3.3 海上风电场工程特征分析

3.3.1 海上风电场分布的环境特点

海上风电场一般分布在近岸海域，离岸5～30km，有些位于潮间带，如江苏如东潮间带风电场，有些位于潮下带，如东海大桥海上风电场。海上风电场环境较陆域环境更为复杂，较陆域风电场施工难度更大，并需要考虑基础结构稳定性、海洋腐蚀、航运船舶误撞、后期维修等一系列难题。

海上风电场的升压变电站，分陆上变电站和海上变电站两种。当风电场距离岸线较近时，一般选择将升压变电站设置在岸边的海堤内侧；当风电场距离岸线较远时，从输电线路连接便捷程度和工程投资考虑，将升压变电站设置在海上。

3.3.2 产污环节分析

海上风电场的生产工艺过程主要包括风力发电机组、海底电缆和升压站3个部分，其中升压站又分为陆上升压站和海上升压站两种形式。生产工艺过程分析应分析工程施工期和营运期各环节的环境影响及来源（附带产污节点的工艺流程图）。

施工期工程分析对象应包括基础施工、风力发电机组安装、海缆敷设、海缆穿堤和升压变电站施工，重点分析其施工方案和相应的环保措施。

营运期主要分析风电场工程对海域水文动力、地形冲淤、海域水质、海洋生态、渔业资源（渔业生产）、鸟类及其生境、通航环境、风力发电机组噪声和电磁辐射等带来的影响，以及可能产生的污染影响和风险事故。

施工期海上风电场风力发电机组施工过程的产污环节一般见图3-5，海底电缆施工过程的产污环节一般见图3-6，升压站施工过程的产污环节一般见图3-7、图3-8。营运期海上风电场的产污环节一般见图3-9。

3.3.3 污染物分析

3.3.3.1 施工期主要污染源

海上风电场工程施工期的主要污染源包括：海缆敷设、陆上施工营地施工及施工船舶产生的污废水；陆上升压站土方开挖、施工便道修建、施工机械和施工车船运作产生的扬尘和废气；风力发电机组桩基础打桩、施工机械运作、施工车辆船舶行驶等产生的水面噪声和水下噪声；钢管桩吸泥产生的固体废弃物、陆上施工活动产生的废弃物和施工人员产生的生活垃圾。生态破坏主要表现为陆上升压站建设、施工便道修建、风力发电机组构件预制组装等产生的植被破坏、水土流失和野生动物影响等；风力发电机组基础施工、海底电缆沟开挖等对底栖生境的压占破坏及其引起的生物资源损失。

1．施工污废水

（1）电缆敷设引起的悬浮物源强。电缆敷设引起的海底泥沙再悬浮与施工速度、沟槽开挖强度有关。可估算为

P=Adiγ

式中 P——施工悬浮物源强，kg/s；

d——施工速度，m/s；

A——开沟犁面积，m2；

i——悬浮物起伏比，%；

γ——淤积物干容重，kg/m3。

（2）其他污废水。船舶污废水的产生量可根据《港口工程环境保护设计规范》（JTS 149—1—2007）船舶舱底油污水水量表计算。其他施工废水还包括砂石料拌和废水、混凝土养护废水、机械维护冲洗废水等。施工污水主要来源于施工人员排放的生活污水。源强估算方法和陆上风电场基本相似。

2．施工废气

海上风电场工程施工废气来源组成和陆上风电场工程大体相近，源强估算方法和陆上风电场基本相似。

3．施工噪声

（1）水面噪声源强。

1）海上施工噪声污染源主要包括风力发电机组基础打桩、施工船舶行驶和电气接线埋设等。相对于其他噪声源，风力发电机组基础打桩产生的噪声污染最为明显。水面噪声源强可通过实测或类比得到。

2）陆上施工噪声污染源主要包括施工机械运作、车辆行驶等，其噪声源强估算方法和陆上风电场基本相似。

（2）水下噪声源强。施工水下噪声污染主要来自基础打桩，桩基施打的水下噪声源强主要取决于液压振动锤，数据可通过实测获得。根据国外工程经验，桩基施打时水下噪声源强可达200dB/re 1μPa。

4．生态影响

（1）海洋生态影响。海洋生态影响主要为风力发电机组基础施工、海底电缆沟开挖等对底栖生境的破坏和对海洋生物的影响。

1）风力发电机组基础施工影响面积估算。影响面积可计算为

S1=MNπR2

式中 S1——基础占压面积，m2；

R——施工影响半径，一般以桩基础半径外扩3～5m计；

N——单台风力发电机组桩数量；

M——风力发电机组台数。

2）电缆埋设开沟影响面积计算为

S2=WL

式中 S2——开沟影响面积，m2；

W——影响宽度，一般以开沟犁宽度外扩3～5m计；

L——电缆沟施工长度，m。

（2）陆上生态影响。陆上生态影响的来源组成、影响方式和陆上风电场大体接近，影响分析和陆上风电场基本相似。

3.3.3.2 营运期主要污染源强

海上风电场工程营运期产生的主要污染源为防腐设计中牺牲阳极金属的溶解、管理人员的生活污水、风力发电机组运转产生的水下噪声以及海底电缆产生的电磁辐射等。生态破坏主要为风力发电机组基础对底栖生境的压占及其引起的生物资源损失。

1．污废水

（1）牺牲阳极金属溶解强度计算为

G=MNnmδIηc

式中 G——牺牲阳极金属元素释放量，kg/a；

δ——单块牺牲阳极金属块设计年消耗率，kg/（A· a）；

η——电流效率，%；

n——单桩设计牺牲阳极金属块数量；

m——单块牺牲阳极金属块质量，kg；

I——阳极输出电流，A；

c——单块牺牲阳极金属元素含量，%。

（2）生活污水。源强估算和陆上风电场相同。

2．噪声

海上风电场工程营运期产生的水下噪声主要是由风力发电机组运转而产生，尤其是低频噪声通过结构振动经塔筒、风力发电机组桩基等不同路径传入水中而产生了水下噪声。英国North Hoyle海上风电场2003年水下噪声实测变化范围为90～150dB/re 1μPa，平均值约为116dB/re 1μPa；英国Scroby Sands海上风电场水下噪声实测变化范围为100～135dB/re 1μPa，平均值约为120dB/re 1μPa；我国东海大桥海上风电场营运期水下噪声实测变化范围为65～140dB/re 1μPa，噪声强度随频率增加而明显减小。总体上由于风力发电机组运转引起的水下噪声的强度变化不大，相较于背景噪声，增加幅度一般在10～20dB/re 1μPa。

3．固废

营运期管理人员的生活垃圾污染物量估算和陆上风电场相同。

4．电磁辐射

海底电缆的电磁辐射主要包括电场辐射和磁场辐射两个方面。通常电缆护套可提供良好的电场屏蔽，使电缆线外的工频电场强度很小，接近背景值。工频磁场强度可根据计算公式或类比监测分析得出，根据已有类比监测经验，220kV单根三芯海底电缆的电磁感应强度在海床面上很小，小于10μT;220kV单芯海底电缆在分开20m、埋深2m的情况下铺设时，其辐射的电磁感应强度一般不超过100μT。

5．生态影响

营运期风力发电机组基础将永久占用海域，造成所占海域原有底栖生境的丧失和资源量的损失。影响面积为风力发电机组基础的实际占海面积，根据占海面积和生物资源调查结果，估算生物资源损失量。

3.3.4 海上风电场的环境影响

3.3.4.1 施工期环境影响

1．对海域水质沉积物的影响

海上风力发电机组基础结构具有重心高、所受海洋环境荷载复杂、承受的水平风力和倾覆弯矩较大等受力特点。目前国外研究和应用的海上风力发电机组基础从结构型式上主要分为重力固定式、支柱固定式及浮置式基础。根据国内外现有海上风力发电机组塔架基础结构型式，并借鉴海上石油平台、海上灯塔及海上跨海大桥的设计经验，目前国内海上风电场风力发电机组基础均采用固定式桩柱基础。典型的风力发电机组桩基基础型式有3种：第一种为六桩导管架组合式基础，这种方案是参考海上石油平台、海上灯塔基础的结构型式；第二种为钢管桩高桩承台群桩基础，其参考了国内施工建设中已趋成熟的海上独立式墩台基础和跨海大桥桥墩基础结构型式，目前已建的上海东海大桥100MW海上风电示范项目采用这种基础型式；第三种为单根钢管桩基础方案，其为国外海上浅海风力发电机组基础的常用结构型式。无论选用哪种型式，都需要在水上施打钢管桩。

钢管桩施工时产生的振动导致海底泥沙再悬浮引起水体浑浊，污染局部海水水质，影响局部沉积物环境。铺设海底输电电缆时，开沟犁开槽导致海底泥沙再悬浮引起水体浑浊，污染局部海水水质，影响局部沉积物环境。

风力发电机组基础钢管桩内吸泥施工产生的淤泥若就地排放，产生的悬浮物对海洋水质将造成影响。承台混凝土灌注时可能发生混凝土砂浆泄漏、溢出，进而可能对桩基附近水质和沉积物环境造成污染。混凝土承台防腐施工时，防腐喷剂有可能发生滴漏进入海洋，对海水水质产生一定的影响。

2．对大气环境的影响

施工期间，风力发电机组安装和海缆铺设环节，施工船舶和机械在运行中会排放一定量的废气，影响海上大气环境质量；若升压站建在陆域，施工期间土方开挖、回填、混凝土拌和以及土方、物料装卸、堆放、运输等将产生大量扬尘，污染环境；若升压站建在海上，升压站基础和构件安装时施工船舶和机械排放的废气会影响海上大气环境质量。

3．对声环境的影响

风力发电机组基础的打桩作业以及施工船舶的行驶将产生噪声和振动，影响海上声环境质量；陆上各种施工机械运作和车辆运输也将产生施工噪声，影响周边声环境。

4．固体废弃物影响

施工期间会产生一定量的固体废弃物，如施工人员生活垃圾、陆上升压站的废弃土石方和建筑渣土等，若处理不当，会对土壤和水环境造成污染，并影响环境卫生。

5．对海洋生态和渔业的影响

风力发电机组基础结构施工时占用海域、施工打桩引起的悬浮泥沙对海洋生物可能产生一定的影响；与此同时基础打桩产生的噪声对海洋生物存在一定影响，有研究表明，基础打桩时水下噪声源强可达200dB/re 1μPa，不同鱼类在不同声压级条件下会产生逃离、昏迷、死亡等的反应。

海缆施工前扫海清障作业会扰动底栖生境造成底栖生物的损失，风电场电缆需要开沟埋设，电缆沟开挖范围内的底栖生物受到完全的损害，同时，电缆沟开挖使海底泥沙再悬浮，增加所在海域的含沙量，降低海洋中浮游植物生产力，对海洋生态系统带来影响；同时对鱼卵、仔稚鱼的生境产生影响，进而对鱼卵仔鱼资源量造成影响。

施工期间，为保证施工作业及渔业生产船舶的安全需禁止渔船进入施工海域捕捞生产，由此导致作业渔场范围减少，同时受施工扰动影响，施工附近海域渔获率将有所降低，从而影响工程及周围海域捕捞产量。

6．对鸟类的影响

工程施工期间，主要由于人类活动、交通运输工具、施工机械的机械运动，相应施工过程中产生的噪声、灯光等可能对岸边及近岸地区的鸟类栖息地和觅食的鸟类产生一定影响，使施工区域及周边区域中分布的鸟类迁移，导致数量减少、多样性降低。影响的种类多为滨水种类和空中飞翔种类，可能造成该区域的鸟类在种类、数量及群落结构上发生一定变化。

3.3.4.2 营运期环境影响

海上风电场营运期间对环境的影响主要表现为以下6个方面。

1．对海域水文动力的影响

海上风电场建成后，风力发电机组墩柱在一定程度上改变了局部海底地形，对工程区附近，包括对风电场海域及邻近海工设施如跨海大桥、港口码头、航道、排污口、钻井平台等的潮流场将产生一定影响，工程区等流速线，尤其是风力发电机组墩柱周围的流速可能发生变化。

2．对海域地形地貌与冲淤环境的影响

海上风电场在区域海域内呈斑点状分布，风力发电机组之间间距较大。由于底流在钢管桩周围产生涡流，将海底泥沙搅动悬浮带走，因此将在一定程度上改变局部海床自然性状，使该区域的冲淤情况发生一定改变。

3．对海域水质、沉积物环境的影响

风电场运行无生产污水排放，但风力发电机组设备日常运行需定期更换润滑油机油等，部分油类可引起轻微水污染，若处置不当可能造成海水水体污染。

此外，由于海水、底泥等具有腐蚀性，钢管桩需采取防腐措施。国内海上风电场钢管桩目前普遍采用阴极保护的防腐方法，一般采用的牺牲阳极为高效合金。当阳极溶解时，释放金属元素，对海洋水质及钢管桩附近的沉积物环境可能产生一定的影响，进而可能被生物体富集。

4．对海洋生态和渔业的影响

海上风电场营运期对海洋生态和渔业的影响主要来自于风力发电机组运转产生的水下噪声对海洋生物的影响、风力发电机组基础结构占压影响底栖生物和风电场用海影响渔业生产3个方面。

（1）风力发电机组运转引起的水下噪声值增加可能对鱼类等海洋生物的声学特性、行为和生理指标产生一定的影响。

（2）风力发电机组桩基群占海部分范围内的原有底栖生物类群不可恢复。

（3）风电场建成运行后，为保护海底电缆和风力发电机组的安全运行，风电场海域禁止底拖网、抛锚，渔业捕捞面积缩小，在一定程度上降低了渔业捕捞量，从而引起经济收入下降，对渔民的生活产生一定影响。

5．对鸟类的影响

海上风电场对鸟类的影响与陆上风电场类似，目前的研究结果显示，潮间带风电场对鸟类的影响大于近海或远海风电场。

6．对通航环境的影响

在风电场设计过程中，风力发电机组的布置会避开周围航道，从源头上减轻了对通航环境的影响。但在天气不好、视程不良的条件下，船舶和风力发电机组相撞的概率增加，可能造成船舶和风力发电机组设施受损。此外，由于风力发电机组桩的存在，特别是在迷雾天气，渔船与风力发电机组桩相撞的概率大大增加，对渔船和风力发电机组都存在一定的安全隐患。