CC BY
11
С КОЛЛЕКТИВ АВТОРОВ, 2009 УДК 614.7:621 JM
И. С. Киреева', Ю. Д. Думанский2, П. В. Семашко3
ГИГИЕНИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ РАЗМЕЩЕНИЯ ВЕТРОВЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ
'Гл. науч. сотр. лаб. гигиены планировки населенных мест ГУ Институт гигиены и медицинской экологии им. А. Н. Марзеева АМН Украины, Киев, ст. науч. сотр. доктор мед. наук (smogil@ukr.net); Ззав. лаб. гигиены электромагнитных излучений ГУ Институт гигиены и медицинской экологии им. А. Н. Марзеева АМН Украины, проф, доктор мед. наук (т. 38(044) 559-29-90); 'ст. науч. сотр. лаб. гигиены шума, жилых и общественных сооружений ГУ Институт гигиены и медицинской экологии им. А. Н. Марзеева АМН Украины, канд. мед. наук (т. 38(044) 559-25-92)
Гигиенические аспекты размещения ветровых электростанций в связи с интенсивным развитием ветроэнергетики становятся все более актуальными. Рассмотрены возможные факторы воздействия ветровых электростанций на окружающую среду и население. На основании выполненных расчетов зоны акустического и электромагнитного загрязнения, зоны воздействия при аварийных ситуациях, а также данных измерений шума в натурных условиях от ветровых электростанций общей мощностью до 20 МВт с использованием ветроэнергетических установок мощностью 100 кВт рекомендована санитарно-защитная зона размером 400 м. Предложены дальнейшие исследования по усовершенствованию дифференцированных размеров санитарно-за-щитных зон для ветровых электростанций с ветроэнергетическими установками различной мощности.
Ключевые слова: ветровые электростанции, окружающая среда, акустическое загрязнение, электромагнитное загрязнение, санитарно-защитная зона, гигиенические рекомендации
I. S. Kireyeva, Yu. D. Dumansky, P. V. Semashko. - THE LOCATION OF WIND-MILL ELECTRIC GENERATING PLANTS: HYGIENIC ASPECTS
The hygienic aspects of the location of wind-mill electric generating plants become more pressing due to the intensive development of wind-power engineering. Possible risk factors from wind-mill electric generating plants that can influence the environment and the population are considered. A 400-m control area is recommended on the basis of the made calculations of an acoustic and electromagnetic pollution area, an exposure area during emergency situations, as well the field measuring data on noise from wind-mill electric generating plants with a capacity of 20 MW, by applying 100-k W wind-mill electric generating units. Further studies are proposed to improve the differentiated sizes of control areas for wind-mill electric generating plants with wind-mill electric generating units of varying capacity.
Key words: wind-mill electric generating plants, environment, acoustic pollution, electromagnetic pollution, control area, hygienic recommendations.
На современном этапе ветроэнергетика бурно и успешно развивается как важная отрасль энергетической промышленности. По темпам своего развития она вышла на 1-ое место в мире, опережая в несколько раз другие энергетические отрасли. Стоит задача на основе новых технологий за счет использования энергии ветра обеспечить до 2030 г. в США и Германии 25% общего потребления энергии, в Дании 50% [7].
В настоящее время 72% мощности установленных в мире ветроэнергетических установок (ВЭУ) общей мощностью 74,221 тыс. МВт сосредоточено в 5 странах: Германии (27,8%), Испании (15,6%), США (15,6%), Индии (8,4%) и Дании (4,2%); во вторую пятерку стран входят Китай, Италия, Великобритания,Португалия и Франция, где сосредоточено 13% общей мощности ВЭУ; Украина занимает 25-е место среди 53 стран, где эксплуатируются ветроэлектростаниии [7].
Согласно Национальной комплексной программе строительства ветровых электростанций (ВЭС) суммарная мощность украинских ВЭС к 2010 г. должна быть доведена до 1800 МВт, а в перспективе на период до 2030 г. — до 16 000 МВт, что составит 20—30% общего потребления электроэнергии в стране [7].
Строительство ВЭС предполагается на территориях с эффективными ветрополями (со скоростью ветра более 5 м/с). Ветроэнергетический потенциал Украины позволяет построить ВЭС общей мощностью до 24 000 МВт. К территориям с эффективными ветрополями относятся автономная республика Крым, Азово-Черноморское побережье, Одесская, Никола-
евская, Херсонская, Запорожская, Донецкая и Луганская области, а также район Карпат.
В настоящее время в Крыму действуют Донузлав-ская (мощностью 10,9 МВт), Судакская (мощностью 6,24 МВт), Сакская (Мирновский и Воробьевский участки общей мощностью 22,9 МВт), Тарханкутская (мощностью 14,64 МВт) ВЭС. В стадии строительства Сивашская (проектной мощностью 18,0 МВт), Пре-сноводненская (проектной мощностью 24,8 МВт) ВЭС, в Донецкой области — Новоазовская ВЭС (проектной мощностью 50,1 МВт). В Полтавской области проектируется Глобинская ВЭС на 50 МВт, в Херсонской области — Геническая ВЭС мощностью 100 МВт, на берегу Днепрово-Бугского лимана проектируется самая крупная в Украине Южно-Украинская (Очаковская) ВЭС мощностью 300 МВт.
В связи с развитием новой отрасли производства, какой является ветроэнергетика, встает вопрос об условиях размещения объектов, безопасности для окружающей среды, проживания и здоровья населения, особенно в условиях значительного градостроительного освоения территорий.
Цель работы, проведенной совместно с Украинским НИИ проектирования городов ("Гипроград"), состояла в обосновании планировочных и санитарно-гигиенических требований к размещению и проектированию ВЭС в Украине.
При проведении исследований исходили из того, что основой большинства действующих сегодня в Украине ВЭС являются ВЭУ мощностью 100 кВт (их более 650), в последнее время начинают внедряться ВЭУ мощностью 600 кВт (в настоящее время их 14, к 2010 г. ожидается около 500). Перспек-
гиена и санитария 5/2009
тива развития ветроэнергетики связана с ВЭУ мощностью до 2 МВт, которые, в частности, планируется внедрить на Южно-Украинской ВЭС.
ВЭС, как правило, размещаются на одном или нескольких ветрополях с необходимым ветропо-тенциалом. Для строительства ВЭС требуются большие площади (5—10 га на 1 МВт мощности), при введении в эксплуатацию ВЭС в ее постоянном пользовании остается 2—3% исходной площади (0,20—0,25 га на 1 МВт). ВЭУ, обычно в количестве 100—150 агрегатов, размещаются рядами на расстоянии 1,5—2 диаметров движущихся элементов между ВЭУ и на расстоянии от 200 до 400 м между рядами в зависимости от мощности ВЭУ. ВЭУ включает ветроколесо с тремя движущимися лопастями из стекловолокна диаметром от 17 до 50 м и модуль ветротурбины, который располагается на башне-опоре высотой от 18 до 80 м и более. В состав ВЭС входят линии электропередачи, трансформаторные подстанции, ремонтно-эксплуатаци-онный комплекс, системы инженерного обеспечения (тепло-, водоснабжение и водоотведение).
На основании анализа доступных источников литературы [2, 4—6, 8, 11, 12] и результатов экспертизы проектных материалов строительства ВЭС установлено, что неблагоприятными факторами влияния ВЭС на окружающую среду и население являются:
— при строительстве ВЭС — нарушение почвен-но-растительного покрова; загрязнение почвы, фунтовых и поверхностных вод стройотходами, нефтепродуктами, техническими маслами; загрязнение атмосферы выбросами автотранспорта, строительной техники, электросварочных аппаратов;
— при эксплуатации ВЭС — акустическое загрязнение среды, создаваемое ВЭУ; электромагнитное загрязнение среды, создаваемое генераторами, трансформаторами, линиями электропередачи и другим оборудованием ВЭС; возможное неблагоприятное психологическое влияние на население (визуальное невосприятие, дискомфорт); возможность травмирования персонала станции и жителей прилегающей территории при аварийных ситуациях (разрушение ротора ВЭУ с отрывом лопастей); влияние на животный и растительный мир (нарушение экосистем, условий среды обитания и перелета птиц, наземных животных, исчезновение редких видов растений и др.); электро-, радио-телепомехи (особенно для военных радаров, авиационных радиомаяков).
Анализ конструктивных особенностей ВЭУ позволяет считать их потенциальным источником шума, который условно может быть разделен на механический (от электрогенератора и элементов механики) и аэродинамический (от лопастей винта, которые имеют частоту вращения от 300—400 оборотов/мин при мощности ВЭУ 100 кВт до 10— 30 оборотов/мин при мощности ВЭУ 1—2 МВт и могут считаться источником инфразвука).
Для определения дальности распространения акустического загрязнения от ВЭС были рассчитаны (П. В. Семашко) уровни звука и звукового давления в октавных полосах частот (от 2 до 8000 Гц) на основании общепринятых в акустике формул [3] с использованием прикладной программы для ПЭВМ, созданной в среде МаШСас! 2000 Аэг РгоГев-
Ожндаемые уровни звукового давления (в дБ А) в октавных полосах частот на разных расстояниях от ВЭС
Остав- Допустимый Расстояние от источников шума, м
уровень звукового давления (ночное
им по-
лоса частот, Гц 25 50 100 150 200 250 300
время), дБ А
2 90 74 68 62 58,5 56 54 52,5
4 90 73 67 61 57,5 55 53 51,5
8 90 81 75 69 65,5 63 61 59.5
16 90 76 70 64 60,5 58 56 54,5
31,5 90 70 64 58 54,5 52 50 48,5
63 67 66 60 54 50,5 48 46 44,5
125 57 73 67 61 57,4 54,9 52,9 51,3
250 49 57 51 44,9 41,4 38,8 36,8 35,2
500 44 44 37,9 31,8 28,2 25,6 23,6 21,9
1000 40 43,9 37,8 31,5 27,7 25 22,8 21
2000 37 41,6 35,2 28,3 23,9 20,6 17,8 15,4
4000 35 33,6 26,1 17,2 10,8 5,4 0,5 -3,9
8000 33 28,1 18,2 4,4 -6,9 -17,2 -27 -36,3
5юпа1. Для расчета ожидаемых уровней шума при обосновании санитарно-защитной зоны (СЗЗ) ВЭС использовали данные натурных исследований, выполненных Харьковским НИИ гигиены труда и профзаболеваний [8] и отдельных замеров, проведенных нами (П. В .Семашко) на Донузлав-ской ВЭС. При проведении расчетов учитывали поправку на увеличение мощности агрегатов от 100 до 1600 кВт (поправка на 12 дБ А по 3 дБ А на каждое удвоение мощности) и поправку на увеличение уровня звукового давления при совместной работе соседних агрегатов [3]. Как свидетельствуют полученные данные (см. таблицу), наибольшие ожидаемые уровни звукового давления наблюдаются в октавной полосе со среднегеометрической частотой 125 Гц. Превышение допустимых норм для ночного времени суток ожидаемыми уровнями звукового давления на прилегающей к ВЭС территории наблюдается на расстояниях от 25 до 150 м включительно. Расчетный размер СЗЗ по показателю шумового загрязнения составляет 200 м.
По результатам натурных исследований, выполненных Харьковским НИИ гигиены труда и профзаболеваний [8], при работе 7 ветрогенераторов До-нузлавской ВЭС на расстоянии 250 м от ближайшего агрегата максимальный уровень звука составлял 46 дБ А (при норме для ночного времени 60 дБ А) [9]. При исследовании уровней звукового давления в октавных полосах частот от 63 до 8000 Гц выявили на том же расстоянии от ближайшей ВЭУ превышение норм на 6 дБ А при частоте 125 Гц, на 3 дБ А при частоте 250 Гц и на 4 дБ А при частоте 500 Гц. Исследования инфразвука по показателям общего уровня и уровня звукового давления в октавных полосах частот от 2 до 31,5 Гц на том же расстоянии 250 м не выявили превышения нормативных уровней, приведенных в СанПиН № 42-128-4948-89 [10].
Источниками электромагнитного загрязнения на ВЭС являются турбогенераторы ВЭУ (мощностью от 100 кВт до 2 МВт), предназначенные для выработки электрического тока частотой 50 Гц, трансформаторные подстанции, распределительные электрические устройства, как правило, мощностью 110/35/0,4 кВ, воздушные кабельные линии электропередачи мощностью от 10 до 35 кВ, зави-
сящей от количества ВЭУ на станции и расстояния до основной высоковольтной электросети, в которую направляется электроток от ВЭС. На основании проведенных расчетов (Ю. Д. Думанский) установили, что на расстоянии 10—20 м от места размещения указанного оборудования уровень элек-трополя колеблется от единицы до 10 В/м, не превышая гигиенического норматива для населения (500 В/м) [1], следовательно, влияние этого фактора ограничивается территорией ветростанции.
Проблема неблагоприятного психологического влияния ВЭС на население существует в странах, где они получили широкое распространение (Германия, Испания, Дания, Финляндия и др.). Жалобы населения вызывают ВЭУ большой мощности (1—3 МВт), имеющие высоту 50—70 м и больше и диаметр ротора больше 50 м. Приближение таких ВЭС к населенным пунктам негативно воспринимается жителями и вызывает жалобы на нарушение природного ландшафта, дискомфорт, оказывает неблагоприятное влияние на психологическое состояние [5]. Хотя такие жалобы в известной мере носят субъективный характер. Снижению негативной реакции населения на ВЭУ способствовал переход от ферменных башен к трубчатым, в котором принимали участие и дизайнеры.
Опасными для здоровья и жизни персонала ВЭС и жителей прилегающей территории могут быть аварийные ситуации, связанные с отрывом движущихся элементов (лопастей) ВЭУ. По расчетам специалистов института "Гипроград" зона такого поражения может достигать 200 м от ВЭУ мощностью 100 кВт; при мощности ВЭУ 600 кВт унос лопастей может быть на расстояние более 300 м и зависит от максимальной скорости ветра, ландшафтных особенностей территории.
На основании проведенной работы для ВЭС мощностью до 20 МВт с ВЭУ мощностью 100 кВт предварительно рекомендована СЗЗ размером не меньше 400 м.
В ряде европейских стран (Германия, Нидерланды, Дания и др.) приняты законы, регулирующие минимальное расстояние от ВЭУ или группы ВЭУ: до отдельных жилых домов — 300 м, до поселков городского типа — 500 м, до поселений у дорог государственного и международного сообщения — 1000 м [2].
Для дальнейшей разработки проблемы обоснования размеров СЗЗ для ВЭС важное значение имеют накопление и анализ материалов санитарно-гигиенической экспертизы проектов строительства современных ВЭС, при этом особое внимание необходимо обращать на следующие вопросы:
— обоснование выбора территории для строительства ВЭС;
— существующие планировочные ограничения (населенные пункты, курортно-рекреационные территории, заповедники, заказники и др.);
— характеристика основного технологического оборудования, инженерного обеспечения ВЭС;
— акустическая характеристика ВЭУ;
— расчеты ожидаемого акустического загрязнения (уровни звука, звукового давления в октавных полосах частот 2—8000 Гц) на границе ближайшей жилой застройки и других приравненных к ней объектов (территории санаторно-курортных и оз-
доровительных учреждений, садовых товариществ, мест отдыха населения и др.) при полной проектной мощности ВЭС;
— расчеты уровней напряженности электрического поля на территории и за пределами ВЭС;
— оценка влияния строительства ВЭС на окружающую среду (атмосферный воздух, почва, подземные воды, водоемы);
— природоохранные мероприятия по защите от загрязнения почвы, подземных вод и воды водоемов, атмосферного воздуха при строительстве ВЭС;
— мероприятия по реабилитации нарушенной территории (почвенно-растительного комплекса);
— обоснование рекомендованного размера СЗЗ;
— рекомендации по хозяйственному использованию территории ВЭС и СЗЗ с учетом возможного влияния неблагоприятных факторов ВЭС.
Таким образом, санитарно-гигиенические исследования ВЭС в плане обоснования размеров СЗЗ должны предусматривать как обобщение материалов экспертизы проектов строительства ВЭС, так и дальнейшие системные натурные исследования влияния этих объектов на окружающую среду (акустическое, электромагнитное загрязнение) в районах расположения этих объектов, а также влияния их на здоровье и самочувствие населения с целью обоснования дифференцированных размеров СЗЗ в зависимости от мощности отдельных ВЭУ, их количества в ВЭС и размещения в различных ландшафтных и метеоклиматических условиях.
Л итература
1. Державш санггарж норми 1 правила захисту населения вщ втиву електромагттних випромшювань. ДСанШН № 239-96. - Кит, 1996.
2. Дмитриев Г. С. // Энергия. - 2004. — № 8. — С. 11-19.
3. Защита от шума. Строительные нормы и правила. СНиП П-12-77. - М., 1978.
4. Конеченков А. Е., Матвеев Ю. Б. Ветроэнергетика Украины. Факты и комментарии. — Киев, 2001.
5. Конеченков А. Е. // Электропанорама. — 2002. — № 9. - С. 49-50.
6. Научная эколого-экспертная оценка влияния работы ВЭС Крымского региона на окружающую среду. Отчет о НИР № 14-52/06/2692 / Под ред. 3. Д. Сапроновой. — Симферополь, 2006.
7. Обгрунтування доповнення до "ЕнергетичноТ стратеги' Укра'Гни на перюд до 2030 року" в частит роз-витку в1троенергетики. — КиГв, 2007.
8. Определить шумовое воздействие Донузловской ВЭС в комплексе и отдельных ее агрегатов на окружающую среду. Отчет о НИР. / Под ред. П. А. Нагорного. — Харьков, 1994.
9. Санитарные нормы допустимого шума в помещениях жилых и общественных зданий и на территории жилой застройки. СН № 3077-84. - М„ 1984.
10. Санитарные нормы допустимых уровней инфразвука и низкочастотного шума на территории жилой застройки. СанПиН 42-128-4949-89. - М., 1989.
11. Сокол Г. П. // Сборник трудов Акустического симпозиума "Консонанс - 2005" (Киев, 27-29.09.2005). — Киев, 2005.
12. Станции электрические ветровые. Общие технические требования. Государственный стандарт Украины. ДСТУ 4051-2001. - Киев, 2001.
Полупила 27.03.09
