ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ МИНУСЫ ВЕТРОЭНЕРГЕТИКИ

ECOLOGICAL DISADVANTAGES OF WIND ENERGY

Karim Fazliyev

master's student, School of Humanities, Narxoz University,

Kazakhstan, Almaty

Kaliash Stamkulova

research supervisor, Doctor of Economic Sciences, Professor, Narxoz University,

Kazakhstan, Almaty

АННОТАЦИЯ

Статья рассматривает экологические проблемы ветроэнергетики, включая воздействие на дикую природу, шумовое загрязнение и изменение местной температуры. Основываясь на данных исследований, подчеркивается важность дальнейших разработок для снижения негативного влияния и необходимость баланса между производством энергии и охраной природы.

ABSTRACT

The article examines the ecological problems of wind energy, including impacts on wildlife, noise pollution, and changes in local temperature. Based on research data, it emphasizes the importance of further developments to reduce negative impacts and the need to balance energy production with nature conservation.

Ключевые слова: ветровая энергетика, экологические минусы, ветряные фермы, шумовое загрязнение, миграционные маршруты, климат, инновационные технологии.

Keywords: wind energy, ecological disadvantages, wind farms, noise pollution, migration routes, climate, innovative technologies.

Человечество стоит на пороге серьезных экологических изменений, вызванных истощением природных ресурсов и изменением климата. Парижское соглашение, принятое в 2015 году, стало глобальным ответом на эти вызовы. Его основная цель – удержать рост глобальной средней температуры значительно ниже 2 градусов Цельсия по сравнению с доиндустриальным уровнем и продолжить усилия по ограничению ее роста до 1,5 градусов Цельсия.

Для достижения этих амбициозных целей многие страны делают ставку на развитие возобновляемых источников энергии (ВИЭ), таких как солнечная, гидро и ветровая энергетики. ВИЭ считаются более экологически чистыми по сравнению с традиционными ископаемыми видами топлива, так как не выделяют парниковых газов в процессе производства электроэнергии.

Ветровая энергетика представляет собой одну из наиболее динамично развивающихся отраслей в сфере возобновляемых источников энергии. Она основана на использовании кинетической энергии ветра для генерации электроэнергии.

Большинство стран мира инвестируют значительные средства в развитие ветропарков, стремясь диверсифицировать свои энергетические источники и снизить зависимость от ископаемого топлива. Лидерами в области ветроэнергетики являются Китай, США, Германия и ряд европейских стран (Рисунок 1).

Рисунок 1. Страны – лидеры по мощности ВЭУ (2023 год).

Экологические проблемы ветроэнергетики

Однако, несмотря на очевидные преимущества ветроэнергетики для экологии, этот вид энергии также не лишен своих минусов и негативных воздействий на окружающую среду, которые приведены в таблице 1.

Таблица 1.

SWOT-анализ экологических плюсов и минусов ветряной энергии

Принцип работы ветряных установок (ВЭУ) заключен во вращении лопастей ветряной турбины под воздействием потока воздуха (ветра). При этом создается крутящий момент, который передается на вращающийся вал. Обороты вала приводят в движение генератор, который производит электроэнергию. Чем сильнее ветер и чем больше его скорость, тем больше энергии может быть собрано и преобразовано в электричество. Этот процесс позволяет использовать ветер как источник возобновляемой энергии для производства электроэнергии.

Столкновения с ветряными турбинами

Именно в особой конструкции ветряных турбин заключен важный минус ветроэнергетики. Огромные лопасти, диаметр вращения которых может доходить до 150 метров, представляют серьезную угрозу для птиц и летучих мышей, которые могут случайно попасть в зону их действия. Столкновения птиц с ветряными турбинами может привести к гибели или травмам, а также к снижению популяции некоторых видов и нарушению экосистемы.

Статистика показывает, что воздействие ветряных турбин на диких птиц и летучих мышей довольно значительно. Например, в Австралии одна турбина убивает около 6 птиц в год, а общее количество жертв, включая летучих мышей, превышает 10,000 ежегодно. В Северной Америке статистика гораздо хуже. Смертность птиц исчисляется сотнями тысяч, а количество погибших летучих мышей приближается к миллиону в год.

Среди причин столкновений с ветряными турбинами можно выделить: неудачное расположение турбин, особенности миграционных маршрутов птиц, условия низкой освещенности или тумана, а также конструктивные особенности турбин, которые могут привлекать птиц и летучих мышей в качестве потенциального ночлега.

Способы минимизации столкновений птиц и летучих мышей с лопастями:

Сегодня ветрогенераторы всё чаще устанавливают на морских платформах, что позволяет использовать более стабильные ветра, но создает угрозы для морской экосистемы. Для их установки забивают сваи в морское дно, разрушая донные сообщества и изменяя ландшафт, а прокладка подводных кабелей повреждает экосистемы. Это также приводит к повышению уровня взвешенных веществ, ограничивая доступ света для морских организмов. Электромагнитные поля, создаваемые ветрогенераторами, могут негативно влиять на миграцию и поведение морских животных. Химические вещества, используемые при производстве и эксплуатации, загрязняют морскую воду и донные отложения.

Шумовое загрязнение

 Другим важным аспектом является шум, создаваемый работающими ветряными турбинами. Этот шум может оказывать влияние как на здоровье людей, так и на дикую природу. На данную тему существует множество споров. Одни утверждают о незначительности и безвредности шума, другие жалуются о проблемах со здоровьем, связанным с шумовым загрязнением.

Значение шума находится в обратной пропорциональности от расстояния от турбины, соответственно, чем больше расстояние от турбины, тем меньше шум. При нахождении на земле напротив ветряной турбины, шум может достигать уровня от 60 до 80 децибел, что соответствует уровню шума, характерному для автомобильного движения в крупных городах. На расстоянии 300 метров значение шума примерно равно 45 дБ, что является весьма оптимальным значением. Во время штормов и сильных ветров лопасти вращаются сильнее и издают больше шума.

Несмотря на то, что шум ветряных турбин не всегда слышен нами, это не означает, что он отсутствует. Инфразвук представляет собой низкочастотный шум, который человеческое ухо не воспринимает без специализированного оборудования, однако он может ощущаться человеком в виде вибраций.

Шум от ветряных турбин может вызывать негативные последствия для здоровья людей, проживающих поблизости. Некоторые люди могут испытывать стресс, бессонницу, головные боли и другие неприятные ощущения из-за постоянного шума турбин. Это особенно актуально для тех, кто живет непосредственно рядом с ветряными фермами.

Шумовая экологическая дисгармония оказывает также отрицательное воздействие на окружающую природу, нарушая ключевые механизмы, важные для ее сохранения. В особенности шум может:

1) причинять физиологические повреждения, такие как постоянный повышенный уровень стрессовых гормонов или потерю слуха;

2) восприниматься животными как угроза, стимулируя принятие антихищнических мер, что влечет за собой ухудшение поиска пищи, а также вынуждает животных покидать свои территории, что приводит к утрате их природной среды обитания;

3) мешать общению животных, сокращая дальность распространения сигналов, что ограничивает их способность обнаруживать сигналы и получать информацию, например, о приближающемся опасном хищнике или потенциальной добыче.

Реакция на шум неодинакова у различных видов из-за различной чувствительности к шуму, контекста и индивидуальной истории жизни.

В целом, шумовая дисгармония изменяет составы животных сообществ, снижает их общую выживаемость и приспособляемость, а также способствует сокращению глобального биоразнообразия.

На самом деле, ветряные турбины не так шумны, как утверждают некоторые скептики. Однако ветроэнергетические компании стремятся сделать их более тихими, чтобы избежать каких-либо претензий.

Аэродинамика играет значительную роль в определении того, насколько шумными являются ветряные турбины. Более аэродинамичные лопасти создают меньше шума. Чем более плавно разрезает воздух лопасть, тем она тише, что также повышает ее эффективность. Новые ветряные турбины также оснащены системами шумопоглощения для снижения уровня шума, использующими изоляцию внутри гондолы и конструкцию редуктора и генератора.

Некоторые правительства ввели законы, требующие, чтобы шум от турбин не превышал определенного уровня на определенном расстоянии. Например, в Дании действуют строгие законы относительно шума ветряных турбин, где ограничения включают высоту турбины относительно ближайшего жилого дома и уровень шума в зависимости от типа жилья.

Влияние на климат местности

Исследование Лиминг Чжоу 2012 года «Суточные и сезонные изменения воздействия ВЭС на температуру поверхности суши в западном Техасе» показало, что температура грунта возле ветряных турбин в ночное время нагревается на 0,3 – 0,7°C. Ветряные турбины, воздействуя как вентиляторы, нарушают вертикальное распределение воздуха, превращая естественный плавный поток воздуха в более беспорядочный и турбулентный.

Наибольшие изменения температуры поверхности земли наблюдались внутри и вниз по ветру от ветряной фермы, указывая на широкий охват воздействия ветряной фермы на температуру поверхности земли в пределах радиуса 10 км.

Исследователи из Китая, представители Северо-Западного института эко-среды и ресурсов Китайской академии наук (CAS), выбрали сухопутную ветряную ферму на севере Китая для оценки влияния крупномасштабной сухопутной ветряной фермы на местный климат и экосистему. Полученные результаты свидетельствовали о том, что эксплуатация ветряных ферм может значительно влиять на ветровые режимы, температуру воздуха, температуру поверхности почвы, поверхность земли и испарение. Было зарегистрировано снижение годовой скорости ветра после строительства ветряной фермы на 15% от изначального значения.

Результаты исследований о влиянии сухопутных ветряных ферм на рост растительных сообществ неоднозначны, но большинство исследований пришли к выводу, что сухопутные ветряные фермы оказывают значительное тормозящее воздействие на рост растительности. После завершения строительства сухопутных ветряных ферм некоторые исследования показали, что показатели, отражающие рост растительности, значительно снизились. Например, Индекс листовой поверхности, усовершенствованный вегетационный индекс и нормализованный относительный индекс растительности сократились на 14,5 %, 14,8 % и 8,9 % соответственно в местной зоне региона Дамшан на севере Китая летом.

Исследование 2023 года «Ветровые фермы высушивают поверхностную почву во временной и пространственной вариации» опубликованное в журнале «Наука о полной окружающей среде» учеными Ван Ган, Ли Гоци и Лю Чжэ также подтвердило информацию о влиянии ВЭУ на климат.

Учёные использовали комбинацию данных дистанционного зондирования и полевых измерений для анализа изменений влажности почвы в различных направлениях ветра и сезонах. Для этого они использовали изображения Landsat и полевые измерения, чтобы разработать линейную зависимость между влажностью почвы и индексом TVDI (Индекс сухости растительности по температуре), который рассчитывался на основе температуры поверхности земли и NDVI (Нормализованный разностный вегетационный индекс).

Исследование показало, что работа ветровых турбин вызывает значительное высыхание почвы, и этот эффект засухи значительно различается в зависимости от сезона и направления ветра. Основные результаты включают:

• Влажность почвы внутри ветровых ферм снижается наиболее значительно, с уменьшением на 4,4 %.
• Летом и осенью снижение влажности почвы в направлении ветра значительно больше, чем против ветра, с противоположной ситуацией весной.

Проблема переработки отходов

Следующая проблема – утилизация отходов, образующихся при эксплуатации ветровых электростанций. Основную массу отходов ВЭС составляют лопасти ветряных турбин. Ведущая ассоциация ветроэнергетической отрасли – WindEurope ожидает, что в Европе в ближайшие пять лет демонтируют около 14,000 лопастей ветряных турбин, что приведет к образованию 40,000 – 60,000 тонн отходов. С 2025 года WindEurope и другие организации призывают к полному запрету на захоронение лопастей, что потребует их 100% переработки или восстановления.

Переработка отходов ветроэнергетической отрасли представляет сложную задачу. Основные причины включают: материалы, используемые в ветровых турбинах, такие как сталь, алюминий, титан и композитные материалы (стекловолокно и эпоксидная смола), которые сложно разделить и переработать; большие размеры частей ветровых турбин, таких как лопасти и роторы, что требует специального оборудования и транспорта для их переработки; наличие токсичных веществ, таких как масла и электронные компоненты, которые требуют особого подхода к их утилизации; и технологические ограничения, обусловленные недостатком развитых технологий для переработки и утилизации таких больших и сложных материалов. Эти факторы делают процесс переработки отходов ветроэнергетической отрасли сложным и требующим значительных усилий и инвестиций.

Таким образом, несмотря на то, что ветроэнергетика считается одним из наиболее чистых и устойчивых источников энергии, она не лишена экологических недостатков. Среди них: влияние на местные экосистемы, угроза для птиц и летучих мышей, шумовое загрязнение и визуальное воздействие на ландшафт. Эти факторы подчеркивают необходимость комплексного подхода к развитию ветровой энергетики, который учитывает, как экологические, так и социальные аспекты. Для минимизации негативного воздействия важно проводить тщательные экологические оценки, выбирать оптимальные места для установки и внедрять новые технологии, способствующие снижению вреда для окружающей среды.

Список литературы:

1. Teff-Seker Y., Berger-Tal O., Lehnardt Y., Teschner N. Noise pollution from wind turbines and its effects on wildlife: A cross-national analysis of current policies and planning regulations // Renewable and Sustainable Energy Reviews. – 2022. – 168, 112801. [электронный ресурс] — Режим доступа. — URL: https://doi.org/10.1016/j.rser.2022.112801 (дата обращения 21.11.2024)
2. Wang G., Li G., Liu Z. Wind farms dry surface soil in temporal and spatial variation // MethodsX. – 2023. – 10, Article 100005. [электронный ресурс] — Режим доступа. — URL: https://doi.org/10.1016/j.mex.2023.102000 (дата обращения 24.11.2024)
3. Luo L., Zhuang Y., Duan Q., Dong L., Yu Y., Liu Y., Chen K., Gao X. Local climatic and environmental effects of an onshore wind farm in North China // Agricultural and Forest Meteorology. – 2021. – 308-309, 108607. [электронный ресурс] — Режим доступа. — URL: https://doi.org/10.1016/j.agrformet.2021.108607 (дата обращения 26.11.2024)
4. Веретнова К.А., Прихожая А.Д., Мурашова В.Г., Прокопьева Е.В., Рябчикова О.А., Жирнова Е.А. Возобновляемые источники энергии: перспективы развития // Актуальные проблемы авиации и космонавтики. – 2022. – 2, 817-820. [электронный ресурс] — Режим доступа. — URL: https://cyberleninka.ru/article/n/vozobnovlyaemye-istochniki-energii-perspektivy-razvitiya-2 (дата обращения 26.11.2024)
5. Левченко Э. П., Смирнова И. В., Павленко А. Т., Левченко М.Э. Ветрогенераторы. Преимущества и недостатки // Экологический вестник Донбасса. – 2023. – 12, 16-23. [электронный ресурс] — Режим доступа. — URL: https://cyberleninka.ru/article/n/vetrogeneratory-preimuschestva-i-nedostatki (дата обращения 03.12.2024)
6. Wang G., Li G., Liu Z. Wind farms dry surface soil in temporal and spatial variation // Science of The Total Environment. – 2023. [электронный ресурс] — Режим доступа. — URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0048969722063926  (дата обращения 06.12.2024)