УДК 504.3 Экологические аспекты ветроэнергетики к.т.н

УДК 504.3
Экологические аспекты ветроэнергетики
к.т.н. Ермоленко Б.В., к.т.н. Ермоленко Г.В., Рыженков М.А.
Экологические проблемы тепловой энергетики. В последние десятилетия
мир столкнулся с двумя серьезными проблемами в области энергетики: это
обеспечение надежности энергоснабжения и борьба негативными воздействиями производства энергии на окружающую среду как в районах размещения источников генерации, так и в масштабах всей планеты. Результатом
сжигания органических топлив является активизация парникового эффекта
и, как следствие, глобальное потепление. Атмосфера уже перегружена парниковыми газами, в частности, двуокисью углерода. Примерно 80% всех выбросов СО2 связано с использованием ископаемых ресурсов. Кроме того, возросшее до невиданных ранее масштабов потребление нефти, природного газа
и угля ведет к истощению ископаемого топлива, которое гораздо эффективнее может быть использовано для химической переработки в полезные для
народного хозяйства и населения продукты или будет сохранено для нужд
следующих поколений.
Современный электроэнергетический комплекс России включает почти
600 электростанций единичной мощностью свыше 5 МВт. Общая установленная мощность электростанций России составляет 220 ГВт: 21% объектов
гидроэнергетики, 11% атомных электростанций и 68% - тепловых электростанций. Лидирующее положение теплоэнергетики является исторически
сложившейся закономерностью. Тепловые электростанции, работающие на
органическом топливе, применяют уголь, мазут, газ, дизельное топливо,
торф, сланцы, дрова и древесные отходы, продукты энергетической переработки топлива и др. Наибольшее развитие и распространение в России получили тепловые электростанции общего пользования, сжигающие газ, уголь и
мазут (чаще всего в качестве резервного топлива). Свыше половины выра1
ботки электроэнергии в России сегодня приходится на станции, работающие
на природном и попутном нефтяном газе. Существовавшие долгое время
низкие цены на газ способствовали вытеснению других видов топлива в
электрогенерации и промышленности. Сегодня российская экономика является самой газоемкой в мире, превосходя по этому показателю экономику
США почти в шесть раз и Германии в восемь раз.
Ориентируясь на данные государственного доклада “О состоянии и об
охране окружающей среды Российской Федерации в 2009 году” 1, опубликованного Министерством природных ресурсов и экологии Российской Федерации в 2010 году, на тепловых станциях страны было выработано 652 млрд.
кВтч электроэнергии. Производство тепловой энергии в 2009 году достигало 1341 млн. Гкал. В добывающей отрасли было получено 584 млрд.м3
природного газа, 298 млн.т угля и 494 млн.т нефти.
Объемы выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух при
производстве, передаче и распределении электрической энергии, газа, пара и
горячей воды составили в 2009 году 4140,7 тыс.т, т.е. около 21,8 % от массы выбросов всех стационарных источников страны, из них: диоксида серы –
1273,1 тыс.т, оксида углерода – 623,8 тыс.т, оксидов азота – 975,4 тыс.т, углеводородов (без летучих органических соединений) - 54,1 тыс.т, летучих
органических соединений – 11,4 тыс.т. Сброс загрязненных сточных вод в
поверхностные водоемы равнялся для этого вида деятельности
8817,23
млн.м3 - около 55,6 % от общего объема сбросов таких вод в стране. В 2009
году на предприятиях энергетики образовалось 65,3 млн.т отходов производства и потребления, что составило около 1,9 % от объема всех образующихся
в РФ отходов.
Добыча и транспортировка топливно-энергетических полезных ископаемых органического происхождения сопровождалась выбросами загряз1
Государственный доклад “О состоянии и об охране окружающей среды Российской Федерации в
2009 году”, http://www.mnr.gov.ru/part/?act=more&id=6109&pid=1227
2
няющих веществ в атмосферу, загрязнением водных объектов, образованием
и размещением отходов. Валовой выброс загрязняющих веществ в 2009 году
исчислялся 4851,6 тыс.т (25,5% от выбросов всех стационарных источников
Российской Федерации), объем сброшенных в водные объекты загрязненных
сточных вод - 489,6 млн.м3 (около 3,1% от объема загрязненных стоков в
стране), количество образовавшихся отходов - 1984,8 млн.т (примерно 56,6%
от объема всех образующихся в стране отходов).
Кроме загрязняющих веществ, попадающих в атмосферу и оказывающих локальное негативное воздействие на окружающую среду, результатом
функционирования топливно-энергетического комплекса является выброс в
атмосферу парниковых газов, особое внимание среди которых уделяется выбросам углекислого газа СО2. Статистическое и аналитическое агентство
США Energy Information Administration (EIA) опубликовало данные о выбросах углекислого газа по странам мира1. Согласно этим данным в 2009 году
Китай выбросил в атмосферу планеты 7711 млн.т углекислого газа, оставив
позади себя США. Выбросы CO2 на душу населения в Китае составили около
6 т. Объём выбросов углекислого газа Соединёнными Штатами Америки составил 5425 млн.т (17,9 т на душу населения). С большим отрывом за двумя
сверхдержавами следует Индия. В 2009 году выбросы CO2 этой страной составили 1602 млн.т (1,35 т на человека). Четвертое место по выбросам углекислого газа занимает Россия (1572 млн.т), пятое - Япония (1098 млн.т), шестое - Германия (766 млн.т), седьмое - Канада (541 млн.т), восьмое - Южная
Корея (528 млн.т), девятое - Иран (527 млн.т), десятое - Великобритания (520
млн.т).
Результаты анализа уровня воздействия топливно-энергетического
комплекса на окружающую среду и неуклонное снижение запасов основных
органических видов топлива свидетельствует о необходимости изыскания
1
Главные "коптильщики", Раздел: Глобальная экология,
http://www.priroda.su/blog/1/tag/углекислый%20газ
3
новых экологически чистых и надежных энергетических источников. Альтернативой ископаемому топливу являются возобновляемые источники энергии (ВИЭ), к которым относятся: энергия ветра, солнечная радиация, энергия
рек, приливов и океанских волн, энергия, заключенная в биомассе и органических отходах.
На сегодняшний день, наиболее перспективной с экологической и экономической точки зрения среди возобновляемых видов энергии является ветровая энергетика. Работа ветрогенератора мощностью 1 МВт за 20 лет позволяет сэкономить примерно 29 тыс. тонн угля или 92 тыс. баррелей нефти.
Ежегодно применение такого генератора предотвращает попадание в атмосферу 1800 т СО2, 9 т SO2, 4 т оксидов азота1. По оценкам Global Wind
Energy Council к 2050 году мировая ветроэнергетика позволит сократить годовое загрязнение атмосферного воздуха углекислым газом на 1,5 миллиарда
тонн. Ориентируясь на эти прогнозы, последнее десятилетие мировой рынок
ветроэнергетики развивался быстрее, чем любой другой вид возобновляемой
энергетики.
Мировые ветроэнергетические ресурсы. Ветровые ресурсы присутствуют
в любой части мира, и их достаточно для обеспечения растущего спроса на
электроэнергию. Потенциал энергии ветра подсчитан более или менее точно:
по оценке Всемирной метеорологической организации ее запасы в мире составляют 170 трлн. кВт·ч в год. На конец 2009 года в мировом масштабе установленная мощность ветроэнергетических установок достигла 152 ГВт, что
позволяет вырабатывать 1,5% потребляемой мировым сообществом электроэнергии2. В странах, где правительство понимает важность проблем сбережения топливно-энергетических ресурсов и снижения негативного воздействия
1
The "Global Wind Energy Outlook 2008", 14 Ноябрь 2008 г.
http://www.renewableenergyworld.com/rea/news/article/2008/11/wind-energy-could-reduce-co2emissions-10b-tons-by-2020-54085
2
Е. Пармухина. Рынок ветроэнергетики. «Элек.ру» — электротехнический интернет–портал.
http://www.elec.ru/analytics/rynok-vetroenergetiki/
4
теплоэнергетики на окружающую среду, оно оказывает поддержку строительству и эксплуатации ветропарков. Так, в Дании, используя энергию ветра, получают свыше 20% электроэнергии, в Испании — 10%, Германии —
8%. Отношение правительств различных стран к экологическим и экономическим проблемам энергетики наглядно характеризуется информацией о
уровне установленных мощностей ветроэнергетических установок, приводимой Европейской ассоциации ветроэнергетики и GWEC.
Суммарные установленные мощности ВЭУ, МВт, по странам в 2009 г.
Таблица 1
Страна
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
США
Германия
Китай
Испания
Индия
Италия
Франция
Великобритания
Португалия
Дания
Канада
Нидерланды
Сценарии
Мощность,
МВт
35159
25777
25104
19149
10833
4850
4492
4051
3535
3465
3319
2229
развития
Страна
13. Япония
14. Австралия
15. Швеция
16. Ирландия
17. Греция
18. Австрия
19. Турция
20. Польша
21. Бразилия
22. Бельгия
23. Норвегия
24. Египет
мировой
Мощность,
МВт
2056
1668
1560
1260
1087
995
801
725
606
563
431
430
Страна
25. Венгрия
26. Чехия
27. Болгария
28. Финляндия
29. Эстония
30.Украина
31. Иран
32. Литва
33. Люксембург
34. Аргентина
35. Латвия
36. Россия
ветроэнергетики,
Мощность,
МВт
201
192
177
146
142
94
91
91
35
29
28
16,5
разработанные
Greenpeace, показывают, что при отсутствии государственной поддержки и
рыночных стимулов, доля ветровой энергетики в мировом производстве
электроэнергии может достичь 5% к 2030 году и 6,6% к 2050 году. При господдержке энергосбережения ветровая энергетика к 2030 году прогнозируется рост до 15,6%, а к 2050 году – до 17,7%. Масштабные энергосберегающие
мероприятия будут способствовать увеличению вклада ветровых электростанций в общее количество производимой энергии до 29,1% к 2030 году и
до 34,2% к 2050 году.
5
Ветроэнергетический потенциал России. Технический потенциал ветровой
энергии России оценивается свыше 50 000 млрд. кВт·ч/год. Экономический
потенциал составляет примерно 260 млрд. кВт·ч/год, то есть около 30 процентов производства электроэнергии всеми электростанциями России, или
примерно 40% от выработки энергии тепловыми электростанциями1. Нетрудно понять, к какому снижению расхода ископаемых топлив, уменьшению загрязнения окружающей среды и влияния на климат планеты может
привести полное использование экономического потенциала энергии ветра.
Развитие ветровой энергетики в России рассматривается в рамках правительственной программы использования возобновляемых источников
энергии и является одним из важных направлений развития российской электроэнергетики с учетом факторов ресурсосбережения и охраны окружающей
среды. Особой концентрацией ветропотенциала отличаются побережья Тихого и Арктического океанов, предгорные и горные районы Кавказа, Урала,
Алтая, Саян. С учетом административного деления потенциальными районами размещения ВЭС являются:
 области: Архангельская, Астраханская, Волгоградская, Калининградская, Камчатская, Ленинградская, Магаданская, Мурманская, Новосибирская,
Пермская, Ростовская, Сахалинская, Тюменская;
 края: Краснодарский, Приморский, Хабаровский;
 республики и округа: Дагестан, Калмыкия, Карелия, Коми, Ненецкий
автономный округ, Таймырский автономный округ, Хакасия, Чукотка, Якутия, Ямало-Ненецкий автономный округ.
Для всех вышеперечисленных регионов характерно наличие значительных
ресурсов ветровой энергии, а их энергосистемы являются дефицитными.
1
Энергетический портал. Вопросы производства, сохранения и переработки энергии.
http://www.smenergo.ru/wind/
6
Темпы ввода в эксплуатацию новых ветроэнергетических мощностей в
России можно оценивать как чрезвычайно низкие1. На конец 2005 года суммарная установленная мощность ВЭУ приблизилась к 14 МВт, в 2006 она
увеличилась до 15,5 МВт, а в 2007 — до 16,5 МВт. К настоящему моменту
финансовый кризис оставил ситуацию в ветроэнергетическом секторе без заметных изменений: при мощности ВЭУ 16,5 МВт суммарная годовая выработка электроэнергии не превышает 25 млн. кВт·ч/год. Средний прирост генерирующих мощностей этого вида в России едва достиг 8% в год - один из
самых низких показателей в мире (в Китае - ~60%, в США - ~30%, в Испании -~20%).
В последние 3 – 4 года наблюдается увеличение активности в законодательной и нормативной сфере развития возобновляемой энергетики России. Было подготовлено и частично принято несколько проектов федерального и региональных законов, постановлений Правительства РФ, нормативнотехнических документов, создающих правовую базу и регламентирующих
развитие ВИЭ. Но, как видно из приведенных в Таблице 1 цифр, несмотря на
все предпринятые Правительством РФ меры, Россия имеет ничтожную, по
сравнению со странами лидерами, суммарную установленную мощность, хотя ее потенциал способен в радикально сжатые сроки изменить ситуацию,
сложившуюся в топливно-энергетическом комплексе страны.
Ветроэнергетика далеко не новое понятие для отечественной электроэнергетической отрасли. В 1930-х годах Советский Союз был лидером в использовании энергии ветра, освоив серийное производство ветроустановок
мощностью 3-4 киловатта. В 1931 году в районе Балаклавы была пущена в
эксплуатацию крупнейшая на тот момент в мире сетевая ветроэнергетическая
установка мощностью 100 кВт. Следом на юге страны ввели в эксплуатацию
десятки ветрогенераторов этого класса мощности. В 1938-м в Крыму развер1
Е. Пармухина. Рынок ветроэнергетики. «Элек.ру» — электротехнический интернет–портал.
http://www.elec.ru/analytics/rynok-vetroenergetiki/
7
нулось строительство ВЭС мощностью 5 МВт. С 1950 по 1955 год страна
производила до 9 тысяч ветроустановок в год единичной мощностью до 30
кВт. В годы освоения целины в Казахстане была сооружена первая многоагрегатная ветродизельная электростанция. Дальнейшее развитие ветроэнергетики было определено постановлением Совмина СССР «Об ускоренном развитии ветроэнергетической техники в 1988-1995 годах», однако политический и экономический кризис 1990-х годов остановил работы по реализации
этой программы. В современной России установленная мощность сетевых
ветроэнергетических установок (16,5 МВт) соответствует мощности, вводимой в мире менее чем за 6 часов. Эти установки укомплектованы устаревшими маломощными ветрогенераторами, в большинстве своем европейского
производства, и никак не отражающими достигнутый мировой уровень развития данной отрасли.
Однако сегодня, на волне развития нового законодательства в области
возобновляемой энергетики, в тех регионах России, где имеются соответствующие условия, ведется проработка проектов сетевой ветроэнергетики общей установленной мощностью более 2 ГВт на основе ветрогенераторов 2-3х мегаваттного класса с перспективой ввести к 2020 году 7 ГВт.
Задача экологической оценки воздействия ВЭС на окружающую среду. В
современных условиях использование любой технологии проходит жесткую
проверку на то, какое воздействие она оказывает на человека и окружающую
среду. Это, безусловно, касается и ветроэнергетики, одного из наиболее экологически чистых источников электрической энергии. Авторы данной статьи
попытались проанализировать современный опыт в этой области, и как он
используется сегодня в России при разработке проектов ВЭС 60 МВт в поселке Мирный Ейского района Краснодарского края и Дальневосточной ВЭС
32 МВт в Приморском крае.
8
Анализ воздействия на окружающую среду должен проводиться для
основных этапов (фаз) жизненного цикла проектов строительства ветроэлектрических станций, включающих производство энергетического оборудования, строительство объекта, его эксплуатацию, его ликвидацию с утилизацией, по-возможности, морально и физически износившихся элементов ВЭС.
Задачей оценки воздействия является определения основных компонентов и
уровня негативного влияния процессов строительства, эксплуатации и ликвидации ВЭС на такие компоненты окружающей природной среды, как атмосферный воздух, поверхностные и подземные водные объекты, почвы, земельные и водные ресурсы, растительность, животный мир (млекопитающие,
орнитофауна), ихтиофауна (если ВЭС строится в прибрежной акватории моря или океана). Результаты такой оценки используются для разработки и внедрения природоохранных мероприятий, направленных на снижение воздействий, и принятия решений о возможности и целесообразности строительства
конкретных ветроэлектрических станций.
Производство ветроэнергетического оборудования. В нашей стране пока
не имеется промышленного опыта производства ветроэнергетических установок установленной мощностью более 1 МВт. Процесс разработки технологической платформы для локализации такого производства в России с использованием передового мирового опыта и российских инновационных решений находится на начальном этапе. Массовое производство ветрогенераторов может начаться лишь через 3-5 лет. Поэтому в данной статье экологические аспекты этапа производства оборудования не являются предметом детального рассмотрения. Однако, анализируя состав оборудования, используемые для его изготовления и строительства станций материалы, можно
прогнозировать виды негативного воздействия, характерные для энергетического машиностроения, электротехнической, металлургической, полимерной
индустрии, промышленности строительных материалов. Количественная
9
оценка влияния производства ветроэнергетических установок на человека и
природу будет проведена на стадии проектирования объектов их массового
производства.
Строительство ВЭС. Ориентировочный состав воздействий на окружающую природную среду в процессе строительства ВЭС - это загрязнение атмосферы, водных объектов, почвы, размещение отходов, отторжение сельскохозяйственных и лесных земель, нанесение вреда растительному и животному миру.
Исходной информацией для проведения оценки воздействия
строительства предприятия на окружающую среду являются данные проектов-аналогов и разрабатываемых проектов, сведения о территориальных особенностях мест возможного размещения объекта и информация о технологиях и материалах, используемых при строительстве. Характер и источники
воздействия на окружающую среду при строительстве ВЭС мало чем отличаются от соответствующих показателей других объектов капитального
строительства.
Источниками негативного воздействия на окружающую среду при
производстве строительно-монтажных работ являются процессы: строительства и ремонта дорог; инженерной подготовки территории; закладки фундаментов ВЭУ и устройства для их монтажа специальных площадок; сборки и
монтаж ветроустановок; строительства ЛЭП, групповой повысительной подстанции (ГПП) и других объектов схемы выдачи мощности ВЭУ и ВЭС;
строительства и оснащение ремонтно-эксплуатационной базы (РЭБ) ВЭС с
центральным пунктом управления (ЦПУ); строительства и демонтаж временных зданий и сооружений, рекультивация земель, благоустройство территории; жизнедеятельность строительного персонала и др.
Воздействие на атмосферу. Основная нагрузка на воздушную среду в процессе строительства определяется выбросами загрязняющих веществ автотранспортными средствами, строительными машинами и механизмами, за10
грязнением атмосферы при проведении сварочных и окрасочных работ, использовании сыпучих строительных материалов и др. В окружающую среду
при этом попадают: оксид углерода, оксид и диоксид азота, диоксид серы,
бензин, керосин, сажа, пыль неорганическая 70-20 % SiO2, оксиды железа и
марганца, фтористые соединения и некоторые другие вещества.
Воздействие на водные объекты. На строительной площадке потенциальными источниками загрязнения поверхностных и подземных вод могут быть:
производственно-строительные сточные воды, загрязненные ливневые стоки
и хозяйственно-бытовые сточные воды, образующиеся на строительных
площадках. Отвод производственно-строительных сточных вод практически
отсутствует, так как вода, используемая в цементных растворах и при поведении окрасочных работ, тратится безвозвратно и не попадает в окружающую среду. Ливневые сточные воды, содержащие преимущественно взвешенные вещества и нефтепродукты, при отсутствии ливневой канализации
чаще всего отводят на рельеф местности, откуда они попадают в подземные
водные горизонты или поверхностные водные объекты. Хозяйственнобытовые воды обычно собираются в специальные емкости, вывозятся со
строительной площадки и сдаются специализированным организациям для
очистки и обезвреживания.
Образование отходов. Образующиеся строительные отходы преимущественно относятся к IV и V классам опасности и включают: древесные отходы
от подготовки территории, загрязненную почву, отходы бетона в кусковой
форме, отходы битума и асфальта, строительный щебень, потерявший потребительские свойства, лом цветных и черных металлов, остатки и огарки
стальных сварочных электродов, отходы изолированных проводов и кабелей,
мусор от бытовых помещений, тара железная, загрязненная засохшими лакокрасочными материалами, и др.
11
Воздействие на растительный животный мир. По существующим методикам
учитывается также воздействие на животный и растительный мир в процессе
строительства. Основным источником воздействия на животных в этом случае является шум строительной техники, а на растительный мир вырубка
кустарников и деревьев и повреждение почвенного покрова.
Воздействие на земельные ресурсы. В процессе строительства происходит
отторжение земель в краткосрочное и долгосрочное пользование. Особенностью землепользования при строительстве ВЭС является то обстоятельство,
что турбины занимают только 1 % от всей территории ветряной фермы1. 99
% территории может быть занята под сельское хозяйство или для осуществления других видов деятельностью, что и происходит в таких густонаселённых странах, как Дания, Нидерланды, Германия. Фундамент ветроустановки
диаметром около 10 м обычно полностью находится под землёй, позволяя
расширить сельскохозяйственное использование земли практически до самого основания башни. Земля сдаётся в аренду, что позволяет получать дополнительный доход.
Спецификой воздействий в процессе строительства ВЭС является их
ограниченность во времени (не более 9 месяцев).
Эксплуатация. Расчетный срок службы современных ВЭС составляет 25
лет. В процесс эксплуатации ВЭС оказывает воздействие на человека, флору
и фауну, атмосферный воздух, водные объекты, землепользование в виде
шумов, вибраций, электромагнитного излучения, оптических эффектов, механического воздействия, и отходов эксплуатации.
Воздействие шума. Наибольшее число вопросов относительно воздействия
ВЭУ на здоровье человека связано с инфразвуковым шумом (шумом не слышимым для человеческого уха). Так, по мнению всемирной организации
здравоохранения (ВОЗ), нет никаких доказательств того, что шум ниже слу1
Wind energy Frequently Asked Questions. RenewableUK, http://www.bwea.com/about/contact.html
12
хового порога вызывает какие-либо физиологические или психологические
эффекты.1 Это подтверждается и недавними исследованиями в Северной
Америке.2 Исследование, проведенное на трёх английских ветроэнергетических станций, дало аналогичные результаты: шум, производимый современными ветрогенераторами, не может привести к вредным последствиям для
здоровья людей, проживающих рядом с ветропарком. 3 Как ни странно, причиной негативного воздействия на здоровье (разного рода расстройств на
нервной почве) может стать сам человек из-за беспокойства, вызванного боязнью негативного влияния ВЭС. Ситуация также осложняется в тех случаях, когда люди получают какую-либо экономическую выгоду от работы
станции, а потому не хотят обращаться к врачу по поводу своего недомогания.4
В разное время у разных и одних и тех же лиц порог слышимости может различаться. Недавние исследования показали, что восприятие шума
может изменяться в зависимости от отношения человека к звуковому источнику.5 Оказалось, что раздражение от шума ветрогенераторов было связано с
отрицательным отношением к визуальному воздействию ВЭУ на пейзаж. 6
Кроме того, согласно всем последним исследованиям и разработкам
современные ветрогенераторы создают при работе очень низкие уровни инфразвукового шума.7
1
Berglund B and Lindvall T (1995). Community Noise. Archives of the Center for Sensory Research
2(1).
2
Colby DW, Doby R, Leventhall G, Lipscomb DM, McCunney RJ, Seilo MT, and Søndergaard B
(2009). Wind Turbine Sound and Health Effects – An Expert Panel Review. Prepared for the American
Wind Energy Association and the Canadian Wind Energy Association
3
Department of Trade and Industry UK (DTI) (2006). The measurement of low frequency noise at three
UK wind farms: URN No: 06/1412 issued by the DTI in July 2006.
4
Pederson E and Persson Waye K (2007). Perception and annoyance due to wind turbine noise – a doseresponse relationship. Journal of the Acoustical Society of America, 116(6): 3460-3470.
5
6
7
Minnesota Department of Health (2009). Public Health Impacts of Wind Turbines.
Pederson E and Persson Waye K (2007). Perception and annoyance due to wind turbine noise – a doseresponse relationship. Journal of the Acoustical Society of America, 116(6): 3460-3470.
Jakobsen J (2005). Infrasound Emission from Wind Turbines. Journal of Low Frequency Noise, Vibration and Active Control, 24(3): 145-155.
13
Сравнительная оценка шума от различных источников
Таблица 2
Вид деятельности
Уровень звукового давления, дБА
Реактивный самолет – на расстояние 250м
105
Шум в оживленном офисе
60
Автомобиль, едущий в 64 км/ч (расстояние 100м)
55
Ветровая электростанция (10 турбин) ( расстояние 350м)
Тихая спальня
Фоновый шум в сельском районе ночью
35–45
35
20–40
На основе информации, приведенной в таблице 2, можно сделать вывод
что шум, производимый 10-ю ветрогенераторами, на расстоянии в 350 метров можно оценить как незначительный, т.е. не отличимый от других шумов
в обычной жизни1. Данные таблицы подтверждаются на практике результатами исследований, проведенных инжиниринговой фирмой CUBE близ посёлка Мирный Краснодарского Края в ходе реализации проекта Ейская ВЭС.
Анализ данных годичного мониторинга позволил определить уровни
шумов вокруг ВЭС в зависимости от расстояния. Рассчитанный уровень
шума в пределах жилой застройки поселка Мирный будет находиться в пределах от 35 - 44 дБА, что соответствует требованиям СН 2.2.4/2.1.8.562-96
"Шум на рабочих местах, в помещениях жилых, общественных зданий и на
территории жилой застройки" (Рис.1). В соответствии с СН уровень шума
для территорий, непосредственно прилегающих к жилым домам, не должен
превышать 45дБА и 55дБА с 23 до 7 часов и с 7 до 23 часов соответственно.
1
Macintosh A and Downie C (2006). Wind Farms: the facts and the fallacies. The Australia Institute:
Discussion Paper No. 91.
14
Рис. 1 Распределение уровня шума ВЭС п. Мирный
Визуальное воздействие. Негативное воздействие на здоровье человека может быть вызвано стробоскопическим эффектом от мерцания тени при вращении лопастей ветрогенератора. Этот эффект при опредёлённых условиях
приводит к эпилептическому припадку, хотя вероятность возникновения таких условий оценивается как 1 шанс на 10 000 000.
1
Тем не менее, при про-
ектировании ВЭС для исключения этого воздействия проводится моделирование зон мелькания различной частоты и интенсивности (Рис.2), результаты
которого учитываются при определении мест установки ВЭУ.
1
Chatham-Kent Public Health Unit (2008). The Health Impact of Wind Turbines: A Review of the Current White, Grey, and
Published Literature. Chatham- Kent Municipal Council, Chatham Ottawa.
15
Рис. 2. Зоны мелькания тени от ВЭУ.
Что касается вспышек, вызванных отражением солнечных лучей от поверхности лопастей ВЭУ, и негативных эффектов этого воздействия на здоровье человека, то современные лопасти ВЭУ характеризуются пониженной
отражающей способностью, практически исключающей этот эффект.1
Воздействие вибраций. Существует распространенное заблуждение, что при
работе ветрогенератора возникает сильная вибрация, способная нанести вред
здоровью человека или фауне, обитающей поблизости. Действительно, в период эксплуатации ВЭС источником вибрации являются движущиеся части
ВЭУ, а именно лопасти ротора. По многократно подтвержденным на практике расчетам, современная конструкция ВЭУ не передает вибрации на окружающие объекты при условии, что масса ее неподвижной части в 16 и более
раз превышает вес ее подвижной части. Так, например, масса вращающихся
частей ВЭУ, рассматриваемых для установки на проектируемой Дальневосточной ВЭС, составляет приблизительно 15 тонн, а масса неподвижной части - комплекса фундамента ВЭУ - около 400 тонн. Масса неподвижной части
1
Environment Protection and Heritage Council (EPHC) (2009). National Wind Farm Development Guidelines - Public
Consultation Draft. Commonwealth of Australia; Adelaide.
16
в 25 с лишним раз превышает массу ее подвижной части. При таком соотношении масс вибрация отдельных вращающихся элементов ВЭУ полностью
затухает на уровне несущего элемента основания. 1
Влияние ВЭС на животный мир. Чаще всего наибольшее количество вопросов вызывает воздействие ветропарков на орнитофауну. Действительно, ветровые электростанции, как вертикальные структуры с движущимися элементами, представляют определённый риск для птиц. В качестве основных факторов воздействия ВЭУ на орнитофауну можно выделить: физическое воздействие при столкновении с турбинами, лопастями и башнями; нарушение
среды обитания; нарушение маршрута миграции птиц.
Однако оценка этой опасности затруднена в основном по причине
сильной зависимости от места расположения ВЭС (рельеф, расположение
ВЭУ на площадке, типы осёдлых и перелётных птиц в данной местности и
т.д.). Более того, возможность столкновения птиц с ВЭУ зависит от погодных
условий и повышается в условиях плохой видимости.
Следует отметить, что тщательное планирование расположения ВЭС
во взаимодействии с экспертами орнитологами с целью минимизации воздействия на орнитофауну позволяет добиться на глобальном уровне относительно низкого уровня смертности.
Годовая оценка смертности птиц2
Таблица 3
Причина гибели птиц
Столкновение со зданиями
Столкновение с ЛЭП
Смертность от кошек
Столкновение с транспортными средствами
Смертность от пестицидов
Столкновение с ретрансляционными вышками
Столкновение с ВЭС
Столкновение с самолётами
1
Количество погибающих птиц
550 млн. особей
130 млн. особей
100 млн. особей
80 млн. особей
67 млн. особей
4,5 млн. особей
28,5 тыс. особей
25 тыс. особей
Обоснование инвестиций в строительство дальневосточной ВЭС. ЗАО ДВ НИИ природы, Владивосток, 2009
2
Wind Energy Factsheets By the European Wind Energy Association – 2010
17
Из приведённой выше Таблицы 3 следует, что смертность птиц в результате столкновения с ВЭС незначительна, по сравнению со смертностью
от другой деятельности человека. Более того, удельные показатели смертности птиц на ГВт∙ч произведённой электроэнергии, были получены в результате исследования воздействия на орнитофауну при получении электроэнергии с использованием разных видов топлива (при рассмотрении всего жизненного цикла продукции от добычи топлива, до транспортировки электроэнергии). Этот показатель составил 0,3 для ВЭС, 0,4 для АЭС и 5,2 смертельных случаев для ТЭЦ на ископаемом топливе. 1 Основываясь на данных
этого исследования, можно сделать вывод, что, несмотря на очевидное негативное воздействие ВЭС на орнитофауну, ветрогенерация представляет существенно меньшую опасность для птиц, нежели традиционные виды генерации.
Влияния ВЭС на растительность. Что касается влияния ВЭС на флору, то последние исследования не только не подтверждают отрицательное влияние
работы ВЭУ на растительность, а наоборот отмечают возможное положительное воздействие ВЭУ на сельскохозяйственные культуры. Результаты
недавно опубликованного отчета Лаборатории Департамента Энергетики
США г. Эймс, штат Айова, говорят о том, что работа ветрогенераторов может способствовать увеличению урожая зерновых культур и сои. Согласно
результатам многомесячных исследований, в непосредственной близости от
ВЭУ наблюдается улучшение вывода углекислого газа из почвы, что в свою
очередь способствует фотосинтезу и росту зерновых культур и сои. “Мы закончили первую фазу нашего исследования, и мы уверены, что ветряные установки действительно оказывают значительное влияние на микроклимат,
окружающий зерновые культуры,- утверждает эксперт лаборатории по общей
1
Sovacool, B. K. (2009). "Contextualizing avian mortality: A preliminary appraisal of bird and bat fatalities from wind, fossil-fuel, and nuclear electricity". Energy Policy 37: 2241–2248.
18
и сельскохозяйственной метеорологии Gene Takle. Турбулентный поток, создаваемый ветряными установками, может ускорить естественные обменные
процессы между хлебными злаками и приземным слоем атмосферы. Более
того, дополнительный турбулентный поток может помочь высушить росу,
которая появляется на растениях во второй половине дня, уменьшая вероятность поражения растений грибковыми заболеваниями, к тому же более сухие зерновые культуры позволяют фермерам уменьшить стоимость сушки
зерна после сбора урожая».1
Утилизация лопастей генераторов при ликвидации объекта. Следует
признать, что на сегодняшний день единственной существенной проблемой
ветроэнергетики, требующей решения, является утилизация лопастей ветрогенераторов, состоящих из композитных материалов. Учитывая темпы развития ветроэнергетики и сроки службы ВЭУ (около 25 лет), эта проблема
наиболее остро встанет перед человечеством только к 2020 году (Рис.3).
Рис. 3. Количество лопастей, требующих переработки в ФРГ, ЕС и мире
1
http://blog.ewea.org/2011/01/while-generating-green-electricity-wind-power-might-also-help-crops/
19
Однако, на сегодняшний день, предлагается два главных метода утилизации:
механическая и термическая переработка.
Механический метод переработки лопастей довольно прост и включает
в себя 3 этапа:
1) Демонтаж и разделение на части для более лёгкой транспортировки
2) Механическое измельчение, позволяющее извлечь смолу.
3) Отделение более крупных волокон, от более мелких волокон и гранул.
Наиболее популярным способом переработки лопастей, на сегодняшний день, является термический способ. Самой простой разновидностью которого является сжигание. Однако, после сжигания образуется большое количество золы (около 60% от сжигаемой массы), которая требует захоронения. Перспективным методом
переработки лопастей является пиролиз (на-
гревание без доступа кислорода при 500 °С), в результате которого волокна
лопастей можно повторно использовать, а образующийся при пиролизе газ
сжигать для получения электроэнергии.1
К сожалению, на данный момент предлагаемые методы обладают рядом недостатков, которые не позволяют в полной мере заявить о решении
проблемы переработки лопастей.
Эколого-экономическое сравнение разных способов генерации электрической энергии. Исходя из вышесказанного, очевидно, что ветроэнергетика,
как и любой другой вид человеческой деятельности, оказывает негативное
воздействие на окружающую среду. При оценке и сравнении этого воздействия для различных генераций, необходимо рассматривать полной жизненный цикл получаемой продукции (КВтч электроэнергии) от добычи и транспортировки топлива, производства энергетического оборудования до непосредственно генерации и передачи электрической энергии.
1
ReFiber ApS. Retrieved (2009, November 23)
20
Согласно
результатам
исследований
внешнего
социально-
экологического эффекта производства и транспортировки электроэнергии,
которые проводила Европейская комиссия в течение нескольких лет, на 1
кВтч электроэнергии, произведённой на ветроэнергетической станции, приходиться около 0,15 евроцентов негативного внешнего эффекта. Для сравнения генерация 1 кВтч электроэнергии при сжигании природного газа ведёт
за собой образование негативного внешнего эффекта до 1,1 евроцентов.
Аналогичный показатель для угольной электростанции составляет уже 2,55
евроцента на кВтч.
Количественная оценка внешнего эффекта от производства электроэнергии в Германии 1
Таблица 2.
Вид негативного
эффекта
Уголь
Бурый
уголь
ПриродЯдерное
Солнце
Ветер
ный газ
топливо
Внешний эффект, евроцентов на кВтч*
0
0
0
0
Шум
0,005
0
Влияние на здоро0,73
0,99
0,34
0,17
0,45
вье человека
Разрушение мате0,015
0,02
0,007
0,0002
0,012
риалов
Падение урожай0
0
0
0,0008
0
ности
Влияние на экоси0,2
0,78
0,04
0,051
0,04
стему
Образование пар1,6
2
0,73
0,03
0,33
никовых газов
Итого
2,55
3,79
1,117
0,252
0,832
*При условии использования современных технологий генерации и очистки
Гидрогенерация
0
0,072
0,051
0,002
0,001
0,0007
0,0002
0,04
0,03
0,04
0,03
0,1547
0,1122
Подводя итоги, можно со значительной степенью уверенности сказать,
что на сегодняшний день, при тщательном учете и минимизации всех возможных факторов отрицательного воздействия ВЭС на человека и окружающую среду на всех этапах их жизненного цикла, ветроэнергетика является одним из наиболее безопасных видов электрогенерации.
1
European Commission «External Costs Research results on socio-environmental damages due to electricity and transport» Luxembourg: 2003 — 24 pp.
21