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从“黑色叶片”到“暂停运行”……风力发电与鸟类保护,如何实现共存?

[비즈한국] 在应对气候危机和能源转型的任务面前,风力发电作为实现碳中和的核心电力来源备受瞩目。韩国政府于9月2日召开了第一届海上风电委员会,正式制定了大规模计划选址蓝图,计划到2031年指定25GW规模的预备区,并到2040年实现累计45GW的海上风电装机量。然而,风力发电机叶片阻断候鸟迁徙路径并导致其发生碰撞的“鸟类撞击(Bird Strike)”风险也随之浮出水面。关于如何兼顾电力生产与生态保护的现实解决方案,讨论正变得愈发紧迫。

8月13日,韩国国务总理韩升洙视察全罗南道新安郡全南海上风电设施。照片=国务总理室

首要原则是“提前避让选址”……今年首次施行计划选址制

国际自然保护联盟(IUCN)等国际社会推荐的生态影响缓解大原则是“减缓层级(Mitigation Hierarchy)”。这是一种规范,即在推进开发项目时,必须通过“规避(Avoidance)”、“最小化(Minimisation)”、“修复(Restoration)”和“抵消(Offset)”这四个步骤,循序渐进地管控对环境产生的负面影响。在这一层级结构中,最有效的生态保障措施便是从一开始就避开生态敏感地区,实现“规避”。

对于已经确定选址的发电场,由于沉没成本的原因,更改设计或搬迁位置在现实中几乎是不可能的。因此,从源头上阻断栖息地破坏或鸟类撞击等环境风险的唯一解法,就是在初期选址阶段将风险区域排除在外。

在此背景下,基于海上风电法的政府主导“计划选址”可能成为制度化提前规避的转折点。过去,由于是由运营商自行选择地址并申请审批,存在难以实现事前规避的局限性。相反,基于涵盖海洋空间信息和法规的海上风电选址信息网大数据直接发掘预备区的计划选址方式,可以建立提前过滤生态敏感海域的机制。关键在于在预备区选择中将给予生态考量多大的权重。

海洋能源路径(Ocean Energy Pathways)韩国代表Jang Da-ul表示:“今年首次实施的海上风电法项下的预备区指定,将成为验证在计划选址阶段是否切实反映了生态考量(如预先避开生态敏感区)的第一个试金石。”

仅改变叶片和照明颜色也能减少碰撞

对于已经取得发电项目许可或正在运行的发电场,引入前述的“最小化”技术不可避免。为此,全球风电行业和研究机构正在应用和考虑多种工程及生态学手段。

最典型的方式是联动观测设备与预测模型,在候鸟迁徙期间减慢或停止涡轮机叶片的“涡轮机运行暂时限制”。欧洲北海沿岸国家正在积极采用这一方式。

荷兰运营着一套系统,该系统综合了阿姆斯特丹大学开发的鸟类迁徙预测模型、海上雷达和气象资料,可提前48小时预测大规模夜间鸟类迁徙。2023年5月,在预报出现大规模夜间迁徙后,荷兰经济与气候部对Borssele和Egmond aan Zee海上风电场的涡轮机实施了约4小时的强制减速和停机。这是全球首个由政府决定暂时中断风力发电的官方案例。

德国也通过与环保组织达成协议,在瓦登海附近的Nordergründe风电场经过4年的鸟类迁徙研究后,制度化了运行限制程序;在波罗的海风电场,则采取了当特定迁徙强度超过临界值时停止涡轮机的做法。法国则将针对4月和9月主要候鸟迁徙季的计划性运行限制,写入了Grand Large漂浮式风电场的许可条件中。

研究结果显示,仅将风力发电机三个叶片中的一个涂成黑色,鸟类撞击死亡率就降低了70%以上。照片=生成式AI

另一种方式是“叶片涂漆”,即将三个风电叶片中的一个涂成黑色,以提高鸟类的视觉辨识度。鸟类相比人类,正面视野较窄,侧面视觉发达,在飞行中对正面障碍物的立体感知能力较弱。特别是当三个白色叶片高速旋转时,视觉残影重叠,产生类似透明窗户的“动态模糊(Motion Smear)”现象,导致鸟类误以为前方是空无一物的空间而撞上去。

挪威自然研究所(NINA)Roel May博士团队在挪威Smøla风电场进行的为期10年的实证研究显示,仅将其中一个叶片涂黑,每年鸟类撞击死亡率就急剧下降了70%以上。对于飞行高度与涡轮机旋转半径重叠且受害严重的白尾海雕,在涂漆后甚至未发现一具尸体。这一结果证明,无需大规模设备改造,仅在制造和安装阶段为叶片增加视觉对比度,就能取得显著的碰撞缓解效果。

针对保护夜间飞行的鸟类,还提出了改变风电塔顶部航空障碍灯的发光方式和颜色的方案。夜间迁徙的鸟类在黑暗中容易被常亮的红色灯光吸引,从而在塔架周围盘旋,增加撞击叶片的风险,这被称为“光诱陷阱效应(Trap Effect)”。苏格兰自然遗产署发布报告称,若将持续发光的红灯改为瞬间闪烁的白灯,或使用对鸟类视觉及磁场干扰较小的绿色照明,有可能减少夜间引诱现象。

停止运行的不是技术而是治理……在“欧洲OCEaN”中寻找方案

即使技术进步,目前韩国的问题在于缺乏能让技术真正落地的“制度”。对此,给予运营商激励和改善竞标评估被认为是替代方案。

因涡轮机停机等会导致发电运营商的营收损失,因此需要政策性的激励措施。目前正在讨论的方案是利用政府的差价合约(CFD)制度。差价合约是指政府与可再生能源发电运营商预先约定价格,并对实际电力市场价格(批发价)的差额进行结算的制度。建议在计算基准价格时,将为保护生态系统而导致的停机损失反映进去。即通过计算公式中的“权重”形式,将候鸟迁徙期因不可抗力停机造成的时间损失,分摊到购电单价或结算金额中进行补偿。

此外,也有呼声要求积极利用选拔项目初期发电运营商的“海上风电竞争性招标”体系。目前韩国国内的竞争性招标评估主要由价格指标和以产业、经济、安保贡献度为主的非价格指标构成,生态系统保护项目几乎是空白。如果像荷兰一样,将生态设计或规划纳入非价格评估项目并给予加分,运营商为了提高中标竞争力,就会在设计阶段主动反映鸟类保护措施。归根结底,只有具备明确的政策信号和制度,可再生能源与生态保护才能真正共存。

欧洲联合体OCEaN正在寻求海上风电与生态保护的共存,能源企业、输电网运营商和环保组织等均参与其中。照片=OCEaN官网截图

这种利益冲突和制度空白,由行业和环保组织共同解决的代表性模型是欧洲的政企治理联合体“OCEaN(Offshore Coalition for Energy and Nature,能源与自然海上联盟)”。为解决欧洲海上风电扩张过程中引发的环境矛盾,OCEaN应运而生。沃旭能源(Ørsted)、大瀑布电力(Vattenfall)、西门子歌美飒(Siemens Gamesa)等大型发电企业和输电网运营商,以及世界自然基金会(WWF)、国际鸟盟(BirdLife International)等30多家全球环保组织作为合作伙伴参与其中。

OCEaN的参与者们共同设立研究基金,长期积累海洋生态数据,并通过《海上风电及电网基础设施的环境影响规避及最小化》报告,整理了80种规避与最小化措施。此外,他们还敦促欧盟及各国政府改善海洋空间规划、协调海洋保护区(MPA)与海上风电选址、实现“减缓层级”的制度化,并公开相关数据。

Pulsee行动研究所(Pulsee Action Research Institute)的竞选专员Jung Yun-ho指出:“在国内,现场缺乏决定候鸟靠近时是否停止运行的主体,也缺乏补偿相应电力销售损失的治理体系。”他建议道:“政府在制定明确且一贯的生物多样性目标的同时,应尽快建立针对涡轮机暂时限制运行的激励制度和决策结构等具体制度框架。”

本文由AI自动翻译。与韩语原文相比可能存在误差。
김민호 기자

중화학공업·에너지 분야를 담당하고 있습니다. 지속가능한 사회와 삶에 관심이 많습니다.

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