李双成：从全生命周期看风电的绿色低碳成色

　　风能是一种清洁、低碳、可替代化石燃料的能源资源，在减少温室气体排放、减缓气候变化中发挥着关键作用。

 

 

　　文 | 李双成

　　

　　李双成，北京大学城市与环境学院教授，博士生导师。现任教育部地表过程模拟与分析重点实验室主任。兼任中国地理学学会自然地理专业委员会副主任、中国自然资源学会资源持续利用与减灾专业委员会副主任、中国土地学会土地生态分会副主任和《资源科学》《地理研究》编委等职。研究方向为生态系统服务与人类福祉关系、土地利用/覆被变化的生态效应及政策分析等。

　　

　　

　　实现“双碳”目标，以风电和光伏为主体的可再生能源被赋予重责、寄予厚望。普遍认为，风能是一种清洁、低碳、可替代化石燃料的能源资源，在减少温室气体排放的行动方案中发挥着关键作用。为了进一步验证风电的绿色低碳成色，我们从全生命周期来看风电到底有多大的污染和温室气体排放。

　　

　　生命周期评价是定量评估某一产品或服务从原材料获取，经加工、生产、制造、使用直至废弃的整个生命周期对环境潜在影响的方法，是一项重要环境管理工具。

　　

　　与其他能源类型相比，风电是最低碳的。根据世界核能协会的报告，在一座电站的全生命周期内，煤电排放的温室气体量最大，尤以褐煤燃烧发电的排放最高，中值可达每吉瓦1054 吨二氧化碳当量。其次是燃油发电，中值为733 吨。再次是燃气发电，中值为499 吨。可再生能源发电温室气体排放强度普遍较低，每吉瓦排放中值按照从高到低依次为太阳能85 吨、生物质45 吨，水能和风能均为26 吨。以单位发电量计算，风电温室气体排放量仅为煤电的近四十分之一。另据一份来自联合国欧洲经济委员会名为《全生命周期发电选择》的报告指出，在一座电站的全生命周期内，没有碳捕获措施的燃煤发电，每千瓦时二氧化碳排放量为1023 克，30%燃烧效率的天然气发电厂每千瓦时碳排放为723 克，而风电站全生命周期内每千瓦时碳排放仅为10 克。

　　

　　与传统化石能源相比，风电是清洁绿色的。据国内学者的研究成果，在同等发电量下，风电的SO2、NOX和PM10排放量比煤电系统分别降低了80.38%、57.31%和30.91%。若综合考虑回收和处理两个阶段，风电系统在整个生命周期内污染物减排的效益将更加显着。整体而言，风电的环境成本只有煤电的4%左右。

　　

　　风电是高度资源节约的能源类型。在水资源日益稀缺的形势下，降低生产和生活过程的水消耗强度至关重要。常规发电厂在热力循环的冷凝部分使用大量的水，对于燃煤发电厂，水也被用来清洁和处理燃料，每天用水量可达数百万公升。相比较而言，风电场的水资源消耗极少。据报道，马来西亚常规发电厂的平均用水量约1.48 升/千瓦时，而风电仅为0.004 升/千瓦时。另外，风电建设节省材料，以每千瓦时耗用材料量计，仅为燃煤发电所需材料的不足0.03%。在效率方面，制造和运输用于建造一座风力发电厂的材料所消耗的能量，相当于该发电厂在几个月内产生的电能量。

　　

　　大规模使用风能将有助于减缓气候变化。据政府间气候变化专门委员会评估报告，风电生命周期全球变暖潜力值的中值在11至12克二氧化碳当量，显着低于传统能源。国内学者对内蒙古风电场与传统火电厂的对比研究也发现，风电每提供一兆瓦电力的能耗约为传统煤电的3.5%，全球变暖潜力只有煤电的1.5%，酸化潜力也仅为煤电的0.8%。与其他低碳能源如光伏等相比，风电的全球变暖潜力也是最低的。2017年发表在《自然-能源》期刊上的研究结果认为，如果要达成《巴黎协定》温控目标2℃的话，2050年全球平均电力的度电碳排放目标应为15克。在考虑了制造、建筑和燃料供应环节的排放后，到2050年全生命周期风电和光伏每千瓦时的碳排放足迹只有4克和6克二氧化碳当量，远低于其他能源类型的排放量。因此，建立以风光新能源为主体的新型电力系统，是实现全球气候善治和碳中和的不二之选。

　　

　　从全生命周期分析，与其他发电能源类型相比，风电尽管最清洁低碳，然而也会在某一阶段产生少量的温室气体和污染物。风机将风的动能直接转化为电能的过程不会产生污染或二氧化碳等温室气体排放，但在其制造、运输和处理等过程中，则会对环境产生一定影响。相关研究表明，在风电全生命周期过程中，温室气体和污染物排放总量的主要贡献来源于原材料的开采（30%）、风电机组的制造（25%）、运输（10%） 以及与建筑工程等相关的排放如挖掘富含有机质的土壤等（30%）。在其建设和维护阶段也会排放少量的温室气体和污染物，但数量很小，仅占整个生命周期排放量的不到5%。因此，若未来降低风电的温室气体排放强度，需要从原材料开采、部件制造和建设安装过程着手，依靠技术进步和规范施工，进一步提升风电的绿色低碳成色，使其真正成为实现碳中和的主力能源。