風力發電場光影影響距離和范圍的確定方法

趙晶晶

(遼寧省環境工程評估審核中心,遼寧沈陽 110161)

風力發電場光影影響距離和范圍的確定方法

趙晶晶

(遼寧省環境工程評估審核中心,遼寧沈陽 110161)

遼寧省屬于我國風能資源豐富的地區,伴隨著國家有關部門對風力發電項目在政策方面的扶持風力發電在遼寧省得到了迅速發展。目前風力發電項目在運營過程中存在著光影閃爍等不利影響。對風機的光影閃爍影響的預測國內尚無可借鑒資料。本文提出了一種確定風機光影影響距離和范圍的方法,為風電項目選址、環境管理提供參考。

風力發電 光影影響距離和范圍 確定方法

遼寧省位于東亞大陸東岸中高緯度地區，位于我國東北地區南部。地理坐標為:118°53′～125°46′E，38°43′～43°26′N。省內大部分地區常年多風，風能資源較豐富。據氣象部門資料可以了解到:風能資源豐富及較豐富地區約占全省面積的42%左右，風能資源儲量約為5500萬kW，可利用的風能資源約為4960萬kW。近年來，風電場建設工程在遼寧省得到了迅速的發展。自2007年至今我省共審批風電項目100個，總裝機容量超過5000MW。在充分利用自然資源促進地方經濟發展的同時也引發了一系列環境問題，其中風機產生的光影閃爍影響就是一個比較突出的問題。

1 風機光影污染的概念

風電機組不停旋轉的葉片在陽光入射方向下，投射到居民住宅的玻璃窗戶上可產生一種閃爍的光影，揮之不去，容易使人心煩意亂，通常被稱之為光影影響。以風電機組所在位置為坐標中心，東西方向為軸，處于北緯地區，軸線北側的居民區較南側居民區容易受到風電機組的光影影響。通常風電機組的光影影響范圍取決于太陽高度角的:太陽高度角越大，風機的影子越短，太陽高度角越小，風機的影子越長[1]。注:光影污染是指風機產生的光影干擾居民正常生活的現象。

2 風機光影影響距離及范圍的確定

要確定風機光影影響的距離首先應確定光影影響角度，光影影響角度是指風機組因太陽而對居民區住宅產生光影污染的最大角度。因此選擇一個合理的風機光影影響時段是確定光影影響角度的先決條件。

2.1 風機光影影響時段的確定

在北緯地區，冬至日的太陽高度角是全年中高度角最小的一天。因此也是太陽陰影長度最長的一天。冬至日任意時刻陰影長度都大于其它日期同一時刻，因此選擇冬至日為研究風機光影的影響日期。

太陽高度角越小，太陽輻射強度就越小，結合我省各地冬至日日出和日落時間，確定風機光影影響時段為冬至日上午9時整至下午15時整。風機光影影響距離的范圍與太陽高度角的變化密切相關。因此風機光影影響時段選擇冬至日上午9時整至下午15時整是合理的。

2.2 光影影響角度的確定

光影影響角度是以風機所在位置為頂點，冬至日上午9時整至下午15時整風機投影的夾角度數。

光影影響角度х=β(15)-β(9)

表1 遼寧省內部分風電場的風機光影影響距離計算結果

式中:β—逐時旋轉角度，deg;—日出角度，deg;1—冬至日太陽直射緯度，deg(取-23°26′);2—所在地緯度，deg;t1—所在地冬至日日出時間(注:北京時間);t2—所在地冬至日日落時間(注:北京時間);t—逐時時間(北京時間)。

2.3 光影影響距離的計算

光影影響距離是指風機組可能對居民住宅產生光影污染的最大距離。光影防護距離L=D/tgh0其中，D=D0+D1，h0=arcsin[sinφsin σ+cosφcosσcos(15t+λ-200)][2]

式中:D—風機有效高度，m;D0—風機高度，m;D1—風機所在位置與附近光影敏感點間的地面高差，m;h0—太陽高度角，deg;φ—當地緯度，deg;t—進行觀測的時間(注:北京時間);λ—當地經度，deg;σ—太陽傾角，deg;θ0—360dn/365，deg;dn—冬至日在一年中的日期序數(取為345)。

根據上述公式，計算遼寧省內部分風電場在冬至日上午9時整至下午15時整的光影影響距離，計算結果見表1。

考慮到光的散射和折射因素，當光影到達超過500m的范圍時，強度會減弱。同時由上表可以發現:光影長度超過500m的時間也較短，僅出現在9:00和15:00左右，因此光影的影響也較小。

2.4 光影影響范圍的確定

通過計算冬至日9時至15時的光影影響距離，在地形圖上確定風機組位置、以及敏感目標位置，并劃出光影影響范圍，可以發現:光影影響范圍位于風機北側，是由兩條漸近線形成的凹形區域，曲線與風機的最短距離為冬至日正午時刻風機的影長。

3 結語

根據近年來遼寧省環境工程評估審核中心承擔的省內風電場項目竣工環境保護驗收調查時對光影影響范圍的調查，本文提出的風機光影影響范圍的確定方法在實際中已得到了進一步的驗證，對新建風電場的選址、環境管理及城市規劃都具有確切的參考價值。

[1]耿曉梅,趙桂鳳.關于風力發電場風機光影影響防護距離的研究[J].氣象與環境學報,2007,(3).

[2]國家環境保護總局環境工程評估中心.環境影響評價技術方法[M].北京:中國環境科學出版社,2007.