风电场噪声的主要来源及降噪技术

徐明军

（江苏龙源风力发电有限公司，江苏 南通 226300）

随着化石能源的日益枯竭，能源的发展逐渐转向可再生能源的高效开发和利用，风能具有储量丰富、污染小、便于获取等优点，而被众多国家所利用。风能主要通过风力发电机将风能转变成电能的，依据风力资源的强弱建立相应规模的风电场，进行集中发电，同时，风电也可以实现与太阳能进行结合，实现风光互补的形式对在电网难以到达的偏远地区进行供电，降低整个电网的投入。然而，风能即使可大规模开发利用，但其在运行过程中也带来了一定的环境影响，19世纪中后期，德国一些研究人员对风电厂运行的风力机噪声对居民生活及鸟类迁徙的影响进行了研究，并得出风力机组产生的一些非特异性噪声对当地居民的身心健康产生了一定的影响，低频率的噪声会对鸟类的迁徙产生影响。随着单台风力机发电量的增加，风力机的尺寸要比当时尺寸更大，噪声的影响也增大了数倍。

大功率、低噪声污染的风力发电机是风力发电未来的发展方向，本文分别对风力机叶片噪音、风力机塔架噪音、风力机启停振动噪音产生及其抑制技术进行了归纳总结，并提出不同规模的电厂，主要控制噪声源的对策，真正实现风力发电的清洁能源化。

1 风力机气动噪声及其抑制技术

1.1 气动噪声的产生原因

风力发电厂主要由机械噪声和气动噪声组成，其中运行中的风力机主要的噪声以气动噪声为主，气动噪声主要是风力机叶尖的高速绕流、风力机叶片与塔架产生的结构失稳流动以及各个风力机之间相互干扰造成的气流扰动组成的。叶与塔架耦合作用形成的低频噪声，该种类噪声的强弱取决于与风轮掠过塔架时产生的特征频率，水平轴风力发电机在顺风时，噪音传播远、噪音强，逆风时，噪音有所减弱，这主要是顺风时，叶轮掠过塔架形成多重复合绕流，涡流强度较大，噪声明显。风力机叶尖噪声风力机叶尖在运行过程中产生的湍流涡之间与叶片的相互作用引起的，该种噪声产生高频和低频两种噪声，高频噪音是由小于风力机叶片弦长的涡流产生的，低频噪声是由直径大于叶片弦的湍流涡之间产生的，高低频噪声的相互叠加，促使噪声更强。

1.2 气动噪声抑制技术

风电机组的气动噪声主要由叶片结构、风场风速、风向以及风力机叶片参数等决定，在诸多因素中，叶尖结构形式，对整个噪音的组成影响最大，为有效控制叶尖噪声对环境造成的影响，现有的叶尖降噪技术主要有改变叶尖形状、叶尖打孔、优化叶尖翼型、半圆形叶片叶尖、等宽叶片等，这几种优化方式的主要原理是，降低运行叶尖前后的压差，进而改善叶尖尾部涡量强度。这些方法可以使部分气流自叶片高压面流向叶片低压面，气流分离点向流动下方移动，降低了叶片出口截面的分离区，分离区涡流强度和尺寸减少，噪声也随之减少。虽然产生的噪音得到了有效的控制，但是，需要对叶片叶尖处的强度进行校核，确定其是否经受住长期的风载荷的作用。

2 风力机机械噪声、启停噪声及其抑制技术

2.1 机械噪声、启停噪声产生的原因

机械噪声是由风电厂中发电机、液力输送设备、冷却风机、风机的机械旋转部件在运转过程中产生的，并通过叶轮、塔架的结构传递，在以塔架为噪声源对周边环境进行辐射。机械噪声的频率特征主要决定于液力输送设备的齿轮啮合频率和冷却风机的固有频率，机械噪声是由各个设备及零部件在运行过程中的产生的集合。风力机在启停过程中，易造成塔架的自振频率与叶轮旋转的谐波频率相同，产生共振，引起风力机摆幅过大，促使风力机产生较大的啮合噪音，影响风力发电机正常运行，而风力机在停机时，共振现象不明显。

2.2 机械噪声、启停噪声抑制技术

机械噪声的抑制技术主要是通过对产生振动的设备进行噪音的隔离和吸收，然而，在进行噪音隔离时，易引起机械结构传输效率降低，经济性变差等情况。如若对叶轮、塔架、液力传输设备产生的振动噪音不进行防治，振动产生的总叠加噪音会随着塔架传播到周围环境中，表现为空气噪音。针对传统旋转机械、液力传送设备的减振、降噪的方法较成熟，常规的降噪方式有加装保险杠、安装消声器和吸声器，加装消声棉进行隔音等。

3 风电厂规模与降噪对策

3.1 风电厂规模及其主要噪声

风电厂的规模主要由风力发电机容量与发电机数量决定，现有运行的各类风力发电机按发电量划分主要有四种：小型风力发电机0.1～1kW、中型风力发电机1～100kW、大型风力发电机100～1000kW、兆瓦级风力发电机1000kW以上。不同发电量的风力发电机的主要噪音不同，中小型风力发电机的噪音的主要来源为机械噪音，而大型和兆瓦级发电机的噪声来源多为气动噪声。因此，针对不同规模的风电厂需要进行不同的降噪策略，或者组合降噪策略。

3.2 降噪对策

针对中小型风力发电机的机械噪声，降噪的常用方式有：吸收声能的材料、加装消音器、进行隔声结构设置、进行隔振和减振设置。针对大型风力机和兆瓦级风力机的噪音主要为气动噪音，气动噪音的控制原理是改善湍流形成的漩涡强度，常用的改善气动噪声的方式为改变翼型、改变叶尖形状、改善叶轮掠过塔架的频率、合理布局风力机组的位置，降低各风力机组的影响。结合机械降噪和气动降噪策略，进行不同规模风电厂的组合降噪策略，可实现风力发电机组噪声声功率级降低2～8dB，减少年发电量损失2%～8%左右，风力机寿命延长2～5年左右。

4 结语

随着不可再生资源的短缺及新能源技术的崛起，风力发电对新技术的不断被重视，风力发电的噪声污染对环境的影响已成为摆在当前要解决的重要议题上，单纯地解决机械噪声和气动噪声很难收到较好的效果，需依据风电厂的现有规模进行组合降噪策略的实施，才能真正达到风能的清洁利用。