风电场风机噪声衰减规律及防护距离研究

朱艳秋

山东电力工程咨询院有限公司，山东 济南250013

摘要：针对风电场附近出现的噪声扰民现象，本文选取北方某典型平原地区风电场，对其风机噪声以及声环境敏感点的噪声值开展现场测试，得出不同机型的风机噪声衰减规律和噪声达标距离，为优化风电场机位选址、风电机组噪声模拟分析及降噪设计提供技术参考。

关键词：风电场；风机；噪声衰减；防护距离

0引言

风能是清洁的可再生能源，风力发电是新能源领域中技术最成熟、最具规模开发条件和商业化发展前景的发电方式之一。我国风能资源较为丰富，大规模发展风电对缓解能源、环境的压力，促进国民经济社会可持续发展有重要意义。

随着风力发电的大规模开发，风电场距离居民区也越来越近，大型风电机组由于尺寸巨大，其产生的噪声问题日益凸显，尤其是在夜晚风力较大，且周围环境背景噪声较小时尤为明显，严重影响到居民的正常休息。因此，开展风电场风机噪声衰减规律研究具有重要的意义。

1风电场风机噪声特点

风力发电机组产生的噪声主要有机械及结构噪声、气动噪声和辅助设备噪声。

机械及结构噪声主要包括齿轮啮合的噪声，轴承转动噪声，风机部件摩擦引起振动产生噪声，电机转动产生振动噪声，辅助设备、散热器运行噪声等。

气动噪声主要是叶片旋转时叶尖与空气摩擦产生的噪声，随着风速的增大而增强。并且不同的空气湍流也会产生不同的噪声。气动噪声还与叶片的空气动力特性有关，叶片的翼型、扭转、几何外形等，叶片的清洁程度、是否结冰，以及机组的变桨 控制等都会不同程度地影响气动噪声的大小。由于此噪声在空气中，随风速增大而增强，与风本身的噪声难以分离。

辅助设备噪声主要是由通风机、散热器等辅助设备产生的噪声。

相关研究表明，风机噪声的主要贡献者是叶片气动产生的噪声[1]、[2]。

2风力发电机组噪声测试参数

本次研究选取的风力发电机组主要技术参数：机型金风TA-37、明阳TB-25；单机容量4.0MW、4.2MW，叶轮直径165m，轮毂中心高度100m。

根据《风力发电机组 噪声测量方法》（GB/T 22516-2015），本次研究选取的水平轴风力发电机组基准距离R0=165/2+100=182.5m，保守起见R0取190m。

现场测试以塔架垂直中心点为基准，顺风向设置一条测试路径，共6条，编号依次为A-L，测试路径中测点距离塔架垂直中心点水平距离分别为90米、140米、190米、240米、290米、340米，编号依次为1-6，测点位置见下图，其中测点3对应基准位置，在基准点左右各偏移30°设置测点7和8，距离塔架垂直中心点为190米。

测点位置示意图

3噪声测试结果与分析

3.1  噪声测试结果

（1）金风TA-37（4.0MW）机型噪声测试值

检测位置	声压级dB(A)
	检测时间：2023年3月29日 风速：6m/s	检测时间：2023年4月1日 风速：12m/s
测点1	60.2	64.7
测点2	58.3	61.7
测点3	57.4	58.9
测点4	55.5	57.1
测点5	54.3	56.0
测点6	52.1	55.7
测点7	54.6	58.1
测点8	54.7	57.6

（2）明阳TB-25（4.2MW）机型噪声测试值

检测位置	声压级dB(A)
	检测时间：2023年3月29日 风速：6m/s	检测时间：2023年4月1日 风速：12m/s
测点1	63.9	64.2
测点2	62.2	64.0
测点3	60.5	60.7
测点4	57.5	61.0
测点5	56.2	57.9
测点6	55.5	56.1
测点7	56.5	59.1
测点8	53.9	58.9

（3）声环境敏感点（2类区）噪声测试值

检测位置	声压级dB(A)
	检测时间：2023年3月29日 风速：6m/s	检测时间：2023年4月1日 风速：12m/s
A敏感点（距风机285m）	48.5	56.6
B敏感点（距风机510m）	47.6	52.8

3.2  测试结果分析

（1）风机噪声随着距离的增加，数值呈现逐渐下降的趋势。平原地区风电场由于地形开阔平坦，声波传播得更远，导致风机噪声衰减缓慢[6]。

（2）对应基准位置（测点3）的噪声测量值可作为风机设备噪声是否超标的考核依据。

（3）由表1、表2可知，风机噪声主要与机组容量、风速有关：在同一测点位置，机组容量越大，风机噪声越大；当风速增加时，风机噪声亦随之增大。

（4）由表3可知，风机周围声环境敏感点噪声由风机噪声和环境背景噪声叠加。同一敏感点的噪声值随着环境背景噪声增大而增加，风速越大，噪声值越大。

（5）由于受背景噪声的影响，距离风机340m以上的测点其背景噪声在测量数据中的占比较大，噪声衰减亦不明显。

（6）当声环境敏感点昼、夜间噪声值均达到《声环境质量标准》（GB 3096--2008）中2类声环境功能区标准限值时，风机至敏感点的距离即为噪声防护距离。当风速增加时，噪声防护距离随之扩大。

（7）经实测，对于单机容量为4.0MW的风电机组，在风速12m/s

条件下，距离风机约594m处测得的噪声等效声级为49.7dB（A），达到2类声环境功能区夜间50dB（A）要求；对于单机容量为4.2MW的风电机组，在风速6m/s条件下，距离风机约507m处测得的噪声等效声级为48.9dB（A），达到2类声环境功能区夜间50dB（A）要求。以上噪声测试值均未扣除背景噪声的影响。

4结论及建议

（1）不同机型的风力发电机组由于其设计、材料和工作原理的差异，具有不同的气动特性和机械结构，其噪声源和辐射特性也各有不同，在相同环境条件下产生的噪声衰减模式差别较大。本次研究选取的机型主要为金风TA-37（4.0MW）和明阳TB-25（4.2MW）。

（2）噪声衰减受多种因素的影响。风速变化会影响声波在空气中的传播速度和方向，改变噪声的传播距离和衰减特性；地形和地貌也会对噪声衰减产生影响。开阔平坦的地形会使声波传播得更远，导致噪声衰减减缓。

（3）本次研究对象为已建平原地区风电场。经实测，对于单机容量为4.0MW的风电机组，在风速12m/s条件下，距离风机约594m处测得的噪声等效声级为49.7dB（A），达到2类声环境功能区夜间50dB（A）要求；在风速6m/s条件下，距离风机约507m处测得的噪声等效声级为48.9dB（A），达到2类声环境功能区夜间50dB（A）要求。

由于风机实际运行过程中，风速不断变化，因此从最不利影响因素角度分析，建议在确定风电场风机噪声防护距离时，应以当地风速12m/s情况下夜间噪声的达标距离为准。

（4）建议风电场机位选址阶段，类比当地同类机型噪声监测结果，综合分析后确定噪声防护距离，并划定以风机机座为中心、夜间噪声达标距离为半径的圆形区域作为噪声防护区，并提出噪声防护区内不得建设居民住宅等敏感建筑物的建议。

参考文献：

[1]徐以强.风电场噪声问题研究[J].上海节能,2022(02):204-209.

[2]王文团,石敬华,贾坤,宋峰.风力发电噪声及其影响特点[J].噪声与振动控制,2012,4（2）.

[3]GB/T 22516-2015,风力发电机组 噪声测量方法[S].

[4]DL∕T 1084-2021,风力发电场噪声限值及测量方法[S].

[5]GB 3096-2008,声环境质量标准[S].

[6]李晓玲,蒋立荣,李凌云.风电场运行期噪声影响范围及防治措施[J].内燃机与配件,2017(04):88-89.

作者简介：朱艳秋（1973-），女，汉族，山东滕州人，硕士研究生，高级工程师，主要从事电力环保工作。