В данной работе проведен анализ экологических аспектов влияния ВЭУ на окружающую среду. Подробно описаны негативные факторы, влияющие на окружающую среду при строительстве и эксплуатации ветроэнергетических установок.
Ключевые слова: экологическое влияние ВЭУ, строительство, эксплуатация.
В настоящее время среди альтернативных способов производства электроэнергии наиболее распространенным является ветроэнергетика. Ветроэнергетические установки (ВЭУ) функционируют в большинстве стран, причем в некоторых они используются уже более 100 лет [5].
В последние десятилетия повышение интереса к ветроэнергетике как виду возобновляемых источников энергии (ВИЭ) связано с их экологической безопасностью.
Однако действительно ли это безопасно? Абсолютной экологической безопасности не существует, как не существует и нулевого риска.
Если внимательно проанализировать информацию, подтверждающую экологическую чистоту различных видов ВИЭ, то не сложно заметить, что под экологической чистотой подразумевается отсутствие негативных воздействий на окружающую среду, свойственных традиционной энергетике. Возможность других воздействий, специфичных для ВИЭ либо не рассматривается, либо оценивается поверхностно и недостаточно объективно.
Довольно часто, аргументируя экологическую безопасность ВИЭ, прибегают к оценке влияния ВИЭ на здоровье человека. При оценке воздействия ВИЭ на животный мир, используются те же критерии, что не является корректным. В этой статье представлен обобщенный анализ материалов, на основании которых можно объективно оценить экологическую безопасность объектов ветроэнергетики. Выделены основные аспекты, на которые необходимо обратить внимание при разработке проектной документации, предназначенной для прохождения государственной экологической экспертизы.
Анализ воздействия ВЭУ на окружающую среду должен проводиться для основных этапов жизненного цикла: производство энергетического оборудования, строительство объекта, его эксплуатация, его ликвидация с утилизацией морально и физически износившихся элементов [7].
Производство ветроэнергетического оборудования.
В настоящее время самой мощной в России считается ВЭС в Калининградской области, (суммарная мощность составляет 5,1 МВт). На всех существующих ВЭС в России производится всего 0,1 % от всей вырабатываемой в стране энергии, а их суммарная установленная мощность составляет около 13 МВт [8].
Анализируя состав оборудования, используемые для его изготовления и строительства материалы, можно прогнозировать виды негативного воздействия, характерные для энергетического машиностроения, электротехнической, металлургической, полимерной индустрии, промышленности строительных материалов. Количественная оценка влияния производства ветроэнергетических установок на человека и природу должна быть проведена на стадии проектирования объектов массового производства.
Строительство ВЭС
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. 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 монтажа ветроустановок; строительства ЛЭП, групповой повышающей подстанции (ГПП) и других объектов схемы выдачи мощности ВЭУ и ВЭС; строительство и оснащение ремонтно-эксплуатационной базы (РЭБ) ВЭС с центральным пунктом управления (ЦПУ); строительство и демонтаж временных зданий и сооружений, рекультивация земель, благоустройство территории; жизнедеятельность строительного персонала и др. [9].
Воздействие на атмосферу
Нагрузка на воздушную среду происходит в процессе строительства. Выбросы загрязняющих веществ автомобилями, строительными машинами и механизмами, загрязнение атмосферы при проведении сварочных и окрасочных работ, использование сыпучих строительных материалов – все это способствует попаданию в окружающую среду оксидов углерода и азота, диоксидов азота и серы, бензина, керосина, сажи, пыли и некоторых других веществ [9].
Воздействие на водные объекты
При проведении строительных работ, основными источниками загрязнения вод (как поверхностных, так и подземных) могут быть производственно-строительные сточные воды, загрязненные ливневые стоки и хозяйственно-бытовые сточные воды. Производственно-строительная сточная вода (используемая в цементных растворах, при окрасочных работах) не попадает в окружающую среду, так как ее расход безвозвратен. Ливневые сточные воды, содержат преимущественно взвешенные вещества и нефтепродукты. В случае отсутствия ливневой канализации отвод зачастую происходит на рельеф местности, откуда они проникают в водные подводные горизонты или поверхностные водные объекты [9]. Хозяйственно-бытовые воды транспортируют со строительной площадки в отдельных емкостях в специализированные организации для очистки и обезвреживания.
Образование отходов
Отходы, образующиеся в процессе строительства, относятся преимущественно к IV и V классам опасности: 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. [9].
Воздействие на растительный и животный мир
Характер и источники воздействия на окружающую среду при строительстве крупных объектов ветроэнергетики принципиально не отличаются от соответствующих показателей других объектов капитального строительства. Проведение этих работ сопровождается загрязнением атмосферы, водных объектов и почвы, размещением отходов, нанесением вреда растительному и животному миру [7].
Воздействие на земельные ресурсы
ВЭУ занимают только 1 % от всей территории ветропарка, а оставшаяся часть земельных угодий, по современным оценкам, может быть использована в сельском хозяйстве или других видах деятельности [4]. Однако, в настоящих условиях в России, наряду с другими странами, ветропарк является режимной территорией, как крупный энергетический объект. Вход на нее должен быть ограничен, согласно требованиям безопасности людей [5].
Эксплуатация
Расчетный срок эксплуатации 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. Рассмотрим подробнее.
Воздействие шума
Согласно недавним исследованиям американских ученых [3], шум, производимый современными ВЭУ, не приводит к негативным последствиям для здоровья людей, проживающих рядом с ветропарком. Современные ВЭУ 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. Однако если происходят изменения слуха в сторону ухудшения, то причиной может стать психологический фактор: восприятие шума зависит от отношения самого человека к звуковому источнику [3].
Визуальное воздействие
Негативное влияние на здоровье человека может быть вызвано стробоскопическим эффектом от мерцания тени при вращении лопастей ветрогенератора. Современные лопасти ВЭУ характеризуются пониженной отражающей способностью, практически исключающей этот эффект.
Кроме этого, строительство ВЭУ принципиально меняет вид всего ландшафта-он становится приближенным к техногенному. В развитых странах значительная часть населения поддерживает строительство ветропарков (к примеру, во Франции — 69 % населения готовы вложить средства в строительство ВЭС [2]), рассматривая их не как техногенный объект, а как символ экологически чистой энергии. Так же важен исходный характер территории. В случаях, когда ветропарк размещается в ранее безлюдных местах, при постепенном заселении он не будет восприниматься критично. Для снижения негативности данного аспекта к работе привлекаются профессиональные дизайнеры и ландшафтные архитекторы.
Воздействие вибраций
При эксплуатации ВЭУ основным источником вибрации являются лопасти ротора. 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. При таком соотношении масс вибрация отдельных вращающихся элементов ВЭУ полностью затухает на уровне несущего элемента основания [7].
Влияние ВЭС на животный мир
Наибольшее количество вопросов вызывает воздействие ветропарков на орнитофауну.
При оценке влияния следует учитывать количество ВЭУ в ветропарке и его протяженность, поскольку способность к адаптации у разных групп орнитофауны отличается. Попадание птиц в протяженные ветропарки может вызвать их дезориентацию и привести к увеличению процента гибели. А летучие мыши, попавшие в область пониженного давления (возле концов лопастей ветрогенератора), могут получить баротравму. У более 90 % летучих мышей, найденных рядом с ветряками, обнаружены признаки внутреннего кровоизлияния [5]. Поэтому для составления корректных оценок следует ориентироваться на процент гибели отдельных видов. Особое внимание необходимо уделить анализу воздействий на редкие и охраняемые виды орнитофауны.
На мигрирующие формы объекты ветроэнергетики могут оказывать «отпугивающий эффект», заставляющий их менять маршрут своего привычного движения [6]. Расширение площади ветропарков может привести к нарушению миграционного пути. Особенную опасность для мигрирующих водоплавающих птиц представляет перелет через участок пустыни.
Под влиянием «фактора беспокойства» многие животные покидают свои местообитания, что, учитывая площади ветропарков, может привести к снижению биоразнообразия на обширных территориях.
Чувствительность многих представителей животного мира к шуму и вибрациям значительно выше, чем у человека. Более того, диапазон звуковых колебаний, воспринимаемых животными, во многих случаях отличается от человеческого. Оценка влияния ВЭУ на животных по параметрам, применимым для человека, не является корректной. Чтобы полностью отразить уровень воздействия ВЭУ на животных, оценка должна проводиться по специальным параметрам, применимым в пределах одного вида.
Влияние ВЭС на растительность
По последним исследованиям [4] работа ветрогенераторов может способствовать увеличению урожая зерновых культур и сои. Согласно результатам, в непосредственной близости от ВЭУ наблюдается улучшение вывода углекислого газа из почвы, что в свою очередь способствует фотосинтезу и росту зерновых культур и сои. «Турбулентный поток, создаваемый ВЭУ, может ускорить естественные обменные процессы между хлебными злаками и приземным слоем атмосферы, а также может помочь высушить росу, которая появляется на растениях во второй половине дня, уменьшая вероятность их поражения грибковыми заболеваниями. Более того, сухие зерновые культуры позволяют фермерам уменьшить стоимость сушки зерна после сбора урожая» [4].
Утилизация лопастей генераторов при ликвидации объекта
В настоящий момент, утилизация лопастей ветрогенераторов из композитных материалов является существенной проблемой ветроэнергетики.
За рубежом предлагается несколько вариантов решения. Первое-это вторичное использование. Так, в Германии уже открываются компании, специализирующиеся на восстановлении роторных лопастей [10]. По их мнению, регенерированные лопасти не уступают по прочности новым, более того, предполагаемый рабочий ресурс составляет не менее 20 лет. Однако, такой вариант решения еще находится в разработке. Второй вариант — создание высокоэффективных технологий деления ингредиентов — может оказаться экономически нецелесообразным. К примеру, деление стекловолокна от эпоксидной смолы можно выполнить способом пиролиза, однако, для осуществления этого процесса необходимы печи, учитывающие конструкции лопастей, которые так же необходимо построить. Поэтому предлагается третий вариант — технология измельчения лопастей в маленькие гранулы — рециклит. Данный продукт служит наполнителем при производстве пластмасс или новейших волокнистых композиционных материалов [10]. Поскольку это полностью не решает проблемы утилизации лопастей, (так как порция рециклита в новейших продуктах не должна превышать 40 %), дополнительно можно использовать технологию, в которой термическая утилизация смешивается с рециклингом материала. Так, для нагрева сырья до высоких температур (1400 градусов Цельсия и выше) в качестве горючего (пусть и малокалорийного) можно использовать измельченные лопасти ветрогенератора, а из золы, остающейся после сгорания, можно вытянуть еще и песок. Сегодня эта разработка проходит тесты на севере Германии. Аналогичный метод, получивший распространение в России, заключатся в нагревании без доступа кислорода при 500°С, в результате которого волокна лопастей можно повторно использовать, а образующийся газ сжигать для получения электроэнергии.
К сожалению, на данный момент предлагаемые методы находятся в стадии разработки, а применяемые методы (такие как механическое измельчение, сжигание и пиролиз,) обладают рядом недостатков, что не позволяет заявить о решении проблемы переработки лопастей в полной мере.
Электромагнитнитное загрязнение
Форма физического загрязнения окружающей среды, связанная с нарушением ее электромагнитных свойств называется электромагнитным загрязнением [1]. Этот экологический аспект свойственен всем объектам энергетики и отличается лишь величиной напряженности и как следствие уровнем воздействия на организмы животных и растений. Не зависимо от того, что этот вопрос изучен еще недостаточно, совершенно очевидно, что на участках, окружающих крупные объекты ветроэнергетики, напряженность электромагнитного поля будет отличаться от фонового уровня.
На основе приведенного выше анализа экологических аспектов можно сделать следующие выводы:
1. Строительство и эксплуатация объектов ветроэнергетики сопровождается воздействием на окружающую среду, поэтому в соответствии с принятой Международной классификацией их проекты следует отнести к «категории В».
2. Оценка экологической безопасности должна производиться с учетом масштаба объектов ветроэнергетики, поскольку экологические аспекты, свойственные каждой категории, имеют существенные различия.
4. Степень и характер воздействия объектов ветроэнергетики на окружающую среду во многом определяется конкретными условиями в районе их размещения.
5. При проектировании крупных ветропарков, необходимо проведение полномасштабных инженерно-экологических изысканий в том же объеме, что и для других объектов капитального строительства.
Литература:
- ГОСТ 30772–2001. Ресурсосбережение. Обращение с отходами. Термины и определения. — Введ. 2002–07–01. — М.: ИПК Издательство стандартов, 2002. — П. 6.12.
- France: wind energy solution in energy transition // Ewea blog. Breath of FRESHAIR. — URL: http://www.ewea.org/blog/2014/04/france-wind-energy-solution-energy-transition/ (дата обращения: 15.11.16).
- New US study says ‘wind turbine syndrome’ does not cause health problems // Ewea blog. Breath of FRESHAIR. — URL: http://www.ewea.org/blog/2012/01/new-us-study-says-wind-turbine-syndrome-does-not-cause-health-problems/ (датаобращения: 17.11.16).
- While generating green electricity, wind power might also help crops // Ewea blog. Breath of FRESHAIR. — URL: http://www.ewea.org/blog/2011/01/while-generating-green-electricity-wind-power-might-also-help-crops/ (датаобращения: 15.11.16).
- Безносов В. Н. Оценка экологической безопасностиобъектов ветроэнергетики / В. Н. Безносов, А. Л. Суздалева, И. А. Эль-ШаирХаям. // Малая энергетика. — 2011. –№ 3–4. — С. 37–43.
- Горлов П. И. Методики изучения миграций птиц на территориях ветровых электростанций / П. И. Горлов, В. Д. Сиохин, В. В. Осадчий, и др. // Бiологiчний вiсник. — 2016. — № 1. — С. 8–28.
- Ермоленко Б. В. Экологические аспекты ветроэнергетики / Б. В. Ермоленко, Г. В. Ермоленко, М. А. Рыженков. // Теплоэнергетика. — 2011. –№ 11. — С. 72–78.
- Ермоленко Г. В. Реализация проектов ветроэнергетики в России / Г. В. Ермоленко // Институт энергетики НИУ ВШЭ. — 2015. — 13 с.
- О воздействии ветроэнергетики на здоровье человека и окружающую среду // LiveJournal. — URL: http://gp-russia.livejournal.com/1518967.html (дата обращения: 18.11.2016).
- Сложность утилизации лопастей ветряных мельниц.Срок службы ротора современной ветроустановки // ВЕТРОДВИГ.RU. — URL: http://vetrodvig.ru/slozhnost-utilizacii-lopastejj-vetryanykh-melnic-srok-sluzhby-rotora-sovremennojj-vetroustanovki/ (дата обращения: 24.10.2016).
