李雙成：從全生命周期看風電的綠色低碳成色

　　風能是一種清潔、低碳、可替代化石燃料的能源資源，在減少溫室氣體排放、減緩氣候變化中發揮著關鍵作用。

 

 

　　文 | 李雙成

　　

　　李雙成，北京大學城市與環境學院教授，博士生導師?，F任教育部地表過程模擬與分析重點實驗室主任。兼任中國地理學學會自然地理專業委員會副主任、中國自然資源學會資源持續利用與減災專業委員會副主任、中國土地學會土地生態分會副主任和《資源科學》《地理研究》編委等職。研究方向為生態系統服務與人類福祉關系、土地利用/覆被變化的生態效應及政策分析等。

　　

　　

　　實現“雙碳”目標，以風電和光伏為主體的可再生能源被賦予重責、寄予厚望。普遍認為，風能是一種清潔、低碳、可替代化石燃料的能源資源，在減少溫室氣體排放的行動方案中發揮著關鍵作用。為了進一步驗證風電的綠色低碳成色，我們從全生命周期來看風電到底有多大的污染和溫室氣體排放。

　　

　　生命周期評價是定量評估某一產品或服務從原材料獲取，經加工、生產、制造、使用直至廢棄的整個生命周期對環境潛在影響的方法，是一項重要環境管理工具。

　　

　　與其他能源類型相比，風電是最低碳的。根據世界核能協會的報告，在一座電站的全生命周期內，煤電排放的溫室氣體量最大，尤以褐煤燃燒發電的排放最高，中值可達每吉瓦1054 噸二氧化碳當量。其次是燃油發電，中值為733 噸。再次是燃氣發電，中值為499 噸。可再生能源發電溫室氣體排放強度普遍較低，每吉瓦排放中值按照從高到低依次為太陽能85 噸、生物質45 噸，水能和風能均為26 噸。以單位發電量計算，風電溫室氣體排放量僅為煤電的近四十分之一。另據一份來自聯合國歐洲經濟委員會名為《全生命周期發電選擇》的報告指出，在一座電站的全生命周期內，沒有碳捕獲措施的燃煤發電，每千瓦時二氧化碳排放量為1023 克，30%燃燒效率的天然氣發電廠每千瓦時碳排放為723 克，而風電站全生命周期內每千瓦時碳排放僅為10 克。

　　

　　與傳統化石能源相比，風電是清潔綠色的。據國內學者的研究成果，在同等發電量下，風電的SO2、NOX和PM10排放量比煤電系統分別降低了80.38%、57.31%和30.91%。若綜合考慮回收和處理兩個階段，風電系統在整個生命周期內污染物減排的效益將更加顯著。整體而言，風電的環境成本只有煤電的4%左右。

　　

　　風電是高度資源節約的能源類型。在水資源日益稀缺的形勢下，降低生產和生活過程的水消耗強度至關重要。常規發電廠在熱力循環的冷凝部分使用大量的水，對于燃煤發電廠，水也被用來清潔和處理燃料，每天用水量可達數百萬公升。相比較而言，風電場的水資源消耗極少。據報道，馬來西亞常規發電廠的平均用水量約1.48 升/千瓦時，而風電僅為0.004 升/千瓦時。另外，風電建設節省材料，以每千瓦時耗用材料量計，僅為燃煤發電所需材料的不足0.03%。在效率方面，制造和運輸用于建造一座風力發電廠的材料所消耗的能量，相當于該發電廠在幾個月內產生的電能量。

　　

　　大規模使用風能將有助于減緩氣候變化。據政府間氣候變化專門委員會評估報告，風電生命周期全球變暖潛力值的中值在11至12克二氧化碳當量，顯著低于傳統能源。國內學者對內蒙古風電場與傳統火電廠的對比研究也發現，風電每提供一兆瓦電力的能耗約為傳統煤電的3.5%，全球變暖潛力只有煤電的1.5%，酸化潛力也僅為煤電的0.8%。與其他低碳能源如光伏等相比，風電的全球變暖潛力也是最低的。2017年發表在《自然-能源》期刊上的研究結果認為，如果要達成《巴黎協定》溫控目標2℃的話，2050年全球平均電力的度電碳排放目標應為15克。在考慮了制造、建筑和燃料供應環節的排放后，到2050年全生命周期風電和光伏每千瓦時的碳排放足跡只有4克和6克二氧化碳當量，遠低于其他能源類型的排放量。因此，建立以風光新能源為主體的新型電力系統，是實現全球氣候善治和碳中和的不二之選。

　　

　　從全生命周期分析，與其他發電能源類型相比，風電盡管最清潔低碳，然而也會在某一階段產生少量的溫室氣體和污染物。風機將風的動能直接轉化為電能的過程不會產生污染或二氧化碳等溫室氣體排放，但在其制造、運輸和處理等過程中，則會對環境產生一定影響。相關研究表明，在風電全生命周期過程中，溫室氣體和污染物排放總量的主要貢獻來源于原材料的開采（30%）、風電機組的制造（25%）、運輸（10%） 以及與建筑工程等相關的排放如挖掘富含有機質的土壤等（30%）。在其建設和維護階段也會排放少量的溫室氣體和污染物，但數量很小，僅占整個生命周期排放量的不到5%。因此，若未來降低風電的溫室氣體排放強度，需要從原材料開采、部件制造和建設安裝過程著手，依靠技術進步和規范施工，進一步提升風電的綠色低碳成色，使其真正成為實現碳中和的主力能源。