Экологические аспекты ветроэнергетики

Выбросы в атмосферу Ветрогенератор мощностью 1 МВт сокращает ежегодные выбросы в атмосферу 1800 тонн СО₂, 9 тонн SO₂, 4 тонн оксидов азота.

По оценкам Global Wind Energy Council к 2050 году мировая ветроэнергетика позволит сократить ежегодные выбросы СО₂ на 1,5 миллиарда тонн.

Влияние на климат Ветрогенераторы изымают часть кинетической энергии движущихся воздушных масс, что приводит к снижению скорости их движения. При массовом использовании ветряков (например, в Европе) это замедление теоретически может оказывать заметное влияние на локальные (и даже глобальные) климатические условия местности. В частности, снижение средней скорости ветров способно сделать климат региона чуть более континентальным за счет того, что медленно движущиеся воздушные массы успевают сильнее нагреться летом и охлаждаться зимой.

Также отбор энергии у ветра может способствовать изменению влажностного режима прилегающей территории. Впрочем, учёные пока только разворачивают исследования в этой области, научные работы, анализирующие эти аспекты, не дают количественную оценку воздействия широкомасштабной ветряной энергетики на климат, однако позволяют заключить, что оно может быть не столь пренебрежимо малым, как полагали ранее.

Вентиляция городов В современных городах выделяется большое количество вредных веществ, в том числе от промышленных предприятий и автомобилей. Естественная вентиляция городов происходит с помощью ветра. При этом описанное выше снижение скорости ветра из-за массового использования ВЭУ может снижать и вентилируемость городов. Особенно неприятные последствия это может вызвать в крупных мегаполисах: смог, повышение концентрации вредных веществ в воздухе и, как следствие, повышенная заболеваемость населения. В связи с этим установка ветряков вблизи крупных городов нежелательна.

Шум Ветряные энергетические установки производят две разновидности шума:

• · механический шум — шум от работы механических и электрических компонентов (для современных ветроустановок практически отсутствует, но является значительным в ветроустановках старших моделей)
• · аэродинамический шум — шум от взаимодействия ветрового потока с лопастями установки (усиливается при прохождении лопасти мимо башни ветроустановки)

В настоящее время при определении уровня шума от ветроустановок пользуются только расчётными методами (Таблица 7 приложение). Метод непосредственных измерений уровня шума не даёт информации о шумности ветроустановки, так как эффективное отделение шума ветроустановки от шума ветра в данный момент невозможно.

В непосредственной близости от ветрогенератора у оси ветроколеса уровень шума достаточно крупной ветроустановки может превышать 100 дБ.

Низкочастотные вибрации Низкочастотные колебания, передающиеся через почву, вызывают ощутимый дребезг стекол в домах на расстоянии до 60 м от ветроустановок мегаваттного класса.

Как правило, жилые дома располагаются на расстоянии не менее 300 м от ветроустановок. На таком расстоянии вклад ветроустановки в инфразвуковые колебания уже не может быть выделен из фоновых колебаний.

Обледенение лопастей При эксплуатации ветроустановок в зимний период, при высокой влажности воздуха возможно образование ледяных наростов на лопастях. При пуске ветроустановки возможен разлёт льда на значительное расстояние. Как правило, на территории, на которой возможны случаи обледенения лопастей, устанавливаются предупредительные знаки на расстоянии 150 м от ветроустановки.

Использование земли Турбины занимают только 1% от всей территории ветряной фермы. На 99% площади фермы возможно заниматься сельским хозяйством или другой деятельностью, что и происходит в таких густонаселённых странах, как Дания, Нидерланды, Германия. Фундамент ветроустановки, занимающий место около 10 м в диаметре, обычно полностью находится под землёй, позволяя расширить сельскохозяйственное использование земли практически до самого основания башни. Земля сдаётся в аренду, что позволяет фермерам получать дополнительный доход. В США стоимость аренды земли под одной турбиной составляет $ 3000-$ 5000 в год.(Таблица 8 приложение) Вред, наносимый животным и птицам Пока этот вопрос мало изучен, ВЭС действуют на мелких млекопитающих очень негативно. Популяции летучих мышей, живущие рядом с ВЭС на порядок более уязвимы, нежели популяции птиц (Таблица 9 приложение). Возле концов лопастей ветрогенератора образуется область пониженного давления, и млекопитающее, попавшее в неё, получает баротравму. Более 90% летучих мышей, найденных рядом с ветряками, подают признаки внутреннего кровоизлияния. По объяснениям учёных, птицы имеют иное строение лёгких, а потому менее восприимчивы к резким перепадам давления и страдают только от непосредственного столкновения с лопастями ветряков. Ещё в 1980;х высказывались опасения, что ветряки могут нанести весомый урон популяции птиц. Прогресс ветряных турбин значительно усугубил эти опасения. В 80-х размах лопастей среднего ветряка был 15 м, а теперь он до десяти раз больше. Верхний конец лопасти ветряка Е-126 достигает 198 м. Площадь ометания при этом выросла не в 10, а в 100 раз; следовательно, один современный ветряк представляет для птиц стократно большую угрозу, чем в 80-х.

Проблема в том, что тенденции роста ВЭС не ослабевают, и сейчас серьёзно обсуждается постройка 300−400-метровых ветряков. Они будут иметь ометаемую площадь, в 10 раз превышающую показатели нынешних гигантов. Другая проблема — скорость лопастей. 30 лет назад не было и 10 м/с, а сейчас и 90 м/с при среднем ветре считаются нормой. Птицы, не могут отреагировать на предмет, летящий с такой скоростью. То есть, их возможности избежать столкновения с хорошо раскрученным ротором упали до нуля.

И это только начало. По всем прогнозам, разумная доля ветра в мировой энергетике должна составлять 20%, и, глядя на ЕС, США и КНР, в это легко верится. Только за 2011 год общемировая мощность ВЭС выросла на 20%; экстраполяция этой цифры даёт восьмикратный рост в течение 12 лет. Учитывая, что сейчас ветер ответствен за 2,5% мировой генерации (а та всё время растёт), сценарий восьмикратного прогресса к 2025 году кажется скорее консервативным. Тем более что за 2001;2011 годы выработка энергии ветряными турбинами повысилась в несколько раз.

Так испанское орнитологическое общество приводит такие цифры: каждый год 18 тыс. местных ветряков приводят к гибели 6−18 млн птиц и летучих мышей, от 300 до 1 000 жертв на каждый агрегат.

Например, в США только домашние и одичавшие кошки убивают от 365 млн до 1 млрд (согласно разным оценкам) птиц в год. Кошки охотятся, в основном, на представителей воробьиных, а от лопастей ВЭС погибают перелетные птицы и хищные, которые практически все находятся в Красной книге. Поэтому крупные хищные пернатые, такие как орлы всех видов, могут стать первой жертвой ветряков.

Есть ли способы решения проблемы? Отчасти — да. Превентивное отключение турбин в периоды интенсивных перелётов снизит смертность в 2 раза. Но чтобы полностью ликвидировать остальные 50%, нужно разработать активные технологии отпугивания — пока находящиеся в зачаточном состоянии. Что самое печальное, это изменит не только маршруты, но и ареал многих видов, особенно крупных хищников.

Есть и другие методы борьбы с гибелью птиц. В частности, повышение порога работы ветряков с ветра от 4 м/с до ветра от 5,5 м/с, сокращает выработку на 1%, при этом на 93% снижая смертность летучих мышей и небольших птиц, старающихся не летать при сильном ветре.

И, тем не менее, биологи отмечают, что всемирное развитие ветроэнергетики с большой долей вероятности приведёт к радикальному снижению численности крупных хищных птиц по всему миру, а сохранившиеся виды будут вынуждены поменять место обитания, возможно, переместившись в районы с низкой скоростью ветра, где выработка энергии таким «зелёным» способом пока нецелесообразна.

В Европе внешний негативный социально-экологический эффект на 1 кВт/ч произведённой электроэнергии оценён в 0,15 цента для ветроэнергетики, 1,1 цента — для газовых ТЭС и 2,5 цента — для угольных.

Исключение составляет проблема утилизации лопастей ветрогенераторов, выполненных из композитных материалов. Дело в том, что срок службы лопастей 20−25 лет и первые из построенных уже близки к выработке ресурса. Особо остро с этой проблемой придётся столкнуться уже в 2020 году, когда общая масса отработанных лопастей в мире составит 50 000 тонн, а к 2035 году вырастет до 200 000 тонн.

На данный момент используются два основных способа утилизации лопастей, сделанных из стеклопластика: механический и термический. Первый метод предполагает механическое измельчение волокон и гранул, составляющих композитный материал лопастей, которые затем используют в качестве сырья для производства низкосортной продукции. Однако в большинстве случаев выработавшие ресурс турбины подвергают термической обработке, то есть сжигают. Это явно «антиэкологичный» способ утилизации, который тем более абсурдно выглядит на фоне заявлений об «экологически чистой» ветроэнергетике. При этом зольность сжигаемой массы (доля негорючего неорганического остатка в общей массе материала) около 60% и образующаяся зола требует захоронения.

Специалисты РХТУ им. Д. И. Менделеева считают, что для переработки лопастей более перспективен пиролиз (нагревание без доступа кислорода при 500°С). Полученные вещества (пиролизат) можно использовать для производства пеностекла и стеклоблоков, а образующийся при пиролизе газ сжигать для получения электроэнергии.

Использование водных ресурсов В отличие от традиционных тепловых электростанций, ветряные электростанции не используют воду, что позволяет существенно снизить нагрузку на водные ресурсы.

Радиопомехи Металлические сооружения ветроустановки, особенно элементы в лопастях, могут вызвать значительные помехи в приёме радиосигнала. Чем крупнее ветроустановка, тем большие помехи она может создавать. В ряде случаев для решения проблемы приходится устанавливать дополнительные ретрансляторы.