風(fēng)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(fā)揮著關(guān)鍵作用。
文 | 李雙成
李雙成，北京大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院教授，博士生導(dǎo)師。現(xiàn)任教育部地表過程模擬與分析重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任。兼任中國地理學(xué)學(xué)會(huì)自然地理專業(yè)委員會(huì)副主任、中國自然資源學(xué)會(huì)資源持續(xù)利用與減災(zāi)專業(yè)委員會(huì)副主任、中國土地學(xué)會(huì)土地生態(tài)分會(huì)副主任和《資源科學(xué)》《地理研究》編委等職。研究方向?yàn)樯鷳B(tài)系統(tǒng)服務(wù)與人類福祉關(guān)系、土地利用/覆被變化的生態(tài)效應(yīng)及政策分析等。
從全生命周期看風(fēng)電的綠色低碳成色
實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)，以風(fēng)電和光伏為主體的可再生能源被賦予重責(zé)、寄予厚望。普遍認(rèn)為，風(fēng)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(dòng)方案中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。為了進(jìn)一步驗(yàn)證風(fēng)電的綠色低碳成色，我們從全生命周期來看風(fēng)電到底有多大的污染和溫室氣體排放。
生命周期評價(jià)是定量評估某一產(chǎn)品或服務(wù)從原材料獲取，經(jīng)加工、生產(chǎn)、制造、使用直至廢棄的整個(gè)生命周期對環(huán)境潛在影響的方法，是一項(xiàng)重要環(huán)境管理工具。
與其他能源類型相比，風(fēng)電是最低碳的。根據(jù)世界核能協(xié)會(huì)的報(bào)告，在一座電站的全生命周期內(nèi)，煤電排放的溫室氣體量最大，尤以褐煤燃燒發(fā)電的排放最高，中值可達(dá)每吉瓦1054 噸二氧化碳當(dāng)量。其次是燃油發(fā)電，中值為733 噸。再次是燃?xì)獍l(fā)電，中值為499 噸。可再生能源發(fā)電溫室氣體排放強(qiáng)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(zhì)45 噸，水能和風(fēng)能均為26 噸。以單位發(fā)電量計(jì)算，風(fēng)電溫室氣體排放量僅為煤電的近四十分之一。另據(jù)一份來自聯(lián)合國歐洲經(jīng)濟(jì)委員會(huì)名為《全生命周期發(fā)電選擇》的報(bào)告指出，在一座電站的全生命周期內(nèi)，沒有碳捕獲措施的燃煤發(fā)電，每千瓦時(shí)二氧化碳排放量為1023 克，30%燃燒效率的天然氣發(fā)電廠每千瓦時(shí)碳排放為723 克，而風(fēng)電站全生命周期內(nèi)每千瓦時(shí)碳排放僅為10 克。
與傳統(tǒng)化石能源相比，風(fēng)電是清潔綠色的。據(jù)國內(nèi)學(xué)者的研究成果，在同等發(fā)電量下，風(fēng)電的SO2、NOX和PM10排放量比煤電系統(tǒng)分別降低了80.38%、57.31%和30.91%。若綜合考慮回收和處理兩個(gè)階段，風(fēng)電系統(tǒng)在整個(gè)生命周期內(nèi)污染物減排的效益將更加顯著。整體而言，風(fēng)電的環(huán)境成本只有煤電的4%左右。
風(fēng)電是高度資源節(jié)約的能源類型。在水資源日益稀缺的形勢下，降低生產(chǎn)和生活過程的水消耗強(qiáng)度至關(guān)重要。常規(guī)發(fā)電廠在熱力循環(huán)的冷凝部分使用大量的水，對于燃煤發(fā)電廠，水也被用來清潔和處理燃料，每天用水量可達(dá)數(shù)百萬公升。相比較而言，風(fēng)電場的水資源消耗極少。據(jù)報(bào)道，馬來西亞常規(guī)發(fā)電廠的平均用水量約1.48 升/千瓦時(shí)，而風(fēng)電僅為0.004 升/千瓦時(shí)。另外，風(fēng)電建設(shè)節(jié)省材料，以每千瓦時(shí)耗用材料量計(jì)，僅為燃煤發(fā)電所需材料的不足0.03%。在效率方面，制造和運(yùn)輸用于建造一座風(fēng)力發(fā)電廠的材料所消耗的能量，相當(dāng)于該發(fā)電廠在幾個(gè)月內(nèi)產(chǎn)生的電能量。
大規(guī)模使用風(fēng)能將有助于減緩氣候變化。據(jù)政府間氣候變化專門委員會(huì)評估報(bào)告，風(fēng)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(dāng)量，顯著低于傳統(tǒng)能源。國內(nèi)學(xué)者對內(nèi)蒙古風(fēng)電場與傳統(tǒng)火電廠的對比研究也發(fā)現(xiàn)，風(fēng)電每提供一兆瓦電力的能耗約為傳統(tǒng)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(fēng)電的全球變暖潛力也是最低的。2017年發(fā)表在《自然-能源》期刊上的研究結(jié)果認(rèn)為，如果要達(dá)成《巴黎協(xié)定》溫控目標(biāo)2℃的話，2050年全球平均電力的度電碳排放目標(biāo)應(yīng)為15克。在考慮了制造、建筑和燃料供應(yīng)環(huán)節(jié)的排放后，到2050年全生命周期風(fēng)電和光伏每千瓦時(shí)的碳排放足跡只有4克和6克二氧化碳當(dāng)量，遠(yuǎn)低于其他能源類型的排放量。因此，建立以風(fēng)光新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，是實(shí)現(xiàn)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(fā)電能源類型相比，風(fēng)電盡管最清潔低碳，然而也會(huì)在某一階段產(chǎn)生少量的溫室氣體和污染物。風(fēng)機(jī)將風(fēng)的動(dòng)能直接轉(zhuǎn)化為電能的過程不會(huì)產(chǎn)生污染或二氧化碳等溫室氣體排放，但在其制造、運(yùn)輸和處理等過程中，則會(huì)對環(huán)境產(chǎn)生一定影響。相關(guān)研究表明，在風(fēng)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(xiàn)來源于原材料的開采（30%）、風(fēng)電機(jī)組的制造（25%）、運(yùn)輸（10%） 以及與建筑工程等相關(guān)的排放如挖掘富含有機(jī)質(zhì)的土壤等（30%）。在其建設(shè)和維護(hù)階段也會(huì)排放少量的溫室氣體和污染物，但數(shù)量很小，僅占整個(gè)生命周期排放量的不到5%。因此，若未來降低風(fēng)電的溫室氣體排放強(qiáng)度，需要從原材料開采、部件制造和建設(shè)安裝過程著手，依靠技術(shù)進(jìn)步和規(guī)范施工，進(jìn)一步提升風(fēng)電的綠色低碳成色，使其真正成為實(shí)現(xiàn)碳中和的主力能源。
