基于層次分析法的風電場工程建設項目環境影響因素分析

馬豐云，闕祖坤，朱 健，陳 豪，劉 飛

(1.中廣核新能源投資(深圳)有限公司廣西分公司，廣西 南寧 530000； 2. 中國能源建設集團廣西電力設計研究院有限公司，廣西 南寧 5300023)

風能是綠色環保新能源之一，建設風電場可充分利用清潔的可再生能源，改善能源結構，節約煤炭資源，減少煤炭燃燒產生的污染排放量，有利于環境保護，符合國家能源產業發展方向[1-2]。黨的十八大以來，國家出臺諸多新能源政策，風電場項目如雨后春筍在全國范圍內新建，全面推進節能減排和低碳經濟發展逐漸成為各界學者關注的熱點[3-4]。在此背景下，因地制宜科學精準開展風電場項目對區域環境影響因素的識別，對促進風電場項目健康、持續發展具有重要的現實意義。目前學者關于風電場建設項目對區域環境影響的研究主要集中在風建設制度、生態環境破壞和小氣候變化等方面。張立中[5]針對風電場建設項目對區域生態環境破壞問題，提出了綠化工作舉措進行綜合整治。張吉[6]對天津北大港濕地自然保護區及周邊風電場進行調查，開展了建設后評價研究。謝虹[7]從法律制度視角探析了我國目前風電場水土流失方面存在法律制度失靈癥狀；邱玉山[8]針對風電場項目對黑龍江森工林區生態環境進行了實證分析；趙雪衫[9]對風電場對區域小氣候的改變，從而對土壤和植被的影響進行了研究。綜上，目前學者針對風電場建設項目對區域生態環境、小氣候等方面影響做了系列研究，針對風電場建設項目對區域生態環境、水環境、大氣環境、電磁環境等全局系統性影響評價研究較少。本文以中廣核新能源投資(深圳)有限公司廣西分公司鐘山東嶺風電場工程為例，從全局視角出發，對風電場建設項目對環境影響因素進行實證研究，以期為國內其他風電場建設項目提供理論和技術參考。

1 工程概況

2013年12月，廣西壯族自治區[2013]1703號文件核準了中廣核新能源投資(深圳)有限公司廣西分公司鐘山東嶺風電場工程。項目建設裝機總容量為49.5 MW、8臺單機容量為2 500 kW的風力發電機組、8臺單機容量為2 000 kW的風力電機組和4臺單機容量為3 400 kW的風力發電機組。項目計劃于2018年8月開工，2020年4月竣工，設立有5座高測風塔(2座90 m高7325號、7326號為可研階段設立，3座80 m高7341號、7342號、7343號)。廣西煤、氣、油等資源相對匱乏現狀，水電資源開發程度較大，受目前資源條件限制，新能源將是廣西今后能源發展的新方向，從長遠節能減排、實現可持續發展來看，本風電場具有一定的開發價值。

2 魚骨圖分析

魚骨圖分析法作為一種發現問題“根本原因”和透過現象看本質的分析方法，已被廣泛地應用于工程建設和管理等研究領域[10-11]。本文創新性地將魚骨圖分析法引入風電場工程建設項目對環境影響因素的問題分析中。參考《環境影響評價技術導則》及相關法律法規要求，基于對風電場工程建設項目在建設期和運營期對環境的影響進行了深入的監測和調查基礎之上，專家組采用“頭腦風暴”形式對問題進行聚焦。分別從生態環境、噪聲環境、水環境、大氣環境、固體廢物、光污染、環境風險事故、電磁污染8個方面梳理本項目對環境的影響因子，見圖1。

圖1 風電場工程建設項目對環境影響因素魚骨圖

3 層次分析法分析

3.1 層次分析法原理

層次分析是一種定性與定量相結合的分析方法，被廣泛地應用于決策方案分析中，也有學者將該方法應用于工程項目關鍵影響因子識別研究[12]。由美國運籌學家Saaty在20世紀70年代提出，其原理是將多目標決策復雜問題分解成目標、準則、方案等遞階層次，各層次相互之間獨立[13]。邀請行業專家或技術人員根據表1中的標度判斷，進一步量化成兩兩指標的判斷矩陣[14]。AHP模型獲取指標權重操作如下：

第一步，構建遞階層次分析結構。將風電場工程建設項目對環境的影響因素分為目標層、準則層和指標層。

第二步，構造判斷矩陣。分別計算生態環境、噪聲環境、水環境、大氣環境、固體廢物、光污染、環境風險事故、電磁污染八個準則層指標的判斷矩陣。將同一層的兩個指標xi和xj對上一層次某個指標ym的相對重要性進行兩兩比較，采用表1中的1-9標度法來定量表示。判斷矩陣xij用表示，即可構造判斷矩陣X。

表1 1-9標度法

第三步，計算判斷矩陣最大特征值、特征向量。本研究中利用Matlab R2014a軟件計算風電場工程建設項目對環境的影響因素評價體系矩陣X的特征值、特征向量、最大特征值。公式如下：

XW=γmaxW

(1)

式中：X為判斷矩陣；γmax為判斷矩陣X的特征值；W為特征值對應的特征向量。

第四步，判斷矩陣一致性檢驗。采用yaahp 10.2分析軟件對判斷矩陣X進行一致性檢驗，公式為

(2)

(3)

式中：γmax為判斷矩陣X的最大特征值；RI為隨機一致性指標均值；CI為一致性指標。其中，RI取值與階數n有關，見表2所示。

表2 隨機一致性指數RI

當CR<0.1時，認為判斷矩陣通過表2一致性檢驗。

CR>0.1時，不符合一致性，對xij進行調整，再次進行一致性檢驗。

第五步，確定各層元素權重。一致性檢驗合格后，γmax為對應指標的權向量，通過歸一化處理，可得到指標對應權重ω。

3.2 層次結構模型的建立

建立層次模型目的是識別風電場工程建設項目對環境影響的關鍵性因素，因此，結合圖1，依據層次分析法中目標層、中間層以及決策層原理，將影響因子分為：目標層(A層)為風電場工程建設項目對環境影響因素，中間層(B層和C層)為風電場項目對環境的影響因素，其中B層為8個分析因子，C層為19個具體指標，如圖2所示。

圖2 風電場工程建設項目對環境影響因素層次結構模型圖

3.3 指標體系權重分析

通過式(1)～(3)，運用yaahp 10.2分析軟件計算得到中間層(B)及8個準則層指標判斷矩陣的最大特征值(γmax)和一致性比率(CR)，詳見表3?？芍袛嗑仃嘋R均符合一致性檢驗，表明研究結果比較客觀。進一步通過歸一化方法，計算得到風電場工程建設項目對環境影響因素各指標層的權重，詳見表4所示。

表3 判斷矩陣一致性檢驗

表4 風電場工程建設項目對環境影響因素指標權重

由表4可知，生態環境B1、噪聲環境B2和環境風險事故B7是導致本項目對環境影響的關鍵性準則層，權重均為0.728 6。從指標層指標權重大小來看，主變壓器油風險C16、箱式變壓器油風險C17、地表植被破壞C1、風機轉動噪聲C4、地表水土流失C2五個指標因素權重最大，分別為0.161 2、0.161 2、0.142 2、0.138 2、0.051 7，因此這五個指標是本項目對環境影響的主要因素。經技術人員現場實地逐一排查，與工程實際情況相符合。故在本項目施工和運營期中需加強生態環境保護、噪聲環境應對和環境風險事故預防這三個因素，有助于提高風電場建設項目的預期目標。

4 討 論

針對風電場建設項目對區域環境的五個主要影響因素：①項目升壓站主變壓器油重為20.6 t(22.9 m3)，升壓站內設置容積為20 m3的主變事故油池一個，在超負荷運轉和設備故障情況下有發生爆炸和火災的環境風險；②項目新建20臺風力發電機組，每臺風機配置1臺35 kVA的箱式變壓器，因雷電等極端天氣或生產事故可能會引起箱式變壓器發生火災或爆炸等，存在變壓器油泄漏環境風險；③風電場建設項目涉及風機永久占地，道路基礎和集電線路電纜溝修建對地表的剝離、開挖，施工期施工人員住宿和生活占地，存在地表植被破壞風險；④風機在正常運行時距離風機底部10 m處，晝間噪聲值為52.8～59.8 dB(A)，夜間為52.2～63.9 dB(A)，存在噪聲污染；⑤風電場工程建設涉及地表開挖、臨時棄渣場，若工程防治措施不到位存在水土流失生態風險。根據實際監測數據和資料顯示，本文研究結果與工程實際情況相符，因此該成果在實際工程施工中具有一定應用的價值，可為類似風電場建設項目提供參考。

5 結論與建議

為了精準識別風電場建設項目對環境的主要影響因素。本文引入魚骨圖分析法從生態環境、噪聲環境、水環境、大氣環境、固體廢物、光污染、環境風險事故、電磁污染8個層面梳理了風電場對環境影響因素。利用層次分析法得到指標層的權重，發現主變壓器油風險、箱式變壓器油風險、地表植被破壞、風機轉動噪聲、地表水土流失五個指標是風電場建設項目對環境的主要影響因素。

針對研究發現問題，建議從以下四點舉措降低風電場項目對環境的影響。一是按照風電場區、道路及電纜建設區進行分區防治，采取護坡工程、排水工程、臨時攔擋、臨時排水、臨時覆蓋、土地整治和植被建設工程等類型水土保持措施，恢復生態、美化環境，達到水土流失防治要求；二是建設單位應加強日常巡查工作，避免附近居民在風機附近區域選址修建房屋，規避風機轉動噪聲對居民生活的干擾；三是項目區建設事故油池、消防箱和生產生活區隔離欄等預防工程，環境風險管理部門定期對風機和箱變進行檢修和維護，在運營期應不斷合理完善環境污染事故應急預案，避免偶然事故給環境造成巨大的污染；四是健全環境保護管理制度，完善環保標識，加強環保設施的運行維護，做好環境管理臺賬。