Воздействие ветроэнергетических установок на окружающую среду. Разработка природоохранных и компенсационных мероприятий. Экологические проблемы использования нетрадиционных и возобновляемых источников энергии. Влияние ветроэнергетики на здоровье человека.
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Экологические аспекты ветроэнергетики
Воздействие ветроэнергетических установок (ВЭУ) на окружающую среду и разработка природоохранных и компенсационных мероприятий изучены в нашей стране в гораздо меньшей степени, чем научные и технические основы создания ВЭУ, их строительства и эксплуатации. О ВЭУ создается идеализированное представление как о экологически «чистых» источниках энергии, хотя более корректно было бы говорить об ослаблении их воздействия на природу по сравнению с традиционной электроэнергетикой.
Экологическая оценка проектов ВЭУ должна определяться совокупностью всех факторов воздействия на окружающую среду, а затраты на обеспечение требуемого уровня экологической «чистоты» ВЭУ — учитываться при экономических расчетах эффективности создания и использования ВЭУ. экологический ветроэнергетика природоохранный
Экологические факторы воздействия ВЭУ на человека и фауну, требующие особого внимания и оценки, можно разделить на три группы:
1.Активные факторы: физическое воздействие на орнитофауну, акустический шум; вибрация; электромагнитное излучение, аварийные ситуации;
2.Пассивные факторы: помехи прохождения радиоволн; отторжение (блокировка) земельных территорий; психосоциальные («загрязнение» ландшафта, комфортность и др.)
3. Косвенные факторы: загрязнение окружающей среды в процессе производства ВЭУ.
Проводимые до настоящего времени серьезные исследования практически исключительно касались влияния работы ВЭУ на орнитофауну. Это обусловлено тем, что в странах с развитой ветроэнергетикой (западная Европа, Великобритания) наиболее интенсивное строительство ВЭУ ведется в обладающих наибольшими ресурсами ветровой энергии прибрежных зонах, дельтах рек, у больших озер,. Эти же зоны представляют собой места наибольшего скопления птиц. На птиц ВЭУ влияют непосредственно при столкновениях во время локальных миграций, так как сезонные миграции проходят на большой высоте. ВЭУ также делают зону своего размещения неблагоприятной и непривлекательной с точки зрения обитания птиц — кормления, отдыха, размножения.
Недавно по заказу комиссии ЕС консультационная фирма СЕА (экологические проблемы энергетики) совместно с Институтом экологической биологии Лейденского университета провела очередные исследования по проблеме «ВЭУ и птицы». По методике «черного ящика» выполнен анализ всех опубликованных в печати результатов исследований. Проанализированы ветроэнергетические программы стран Европы с точки зрения целесообразности выбора мест для размещения ВЭУ и опрошены ведущие экологические организации стран Северной Европы (Швеция, Нидерланды, Германия, Дания).
Некоторые исследователи считают, что в расчете на 1 км длины группа ВЭУ (25 ВЭУ мощностью по 300 кВт), влияет на птиц так же, как и автострада. Результаты исследований показывают, что группа ВЭУ мощностью 7,5 МВт, расположенная в прибрежной зоне, не более опасна для птиц, чем ЛЭП. Аналогичными исследованиями в Нидерландах установлено, что количество происшествий с птицами на 1 км группы ВЭУ такое же, как и для автомагистралей и несравнимо меньше, чем для ЛЭП. Специализированный журнал Wind Kraft Journal (Германия) отмечает отсутствие обоснованных результатов исследований о влиянии ВЭУ на орнитофауну, и приводит пример того, как между башнями группы из 100 ВЭУ в Тэндпибе (Дания) кормятся большие стаи полевых птиц, диких гусей, и на башнях ВЭУ гнездятся дикие птицы.
Отечественные данные по данному вопросу отсутствуют.
В настоящее время в мировой практике действуют три документа, определяющие методики измерения шумовых характеристик ВЭУ для их сертификации. Эти документы изданы International Energy Agency (IEA), American Wind Energy Association (AWEA) и Commision of the Europen Communities (CEC). Однако изложенные в документах процедуры отличаются, так как приспособлены к национальным нормативам, что затрудняет взаимное проникновение ВЭУ на рынки сотрудничающих стран. Поэтому не вызывает сомнения необходимость создания единой сертификационной процедуры, основанной на полученном в последнее время опыте измерений акустических характеристик ВЭУ и ведущихся исследованиях.
Основные источники акустического шума и вибраций ВЭУ — гондола, ступица ветрового колеса(ВК), лопасти и башня. Существенное значение могут иметь резонансные колебания (особенно для ВЭУ с переменной частотой вращения ВК), шумы мультипликатора и эффективность применяемых шумопоглощающих (изолирующих) элементов.
Так, в лаборатории инженерной механики MITI (Ибараки, Япония) были проведены исследования акустических характеристик ВЭУ мощностью 15 кВт с ВК диаметром 15 м при скорости ветра 8 м/с. Ось вращения ВК — горизонтальная, на высоте 14,7 м. Коробка передач содержит мультипликатор (зубчатые шестерни) и коническую зубчатую передачу. Вал генератора расположен вертикально в цилиндрической металлической башне, имеющей фланцевые соединения на высотах 1,0, 6,5, и 13 м от ее основания.
Измерения собственных частот башни и акустических характеристик работающей ВЭУ показали, что имеют место флуктуации уровня шума, обусловленные крутильными колебаниями вала ветроколеса. Эти колебания вала передачи возникают при малых нагрузках. Кроме того, обнаружено, что частоты колебаний зубчатых передач могут оказаться в резонансе с частотами собственных колебаний башни. В результате возникают значительные вибрации.
В качестве другого примера приведем результаты исследований акустического шума двух ВЭУ мощностью 2 и-3 МВт. Основной источник шума этих ВЭУ — коробка передач. Факторами, определяющими уровень ее шума, считаются тип передачи, условия работы, конструкция, рабочие характеристики, размещение.
Уровень акустического шума планетарной передачи, обычно применяемой для таких ВЭУ, может быть приблизительно рассчитан по эмпирической формуле в функции передаваемой мощности. Другие источники шума, такие, как генератор, гидравлическое оборудование и лопасти, легко поддаются контролю известными методами.
Измерения уровня шума указанных ВЭУ показали, что площадь излучающих частей намного больше, чем сечение передачи звука изнутри кабины. Это приводит к увеличению уровня шума у основания башни на 5 дБ. Для звукоизоляции используются двойные стальные стенки с минеральным заполнителем (удельная масса поверхности 30 кг/м ).
Результаты измерений уровней шума, излучаемого различными частями ВЭУ, показывают их относительную значимость: гондола — 55, ступица — 47, лопасти — 49, башня — 29 дБ(А). Измерения проводились в точке на уровне земли в 115 м от башни по направлению ветра. Как видно, сравнительно сильное излучение идет от ступицы ВК. Это обусловлено тем, что она является внешней частью рабочего подшипника и выполнена из стали. Излучение от башни относительно невелико, так как она изготовлена из армированного бетона.
Наряду с исследованиями акустического шума отдельных ВЭУ в последнее время все большее внимание уделяется проблемам, возникающим при создании ВЭС. Так, в Нидерландах выполняется программа исследований ВЭС, в которой кроме таких важных задач, как оценка потерь энергии отдельных ВЭУ в составе ВЭС, взаимное экранирование ВЭУ, нагрузки на ВЭУ, работающих в турбулентном потоке, пульсации мощности ВЭС, управление ВЭС, создание помех телевидению, включены также вопросы шумового эффекта ВЭС в целом. Эта программа выполняется на базе ВЭС, работающей в энергосистеме Dutch Electricity Generating Board. ВЭС состоит из 18 ВЭУ мощностью по 300 кВт. Наибольший шум в этих ВЭУ создает редуктор, а в целом оборудование, размещенное внутри гондолы, генерирует шум на 2 дБ больше, чем лопасти ВК. При увеличении скорости ветра с 3 до 13 м/с и соответствующем увеличении генерирующей мощности уровень шума возрастает на 10 дБ
В период строительства ВЭС, строительные работы могут оказывать обычное для строительно-монтажных операций вибрационное воздействие на площадку строительства. Меры снижения негативных воздействий принимаются строительными организациями в виде уменьшения вибраций оборудования и использования виброгасителей.
В период эксплуатации ВЭС, источником вибрации являются движущиеся, части ВЭУ, а именно лопасти ротора. По подтвержденным на практике расчетам, конструкция ВЭУ не передает вибрации на окружающую территорию, при условии, что вес ее неподвижной части в 16, и более, раз превышает вес ее подвижной части. Вес вращающихся частей ВЭУ предполагаемых для установки на ВЭС составляет приблизительно 15 тонн, вес неподвижной части — комплекса фундамента ВЭУ — около 400 тонн, т.е. вес неподвижной части больше чем в 20 раз превышает вес ее подвижной части. Таким образом, вибрация отдельных вращающихся элементов ВЭУ полностью затухает на уровне несущего элемента основания, и не будет влиять на прилегающую площадь.
Внедрение ВЭУ позволяет снизить загрязнение атмосферы вредными выбросами. Например, в Нидерландах планировалось установить ВЭС суммарной мощностью 1500 и 2000 МВт к 2005 и 2010 годам соответственно. При этом сокращение выбросов NOX составит 3,247 и 4,011 тыс. тонн, S02 — 0,665 и 0,763 тыс. тонн, С02 — 1,772 и 2,314 млн. тонн. Данные приведены с учетом развития электроэнергетики страны (изменение цен на топливо, затрат на охрану окружающей среды, внедрение новых типов тепловых электростанций, сокращение выработки энергии на АЭС). В провинции Альберта (Канада) каждый киловатт-час, произведенный на ВЭУ, предотвращает попадание в атмосферу 0,935 кг оксидов углерода, азота и серы. С помощью возобновляемых источников энергии (включая, естественно, ветроэнергетику) в Великобритании к 2010 г. может быть произведено 30% электроэнергии, при этом выбросы СО2 уменьшатся на 10%.
Воздействие на землепользование
В период эксплуатации ВЭС, ВЭУ будут видны на значительном расстоянии. Если турбины находятся между наблюдателями и солнцем, особенно в раннее и позднее время суток и в зимнее время, когда солнечные лучи падают под малым углом, может возникнуть стробоскопический эффект от мелькания теней, которые движущиеся роторы отбрасывают на землю или на другие объекты. Но даже при самых неблагоприятных условиях, мелькание тени будет кратковременным.
Развитие ветроэнергетики может оказывать существенное влияние на привлекательность той или иной территории для туризма и отдыха. Обычно это характерно для проектов строительства ветропрков, так как вид большого количества ветроагрегатов может, как привлекать, так и отпугивать туристов. В этих случаях необходимо учитывать мнение общественности о таких проектах.
Влияние ветроэнергетики на природную среду
Экологические проблемы использования нетрадиционных и возобновляемых источников энергии
Влияние ветроэнергетики на природную среду Факторы воздействия ВЭС на природную среду, а также последствия этого влияния и основные мероприятия по снижению и устранению отрицательных проявлений приведены в табл. 18.3.1. Рассмотрим некоторые из них более подробно. Под мощные промышленные ВЭС необходима площадь из расчета от 5 до 15 МВт/км 2 в зависимости от розы ветров и местного рельефа района. Для ВЭС мощностью 1000 МВт потребуется площадь от 70 до 200 км 2 .
Выделение таких площадей в промышленных регионах сопряжено с большими трудностями, хотя частично эти земли могут использоваться и под хозяйственные нужды. Например, в Калифорнии в 50 км от г. Сан-Франциско на перевале Алтамонт-Пасс земля, отведенная под парк мощной ВЭС, одновременно служит для сельскохозяйственных целей.
Методы устранения негативного влияния ВЭУ на окружающую среду
I. Изъятие земельных ресур-сов, изменение свойств поч-венного слоя
Размещение ВЭУ на неиспользуемых землях Оптимизация размещения — минимизация расхода земли
Целенаправленный учет изменений свойств почвенного слоя
Компенсационные расчеты с землепользо-вателями
II. Акустическое воздействие (шумовые эффекты)
Изменение числа оборотов ветроколеса (ВК)
Изменение форм лопасти ВК
Удаление ВЭУ от объектов социальной
Замена материалов лопастей ВК
III. Влияние на ландшафт и его восприятие
Учет особенностей ландшафта при разме-щении ВЭУ
Рекреационное использование ВЭУ Изыскание различных форм опорных конструкций, окраски и т.д.
IV. Электромагнитное излуче-ние, телевидение и радиосвязь
Сооружение ретрансляторов Замена материалов лопастей ВК Внедрение специальной аппаратуры в кон-струкцию ВЭУ Удаление от коммуникаций
V. Влияние на орнитофауну на перелетных трассах и морскую фауну при размещении ВЭС на акваториях
Анализ поражаемости птиц на трассах перелета и рыб на путях миграции Расчет вероятности поражения птиц и рыб
VI. Аварийные ситуации, опасность поломки и отлета поврежденных частей ВК
Расчет вероятности поломок ветроколеса, траектории и дальности отлета Оценка надежности безаварийной работы ВЭУ
Зонирование производства вокруг ВЭУ
VII. Факторы, улучшающие экологическую ситуацию
Уменьшение силы ветра Снижение ветровой эрозии почв Уменьшение ветров с акваторий водоемов и водохранилищ
Проблема использования территории упрощается при размещении ВЭС на акваториях. Например, предложения по созданию мощных ВЭС на мелководных акваториях Финского залива и Ладожского озера не связаны с изъятием больших территорий из хозяйственного, пользования. Из отводимой площади акватории для ВЭС непосредственно под сооружения для ВЭУ понадобится лишь около 2 %. В Дании дамба, на которой установлен парк ВЭУ, одновременно является пирсом для рыболовных судов. Использование территории, занятой ветровым парком, под другие цели зависит от шумовых эффектов и степени риска при поломках ВЭУ. У больших ВЭУ лопасть при отрыве может быть отброшена на 400-800 м. Наиболее важный фактор влияния ВЭС на окружающую среду — это акустическое воздействие. В зарубежной практике выполнено достаточно исследований и натурных изменений уровня и частоты шума для различных ВЭУ с ветроколесами, отличающимися конструкцией, материалами, высотой над землей, и для разных природных условий (скорость и направление ветра, подстилающая поверхность и т. д.).
Шумовые эффекты от ВЭУ имеют разную природу и подразделяются на механические (шум от редукторов, подшипников и генераторов) и аэродинамические воздействия. Последние, в свою очередь, могут быть низкочастотными (менее 16-20 Гц) и высокочастотными (от 20 Гц до нескольких кГц). Они вызваны вращением рабочего колеса и определяются следующими явлениями: образованием разряжения за ротором или ветроколесом с устремлением потоков воздуха в некую точку схода турбулентных потоков; пульсациями подъемной силы на профиле лопасти; взаимодействием турбулентного пограничного слоя с задней кромкой лопасти.
Удаление ВЭС от населенных пунктов и мест отдыха решает проблему шумового эффекта для людей. Однако шум может повлиять на фауну, в том числе на морскую фауну в районе экваториальных ВЭС. По зарубежным данным, вероятность поражения птиц ветровыми турбинами оценивается в 10%, если пути миграции проходят через ветровой парк. Размещение ветровых парков повлияет на пути миграции птиц и рыб для экваториальных ВЭС.
Высказываются предположения, что экранирующее действие ВЭС на пути естественных воздушных потоков будет незначительным и его можно не принимать во внимание. Это объясняется тем, что ВЭУ используют небольшой приземный слой перемещающихся воздушных масс (около 100-150 м) и притом не более 50 % их кинетической энергии. Однако мощные ВЭС могут оказать влияние на окружающую среду: например, уменьшить вентиляцию воздуха в районе размещения ветрового парка. Экранирующее действие ветрового парка может оказаться эквивалентным действию возвышенности такой же площади и высотой порядка 100-150 м. Помехи, вызванные отражением электромагнитных волн лопастями ветровых турбин, могут сказываться на качестве телевизионных и микроволновых радиопередач, а также различных навигационных систем в районе размещения ветрового парка ВЭС на расстоянии нескольких километров.
Наиболее радикальный способ уменьшения помех — удаление ветрового парка на соответствующее расстояние от коммуникаций. В ряде случаев помех можно избежать, установив ретрансляторы. Этот вопрос не относится к категории трудноразрешимых, и в каждом случае может быть найдено конкретное решение
Неблагоприятные факторы ветроэнергетики:
шумовые воздействия, электро-, радио- и телевизионные помехи;
отчуждение земельных площадей;
локальные климатические изменения;
опасность для мигрирующих птиц и насекомых;
ландшафтная несовместимость, непривлекательность, визуальное невосприятие, дискомфортность;
изменение традиционных морских перевозок, неблагоприятные воздействия на морских животных.
О воздействии ветроэнергетики на здоровье человека и окружающую среду
Часто можно слышать мнение, что возобновляемая энергетика — не такая уж «зеленая». Мол, солнечные батареи никогда не окупаются и их производство вредно. А ветряки мешают жить червякам и убивают пролетающих птиц. К сожалению, подобные высказывания основаны, как правило, на слухах или заметках в «желтой прессе», а не научных публикациях. Последних, кстати, превеликое множество. Но, увы, большая часть материалов опубликована в иностранных журналах и на иностранных сайтах. Тем приятнее, что появляются и российские исследования. Надеемся, многим интересующимся развитием возобновляемой энергетики будут небезынтересны выдержки из статьи кандидатов технических наук Б.В. Ермоленко, Г.В. Ермоленко и М.А. Рыженкова «Ветроэнергетика и окружающая среда»
Статья опубликована в восьмом номере журнала «Энергия» за 2011 год.
Авторы статьи анализируют возможные воздействия ветроэнергетических станций (ВЭС) на человека и окружающую среду на примере разработки проектов ВЭС 60 МВт в посёлке Мирный Ейского района Краснодарского края и Дальневосточной ВЭС 32 МВт в Приморском крае.
Авторы отмечают, что «анализ воздействия на окружающую среду надо проводить для основных этапов (фаз) жизненного цикла проектов строительства ветроэнергетических станций, включающих в себя производство энергетического оборудования, строительство объекта, его эксплуатацию и, по возможности, ликвидацию с утилизацией морально и физически износившихся элементов ВЭС».
Производство ветроэнергетического оборудования
В нашей стране пока нет промышленного опыта производства ветроэнергетических агрегатов установленной мощности более 1 МВт. Поэтому, в статье экологические аспекты этапа производства оборудования не являются предметом детального рассмотрения.
Ориентировочный состав воздействий на окружающую природную среду в процессе строительства ВЭС — это загрязнение атмосферы, водных объектов и почвы, размещение отходов, отторжение сельскохозяйственных и лесных земель, нанесение вреда растительному и животному миру.
Характер и источники воздействия на окружающую среду при строительстве ВЭС мало чем отличаются от соответствующих показателей других объектов капитального строительства.
Основная нагрузка на воздушную среду в процессе строительства определяется выбросами загрязняющих веществ автотранспортными средствами и строительными машинами и механизмами, загрязнением атмосферы при проведении сварочных и окрасочных работ и использовании сыпучих строительных материалов и др. В окружающую среду 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 площадках. Отвод производственных сточных вод практически отсутствует, так как вода, расходуемая в цементных растворах и при проведении 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 проникают в водные подводные горизонты или поверхностные водные объекты. Хозяйственно-бытовые воды обычно собираются в специальные емкости, вывозятся со строительной площадки и сдаются специализированным организациям для очистки и обезвреживания.
Образующиеся строительные отходы преимущественно относятся к IV и V классам опасности и включают в себя 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, тару железную, загрязненную засохшими лакокрасочными материалами и др.
Воздействие на растительный и животный мир
Основным источником воздействия на животных является шум строительной техники, а на растительный мир — вырубка кустарников и деревьев и повреждение почвенного покрова.
Воздействие на земельные ресурсы
При строительстве 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 фермы, а 99% территории может быть занято под сельское хозяйство или для осуществления других видов деятельности, что и происходит в таких густонаселенных странах, как Дания, Нидерланды, Германия. Фундамент ветроустановки (ВЭУ) диаметром около 10 м обычно полностью находится под землей, а это позволяет расширить сельскохозяйственное использование земли практически до самого основания башни. Земля сдается в аренду, что дает возможность получать дополнительный доход. Специфика воздействий в процессе строительства ВЭС состоит в их ограниченности во времени (не более 9 месяцев).
Расчетный срок службы современных ВЭС составляет 25 лет. В процессе эксплуатации ВЭС оказывают воздействие на человека, флору и фауну, атмосферный воздух, водные объекты и землепользование в виде шумов, вибраций, электромагнитного излучения, оптических эффектов, механического воздействия и отходов эксплуатации.
Наибольшее число вопросов относительно воздействия ВЭУ на здоровье человека связано с инфразвуковым шумом (не слышимым для человеческого уха). Так, по мнению ВОЗ, нет никаких доказательств того, что шум ниже слухового порога вызывает какие-либо физиологические или психологические эффекты, это подтверждается и недавними исследованиями в Северной Америке. Исследование, проведенное на трех английских ветроэнергетических станциях, дало аналогичные результаты: шум, производимый современными ветрогенераторами, не может привести к вредным последствиям для здоровья людей, проживающих рядом с ветропарком. Как ни странно, причиной негативного воздействия на здоровье (разного рода расстройства на нервной почве) может стать сам человек из-за беспокойства, вызванного боязнью негативного влияния ВЭС. Ситуация 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. В разное время у одних и тех же лиц порог слышимости может различаться. Недавние исследования показали, что восприятие шума может меняться в зависимости от отношения человека к звуковому источнику. Оказалось, что раздражение от шума ветрогенераторов было связано с отрицательным отношением к визуальному воздействию ВИЭ на пейзаж. Кроме того, согласно всем последним исследованиям и разработкам, современные ветрогенераторы создают при работе очень низкие уровни инфразвукового шума. Шум, производимый 10-ю ветрогенераторами на расстоянии 350 м можно оценить, как незначительный, не отличимый от других шумов в обычной жизни. Данные об уровнях шума вблизи ВЭУ подтверждаются на практике результатами исследований инжиниринговой фирмы CUBE близ поселка Мирный Краснодарского края в ходе реализации проекта Ейской ВЭС. Рассчитанный уровень шума в пределах жилой зоны застройки поселка Мирный будет находится в интервале 35-44 дБА, что отвечает требования санитарных норм «Шум на рабочих местах, в помещениях жилых, общественных зданий и на территории жилой застройки». В соответствии с нормами, уровень шума для территорий, непосредственно прилегающих у жилым домам, не должен превышать 45 дБА и 55 дБА с 23 до 7 часов и с 7 до 23 часов соответственно.
Сравнительная оценка шума от различных источников (дБА)
Реактивный самолет на расстоянии 250 м — 105
Шум в оживлённом офисе — 60
Автомобиль, едущий со скоростью 64 км/ч на расстоянии 100 м — 55
Ветровая электростанция (10 турбин) на расстоянии 350 м — 35-45
Фоновый шум в сельском районе ночью — 20-40
Негативное влияние на здоровье человека может быть вызвано стробоскопическим эффектом от мерцания тени при вращении лопастей ветрогенератора, который при определенных условиях приводит к эпилептическому припадку, хотя вероятность возникновения таких условий оценивается как 1 шанс на 10000000. Тем не менее, при проектировании ВЭС для исключения этого воздействия моделируются зоны мелькания различной частоты и интенсивности, и результат учитывается при определении мест установки ВЭУ. Что касается вспышек, вызванных отражением солнечных лучей от поверхности лопастей ВЭУ и негативного влияния этого воздействия на здоровье человека, то для современных лопастей ВЭУ характерна пониженная отражающая способность, практически исключающая этот эффект.
Существует распространенное заблуждение, что при работе ветрогенератора возникает сильная вибрация, способная нанести вред здоровью человека или фауне, обитающей поблизости. Действительно, в период эксплуатации ВЭС основным 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 массу подвижной части. Так, например, масса вращающихся частей ВЭУ, рассматриваемых для установки на проектируемой Дальневосточной ВЭС, составляет приблизительно 15 т, а масса неподвижной части — комплекса фундамента ВЭУ — около 400 т. Масса неподвижной части в 25 с лишним раз превышает массу подвижной части. При таком соотношении масс вибрация отдельных вращающихся элементов ВЭУ полностью затухает на уровне несущего элемента основания.
Влияние ВЭС на животный мир
Наибольшее количество вопросов вызывает воздействие ветропарков на орнитофауну. В качестве основных факторов их воздействия можно выделить физическое воздействие при столкновении с турбинами, лопастями и башнями; нарушение среды обитания: нарушение маршрута миграции птиц.
Смертность птиц в результате столкновения с ВЭС незначительна по сравнению со смертностью от другой деятельности человека. Более того, были получены удельные показатели смертности птиц на ГВт ч произведенной электроэнергии с использованием разных видов топлива (рассматривался весь жизненный цикл продукции от добычи топлива до транспортировки электроэнергии). Этот показатель составляет 0,3 для ВЭС, 0,4 для АЭС и 5,2 смертельных случаев для ТЭЦ на ископаемом топливе.
Годовая оценка смертности птиц от разных причин
Столкновение со зданиями — 550 млн. особей
Столкновение с ЛЭП — 130 млн. особей
Смертность от кошек — 100 млн. особей
Столкновение с транспортными средствами — 80 млн. особей
Смертность от пестицидов — 67 млн. особей
Столкновение с ретрансляционными вышками — 4,5 млн. особей
Столкновение с ВЭС — 28,5 тыс. особей
Столкновение с самолетами — 25 тыс. особей
Влияние ВЭС на растительность
Последние исследования не только не подтверждают отрицательного влияния работы ВЭУ на растительность, а наоборот отмечают возможное положительное их значение на сельскохозяйственные культуры. Результаты отчета Лаборатории Департамента энергетики США, г. Эймс, штат Айова, говорят о том, что работа ветрогенераторов может привести к увеличению урожая зерновых культур и сои. Согласно результатам многомесячных исследований, в непосредственной близости от ВЭУ улучшается вывод 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 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 их поражения грибковыми заболеваниями; к тому же более сухие зерновые культуры позволяют фермерам уменьшить стоимость сушки зерна после сбора урожая».
Утилизация лопастей генераторов при ликвидации объекта
Следует признать, что сегодня единственная существенная проблема ветроэнергетики, требующая решения — утилизация лопастей ветрогенераторов из композитных материалов. При современных темпах развития ветроэнергетики и сроках службы ВЭУ (около 25 лет), эта проблема встанет перед человечеством к 2020 году, когда масса лопастей, требующих утилизации по всему миру приблизится к отметке в 50000 тонн.
Сегодня предлагается два главных метода утилизации: механическая и термическая переработка. Механический метод переработки лопастей довольно прост и включает в себя 3 этапа6 демонтаж и разделение на части для более лёгкой транспортировки; механическое измельчение с извлечением смолы; отделение более крупных волокон от более мелких волокон и гранул. В настоящее время популярен термический способ переработки лопастей. Самая простая его разновидность — сжигание. Но после сжигания образуется большое количество золы (около 60 % от сжигаемой массы), требующей захоронения. Перспективным методом является пиролиз (нагревание без доступа кислорода при 500С), в результате которого волокна лопастей можно повторно использовать, а образующийся газ сжигать для получения электроэнергии. К сожалению, на данный момент предлагаемые методы обладают рядом недостатков, что не позволяет заявить о решении в полной мере проблемы переработки лопастей.
Эколого-экономическое сравнение разных способов генерации электрической энергии
Очевидно, что ветроэнергетика, как и любой другой вид человеческой деятельности, оказывает негативное воздействие на окружающую среду.
Согласно результатам исследований внешнего социально-экологического эффекта производства и транспортировки электроэнергии, которые производила Европейская комиссия в течение нескольких лет, на 1 кВт ч электроэнергии, произведенной на ветроэнергетической станции, приходится около 0,15 евроцентов негативного внешнего эффекта. Для сравнения: генерация 1 кВт ч электроэнергии при сжигании природного газа приводит к образованию негативного внешнего эффекта до 1,1 евроцентов. Аналогичный показатель для угольной электростанции составляет 2,55 евроцента на кВт ч.
Количественная оценка внешнего эффекта от производства элеткроэнергии в Германии (евроцента на кВт ч)
Подводя итоги, можно со значительной степенью уверенности сказать, что при тщательном учёте и минимизации всех возможных факторов отрицательного воздействия ВЭС на человека и окружающую среду на всех этапах их жизненного цикла, ветроэнергетика сегодня — один из самых безопасных видов электрогенерации.
Схема подключения ВЭС к системе
Автономные системы электроснабжения
Итак, из чего же должна состоять система автономного электроснабжения?
Обычно состав энергосистемы следующий:
1. Источник электрической энергии. Их может быть один или несколько. Им может быть:
o жидкотопливный генератор ЖТГ (бензо- или дизель- электрический агрегат)
o фотоэлектрическая батарея
o ветроэлектрическая установка
o микро или малая гидроэлектростанция
В качестве основного может применяться любой из перечисленных источников. Остальные могут использоваться как дополнительные или резервные.
2. Аккумуляторная батарея (АБ). В системах на возобновляемых источниках энергии, в силу непостоянства возобновляемого ресурса, это необходимый элемент. Даже если основной источник у Вас ЖТГ, наличие аккумуляторной батареи позволит Вам включать его на непродолжительное время в течение дня, а электроэнергию иметь непрерывно.
3. Инвертор, т.е. преобразователь постоянного тока в переменный. Необходим, если у Вас есть потребители переменного тока на напряжение 220 В, или если Ваши потребители находятся на значительном расстоянии от АБ (потери в проводах постоянного тока низкого напряжения могут оказаться существенными).
4. Контроллер заряда АБ. Необходим для предотвращения перезаряда и переразряда АБ. Очень часто бывает встроен в инвертор.
5. Электротехническое оборудование — щиты, выключатели, автоматы, предохранители, кабели, система заземления и т.д.
6. Нагрузка. В автономной системе электроснабжения необходимо использовать только энергоэффективные приборы. Например, использование ламп накаливания очень не рекомендуется, так как они потребляют ток в 4 раза больший, чем люминесцентные лампы, и в 10 раз больше, чем светодиодные. Несмотря на то, что обычно энергоэффективные приборы дороже, их использование может обернуться значительной экономией за счет снижения мощности источника энергии и емкости АБ.
С целью увеличения продолжительности работы системы в автономном режиме, система бесперебойного электропитания обычно содержит еще один или несколько возобновляемых источников энергии. В качестве ВИЭ используются вырабатывающие электричество: солнечные батареи (СБ), ветроэлектрические установки (ВЭУ), микроГЭС и, иногда, термоэлектрические генераторы (ТЭГ). Эти источники подключаются к АБ через контроллер заряда, защищающий АБ от перезаряда.
В средней полосе России, летом приходит около 5 кВт*ч солнечной энергии на 1 квадратный метр. Около 15% от этой энергии может быть преобразовано в электроэнергию в фотоэлектрических батареях. Зимой приход солнечной энергии минимален и в несколько раз меньше, чем летом (в декабре-январе — в 5-8 раз меньше, чем в июне-июле).
Мощность ВЭУ пропорциональна квадрату диаметра ветроколеса и определяется мощностью электрического генератора. Номинальную мощность ВЭУ обычно достигает при ветре около 10 м/с. По ветровым условиям в Средней России, за лето ВЭУ вырабатывает менее 20% количества электроэнергии от своего годового потенциала. Зато в остальное время года ВЭУ работает эффективнее СБ. В Московской области, где среднегодовая скорость ветра 3 м/с, ВЭУ вырабатывает 10-15% от указанного производителем номинального количества годовой электроэнергии. Например, ВЭУ мощность 1 кВт за год выработает не 8760 кВт.ч, а лишь 876-1314 кВт.ч.
Подобные документы
Загрязнение рек Китая промышленными и сельскохозяйственными отходами. Воздействие тяжелых металлов на здоровье и умственные способности человека. Инвестиции в производство возобновляемых источников энергии и в области инфраструктуры и опреснения воды.
презентация [10,0 M], добавлен 04.04.2018
Экологические аспекты ветроэнергетики. Влияние на климат ветрогенераторов, анализ их выбросов в атмосферу. Вентиляция городов. Сравнительная характеристика ВЭУ разных типов, принципы их работы и проблемы использования. Изучение графика мощности ВЭУ-30.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 11.11.2014
Особенности загрязнения окружающей среды Беларуси. Влияние экологической ситуации на здоровье человека. Воздействие человеческой деятельности на окружающую среду. Причины загрязнения почв, вод и атмосферы. Меры по поддержанию качества окружающей среды.
презентация [3,3 M], добавлен 16.12.2014
Загрязнение тяжелыми металлами. Экологические последствия орошения. Отрицательное влияние отходов животноводства на окружающую среду. Основные экологические проблемы механизации. Экологические последствия применения химических средств защиты растений.
курсовая работа [30,2 K], добавлен 09.05.2013
Влияние загрязнения окружающей природной среды на здоровье населения, экологические аспекты теплоэнергетики, загрязнители атмосферы. Природно-климатическая характеристика района исследования. Безопасность жизнедеятельности и охрана окружающей среды.
аттестационная работа [86,2 K], добавлен 24.12.2009