從 2003 年 8 月開始,短短兩個多月的時間里,生物學家們就在美國弗吉尼亞州的巴克本山間收集到了 400 多只蝙蝠尸體——它們的上空,則是 44 臺運行的風力發電機。
飛過風力發電機的蝙蝠 | maxpixel.net
風能作為重要的清潔可再生能源之一,近些年在全球范圍內迅速發展。目前,全球風電累計裝機容量已經突破 650 吉瓦(1吉瓦=109瓦);僅 2019 年,全球新增的風電裝機容量就高達 60.4 吉瓦,相當于 2.7 個三峽工程的發電功率。然而,表面風平浪靜的風電場,實際上卻暗流涌動。
從澳大利亞到美歐地區,風力機造成的蝙蝠死亡案例相繼被報道。據統計,美國每年約有 60 萬只蝙蝠因風力機而喪生,主要是灰蓬毛蝠(Lasiurus cinereus)、赤蓬毛蝠(Lasiurus borealis)等物種,這些蝙蝠大部分不棲息在洞穴中,而是習慣遷徙并且棲息在樹上。
赤蓬毛蝠 | USGS
蝙蝠極少會與信號通訊塔、建筑物等發生碰撞,卻常常死于風力發電機之下。解剖結果表明,一半的蝙蝠死于與風力機葉片的直接碰撞,另一半則死于氣壓變化導致的肺部損傷。令人匪夷所思的是,調查人員在實地考察中還發現,部分蝙蝠甚至會主動靠近這些揮舞著三只葉片的“劊子手”——風力機似乎擁有某種魔力勾引著蝙蝠,使它們心甘情愿被殺戮。
根據風力發電機的特點和蝙蝠的生活習性,科學家們先后提出一系列的假設,但始終難以得出一個確定的結論,整個事件直到現在仍舊撲朔迷離。
肺部組織受損?
在收集到的蝙蝠尸體中,約有 50% 尸體的表面沒有任何傷口痕跡。這種非碰撞導致的死亡,來自于蝙蝠突發的內傷——肺部氣壓損傷癥。風力發電機看起來溫文爾雅,但它的殺傷力卻潛藏在看不見的氣流中。由于葉片快速旋轉,葉尖附近的氣流速度極高,接近于 80米每秒,導致氣壓迅速下降。加拿大卡爾加里大學的生物學教授艾琳·貝瓦爾德(Erin Baerwald)指出,局部大氣壓的大幅降低容易使蝙蝠的肺部迅速脹大,誘發其肺部組織發生損傷。
正常(左)和受損(右)的蝙蝠肺部 | 參考資料[2]
不僅如此,蝙蝠的肺部損傷還另有玄機。風力機高速旋轉的風輪會在后方形成一個巨大的尾流區域,其中氣流復雜紊亂;同時,每只葉片的尖部會不斷誘導產生葉尖渦(類似于河流中的旋渦),葉尖渦的尺寸雖小,但旋轉速度極高。蝙蝠一旦靠近,就有可能被卷入其中。當受困的蝙蝠極力揮舞翅膀試圖逃脫時,周圍稀疏的氧氣、短期急劇的掙扎,都會迫使肺部進行超負荷工作,最終釀成慘死的悲劇。
風力機尾流 | Aeolus
回聲定位受干擾?
多數蝙蝠利用回聲定位進行導航和捕食,并且發出低頻聲波來吸引配偶、召喚同類、驅逐天敵。然而,大型風力機產生的巨大噪聲,嚴重干擾了蝙蝠正常的信息交流。這些噪聲包括葉片葉尖側產生的氣動噪聲、齒輪嚙合產生的機械噪聲等,聲音強度大,且與蝙蝠發出的超聲波的頻域(集中在 20-60 千赫茲)存在部分重疊區間。當接收到與自己發出的聲波頻率相近的聲音時,為保證信息的接收,蝙蝠可能會被迫“更換頻道”,改變使用的聲波頻率。
研究人員采用“以毒攻毒”的策略,研發了一種超聲波音響,它可以連續發出頻率為 20-100千赫茲的巨大噪聲,威懾蝙蝠使其遠離噪聲源。試驗結果表明,風力機安裝該裝置之后,蝙蝠的死亡數量下降了 21%-51%。但這種音響發出的轟鳴聲與風力機噪聲并沒有本質上的差別,同樣也會對蝙蝠的身體健康狀況產生一定的影響。
驅逐蝙蝠的超聲波音響 | E。 Arnett / Bat Conservation International
被食物和棲息地勾引?
現代大型風力發電機普遍通體潔白,巨大的尺寸使其異常顯眼,成為游客眼中秀麗景色的點綴。但實際上,風力機作為一種大型人造機械,并不能融入身旁的生態環境。風力機夜晚的光源以及機艙內部散發的熱量,會吸引大量昆蟲聚集在風力機的表面。同時,風力機周圍裸露的小塊空地與叢林構成的邊界區域還存在“叢林邊界效應”,昆蟲在邊界區域的日常活動甚至比在完全的叢林環境中更加活躍。那些以昆蟲為主要食物的蝙蝠,可能會跟隨食物的足跡,靠近危機四伏的風電場。
對于遷徙型蝙蝠而言,大型風力發電機不僅是它們路徑上最高的建筑,其內部還有源源不斷涌出的熱量,是理想的棲息和求偶地點,進一步加劇了風力機的“致命吸引”。
電磁場、視覺和嗅覺被干擾?
風電場的大型變電站以及架設的電纜等設備,在一定程度上影響了電磁波的傳播,干擾手機、電視等設備接收到的信號——這也是機場、港口等附近禁止建設風電場的原因之一。部分遷徙型蝙蝠并不完全依賴于回聲定位,與鴿子類似,它們也根據地磁場來確定方向。因此,風電場周圍紊亂的電磁場可能使這些蝙蝠迷失方向,誤入歧途。
除了強大的聽覺系統,蝙蝠的嗅覺也十分靈敏。風電機組的長期穩定運行,離不開潤滑油、潤滑脂。在長期高壓環境下,潤滑油會從齒輪箱等部件中緩慢滲透出來,甚至泄漏到外部環境中。這些機油的氣味也可能干擾蝙蝠的嗅覺,或者吸引它們的注意。
旋轉的指尖陀螺
一些遷徙型蝙蝠在途徑熟悉的航線時,為了節省體力,可能會放棄使用回聲定位,僅僅依靠視力;但屬于夜行動物的蝙蝠眼睛退化,視力較差。當它們距離風力機較遠時,難以看到旋轉的葉片。我們能夠看到指尖陀螺旋轉產生的光影圖案,觀察到電風扇以及汽車輪胎的反轉現象,這種由視覺暫留產生的“假象”可能也會出現在蝙蝠的視覺系統中,使它們看不清楚前方旋轉葉片,從而無法及時躲避障礙物。
解決措施為何得不到推廣?
以上列舉的種種原因來源于科學家的推測,從目前得到的證據來分析,蝙蝠的傷亡可能是多種原因綜合作用產生的結果。當然,蝙蝠本身還存在著大量的未解之謎,它和風力機發電機的關系,我們至今尚不完全了解。相關探索工作還有很長的路要走,目前亟待解決的難題是如何避免再次出現此類的傷亡事故。
風電場遠離蝙蝠的活動區域,可以最大程度上保護蝙蝠的生命安全。然而,鳥類和蝙蝠頻繁活動的廣闊區域,同樣也是風電場開發的理想位置。即使需要遵守極為苛刻的風場選址策略,但風場開發方往往不會因為一小部分野生動物的存在,而輕易放棄一大片優質風資源地區。
雷達檢測到聚集的蝙蝠 | U.S。 National Weather Service
已經建設完成的風電場幾乎不可能被遷移,此時,“亡羊補牢”的解決措施尤為關鍵。試驗表明,將大型風力發電機原本 3米每秒 的啟動風速升高至 5.5米每秒,可以減少近 60% 的蝙蝠死亡事故。使用監測系統掃描風電場周圍 4.8~12.8 千米內的空域,當雷達、超聲波麥克風、攝像頭、GPS 等設備探測到蝙蝠群即將飛入前,提前調整風電機組的運行策略,甚至直接關閉機組,可以大幅度降低蝙蝠的傷亡。然而,這些措施會嚴重影響整個風電場的發電效益,隱秘角落里的這些蝙蝠尸體,往往只能成為犧牲品。
相比于化石能源,以風能為代表的新能源對環境更加友好。但新能源并非完美無瑕,這些需要完善的空間,正是推動我們不斷進步的動力。