环境友好型风电项目开发策略研究

吴智泉 许昊煜 陈建文

关键词：环境友好风电生态文明

一、引言

随着党的十九大报告中关于“加快生态文明体制改革，建设美丽中国”的使命要求以及“坚持人与自然和谐共生”基本方略的提出，加速推动能源革命、加快清洁能源和可再生能源的替代利用工作已经逐渐成为当前能源领域的热点与共识。风能作为一种绿色、清洁、储量大（全国陆地80m高度处风功率密度150W/m2以上的风能资源技术可开发量为102亿kW）的可再生能源，正逐步成为我国提升清洁能源消费比重、加速能源消费低碳化转型的重要依托[1]。一方面，国家能源局《风电发展“十三五”规划》中关于“十三五”期间，风电新增装机容量8000万千瓦以上宏伟蓝图的绘制以及政府各项利好政策的颁布，使得各地风电资源开发成效显著，推进速度大幅提升[2]。另一方面，在风电项目开发过程中，特别是在生态条件优越的中东部地区风场建设过程中，项目对当地自然和人文环境一致性的破坏问题也随着近年来风电资源的迅速开发而逐渐凸显。因此，风电资源的开发工作已经步入“前途光明、挑战严峻”的新阶段。如何解决风电项目开发过程中生态文明建设的不充分、项目发展的高经济效益与低生态和谐程度之间不平衡的问题，从而推进风能开发工作中的生态文明建设，正逐渐成为各风电资源开发项目的重中之重。

在此背景下，坚持五大发展理念，积极推进绿色制度体系创新与绿色技术创新，在对风资源进行迅速、有效、充分开发的基础上，实现项目发展与当地生态、人文环境的完全融合，打造环境友好型风电项目，是降低风电对自然、人文环境的影响性、破坏性，实现风电项目绿色、可持续发展的有效途径。

二、风电项目建设对环境的负面影响

区域环境的影响是指区域环境在受到来自外界作用时所发生的变化与响应[3]。在风资源的开发、建设直至风电场运行的全过程中，由于人的活动、施工区域的占用以及临时和永久性道路、建筑的建设，无法避免地会对当地的生态与人文环境产生负面的影响，造成环境的破坏。

近年来，为解决我国风电资源分布不均、生产重心与电力负荷重心错位、弃风限电等问题，负荷需求大、并网条件好，就近、就地消纳能力强的中东部地区风电资源的开发成为了又一热点[4][5]。而中东部地区风场大多位于自然条件优越、植被茂盛、物种丰富的区域。风电项目全生命周期内，对生态、人文环境的负面影响主要分为以下三个方面：

（一）开发及建设过程中对当地生态、人文环境一致性的破坏

在风电项目施工过程中的诸多环节会对当地的生态和人文环境的一致性产生的破坏，如道路修建、土地平整、风电机组基础等对于植被覆盖、地表形态、土层结构会产生一定的破坏。如图1所示，若没有及时做好植被的复栽和生态的恢复，则会造成大面积的水土流失、周边植被的进一步退化以及原有生物种群稳定性的破坏[6][7]。而升压站及其他必要性建筑与周围环境或当地建筑风格上的显著差异，也会对人文景观结构的一致性造成负面影响。图1 风电项目对生态环境的破坏（二）项目建成后生态恢复过程中的过度美化对当地生态、人文环境一致性的破坏

随着地方政府对环境评价要求的不断加码，使部分项目在生态恢复阶段采用了过高的标准，如图2所示，例如“花园式”的厂区规划、“景观式”的边坡造型以及“豪华型”的建筑风格无形中形成了生态与人文景观的“过度美化”問题，无法与当地生态融合的建筑物与植被造成了景观一致性的破坏。不仅如此，风电项目的过度美化也会导致风机、升压站等关键设备附近人类靠近的概率大幅提升，从而带来电力生产安全的不确定性以及管理难度和成本的增加。图2过度美化的生态恢复方案（三）项目投产后，机组运维过程中对于生态环境造成的持续破坏

一方面，有相关研究曾提出，山地、丘陵地形中，风机的运行与森林病虫害之间存在正相关，例如2011年我国华北地区某风场附近的落叶松用材林大规模爆发的鞘蛾和尺蠖危害，随后的调查发现，尺蠖幼虫主要通过吐丝借风飘移的方式进行林木间的传播，风机的运转造成周边空气湍动度增大，扩散效应明显，从而导致此处尺蠖借风传播效率远高于其它区域[8]。另一方面，在传统的风场运维模式中，由于风场内需要建设运维员工宿舍，而人的频繁活动造成的植被恢复率的降低、啮齿动物数量的增加也在一定程度上加剧了当地的生态破坏。

而在“节约优先、保护优先、自然恢复为主”方针的指引下，推进环境友好型风电项目的建设，则为解决以上的问题提供了新思路。

三、环境友好型风电项目的开发策略

（一）环境友好型风电项目建设总体思路

党的十九大报告中关于加快生态文明体制改革，建设美丽中国总体目标的提出，为解决风电项目建设工作中面临的生态与人文环境破坏的难题提供了方向。紧密结合各风电项目的自身需求，进一步贯彻五大发展理念，构建基于绿色发展理念的创新技术体系，建设环境友好型能源项目：积极推动绿色技术与制度创新，在项目可研、设计、施工、运行及维护的全生命周期内实现项目开发与当地生态和人文环境的融合;通过资源综合集约化措施，在项目开发的各个阶段尽可能减少由土地的占用导致的生态破坏;推进基于智能集控系统的无人/少人值守风电场建设，减少由于人的活动对于风场生态环境的破坏，缩短项目生态恢复期;基于区域性绿色运维的思路，在无人值守的前提下，实行区域化运维，并在运维、检修过程中加入生态监测和生态补偿的环节，帮助加速风场周边区域内的生态恢复以及保持生态平衡。

（二） 环境友好型风电项目具体开发策略

1基于景观生态体系评估的生态人文环境融合方案。图3显示了基于景观生态体系评估的环境融合方案的流程图，不难看出，风电项目与生态、人文环境的融合工作主要分为，景观生态体系评估与具体的生态文人环境融合手段两个方面。

（1）风电项目的景观生态体系评估模型的建立。风电项目的景观生态学的生态质量状况评判模型由空间结构分析模型、功能与稳定性分析模型两个部分组成。因此，首先通过现场踏勘、遥感数据、地形图相结合的方式评价当地的地形地貌、土地利用类型、主要植被及农作物以及相应的植被生物量和植被生产力。随后，可通过计算不同自然组分的密度（Rd）、频率（Rf）和景观比例（Lp）以及优势度值（Do），得出该地区目前的景观生态体系现状评价结果，并根据项目施工后该地区土地利用格局的转化进行项目的景观生态体系预测评价，从而量化评估本项目对于生态景观的影响程度[9][10]。通过景观的生物恢复分析、景观模地的内在异质性分析、模地内的廊道分析、人文景观四个不同的方面进行景观功能和稳定性分析，完成风电开发项目带来的生态环境破坏与影响的全方位评估[11]。

（2）风电项目的环境融合手段。应根据景观生态体系评估的结果进行有针对性的生态环境及人文环境的融合工作。

首先需结合当地的土壤、气候、植被特点制定道路沿线、风机吊装平台、塔基的原生植被恢复方案，即采用当地的原生植物对被破坏生态完整性的土地进行乔、灌、草以及农作物相结合的绿化设计。以此提高植物存活率，缩短恢复期，并可以

图3基于景观生态体系评估的环境融合流程图

最大限度的与当地的自然环境相融合，避免了因为过度的绿化、美化，带来的生态环境一致性的二次破坏，图4显示了风电项目与生态环境形成较好融合的实施效果图。图4风电项目与生态环境形成较好融合的实施效果图在植被的种植过程中，不同的类型的植物往往需要不同厚度的土壤才能得以存活[12]。在生态恢复区进行土壤和植被的采样，确定机位点附近的原生植被类型，结合取样土壤的pH值、含盐量、透水率等参数随土层厚度变化的不同趋势，根据不同植物的生长特性制定适宜的施工基础下沉深度，以求在工程恢复期内形成与当地自然环境的迅速、充分融合，图5显示了在保证轮毂高度不变的情况下，根据不同植被所需的土壤厚度制定的风机基础下沉的深度xi。并在后续的植被恢复过程中，结合采样土壤和植被的具体情况，有针对性地进行包括土壤的补水补肥、病虫害防治、防冻加固等措施，以提高植被的存活率，缩短生态恢复期。

此外，在升压站以及必要性建筑的建筑高度、外观风格上采用基于当地地域文化特色的外观设计，最大限度的还原当地的建筑风格，实现与人文环境的深度融合。图5所示为一个外观被设计成大树的通讯基站，其与周边的自然和人文环境融为

图5不同植被类型下的风机基础下沉深度一体，减少了视觉上的景观一致性破坏，这种近自然隐蔽式设计理念可被借鉴到风场建筑的设计当中，从而保证项目开发过程中生态、人文环境的一致性。图6近自然隐蔽式设计理念下的通讯基站坚持开放、共享的发展理念。通过打造与当地环境和谐共生的风电机组，本着“可远观而不可近亵”的原则，借助景观生态学中景观功能的评价手段在远离风场的特定位置建设开放式风电景观观测台，并结合AR（增强现实）导览技术等手段，传播风电的绿色发展理念，与当地人民共享发展红利。

综上，基于景观生态体系评估的环境融合手段实现了风电项目与当地生态、人文环境的深度融合，降低了过度美化带来的造价上升、生态破坏以及管理成本上升的问题。

2基于智能集控系统的无人/少人值守风电场建设。风场的无人/少人值守可有效减少人类活动对于环境的破坏和影响，更有益于风场生态环境在基建后的迅速恢复。而实现无人值守的前提则是稳定可靠的风场智能集控系统的开发与应用。首先需要开展基于风场实时评估的全局优化控制策略的研究，以风场的“实时运行最优”和“管理方式最优”为目标，在云端建立可为远程集控提供足够支撑的风场智能化分析平台，实现全风场发电量最大的协同控制的同时，具备设备状态监测、大数据预警、智能故障诊断和设备健康评估等功能，以此实时向位于远方的集控人员推送机组状态预警信息，指导下一步的远程运维检修计划的布置。

构建各个风场的远程监控体系，集合风电场集中监控、消防集中监控。可结合无人机、动态视频监控等新技术，进行无人化的风电场全场的视频监控，从而真正做到无人值守。

3资源综合集约化措施。构建全风场CFD模拟计算模型，精确计算不同机位选择方案下每个机位受到的尾流影响，制定占地面积最小、全场最大发电量以及风电开发成本最低等多目标综合寻优的个性化机型机位选择方案。针对不同中低速风场的特点，科学、全面地评估不同位置的风能资源及地形地貌，通过对每个机位风能资源的细化评估，因地制宜，定制不同高度、不同容量、不同叶片长度的机型选择方案，旨在提高中低速风力资源的利用率，降低机位总数和占地面积，从而实现风场的配置最优化与用地集约化。

充分发挥风电项目接入系统灵活性高的优势。采用“就近接入”、“分散接入”的原则，优化接入系统的方案，减少新建接入线路及升压站的投资、降低接入系统成本、节约土地资源。

采用永临结合的道路选址选线方案。同步减少永久性道路和临时性道路，利用现有公路和拓宽后的上山便道，减少新建道路。道路规划过程中应注意选择隐蔽性好、易于恢复或便于今后留给当地村民作农耕通道的道路，从而尽可能降低对自然环境以及自然景观的破坏、提高土地利用率。

4区域性绿色运维。在实现风电场的无人值守的前提下，合理规划多个风场共用的运维检修中心，进行区域运维方式。

在运维、检修的过程中，加入生态监测和生态补偿的环节。即通过监测风场周边的动、植物的动态变化，制定有针对性的生态恢复手段，并在日常运维检修的过程中，安排相应的生态恢复工作。

例如针对风机运行与森林病虫害的正相关问题，可在运维检修时，定期进行周边树木的病虫害检测，并酌情进行喷洒农药、投放虫害天敌等方法恢复原有生态环境。又如在运维检修中监测到风机附近鸟类死亡率突升，可通过在风机组的前后临时设置的标志物、物理驱鸟器，避免鸟类进入风机扫风区，或施放毒饵，控制作为鸟类食物来源的啮齿动物在风轮机周围集结，也可减少对鸟类的伤害[13]。

四、总结与展望

清洁能源产业应本着绿色发展的原则进行资源的开发，发展风电项目的最終目的还是为了有效应对日益严峻的环境污染，构建清洁、低碳、安全、高效的能源体系。即便如此，风资源的开发过程中对于生态、人文环境带来的破坏仍然不可忽视，特别是在植被丰富、自然条件优越的中东部低速风场，主要体现在开发建设过程中对原有生态环境的破坏、运维过程中人为的影响以及恢复期内过度美化带来的景观生态的二次破坏等问题，这无疑与发展风电的初衷背道而驰。通过技术、制度的绿色创新所构建的环境友好型风电项目建设手段可以实现项目开发与当地自然、人文环境的充分融合，从而在项目规划建设过程中突出生态文明建设，扎实推进风能资源的开发工作向更高水平、更加绿色的方向迈进。

参考文献：

[1]全国风能资源评估成果（2014）通过评审田[EB/OL]. 中国气象局官方网站， http：//wwwcmagovcn， 2014—12—04

[2]风电发展“十三五”规划[Z].国家能源局，2016

[3]宋辉风电工程生态环境影响评价研究[D].东北林业大学，2013

[4]熊敏鹏，张严，袁家海等我国风电的经济性评价及政策建议[J].中国能源，2016，38（10）：20—26

[5]程敏，方婷低速风电在中东部地区的发展现状及前景分析[J].经营管理者，2017（11）

[6]春顺，王耀南，李欣然等风力发电工程对环境的影响[J].电力科学与技术学报，2008，23（2）：19—23

[7]任孝良，易小惠风电的环保和安全问题[J].风能，2014（4）：52—56

[8]武宁山地型风电场的建设对森林生态系统影响浅析[J].河北林业科技，2013（4）：62—63

[9]HJ/19—2011，环境影响评价技术导则生态影响[S].

[10]HJ/192—2006，生态环境状况评价技术规范（试行）[S].

[11]史学峰，曹露，刘辉等景观生态学法在生态影响评价中的应用——以某风电场工程为例[J].科技促进发展，2012，8（7）：96—100

[12]见军林，刘建锋，李少辉绿化苗木运输与栽植[J].中国花卉园艺，2011（24）：39—39

[13]朱永可，李阳端，楼瑛强等风力发电对鸟类的影响以及应对措施[J].动物学杂志，2016，51（4）：682—691

（吴智泉，大唐安徽发电有限公司。许昊煜，中国大唐集团科学技术研究院有限公司华东分公司，现借调至大唐安徽发电有限公司。陈建文，大唐安徽发电有限公司。）