风电场噪声与防护距离关系的分析研究

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【摘 要】 为了了解风电场产生的噪声，进一步探索如何确定其噪声防护距离，本文通过实例对风电场的噪声源产生噪声的水平以及规律进行了测量和研究，以达到正确考量噪声防护距离的目的。本文通过对风电场噪声产生的规律和测量，来研究如何考量噪声防护距离。

【关键词】 风电场 噪声污染 防护距离

在我国，实施可持续发展战略的一个重要组成部分就是大力开发利用新能源。而风电作为一种可再生清洁能源，以其占地少、建设周期短、装机规模较灵活等优势特点，随着国家“乘风计划”的推广实施，逐渐受到青睐。风电的开发利用对于环境保护和增加能源的供应都有着积极的作用，具有非常显著的社会效益和经济效益。然而，由风电场的建设和运营将不可避免地产生噪声污染，这种风电机组所产生的辐射噪声会对周边居民健康以及周边商业生活区域造成不同程度的影响。因此，如何确定风电场的防护距离，无论从社会效益层面还是从经济层面，意义都十分重大。

1 风电场的噪声源

在风电场，风力发电机组在工作过程中，由于风及各个运动部件之间的相互激励作用，叶片及发电机组的部件之间产生了较大的噪声，这其中的噪声源主要有以下三种：

（1）机械噪声及结构噪声。这是风力发电机组的主要噪声源，而且对人的烦扰度最大。

①齿轮噪声。啮合的齿轮组或者齿轮对，在工作期间由互相摩擦和撞击使彼此产生振动，这种振动通过固体结构辐射齿轮噪声。

②轴承噪声。发电机组各个轴承部件由相互运动使得各元件之间产生摩擦和振动，同时由于轴承在转动过程中的不平衡或者相对之间的撞击产生振动，这些振动辐射产生噪声。

③周期作用力激发的噪声。在风电机组中，有很多类似转动轴等的旋转机械部件，这些部件在工作过程中产生的周期作用力可激发噪声。

④电机噪声。由于电磁力的不平衡会使电机产生电磁振动，这种振动通过固体结构辐射电磁噪声。

（2）空气动力噪声。所谓空动力噪声是由风电机叶片同空气之间的摩擦作用而产生的。它的大小和风速有关，随着风速的增大而增强。并且不同的空气湍流情况下，噪声往往也不同。风电机组产生的空气动力噪声通常由叶片的空气动力特性决定，包括叶片的翼型、扭转、几何外形等；而且叶片的清洁程度、是否结冰、以及风电机组的变桨控制等都不同程度地影响空气动力噪声的大小。

（3）通风设备噪声。由通风机、散热器等辅助设备产生的噪声。

2 噪声水平与防护距离的关系

风电机组在运行过程中产生的噪音主要是源于轮毂中的各活动元件的机械噪音、风轮机叶片所产生的气动噪音，这些都与风速密切相关。机械噪音的主要制造者是发电机和齿轮箱，尤其是齿轮箱是主要的噪音源。噪音通过风和风轮机结构部分向外部环境传递，距离风轮机越远的地方，噪音就越低。在一般情况下，风力发电机的噪声要达到相当于夜间安静室内的噪声水平。所以，在这方面，只要通过技术革新，降低叶片的气动噪音，或采用隔离技术屏蔽部分噪音，提高齿轮箱和发电机的机械水平和制造工艺就可以大量消除机械噪音。

风电场的噪声防护距离，是指产生噪声的风电场的边界至居住边界的最小距离。

下面，通过采用国际能源署专家组推荐的方程式，来计算噪音的传播和各种噪音源的噪音水平。（风轮机产生的噪音用它的声音功率水平来表示，用Lobs表示风电场周围的噪音水平，用Lback表示环境噪音）

我们将噪音传播模型简单化，也就是说，假定声音是从一个点在无衰减的情况下传播开来。来自风轮的噪（dB（A））用Lw表示，则距离声音源r处的噪音水平Lp为：Lp=Lw-101g（2Πr2）。

这里计算的噪音传播基本考虑在小于2km的距离范围内，可忽略空气影响和大地吸收等效应。

假设有N台风轮机，距声音源r处的噪音水平总效应为Lp，total，Lp，total=101gΣ（10Lp，i/10）（i=1-10）。Lobs为风轮机噪音水平Lp，total与背景噪音水平Lback之和，计算方法为：Lobs=101gΣ（10Lp，total/10+10Lback/10）。

由上式已知，确定从风电场开始噪音水平低于40dB（A）的距离与风轮机台数间的关系为表1（采用A声级标准，用A计权网络测得的声级，用LA表示，单位dB（A）。）

据测算，单台风轮机发出的声功率级通常在90-100 dB（A）之间，风从风轮机吹向500米处，声功率级为25-35 dB（A）。假设这个风电场共有10台风轮机，500米处噪音水平在35-45 dB（A）之间。若风向相反，则500米处噪音水平仅为10 dB（A）。日间由于环境噪声较大，风力发电机的噪声影响相对较小，距离风电场140米处可达到《城市区域环境噪声标准；但夜间距离风电场约600米处才能达到1类标准，影响较大。目前，国外推荐在傍晚或夜间风轮机的噪音要保持在5dB（A）的水平。

3 噪声衰减规律与防护距离的关系

我们以G58 850kW50/60Hz型风机为例，设计塔架65米，叶轮直径58米。测量时间选择在风机轮毂高度处风速达到8m/s，且地面风速小于5m/s的时段。测量地点选择在距离塔基四周每25米为一个点，共选10个测点。测量时间根据风电机组运行特点，数据采集时间定为2分钟。

测量结果显示：距塔基基座25-100米范围内，由于此范围主要以机械噪声为主，高频噪声衰减较快，声压级衰减较快，A计权声级对此有较准确地反映。距塔基基座100-300米范围内，由于此范围以空气动力噪声为主，低频噪声衰减较慢，声压级衰减较慢，C计权声级对此有较准确地反映。

在风机的不同方位噪声的分布情况也有规律。如在以空气动力噪声为主的100米处，迎风侧叶轮与空气进行正面切割产生涡流噪声；侧风向叶轮与空气振动最小，噪声低，所以，此处迎风侧噪声值最大，顺风侧噪声次之，侧风向噪声值最小。在距离塔基50米处，由于测点距声源区较近，声源不易区分，迎风侧噪声值和顺风侧噪声值相差不大，侧风向噪声值仍比顺风向噪声值小。

根据实测，当850kW风电机组达到45dB（A）的防护距离约为360米，远处以低频噪声为主。噪声控制距离满足45dB（A）要求，即满足1类区夜间噪声标准。

4 结语

风电的运用可减轻化石能源带来的空气污染和水污染。但是，在另一方面，风电还不可避免地为我们带来了噪声污染。如何科学地利用风能使之为人类造福，同时，又有效地规避其危害，目前就需要我们科学测量风电场中的噪声防护距离。除了要考虑通过改善风电机组的工艺，降低机械噪声、结构噪声以及设备噪声，结合风电机组噪声频谱特征、距离衰减规律、不同方位噪声分布情况进行点位布设，充分避让让环境敏感点。了解和掌握风电场噪声污染规律，以满足卫生防护距离要求，对建设环保型风力电场意义重大。

参考文献

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