优化风电场和电网布局以避免鸟撞

任西婵，伊坤朋，曹 垒

（中国科学院生态环境研究中心城市与区域生态国家重点实验室，北京 100085）

随着人口和能源需求的增长，电力在人类生活中扮演着越来越重要的角色。化石能源的枯竭和不断加剧的气候变化推动了风能等清洁能源的发展与利用。2000 年，全球风能发电量为3.1×1010kW·h，占全球总发电量的0.2%。2020 年，全球风能投资达7 430 亿美元，发电量增长至1.596×1012kW·h，增加了约50 倍，占全球总发电量6%。到2050 年，全球人口预计增长20 亿，电能占终端能源消耗比例将从目前的20%增至50%，其中风能发电量将增长20%，在全球范围内促进了对风电场和电网的投资[1-2]。同时，区域经济和城镇化建设快速发展，推动全球人员和货物流动性不断增加，安全、生态友好的高速铁路成为发展大容量交通运输网络的重要趋势。全球各地区国家正在加速建设高速铁路网络作为城际连接的优先模式。预计至2030 年，全球高速铁路流量将增加1 倍[3]。

候鸟在不同区域栖息地之间进行远距离迁徙，与地球上不同生态系统、本地生物多样性和人类文化相关联，并提供生态系统服务[4]。在过去的30 年，由于气候变化和人为干扰，全球主要迁徙路线中超过一半的候鸟数量减少[5]。风电场、电网和高速铁路的蓬勃发展增加了鸟类与人工设施的冲突，成为阻碍鸟类多样性保护的又一重要因素。美国每年因风电场死亡的鸟类大约有20 000～573 000 只[6]，因电网死亡（碰撞或触电）的鸟类大约有1 200 万～6 400 万只[7]。ELADIO et al[8]研究得出，在每天有53 和25 班次的高速铁路区段，鸟类与列车相撞的概率分别为60.5和26.1 只鸟/km·年。此外，风电场、电网和高速铁路可能成为鸟类飞行中的屏障，对鸟类造成种群水平的长期威胁[9]。

改革开放以来，我国经济高速增长，能源和交通运输需求不断增加，风能、电网和高速铁路发展势头强劲。我国地处亚洲鸟类迁徙路线的中心区域，是亚洲迁徙鸟类最重要的停歇地和越冬地，在非繁殖期肩负着维护亚洲鸟类多样性的重任[10]。基于国际上对风电场、电力线和高速铁路生态影响的相关研究和管理经验，本文阐述了我国风能、电网和高速铁路发展的现状和未来趋势，总结了风电场、电网和高速铁路建设对鸟类及其栖息地造成的影响，并提出了缓解这些影响的措施与建议。

1 我国风能、电网和高速铁路的发展

我国风能资源主要分布于东北、华北北部和西北地区及东南沿海[11]。陆上离地10 m 高度层风能资源技术可开发量为2.5×109kW，近海（水深＜15 m）风能资源技术可开放量为7.5×109kW[12]。2010 年，全国风能发电量为4.462×1011kW·h，占全国总发电量比例的1%。2020 年，全国风电场数量超过4 000个，风能发电量增长至4.665×1012kW·h，占比达7%[12]。截至2021 年底，我国风电并网装机容量突破3×109kW 大关，是2020 年底欧盟风电总装机的1.4 倍、美国的2.6 倍，稳居世界第一[13]。在2020年北京国际风能大会上，400 余家风能企业联合发布了《风能北京宣言》，目标是在2021～2025 年保证年均新增风电装机5×107kW，2025 年后风电年均新增装机容量不低于6×107kW，到2030 和2060 年分别达到8×109和3×1010kW[14]。

我国能源与负荷分布不均，需要大容量、远距离输电以满足不同地区的用电需求[15]。1989 年，我国第一条大容量远距离直流输电工程——葛洲坝至上海输电工程单极投入运行[16]。随着电力高速发展，我国电网系统运行电压等级不断提升，电网规模不断扩大。2010 年底，全国220 千伏及以上输电线路总长为430 000 km，到2020 年底增长至794 000 km，成功建成投运“十四交十六直”30 条特高压线路，并初步实现与俄罗斯和蒙古等周边国家的跨国电力交易。我国用电呈现刚性、持续增长，预计2025 年我国全社会用电量达9.5×1013kW·h以上，发电装机总容量达2.9×1010kW·h[17]。

20 世纪90 年代，为满足客货运输需求，我国开始建设高速铁路。2002 年12 月建成的秦皇岛至沈阳客运专线，是我国自己研究、设计、施工、符合高速列车条件的第一条铁路客运专线[18]。2010 年，我国高速铁路运营里程达5 130 km，截至2020 年底，高速铁路运营里程增长至37 900 km，稳居世界第一[19]。经过长期的努力和技术创新，我国的高速铁路在各技术领域取得了一系列重大成果，形成了具有中国特色的高铁技术体系[20]。到2035 年，我国高速铁路运营里程预计达70 000 km[21]。

根据《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035 年远景目标纲要》[22]，我国将大力提升风电规模，有序发展海上风电，建设9 大清洁能源和海上风电基地；提升向边远地区输配电能力，实现由西部向东部沿海地区的长距离横向输电；构建快速网，基本贯通“八纵八横”高速铁路。

2 风电场、电网和高速铁路对鸟类的影响

2.1 增加鸟类与人工设施的碰撞风险

鸟类横向生长的眼睛有着广泛的视觉覆盖，但其眼眶及眉脊的凸起造成了视野上方或头前方的较大盲区[23]。风电场、电网和高速铁路的发展增加了鸟类的碰撞风险，特别是建设在鸟类栖息地、觅食地、迁徙通道和海岸线、山脊等鸟类导航利用景观的设施[24-25]。2014～2017 年在云南西线鸟类夜间迁徙通道和越冬区域附近的研究发现54 只鸟受到风电场影响，其中23 只死亡[26]。渤海湾是我国一级保护动物东方白鹳（Ciconia boyciana）的重要迁徙停歇地。2021 年11 月，在天津滨海新区发现了4 只撞上高压线的东方白鹳，其中3 只死亡（包括1 只救治无效而死亡）；12 月，中国科学院生态环境研究中心追踪监测的一只东方白鹳在越冬地鄱阳湖撞上风力发电机后死亡。近年来，在云南纳帕海自然保护区也发生数起越冬黑鹳（Ciconia nigra）、灰鹤（Grus grus）和斑头雁（Anser indicus）撞上电线的事件。此外，栖息、觅食于铁路附近农田和水塘的鸟类，受到视觉刺激后可能由于反应速度慢而无法避开运行的高速列车[8,27]。西安-成都高速铁路穿越朱鹮（Nipponia nippon）国家自然保护区，根据2016 年开展的鸟类与列车碰撞风险调查，92.86%的朱鹮栖息于距铁路桥0～25 m 的范围内，并且朱鹮在穿越铁路时更喜欢高空飞跃（平均飞行高度超过20 m）铁路桥避免碰撞。虽然朱鹮与高速列车的碰撞风险相对较低，但仍建议在铁路桥两侧安装防护栏，为鸟类的安全飞行提供更多保护[28]。

鸟类的物种特异性因素和个体差异，例如体型、飞行行为、飞行经验和健康状况等，也影响鸟类与人工设施的碰撞风险[24-25]。在诸多鸟类中，由于需要依靠山口间的上升热气流往返于觅食地和栖息地，猛禽与风力发电机发生碰撞的概率较高。在美国的阿尔塔蒙特山口风电场，每年约有80 只金雕（Aquila chrysaetos）和400 只兀鹫（Gyps fulvus）因与风力发电机碰撞而死亡[29]。金雕是我国一级重点保护动物，最近在河北坝上发现了一只撞上风力发电机的金雕，幸运的是，它得到救治后完全康复。但是，在辽宁马鞍山风电场发现了一只被击落的秃鹫（Aegypius monachus）当场死亡，该风电场不仅位于秃鹫的迁徙通道，而且离白鹤（Grus leucogeranus）等水鸟的栖息地——獾子洞湿地仅有6 km。电线碰撞已对全球15 种鹤类中的12 种构成威胁，包括1 种极度濒危物种和3 种濒危物种[30]。2019～2021年在乌鲁木齐市记录到49 只灰鹤撞上高压线，伤亡率达5.4%[31]。2018 年和2019 年在甘肃盐池湾保护区出生的黑颈鹤（Grus nigricollis）幼鸟在越冬地西藏林周县撞击电线死亡率分别为40.0%和83.3%，是该黑颈鹤种群幼鸟在越冬地死亡的主要原因[32]。此外，在大雾、降雨、强逆风或能见度低等恶劣的天气条件下，鸟类会大幅降低飞行高度，易被风电场、电网和高速铁路等人工设施的光源吸引而增加碰撞风险[24-25]。

2.2 占用我国迁徙鸟类高度利用的区域

我国幅员辽阔，鸟类物种丰富。作为亚洲鸟类迁徙路线的中心区域，繁殖于俄罗斯北极苔原和泰加林、蒙古高原和中国东北地区的大型水鸟，大多都经过我国到东亚、南亚和东南亚越冬或在我国越冬。我国迁徙水鸟高度利用的区域主要位于东部的泛洪平原，分布在黑龙江、辽河、海河、黄河、长江和珠江6 条大河流域的湿地以及江苏沿海地区。迁徙水鸟集中停歇和越冬的湿地总面积分别约为90 000 km2和50 000 km2，两者之和仅占我国国土总面积的1.5%，却承载了属于亚洲20 多个国家和地区的迁徙水鸟[10]。ZHANG et al[33]基于《国际湿地公约》确定了我国422 个重要鸟类和生物多样性区域，但是我国已建成的风电场、电网和高速铁路没有完全避开这些迁徙鸟类高度利用的区域。根据“十四五”规划，我国风电等能源基地将与重要鸟类和生物多样性区域产生更大冲突，进一步影响我国鸟类栖息地的完整性、功能性和连通性，并对迁徙鸟类造成长期的累积效应，见图1 和图2。

图1 我国风电能源基地与重要鸟类和生物多样性区域空间重叠分布图

风电场和高速铁路在全国范围内的组网建设，不仅增加了鸟类与人工设施之间的冲突，还可能导致鸟类迁徙路线中重要停歇位点的消失或退化，从而影响鸟类的迁徙和繁殖等行为[34]。风力发电机等人工设施可能成为鸟类飞行路径中的物理屏障，在能见度高的情况下，鸟类受到视觉刺激后主动规避。鸟类被迫绕行或放弃其原本理想的觅食地，增加能量消耗且减少能量的摄入，进而影响鸟类的存活率[35-36]。德国horns 风电场导致其半径16 km 内红喉潜鸟（Gavia stellata）的种群密度下降了60%[37]。风电场和高速铁路的建设改变了局域微环境，如环境基质组成、水文和生态过程、底栖生物的密度和分布，并产生噪音和灯光干扰，进而影响鸟类的繁殖成功率和生物节律[38]。辜小安[39]指出铁路噪声对雅鲁藏布江铁路线两侧1.5 km 范围内的黑颈鹤栖息地造成干扰，可能影响黑颈鹤的繁殖率。

关于鸟类与电线之间冲突的研究开始地较早，除了输电线等设施引发鸟类碰撞的负面影响，鸟类活动导致的输电线路故障仅次于雷电和外力破坏[40]。随着城市化的进程，鸟类对人工设施的利用不断增加。鸟类的巢址选择对于鸟类生存和繁殖具有重要意义，结构稳定的输电铁塔等设施给鸟类提供了适宜的营巢生境。例如，在黄河三角洲自然保护区，东方白鹳主要集中在位于芦苇沼泽中的一排高压电线塔上营巢繁殖，这些电塔便于东方白鹳近距离觅食和躲避敌害[41]。然而，鸟类的排泄物可能污染导线绝缘子，筑巢和捕食等行为可能导致电线短路，从而影响居民生活和电力企业的经济效益。如何缓解鸟类与电网之间的冲突，创造人与鸟类和谐共处的空间也成为了新的议题。在江苏省高邮市界首镇大昌村，电力巡线人员发明出新型防护挡板，采用轻便耐腐、硬度大的新型环氧树脂绝缘材料预防鸟害，并在输电铁塔的安全位置为东方白鹳搭建了人工鸟巢，在确保输电塔安全的同时更好地守护东方白鹳。

3 评估风电场、电网和高速铁路对鸟类的威胁

3.1 我国环境影响评价存在短板

我国对气候变化和生物多样性丧失等问题高度重视，不仅积极探索和实践生态保护，而且坚持履行大国责任，引领、支持和协同尽可能多的国家共同应对全球生态危机。2021 年，《生物多样性公约》缔约方大会第十五次会议正式通过“昆明宣言”，为制定未来十年的全球生物多样性保护框架奠定了基础。但是，我国关于评估清洁能源和交通运输发展对鸟类多样性影响方面的工作还相对滞后。

我国自1979 年正式提出开展环境影响评价，2003 年《中华人民共和国环境影响评价法》正式颁布施行，初步确立环境影响评价制度。《中华人民共和国环境影响评价法（2018 修订）》第八条和第十六条明确规定能源和交通有关专项规划和建设项目必须进行环境影响评价。国家出台的《风电场工程建设用地和环境保护管理暂行办法》第十条规定“加强环境影响评价工作，认真编制环境影响报告表”。虽然对风电场等规划和项目提出了严格的环境影响评价要求，但是接连出现的鸟类碰撞事件表明，在组织实施风电场等项目的环境影响评价时缺乏对鸟情和鸟类碰撞风险的评估，在项目建成后缺乏对鸟类安全的监测与管理。

3.2 国际经验

欧美等最先利用和发展风能的国家，已经开展了较为充分的实地调查来研究鸟类与风电场碰撞的风险和影响。基于雷达、红外相机和卫星追踪等技术对鸟类进行碰撞监测，可以确定并量化与碰撞相关的影响因子，包括鸟类表现（回避或被吸引），物种特异性（体长、翼幅和飞行速度），涡轮机特异性（转子直径和转速、叶片尺寸和转速和桨距变化）和鸟类活动（飞行密度和高度、分布），开发鸟类碰撞风险模型[42-43]，见图3。该方法具体为：1）在没有鸟类被转移或采取其他躲避行动且没有被风电场吸引的情况下，估计可能会受到风力涡轮机威胁的鸟类飞行活动次数；2）使用飞行活动数据来估计鸟类通过风力涡轮机转子的潜在次数；3）计算单次鸟类通过涡轮机转子发生碰撞的概率；4）将上述因素相乘得出相关鸟类的潜在碰撞死亡率；5）考虑可能会避开风电场或风力涡轮机的鸟类的比例和风电场对鸟类的吸引(如对栖息地变化的反应)；6）表明用此方法估计碰撞风险的不确定性。

图3 鸟类与风电场碰撞风险模型

丹麦位于全球2 条重要的候鸟迁徙路线上，其滨海地区对迁徙水鸟的繁殖、停歇和越冬都非常重要。作为世界上第一个建造海上风电场的国家，在丹麦开展了大量关于风电场对迁徙鸟类影响的研究和评估工作[34]。对丹麦Klim Fjordholme 风电场附近的粉脚雁（Anser brachyrhynchus）和灰鹤的研究发现，这2 个物种均表现出非常高的回避率。粉脚雁会避开整个风电场，而灰鹤能够在风电场内避开风力发电机[44]。同样，关于鸟类与电力线碰撞风险的研究表明，鸟类与地线的碰撞风险最高，翅膀载荷高、展弦比低的物种碰撞风险更高，如雁形目、鸊鷉目、鹤形目和鸻形目[24]。

欧美等国家形成了成熟的环境影响评价体系。欧盟法律2001/42/EC 要求包括能源和运输在内的公共计划在准备期间和通过之前进行战略环境评价（ Strategic Environmental Assessment） 。通过编制环境报告，列出计划可能对环境（含生物多样性）造成的重大影响及该计划的合理替代方案，接受公众（包括非政府组织）和规定的环境评价咨询机构的审核和建议。对于可能对另一个成员国的环境产生重大影响的计划，编制该计划的成员国必须与其他成员国协商。同时，欧盟法律要求对公共计划中具体的工程项目开展环境影响评价（Environmental Impact Assessment），并且考虑环境影响的累积性质，进行累积影响评价（Cumulative Impact Assessment）[45-46]。如：对风电场项目所涉及的具体鸟类种群在当地地理尺度上进行环境影响评价，并对相关基础设施（如变电站和海底电缆等）对鸟类种群的长期影响进行累积影响评价。这些评估需要涵盖整个年度周期来考虑季节性变化，并以1 年以上的监测数据评估项目对鸟类影响的年际变化[47]。美国内布拉斯加州的一条输电线路与濒危美洲鹤（Grus americana）的迁徙廊道部分重叠，通过开展环境影响评价，该线路被重新规划以保证距离美洲鹤重要觅食、栖息地至少1.6 km[48]。

4 缓解对鸟类影响的措施及建议

4.1 优化风电场、电网和高速铁路规划区域及项目地设计布局

基于中国科学院建立的“中国生物多样性监测与研究网络(Sino BON)——鸟类多样性监测专项网”[49]，中国科学院生态环境研究中心联合多个国家合作开展了鸟类野外追踪工作，主持建设了目前亚洲最大且具有自主知识产权的迁徙鸟类运动生态数据库，获得了亚洲大型水鸟的主要迁徙路线和高度利用的湿地区域。在此基础上，我们建议国家有关部门、相关组织和研究机构对已建成的位于或靠近鸟类敏感区域、迁徙通道的风电场、电网和高速铁路开展实地调查和鸟情评估，确定影响鸟类碰撞的因素，开发适用于我国的鸟类碰撞风险模型。基于以上研究优化风电场、电网和高速铁路的规划区域，从而减少对鸟类的影响。

风电场、电网和高速铁路应在宏观尺度上避开鸟类高度利用的湿地区域和用于保护指定物种的保护区，并在微观尺度上尽可能避免垂直穿越鸟类筑巢和觅食地、鸟类迁徙通道及鸟类导航依赖的河流和山脊等景观[24]。针对具体的建设项目确定当地受胁较大、碰撞风险较高的鸟类物种，提出保护鸟类不受影响的相关设施与鸟类敏感区域之间的最小距离。对于必须穿越鸟类敏感区域的基础设施，可以根据鸟类碰撞风险模型优化项目地的设计和布局。如：风电场应尽量减少风电机组数量，提高风电机组利用率，通过优化涡轮机转子、叶片尺寸和塔架高度来减少鸟类的碰撞[50]。对于电网，可将导线的相对位置从多层排列改为单层排列，降低电线高度，缩短相邻塔架间的距离或铺设地下输电线来缓解其对鸟类的威胁[51]。尽管关于高速铁路对鸟类影响的研究较少，安装铁路防护网和隔绝噪音装置可以有效缓解高速铁路造成的生态影响[37]。

4.2 完善我国环境影响评价体制

为了进一步完善我国的环境影响评价制度，我们建议在《中华人民共和国环境影响评价法（2018 修订）》第十条和第十七条中增加“对环境可能造成的重大影响包括但不限于生物多样性、人类健康、动植物、土壤、水、空气、气候、物质资产、文化遗产和景观等”条款；在第八条中增加“对其他设区的市级以上行政区鸟类及其栖息地造成影响的专项规划必须与受影响行政区的人民政府及有关部门共同组织进行环境影响评价”条款，确保在编制风电场、电网和高速铁路规划、项目的过程中充分考虑其对鸟类的影响。

建议生态环境部牵头组建专家团队，对风电场、电网和高速铁路项目开展针对性的鸟情评估，确定当地受威胁较大、碰撞风险较高的鸟类物种。同时，在项目的施工和运营阶段开展长期的鸟类监测和管理，采取有效措施缓解风电场、电网和高速铁路对鸟类的影响。在鸟类迁徙季节和特殊天气，应减少鸟类敏感区域附近风电场的运营时间。在风电场、电网和高速铁路周围增设激光和紫外线灯等驱鸟装置，提高风电机组和电网的可见性，如对风力发电机增加紫外线反射涂层和在架空电线上安装颜色明显的可移动标识[24,52-53]。对于严重威胁鸟类及其栖息地的风电场和电线，建议重新规划输电线路并在风电机组“退役”后恢复鸟类栖息地。在大力发展清洁能源和大容量交通运输网络的同时，我国应引领亚洲各国共同开展迁徙鸟类及其栖息地的监测和保护工作，在生态友好的前提下，实现能源跨国交易和高速铁路跨国建设。