风力发电场光影影响距离和范围的确定方法

2015-12-01赵晶晶

中国科技纵横 2015年7期

关键词：光影风力辽宁省

赵晶晶

(辽宁省环境工程评估审核中心,辽宁沈阳 110161)

风力发电场光影影响距离和范围的确定方法

赵晶晶

(辽宁省环境工程评估审核中心,辽宁沈阳 110161)

辽宁省属于我国风能资源丰富的地区,伴随着国家有关部门对风力发电项目在政策方面的扶持风力发电在辽宁省得到了迅速发展。目前风力发电项目在运营过程中存在着光影闪烁等不利影响。对风机的光影闪烁影响的预测国内尚无可借鉴资料。本文提出了一种确定风机光影影响距离和范围的方法,为风电项目选址、环境管理提供参考。

风力发电光影影响距离和范围确定方法

辽宁省位于东亚大陆东岸中高纬度地区，位于我国东北地区南部。地理坐标为:118°53′～125°46′E，38°43′～43°26′N。省内大部分地区常年多风，风能资源较丰富。据气象部门资料可以了解到:风能资源丰富及较丰富地区约占全省面积的42%左右，风能资源储量约为5500万kW，可利用的风能资源约为4960万kW。近年来，风电场建设工程在辽宁省得到了迅速的发展。自2007年至今我省共审批风电项目100个，总装机容量超过5000MW。在充分利用自然资源促进地方经济发展的同时也引发了一系列环境问题，其中风机产生的光影闪烁影响就是一个比较突出的问题。

1 风机光影污染的概念

风电机组不停旋转的叶片在阳光入射方向下，投射到居民住宅的玻璃窗户上可产生一种闪烁的光影，挥之不去，容易使人心烦意乱，通常被称之为光影影响。以风电机组所在位置为坐标中心，东西方向为轴，处于北纬地区，轴线北侧的居民区较南侧居民区容易受到风电机组的光影影响。通常风电机组的光影影响范围取决于太阳高度角的:太阳高度角越大，风机的影子越短，太阳高度角越小，风机的影子越长[1]。注:光影污染是指风机产生的光影干扰居民正常生活的现象。

2 风机光影影响距离及范围的确定

要确定风机光影影响的距离首先应确定光影影响角度，光影影响角度是指风机组因太阳而对居民区住宅产生光影污染的最大角度。因此选择一个合理的风机光影影响时段是确定光影影响角度的先决条件。

2.1 风机光影影响时段的确定

在北纬地区，冬至日的太阳高度角是全年中高度角最小的一天。因此也是太阳阴影长度最长的一天。冬至日任意时刻阴影长度都大于其它日期同一时刻，因此选择冬至日为研究风机光影的影响日期。

太阳高度角越小，太阳辐射强度就越小，结合我省各地冬至日日出和日落时间，确定风机光影影响时段为冬至日上午9时整至下午15时整。风机光影影响距离的范围与太阳高度角的变化密切相关。因此风机光影影响时段选择冬至日上午9时整至下午15时整是合理的。

2.2 光影影响角度的确定

光影影响角度是以风机所在位置为顶点，冬至日上午9时整至下午15时整风机投影的夹角度数。

光影影响角度х=β(15)-β(9)

表1 辽宁省内部分风电场的风机光影影响距离计算结果

式中:β—逐时旋转角度，deg;—日出角度，deg;1—冬至日太阳直射纬度，deg(取-23°26′);2—所在地纬度，deg;t1—所在地冬至日日出时间(注:北京时间);t2—所在地冬至日日落时间(注:北京时间);t—逐时时间(北京时间)。

2.3 光影影响距离的计算

光影影响距离是指风机组可能对居民住宅产生光影污染的最大距离。光影防护距离L=D/tgh0其中，D=D0+D1，h0=arcsin[sinφsin σ+cosφcosσcos(15t+λ-200)][2]

式中:D—风机有效高度，m;D0—风机高度，m;D1—风机所在位置与附近光影敏感点间的地面高差，m;h0—太阳高度角，deg;φ—当地纬度，deg;t—进行观测的时间(注:北京时间);λ—当地经度，deg;σ—太阳倾角，deg;θ0—360dn/365，deg;dn—冬至日在一年中的日期序数(取为345)。

根据上述公式，计算辽宁省内部分风电场在冬至日上午9时整至下午15时整的光影影响距离，计算结果见表1。

考虑到光的散射和折射因素，当光影到达超过500m的范围时，强度会减弱。同时由上表可以发现:光影长度超过500m的时间也较短，仅出现在9:00和15:00左右，因此光影的影响也较小。

2.4 光影影响范围的确定

通过计算冬至日9时至15时的光影影响距离，在地形图上确定风机组位置、以及敏感目标位置，并划出光影影响范围，可以发现:光影影响范围位于风机北侧，是由两条渐近线形成的凹形区域，曲线与风机的最短距离为冬至日正午时刻风机的影长。