)第 期 引言森林生态系统是全球生态环境中生物多样性最为丰富的生态系统,对人类发展有着不可替代的作用.森林生态系统中不仅要考虑生物多样性,还要考虑到斑块、廊道和基质等各个方面.自工业革命以来,随着人类生产力提高,传统能源的过度开发导致了一系列环境破坏问题.甚至出现了全球变暖、土壤沙漠化、物种灭绝等危机,森林生态系统出现严重失衡.近年来,人们逐渐重视起森林生态系统的重要作用,并且寻找新能源来逐渐代替传统能源.新能源包括太阳能、风能、潮汐能、生物质能等,属于环保清洁的可再生能源.能源发电产业中,一直以传统的火力、核能发电为主,火电产率是水电的倍.风力发电不仅能减少远途运输的损耗,提高利用率,还能在电网停电时保持运行或及时恢复.随着碳排放的增多,碳中和、碳汇等新名词出现.森林生态系统是最丰富的自然资源,自然资源则具有巩固和提升生态系统中的碳汇的能力.相比较于我国的火力发电则需要燃烧大量的煤炭,碳的排放量大,对空气污染较为严重,导致出现雾霾天气;核能发电的排碳量 低于火电,但比风电高,具有一定的危险性,一旦不慎导致核泄漏,对人类乃至整个地球造成不可逆转的影响;水力发电消耗水资源,不利于环境的可持续发展,需要控制好水资源成本和预算,提高利用率,减少浪费.利用风力发电,减少环境污染.风能作为无害能源,取之不尽,用之不竭,.且相较于传统能源不会对环境空气造成影响,也属于无毒无害,更是符合可持续发展理念.人们开始关注风能,风能属于自然资源,也是可 再 生 能 源,与 传 统 能 源 相 比 具 有 较 多 的优势.利用可再生能源发电,越来越成为一种趋势.可再生能源发电包括潮汐能 发电、太阳能 发电、风力发电等.风力发电是借助自然界中的风能,风力推动涡轮机转动产生电能.风力发电对人类节能减排起着巨大的作用,但对森林生态系统产生的影响,也是不容忽视的.风能是自然界中可持续利用的能源,既可以被使用,又不会对自然环境造成伤害,同时符合绿色的发展理念.风电项目对森林生态系统的影响包括生物因素和非生物因素两 个 方 面,本 研 究 分 别 对 这 两 个 方 面 进 行阐述.风电项目及其影响 风电项目从季节分布、气候影响等方面分析,我国风能资源具备以下几个特点.我国风能资源理论上含量丰富,具有很大的可开发性,但是缺乏进一步可行性评估;我国风能资源在地区上分布不均,又与相关地区经济发展不匹配;我国风能资源受季节、气候的影响较大.我国风电项目在地理分布上经历了“平原 丘陵山地”“集中 分散”的过程.我国 陆 上 风 能 资 源 利 用 较 多,目 前 已 在 新疆、内蒙古 等地建成相关风电场.以青海 为例,风能为主的清洁能源发电量 亿kWh,占全省用电量的 ,相当于减少燃煤 万t、减排二氧化碳 万t;云南 的绿色能源中,风电 万kW.海上风能资源丰富,对环境的影响较小,对于沿海地区治理大气雾霾,调整能源结构和转变经济发展方式具有重要意义.除此之外,由于风力发电电量的不满足及供电的间歇性,且大规模风电建设与现有电网不匹配,因此我国风电不受国家电网所欢迎,弃电严重,风电利用水平很低.以新疆 风电场为例,虽然风资源状况良好,但发电量不高,风电场具有一定的特性.而且,在材料选择上,风电场建设材料一直都是以灌浆材料 为主,并非如飞机那样,采用相关的纳米技术或是碳纤维技术.风电项目建设期间要考虑各种因素和相关风险,参照北欧部分国家的地理位置和资源情况进行比较,结果显示,风电项目被多数国家接受,人们更愿意接受少量大风电场.风电场的建设会对森林生态系统产生影响,无论是生物方面还是非生物方面,都应多加关注.近年来,我国电力消费较高,如:广东省 年电力消费总量高达 亿kWh,但风力发电存在着一些问题,这些问题如果不及时解决,就会对我国的风电场发展带来负面影响.首先是发电成本高,价格高制约了我国风力发电商品化,基准上网电价又与市场机制无法匹配;其次,风力发电间接不利于电网调度;最后,电网接入困难,风电利用率较低.对此,可以制定相应的机制政策,支持风电项目发展;增加商业运行机制,减少对政府的依赖;电网公司多了解风力发电等.我国陆上风能资源我国陆地面积广阔,有自然形成的山脉和平原崔雯珺,等:风电建设对森林生态系统影响生态文明建设:自然与生态地区.在冬夏两季受到季风气候的影响较大.夏季受来自太平洋的亚热带季风和温带季风,冬季受来自西伯利亚的季风.风能资源的丰富度,按照由多到少可以划分为个区域,.最丰富的是“三北”地区,如:新疆哈密地区、内蒙古北部等,具有较为稳定的盛行风向,破坏性风较小;其次是沿海的内陆地区,即沿绵长海岸线附近的地区,狭长的海岸带可以有效缓解风速,减少大风所带来的伤害;风能资源较为贫乏的是四川盆地、云贵南部等地,由于四面环山,又受到地势偏低的影响,很难有风侵入,因此风能资源较少.我国沿海风能资源我国地理位置条件优越,东邻太平洋,南至印度洋,受到印度洋西南季风太平洋副热带高压东南季风的影响,我国具备安装风力发电机的条件.而且我国幅员辽阔,地形丰富,平原、山地、草原等,这些均是风力资源丰富的地区,此外,还有狭长的海岸线,海岸线中的风力发电机有着无限的发展潜能.虽然我国有着优越的风能条件,但是风能实际开发量为 亿kW.要想有效利用风能,气象局专家便把风能进行划分,将沿海地区分为三级风区.第一级为风能丰富区,年均有效风能密度大于 W/m,有效风速(m/s)的年积累小时数大于 h.第二级为风能较丰富区,年均有效风能密度 W/m,有效风速(m/s)的年积累小时数在 h.第三级为风能可利用区,年均有效风能密度 W/m,有效风速(m/s)的年积累小时数在 h.除此之外,有关数据表明,我国离地 m高的为 亿kW,近海可开发的风能资源是陆地的三倍之多.我国海上风电场有效风能密度在 W/m以上.风电产业现状近年来,随着国家政策的出台,风能作为新能源产业发展迅速,正逐渐成为中国经济转型的强劲动力.我国风电产业发展的影响因素较多,包括以下几个方面:风电上网波动大,影响电网安全;投资成本高,项目回收期长;技术支撑体系不健全;电网接入困难;核心技术缺失.风电产业发展虽好,但是风电项目的投资具有一定的风险.建设期投资,由于信息不确定性的测量,不同厂家的不同设备价格使投资充满不确定性;银行贷款成为经营期成本的不确定性的因素之一;电力连接到电网,风力发电的不稳定性会对电网供电产生有害影响.海上风电产业经历了个阶段:年是第一阶段,风电场处于小规模开发研究时期;年是第二阶段,风电场进入商业化时期;是第三阶段,风电场进入“热潮”.对生物系统和非生物系统的影响 对于景观的影响风电场对于景观会产生一定的影响,在 年,C h e n等 利用L a n d s a tTM图像进行图像处理,反映了风电与景观格局之间相互影响的过程;B a l b i等 在 年利用最小成本距离和最小成本路径模拟生态廊道,观察陆上风电项目对于景观的影响.发现陆上风电场对于景观有着明显的切割效应,使两个源斑块之间的联系降低,从而降低了景观连通性,主要表现为增加了物种迁移的阻力.采用归一化植被指数来测定阻力面,可以看出阻力值出现分层的现象,其中最大的阻力只出现在风电项目建设区.风电项目的建设不可避免地破坏原有植被,对景观中的各种要素造成不同程度的干扰,并且阻力值与植被覆盖度呈现负相关.随着风能的开发,景观配置支离破碎,景观出现破碎化,从而阻碍物种迁移.风电场施工期间会出现大量裸露边坡、土坑、物料堆放场 等劣质景观,会破坏原有自然景观,导致与原有自然景观不协调的场面,影响景观整体美感.同时运输的车辆会占用生态廊道,分割生态环境,使生态环境破碎化,.对于环境的影响风能不会产生废气,不会污染环境,且利用风能发电不需要化石燃料,是较好的可再生能源,因为它不会产生有毒或者对人类有害的放射性物质.但是,风电场的建设会占用土地,同时要清理掉该地块内的植物,驱赶该地块内生活栖息的相关动物 .风电场的建设对气候 有着一定的影响,我国内蒙古地区的降水数据显示,风力发电场所在地区的干旱速度更快.巨型涡轮机可以在夜间使地表 升 温,在 白 天 使 其 降 温,进 而 改 变 当 地 温度,同时影响当地降水,风电场周边地区降雨量增加.风电场的建立必然会产生一些废水废气,向空气中排出二氧化硫、二氧化碳、氢气等物质,对空气质量造成巨大负面影响.风电项目中巨大 年月绿 色 科 技(J o u r n a l o fG r e e nS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y)第 期的 涡 轮 机,其 转 动 会 改 变 大 气 流 的 流 动 方向,以内蒙古东山 的风电场为例,涡轮机的转动使气流向上流动,云层变高变稀,造成当地降雨量的减少.风电项目的重机械工作会导致水土流失,例如挖掘地基、道路、风力农场建设 等,还会改变当 地 的 气 候 条 件,进 而 破 坏 当 地 的 生 态 平衡,.当地的土壤要经过很久才能得以恢复.风电场在建设时,会造成大范围破土面积,对原生土地造成较大的破坏,使其土壤破碎化,改变当地土壤粒径,土壤理化性质恶化,造成土壤盐碱化.此外,风电场对于土地使用 的影响也不容忽视.国家主管部门应仔细考虑风电场所在土地的使用是否兼容,是否会对周围地区产生负面影响,是否会影响社区 等,以及如果受到影响,应该采取何等措施进行应对,都是相关部门应该考虑的.对于鸟类的影响风力发展可能导致鸟类,死亡,且风电场大面积建设可能减少生物多样性.鸟类的活动与风电场有着巨大的关系,.风力涡轮机与鸟类直接碰撞 是其死亡的主要原因之一,鸟类在恶劣的天气条件或雾夜情况下容易迷路,而此时风电场中涡轮机发出的光亮容易误导鸟类,风力涡轮机的大小、排列以及转子的速度,会导致碰撞加剧,它们可能会吸引和迷惑鸟类.其次,鸟类活 动 区 域 的 风 能 发 展 会 影 响 鸟 类 的 迁 徙 路线,增加鸟类的死亡率.最后,风电场干扰鸟类觅食、繁殖 等,对于定期觅食的鸟类,容易使其撞向头顶的电线.与此同时,风力涡轮机的电磁辐射 可能驱赶鸟类离开原有的栖息地,导致鸟类繁殖量 减少,导致了鸟类的栖息地减少甚至丧失.这些都直接或间接导致鸟类物种多样性下降,因此风力涡轮机对鸟类的影响较大,且不利影响较大.风力涡轮机附近的蝙蝠 死亡率也在增加,风电场的低频噪声 对蝙蝠造成干扰.在冬季,鹰形目、尾形目、隼形目等鸟类的死亡数量较多,普通隼形目幼鸟在夏季死亡较多.对人类的影响风电场对人类的影响包含文化、经济、健康影响等多个方面.文化影响方面,如部分国家将风电场作为 旅 游 观 光 的 一 处 景 点,可 供 人 们 参 观 拍照.风电场还会对当地经济产生影响,风力发电通过有效改善当地经济产业结构,促进经济发展,同时维持当地生态环境,相较于火力发电,对环境污染更小.然而,风力涡轮机由影子闪烁而产生的 光 强 变 化,会 给 居 住 在 附 近 的 居 民 带 来干扰.风力涡轮机在环境中产生噪声,并伴随一定的视觉影响.风力涡轮机的噪声主要分为气动噪声和机械噪声,风力涡轮机的低频噪声会给人类带来烦恼,研究表明,风力涡轮机导致人出现头痛等压力症状;而气动噪声是涡轮机在转动时与空气摩擦出现的声音,这种声音难以消除.同时也会引起人的睡眠障碍和听力损失,对前庭系统造成伤害,.风电场会产生大量的电磁辐射,电磁辐射对人类的影响较大.人们长期受电磁辐射的影响,可能会出现心悸、失眠 等相关症状,干扰身体的微电磁场,影响循环系统、免疫系统、代谢系统的功能.视觉冲击中,涡轮机的位置影响显著.风电场引起的对比影响程度与周围环境对比呈正相关.风电场的设计师往往将涡轮机像素与其边缘的背景像素混合,当侧面有更高的比例像素时,这种效果更加明显.与陆上相比,海上风力发电被认为是环境改善,而山区安装风力涡轮机则被认为是环境恶化.结论和展望 结论综上所述,风电项目对人类的影响是较为显著的,但风电场作为建筑,对生态环境、生态廊道以及景观连通性等方面负面影响较大,而对于气候、视觉影响等需要做进一步的研究.风电项目的可行性包括投资风险和运行管理风险,个方面.投资风险可以有效评估出最终是否获利,以及所能带来的经济效益;运行管理风险可以有效预测风电项目运行过程中可能出现的问题.问题解决方案当前,我国的风电建设正在逐步优化,减少对于森林生态系统的破坏,同时要采取科学措施,将光亮降到最低,防止现场眩光.而且尽量利用风电建设,使其有利于森林生态系统的恢复和发展.海上风能资源丰富,但是面临诸多挑战.例如:海洋环境复杂、开发难度较大、开发成本较高、设备运输困难等问题,仍需借鉴陆上风电项目的经验,不断完善设备,改良实施方案,在最小破坏的程度上最大化利用海上风能资源,促进海上风电发展.为了减少禽类的死亡,风电项目在规划时应仔崔雯珺,等:风电建设对森林生态系统影响生态文明建设:自然与生态细考虑环境影响.部分国家已经开始对风场项目进行立法,制定相关法律来保护生态环境.例如德国在森林地区增加了风力涡轮机的数量,同时要求规划法和区域规划有明显的导向作用.欧洲森林虽受到人类活动的影响,但还有一些地区的森林不支持安装风电机.降低噪声方面可以在设计上安装消音装置,并远离居民区.在施工后及时种树,把生态环境的破坏性降到最低.我国风电项目逐渐成熟,与陆上风电项目项目相比,海上风速高 ,且风稳定性好.但是,海上风能环境更加复杂,开发海上风电场需要考虑更多的因素,如海浪风电场的影响、盐雾环境 侵蚀风力涡轮机的刀片等.目前,我国风电项目发展依旧属于“数量”取胜,“质量”上还有待提高,三北地区的风电场发展速度将高于东部地区.目前,我国的风电建设已初具规模.从远来看,由于海上风能资源丰富,我国的海上风电发展前景甚为广阔.海上风电在未来具有三大发展趋势:单机容量趋向大型化;规模趋向大型化;由近海向深海发展.未来我国风电产业的发展,将从设计、技术、监管个方面 进行改进,特别是技术上可以与计算机技术相结合,实现“智慧用能”.展望虽然风电场对森林中动物的影响较大,但是风电场可以辅助防护林,抵挡住大风的侵袭.当台风来临时,风电场可吸收掉一部分强风,随后用防护林抵挡,最后汇入城市时,风力已被抵挡住大半,对城市的破坏力较小.可以形成“风电场 防护林 城市”的防风模式.风电场建设的成本较高,可以将风力涡轮机进行改造,可以用成本低、性能好的相关材料代替原有材料,利用纳米技术,安装降噪设备,降低噪声污染.远离居民区,可以缓解和改善阴影影响.海上风电还应考虑减轻对海洋生物(特别是大型动物)的影响.参考文献:刘世荣,代力民,温远光,等面向生态系统服务的森林生态系统经营:现状、挑战与展望J生态学报,():刘欢沿海经济开发区森林生态系统服务价值评价及动态研究D福州:福建师范大学,卢 瑞 华,周 川广 东 统 计 年 鉴 Z广 州:广 东 省 统 计局,简晓敏新能源和可再生能源在暖通空调系统中的应用J江西建材,():丁洁新能源和可再生能源的开发与利用探讨J居业,():,别朝红,任彦哲,李更丰,等“双碳”目标下城市能源系统的形态结构和发展路径J/O L电力系统自动化:别朝红,任彦哲,李更丰,等“双碳”目标下城市能源系统的形态结构和发展路径J/O L电力系统自动化:李闽,吕亚生,汪宗余,等立足生态之本推进减排降碳N中国自然资源报,()夏夕科,张帮才,都国栋火力发电企业碳排放成本核算J皮革制作与环保科技,():穆献中,徐琴,刘宇,等基于生命周期评价的核电环境影响分析J/O L安全与环境学报:云巴图风电项目环境影响评价指标研究D北京:华北电力大学,杨岭“新电改”背景下水力发电企业成本控制分析J质量与市场,():,S u a a dJ a b e r E n v i r o n m e n t a l i m p a c t so fw i n de n e r g yJ J o u r n a l o fC l e a nE n e r g yT e c h n o l o g i e,():兰忠成中国风能资源的地理分布及风电开发利用初步评价D甘肃:兰州大学,刘凯潮汐原理及其潮汐能的利用J智库时代,():,梁红,魏科,马骄我国西北大规模太阳能与风能发电场建设产生的可 能 气 候 效 应 J气 候 与 环 境 研 究,():秦永军新能源风力发电技术及其发展趋势分析J科技创新与应用,():苏文,吴霓,章柳立,等海上风电工程对海洋生物影响的研究进展J海洋通报 ():崔东岭,摆念宗海上风电与陆上风电差异性分析(上)J风能,():S h iR u i j i n g,F a nX i a o c h a o,H eY i n g C o m p 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