3.3 海上風電場工程特征分析

3.3.1 海上風電場分布的環境特點

海上風電場一般分布在近岸海域，離岸5～30km，有些位于潮間帶，如江蘇如東潮間帶風電場，有些位于潮下帶，如東海大橋海上風電場。海上風電場環境較陸域環境更為復雜，較陸域風電場施工難度更大，并需要考慮基礎結構穩定性、海洋腐蝕、航運船舶誤撞、后期維修等一系列難題。

海上風電場的升壓變電站，分陸上變電站和海上變電站兩種。當風電場距離岸線較近時，一般選擇將升壓變電站設置在岸邊的海堤內側；當風電場距離岸線較遠時，從輸電線路連接便捷程度和工程投資考慮，將升壓變電站設置在海上。

3.3.2 產污環節分析

海上風電場的生產工藝過程主要包括風力發電機組、海底電纜和升壓站3個部分，其中升壓站又分為陸上升壓站和海上升壓站兩種形式。生產工藝過程分析應分析工程施工期和營運期各環節的環境影響及來源（附帶產污節點的工藝流程圖）。

施工期工程分析對象應包括基礎施工、風力發電機組安裝、海纜敷設、海纜穿堤和升壓變電站施工，重點分析其施工方案和相應的環保措施。

營運期主要分析風電場工程對海域水文動力、地形沖淤、海域水質、海洋生態、漁業資源（漁業生產）、鳥類及其生境、通航環境、風力發電機組噪聲和電磁輻射等帶來的影響，以及可能產生的污染影響和風險事故。

施工期海上風電場風力發電機組施工過程的產污環節一般見圖3-5，海底電纜施工過程的產污環節一般見圖3-6，升壓站施工過程的產污環節一般見圖3-7、圖3-8。營運期海上風電場的產污環節一般見圖3-9。

3.3.3 污染物分析

3.3.3.1 施工期主要污染源

海上風電場工程施工期的主要污染源包括：海纜敷設、陸上施工營地施工及施工船舶產生的污廢水；陸上升壓站土方開挖、施工便道修建、施工機械和施工車船運作產生的揚塵和廢氣；風力發電機組樁基礎打樁、施工機械運作、施工車輛船舶行駛等產生的水面噪聲和水下噪聲；鋼管樁吸泥產生的固體廢棄物、陸上施工活動產生的廢棄物和施工人員產生的生活垃圾。生態破壞主要表現為陸上升壓站建設、施工便道修建、風力發電機組構件預制組裝等產生的植被破壞、水土流失和野生動物影響等；風力發電機組基礎施工、海底電纜溝開挖等對底棲生境的壓占破壞及其引起的生物資源損失。

1．施工污廢水

（1）電纜敷設引起的懸浮物源強。電纜敷設引起的海底泥沙再懸浮與施工速度、溝槽開挖強度有關?？晒浪銥?/p>

P=Adiγ

式中 P——施工懸浮物源強，kg/s；

d——施工速度，m/s；

A——開溝犁面積，m2；

i——懸浮物起伏比，%；

γ——淤積物干容重，kg/m3。

（2）其他污廢水。船舶污廢水的產生量可根據《港口工程環境保護設計規范》（JTS 149—1—2007）船舶艙底油污水水量表計算。其他施工廢水還包括砂石料拌和廢水、混凝土養護廢水、機械維護沖洗廢水等。施工污水主要來源于施工人員排放的生活污水。源強估算方法和陸上風電場基本相似。

2．施工廢氣

海上風電場工程施工廢氣來源組成和陸上風電場工程大體相近，源強估算方法和陸上風電場基本相似。

3．施工噪聲

（1）水面噪聲源強。

1）海上施工噪聲污染源主要包括風力發電機組基礎打樁、施工船舶行駛和電氣接線埋設等。相對于其他噪聲源，風力發電機組基礎打樁產生的噪聲污染最為明顯。水面噪聲源強可通過實測或類比得到。

2）陸上施工噪聲污染源主要包括施工機械運作、車輛行駛等，其噪聲源強估算方法和陸上風電場基本相似。

（2）水下噪聲源強。施工水下噪聲污染主要來自基礎打樁，樁基施打的水下噪聲源強主要取決于液壓振動錘，數據可通過實測獲得。根據國外工程經驗，樁基施打時水下噪聲源強可達200dB/re 1μPa。

4．生態影響

（1）海洋生態影響。海洋生態影響主要為風力發電機組基礎施工、海底電纜溝開挖等對底棲生境的破壞和對海洋生物的影響。

1）風力發電機組基礎施工影響面積估算。影響面積可計算為

S1=MNπR2

式中 S1——基礎占壓面積，m2；

R——施工影響半徑，一般以樁基礎半徑外擴3～5m計；

N——單臺風力發電機組樁數量；

M——風力發電機組臺數。

2）電纜埋設開溝影響面積計算為

S2=WL

式中 S2——開溝影響面積，m2；

W——影響寬度，一般以開溝犁寬度外擴3～5m計；

L——電纜溝施工長度，m。

（2）陸上生態影響。陸上生態影響的來源組成、影響方式和陸上風電場大體接近，影響分析和陸上風電場基本相似。

3.3.3.2 營運期主要污染源強

海上風電場工程營運期產生的主要污染源為防腐設計中犧牲陽極金屬的溶解、管理人員的生活污水、風力發電機組運轉產生的水下噪聲以及海底電纜產生的電磁輻射等。生態破壞主要為風力發電機組基礎對底棲生境的壓占及其引起的生物資源損失。

1．污廢水

（1）犧牲陽極金屬溶解強度計算為

G=MNnmδIηc

式中 G——犧牲陽極金屬元素釋放量，kg/a；

δ——單塊犧牲陽極金屬塊設計年消耗率，kg/（A· a）；

η——電流效率，%；

n——單樁設計犧牲陽極金屬塊數量；

m——單塊犧牲陽極金屬塊質量，kg；

I——陽極輸出電流，A；

c——單塊犧牲陽極金屬元素含量，%。

（2）生活污水。源強估算和陸上風電場相同。

2．噪聲

海上風電場工程營運期產生的水下噪聲主要是由風力發電機組運轉而產生，尤其是低頻噪聲通過結構振動經塔筒、風力發電機組樁基等不同路徑傳入水中而產生了水下噪聲。英國North Hoyle海上風電場2003年水下噪聲實測變化范圍為90～150dB/re 1μPa，平均值約為116dB/re 1μPa；英國Scroby Sands海上風電場水下噪聲實測變化范圍為100～135dB/re 1μPa，平均值約為120dB/re 1μPa；我國東海大橋海上風電場營運期水下噪聲實測變化范圍為65～140dB/re 1μPa，噪聲強度隨頻率增加而明顯減小?？傮w上由于風力發電機組運轉引起的水下噪聲的強度變化不大，相較于背景噪聲，增加幅度一般在10～20dB/re 1μPa。

3．固廢

營運期管理人員的生活垃圾污染物量估算和陸上風電場相同。

4．電磁輻射

海底電纜的電磁輻射主要包括電場輻射和磁場輻射兩個方面。通常電纜護套可提供良好的電場屏蔽，使電纜線外的工頻電場強度很小，接近背景值。工頻磁場強度可根據計算公式或類比監測分析得出，根據已有類比監測經驗，220kV單根三芯海底電纜的電磁感應強度在海床面上很小，小于10μT;220kV單芯海底電纜在分開20m、埋深2m的情況下鋪設時，其輻射的電磁感應強度一般不超過100μT。

5．生態影響

營運期風力發電機組基礎將永久占用海域，造成所占海域原有底棲生境的喪失和資源量的損失。影響面積為風力發電機組基礎的實際占海面積，根據占海面積和生物資源調查結果，估算生物資源損失量。

3.3.4 海上風電場的環境影響

3.3.4.1 施工期環境影響

1．對海域水質沉積物的影響

海上風力發電機組基礎結構具有重心高、所受海洋環境荷載復雜、承受的水平風力和傾覆彎矩較大等受力特點。目前國外研究和應用的海上風力發電機組基礎從結構型式上主要分為重力固定式、支柱固定式及浮置式基礎。根據國內外現有海上風力發電機組塔架基礎結構型式，并借鑒海上石油平臺、海上燈塔及海上跨海大橋的設計經驗，目前國內海上風電場風力發電機組基礎均采用固定式樁柱基礎。典型的風力發電機組樁基基礎型式有3種：第一種為六樁導管架組合式基礎，這種方案是參考海上石油平臺、海上燈塔基礎的結構型式；第二種為鋼管樁高樁承臺群樁基礎，其參考了國內施工建設中已趨成熟的海上獨立式墩臺基礎和跨海大橋橋墩基礎結構型式，目前已建的上海東海大橋100MW海上風電示范項目采用這種基礎型式；第三種為單根鋼管樁基礎方案，其為國外海上淺海風力發電機組基礎的常用結構型式。無論選用哪種型式，都需要在水上施打鋼管樁。

鋼管樁施工時產生的振動導致海底泥沙再懸浮引起水體渾濁，污染局部海水水質，影響局部沉積物環境。鋪設海底輸電電纜時，開溝犁開槽導致海底泥沙再懸浮引起水體渾濁，污染局部海水水質，影響局部沉積物環境。

風力發電機組基礎鋼管樁內吸泥施工產生的淤泥若就地排放，產生的懸浮物對海洋水質將造成影響。承臺混凝土灌注時可能發生混凝土砂漿泄漏、溢出，進而可能對樁基附近水質和沉積物環境造成污染。混凝土承臺防腐施工時，防腐噴劑有可能發生滴漏進入海洋，對海水水質產生一定的影響。

2．對大氣環境的影響

施工期間，風力發電機組安裝和海纜鋪設環節，施工船舶和機械在運行中會排放一定量的廢氣，影響海上大氣環境質量；若升壓站建在陸域，施工期間土方開挖、回填、混凝土拌和以及土方、物料裝卸、堆放、運輸等將產生大量揚塵，污染環境；若升壓站建在海上，升壓站基礎和構件安裝時施工船舶和機械排放的廢氣會影響海上大氣環境質量。

3．對聲環境的影響

風力發電機組基礎的打樁作業以及施工船舶的行駛將產生噪聲和振動，影響海上聲環境質量；陸上各種施工機械運作和車輛運輸也將產生施工噪聲，影響周邊聲環境。

4．固體廢棄物影響

施工期間會產生一定量的固體廢棄物，如施工人員生活垃圾、陸上升壓站的廢棄土石方和建筑渣土等，若處理不當，會對土壤和水環境造成污染，并影響環境衛生。

5．對海洋生態和漁業的影響

風力發電機組基礎結構施工時占用海域、施工打樁引起的懸浮泥沙對海洋生物可能產生一定的影響；與此同時基礎打樁產生的噪聲對海洋生物存在一定影響，有研究表明，基礎打樁時水下噪聲源強可達200dB/re 1μPa，不同魚類在不同聲壓級條件下會產生逃離、昏迷、死亡等的反應。

海纜施工前掃海清障作業會擾動底棲生境造成底棲生物的損失，風電場電纜需要開溝埋設，電纜溝開挖范圍內的底棲生物受到完全的損害，同時，電纜溝開挖使海底泥沙再懸浮，增加所在海域的含沙量，降低海洋中浮游植物生產力，對海洋生態系統帶來影響；同時對魚卵、仔稚魚的生境產生影響，進而對魚卵仔魚資源量造成影響。

施工期間，為保證施工作業及漁業生產船舶的安全需禁止漁船進入施工海域捕撈生產，由此導致作業漁場范圍減少，同時受施工擾動影響，施工附近海域漁獲率將有所降低，從而影響工程及周圍海域捕撈產量。

6．對鳥類的影響

工程施工期間，主要由于人類活動、交通運輸工具、施工機械的機械運動，相應施工過程中產生的噪聲、燈光等可能對岸邊及近岸地區的鳥類棲息地和覓食的鳥類產生一定影響，使施工區域及周邊區域中分布的鳥類遷移，導致數量減少、多樣性降低。影響的種類多為濱水種類和空中飛翔種類，可能造成該區域的鳥類在種類、數量及群落結構上發生一定變化。

3.3.4.2 營運期環境影響

海上風電場營運期間對環境的影響主要表現為以下6個方面。

1．對海域水文動力的影響

海上風電場建成后，風力發電機組墩柱在一定程度上改變了局部海底地形，對工程區附近，包括對風電場海域及鄰近海工設施如跨海大橋、港口碼頭、航道、排污口、鉆井平臺等的潮流場將產生一定影響，工程區等流速線，尤其是風力發電機組墩柱周圍的流速可能發生變化。

2．對海域地形地貌與沖淤環境的影響

海上風電場在區域海域內呈斑點狀分布，風力發電機組之間間距較大。由于底流在鋼管樁周圍產生渦流，將海底泥沙攪動懸浮帶走，因此將在一定程度上改變局部海床自然性狀，使該區域的沖淤情況發生一定改變。

3．對海域水質、沉積物環境的影響

風電場運行無生產污水排放，但風力發電機組設備日常運行需定期更換潤滑油機油等，部分油類可引起輕微水污染，若處置不當可能造成海水水體污染。

此外，由于海水、底泥等具有腐蝕性，鋼管樁需采取防腐措施。國內海上風電場鋼管樁目前普遍采用陰極保護的防腐方法，一般采用的犧牲陽極為高效合金。當陽極溶解時，釋放金屬元素，對海洋水質及鋼管樁附近的沉積物環境可能產生一定的影響，進而可能被生物體富集。

4．對海洋生態和漁業的影響

海上風電場營運期對海洋生態和漁業的影響主要來自于風力發電機組運轉產生的水下噪聲對海洋生物的影響、風力發電機組基礎結構占壓影響底棲生物和風電場用海影響漁業生產3個方面。

（1）風力發電機組運轉引起的水下噪聲值增加可能對魚類等海洋生物的聲學特性、行為和生理指標產生一定的影響。

（2）風力發電機組樁基群占海部分范圍內的原有底棲生物類群不可恢復。

（3）風電場建成運行后，為保護海底電纜和風力發電機組的安全運行，風電場海域禁止底拖網、拋錨，漁業捕撈面積縮小，在一定程度上降低了漁業捕撈量，從而引起經濟收入下降，對漁民的生活產生一定影響。

5．對鳥類的影響

海上風電場對鳥類的影響與陸上風電場類似，目前的研究結果顯示，潮間帶風電場對鳥類的影響大于近?；蜻h海風電場。

6．對通航環境的影響

在風電場設計過程中，風力發電機組的布置會避開周圍航道，從源頭上減輕了對通航環境的影響。但在天氣不好、視程不良的條件下，船舶和風力發電機組相撞的概率增加，可能造成船舶和風力發電機組設施受損。此外，由于風力發電機組樁的存在，特別是在迷霧天氣，漁船與風力發電機組樁相撞的概率大大增加，對漁船和風力發電機組都存在一定的安全隱患。