馬 藝，段華波,2，李強(qiáng)峰, 謝明輝

1) 深圳大學(xué)濱海城市韌性基礎(chǔ)設(shè)施教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，深圳大學(xué)土木與交通工程學(xué)院，廣東深圳 518060；2) 深圳大學(xué)未來(lái)地下城市研究院，廣東深圳 518060；3)中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院國(guó)家環(huán)境保護(hù)生態(tài)工業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100012

風(fēng)電具有資源潛能豐富、產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)好、經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)力強(qiáng)和環(huán)境影響低等優(yōu)勢(shì)，是最有可能支撐經(jīng)濟(jì)發(fā)展的清潔能源技術(shù)之一，現(xiàn)已成為中國(guó)繼煤電、水電之后的第3大電源[1]．作為全球最大的風(fēng)電裝機(jī)市場(chǎng)，中國(guó)裝機(jī)容量從2000年的3.4×105kW增長(zhǎng)到目前的2.1×109kW，年平均增長(zhǎng)率58%，累計(jì)裝機(jī)容量占全球比重從2000年的2.0%增長(zhǎng)至2018年的35.4%．此外，中國(guó)風(fēng)電發(fā)展路線圖指出，到2050年風(fēng)電裝機(jī)容量將達(dá)到10×109kW[2]．隨著風(fēng)電技術(shù)的大規(guī)模推廣應(yīng)用，在發(fā)電過(guò)程中引起的相應(yīng)生態(tài)環(huán)境問(wèn)題，如植被破壞、水土流失、光污染及噪聲污染等[3-4]也備受關(guān)注；風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行也會(huì)改變局地氣象條件以及地表和大氣的熱交換，大面積運(yùn)行風(fēng)電場(chǎng)還會(huì)對(duì)全球氣候變化產(chǎn)生影響[5-6]．風(fēng)能是一種分散型資源，在開(kāi)發(fā)利用過(guò)程會(huì)造成產(chǎn)業(yè)鏈上的資源、能源消耗．除運(yùn)行期間會(huì)直接影響環(huán)境，在風(fēng)電場(chǎng)設(shè)備生產(chǎn)、建設(shè)施工和拆除等各個(gè)環(huán)節(jié)，也會(huì)導(dǎo)致的大量資源、能源消耗和污染物排放，產(chǎn)生間接環(huán)境影響．因此，除考慮風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行期間的環(huán)境影響外，關(guān)注風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)機(jī)零部件生產(chǎn)到風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)、運(yùn)營(yíng)和拆除等生命周期過(guò)程的環(huán)境影響，能更全面、有效地對(duì)風(fēng)能開(kāi)發(fā)利用進(jìn)行環(huán)境影響評(píng)價(jià)，客觀認(rèn)識(shí)其環(huán)境成本與節(jié)能減排潛力．

生命周期評(píng)價(jià)(life cycle assessment, LCA)是系統(tǒng)評(píng)價(jià)綜合環(huán)境影響的主要方法．如JUNGBLUTH等[7]采用LCA量化分析了歐盟國(guó)家風(fēng)力發(fā)電生命周期的環(huán)境負(fù)荷，包括溫室氣體(greenhouse gases, GHGs)排放、能源消耗和生態(tài)毒性等．AMPONSAH等[8]系統(tǒng)評(píng)價(jià)了海上風(fēng)電場(chǎng)及陸上風(fēng)電場(chǎng)的GHGs排放影響，結(jié)果顯示，陸上風(fēng)電場(chǎng)GHGs平均排放高于海上風(fēng)電場(chǎng)GHGs平均排放．此外，KUMAR等[9]利用投入-產(chǎn)出型(input-output)LCA方法對(duì)美國(guó)某風(fēng)電場(chǎng)的GHGs排放進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)期限較長(zhǎng)的運(yùn)營(yíng)維護(hù)以及拆除處置階段的影響應(yīng)視為風(fēng)電場(chǎng)的整體環(huán)境影響．王曉天[10]基于LCA對(duì)內(nèi)蒙古某風(fēng)電場(chǎng)生產(chǎn)制造、運(yùn)輸、運(yùn)行維護(hù)和報(bào)廢處置階段的能耗以及GHGs排放進(jìn)行研究．XUE等[11]根據(jù)中國(guó)的清單標(biāo)準(zhǔn)對(duì)風(fēng)力發(fā)電的GHGs排放進(jìn)行了生命周期分析．而WANG等[12]則對(duì)中國(guó)的陸上風(fēng)電項(xiàng)目和海上風(fēng)電項(xiàng)目的生命周期GHGs排放量分別進(jìn)行LCA分析．

通過(guò)對(duì)比上述文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前針對(duì)風(fēng)力發(fā)電的LCA研究中，由于系統(tǒng)邊界和研究階段的差異，部分生命周期階段的環(huán)境影響并未充分體現(xiàn)．例如，現(xiàn)有研究主要側(cè)重于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組本身的環(huán)境影響，而忽略了配套的升壓變壓系統(tǒng)、電線電纜和配電裝置等其他輸電設(shè)施．此外，風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)過(guò)程中基礎(chǔ)設(shè)施工程的施工，也基本未考慮在邊界范圍之內(nèi)．為綜合全面分析與評(píng)價(jià)風(fēng)力發(fā)電生命周期過(guò)程的環(huán)境影響或效益，本研究以中國(guó)東南沿海城市某100 MW的風(fēng)電場(chǎng)為研究對(duì)象，采用LCA方法，從風(fēng)電場(chǎng)的主要生產(chǎn)建設(shè)活動(dòng)出發(fā)，核算風(fēng)電場(chǎng)生產(chǎn)制造、運(yùn)輸、建設(shè)施工、營(yíng)運(yùn)與維護(hù)、拆除與處置生命周期階段的GHGs排放量(以CO2當(dāng)量計(jì))，綜合考慮該風(fēng)電場(chǎng)的生命周期環(huán)境效益，提出相應(yīng)減排策略，以期為我國(guó)能源政策制定、電網(wǎng)規(guī)劃以及風(fēng)電項(xiàng)目發(fā)展提供一定的參考和決策依據(jù)．

1 方法和數(shù)據(jù)

1.1 研究對(duì)象

本研究以中國(guó)東南沿海城市某100 MW陸上風(fēng)電場(chǎng)為研究對(duì)象，該風(fēng)電場(chǎng)共安裝50臺(tái)單機(jī)容量為2 MW的風(fēng)電機(jī)組．風(fēng)力發(fā)電機(jī)組含3片葉片，風(fēng)輪直徑121 m，輪轂高度為120 m，設(shè)計(jì)使用壽命期為20年．該風(fēng)電場(chǎng)共設(shè)4回35 kV集電線路，設(shè)2次升壓站．

1.2 系統(tǒng)邊界與范圍

根據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(International Organization for Standardization, ISO)的定義， LCA是對(duì)一個(gè)產(chǎn)品系統(tǒng)的生命周期中輸入、輸出及其潛在環(huán)境影響的匯編和評(píng)價(jià)．為全面評(píng)估風(fēng)電場(chǎng)整體環(huán)境效益，根據(jù)“從搖籃到墳?zāi)埂钡纳芷谠u(píng)價(jià)理論，將風(fēng)電場(chǎng)的生命周期過(guò)程分為生產(chǎn)制造、運(yùn)輸、建設(shè)施工、運(yùn)營(yíng)與維護(hù)、拆除處置(從完整生命周期考慮，為預(yù)估階段)5個(gè)階段，其系統(tǒng)邊界如圖1．

圖1 風(fēng)電場(chǎng)LCA系統(tǒng)邊界Fig.1 System boundary for life cycle assessment of wind farm

根據(jù)系統(tǒng)邊界確定本研究對(duì)該100 MW風(fēng)電場(chǎng)GHGs排放的核算范圍，各階段核算范圍如表1．

表1 100 MW風(fēng)電場(chǎng)GHGs核算范圍

1.3 計(jì)算方法

1.3.1 生產(chǎn)制造階段

生產(chǎn)制造階段的GHGs排放包括風(fēng)機(jī)生產(chǎn)排放、配電站及輸電設(shè)施生產(chǎn)排放．風(fēng)電場(chǎng)總裝機(jī)容量100 MW，共安裝50臺(tái)單機(jī)容量為2 MW的風(fēng)電機(jī)組，其構(gòu)成包括轉(zhuǎn)子(50 t)、機(jī)艙(61 t)和塔架(255 t)．由于風(fēng)電機(jī)組部件的專有性質(zhì)，其生產(chǎn)制造涉及一系列先進(jìn)技術(shù)工藝以及設(shè)備裝置，技術(shù)手冊(cè)并沒(méi)有提供所有部件的材料構(gòu)成比例．因此，本研究基于SMOUCHA等[13-14]的風(fēng)力發(fā)電LCA研究，對(duì)風(fēng)電機(jī)組部件的主要材料構(gòu)成進(jìn)行推斷分析，該風(fēng)電場(chǎng)單臺(tái)2 MW風(fēng)機(jī)材料構(gòu)成如圖2．除風(fēng)機(jī)外，風(fēng)電場(chǎng)還包括變壓器、電纜、桿塔架、避雷器和配電柜等電氣設(shè)備(配電站及輸電設(shè)施主要材料清單：塑料0.01 t、鋅0.02 t、聚乙烯0.57 t、環(huán)氧樹(shù)脂2.70 t、鋁37.62 t、銅53.79 t、鋼1 306.76 t )．

圖2 2 MW風(fēng)機(jī)材料構(gòu)成Fig.2 Materials composition of a 2 MW wind turbine

風(fēng)電場(chǎng)設(shè)備構(gòu)件生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的GHGs可根據(jù)材料的GHGs排放系數(shù)和材料的消耗量進(jìn)行計(jì)算．生產(chǎn)制造階段GHGs排放量測(cè)算公式為

E1=∑i(mi×fi)

(1)

其中，E1為生產(chǎn)制造階段GHGs排放量(單位：t，以CO2當(dāng)量計(jì))；mi為第i種材料的消耗量(單位：t)；fi為第i種材料的GHGs排放系數(shù)．

1.3.2 運(yùn)輸階段

運(yùn)輸階段GHGs排放主要來(lái)源于運(yùn)輸過(guò)程中能源消耗產(chǎn)生的排放．該風(fēng)電場(chǎng)的物資運(yùn)輸方式均為公路運(yùn)輸(卡車)，本階段的運(yùn)輸特指物資從工廠產(chǎn)地運(yùn)至風(fēng)電場(chǎng)所在地．其中，風(fēng)電場(chǎng)道路工程所需的碎石在風(fēng)電場(chǎng)所在地區(qū)就近獲取，假設(shè)其運(yùn)輸距離為10 km；根據(jù)風(fēng)電場(chǎng)位置、材料和設(shè)備的供應(yīng)商及該風(fēng)電場(chǎng)的后評(píng)價(jià)報(bào)告，假設(shè)其他所有材料和設(shè)備的平均運(yùn)輸距離為500 km．由運(yùn)輸產(chǎn)生的GHGs排放為

E2=∑i(mi×di×ft)

(2)

其中，E2為運(yùn)輸階段GHGs排放量(單位：t，以CO2當(dāng)量計(jì))；di為第i種材料運(yùn)至風(fēng)電場(chǎng)的距離(單位：km)；ft為運(yùn)輸車輛的排放系數(shù)．

1.3.3 建設(shè)施工階段

建設(shè)施工階段的GHGs主要來(lái)源于工程建設(shè)材料消耗、施工機(jī)械運(yùn)行及施工照明的能源消耗等所產(chǎn)生的排放．現(xiàn)場(chǎng)建筑工程包括風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)、箱變基礎(chǔ)、升壓變電站工程和道路工程等，其材料消耗分別為鋼0.26萬(wàn)t、水0.55萬(wàn)t、碎石4.36萬(wàn)t、混凝土6.75萬(wàn)t．建設(shè)施工階段的GHGs排放為

E3=∑j(Cj×fj)+∑i(mi×fi)

(3)

其中，E3為建設(shè)施工階段GHGs排放量(單位：t，以CO2當(dāng)量計(jì))；Cj為第j種能源的消耗量，fj為能源消耗的排放系數(shù)；mi為建設(shè)施工階段第i種材料的消耗量(單位：t)；fi為第i種材料的排放系數(shù)．

1.3.4 運(yùn)營(yíng)與維護(hù)階段

風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)使用壽命為20年，此階段的GHGs排放主要來(lái)源于風(fēng)機(jī)葉片、電纜等設(shè)備或配件的檢修和更換．運(yùn)營(yíng)期間風(fēng)電場(chǎng)操作人員日常用水消耗3.5 m3/d．維修期間的活動(dòng)主要是將人員與更換的材料、部件運(yùn)送到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行定期檢修或更換，由于運(yùn)輸距離短、運(yùn)量小，其GHGs排放量相對(duì)較小，可忽略不計(jì)．基于CHEN等[15-16]的風(fēng)電場(chǎng)LCA研究，假設(shè)在本風(fēng)電場(chǎng)20年的運(yùn)營(yíng)期內(nèi)，平均每臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)機(jī)組更換1個(gè)葉片；其他零部件和電力耗材更換比例為15%．

1.3.5 拆除與處置階段

拆除與處置(廢棄)階段為預(yù)估階段，其GHGs排放主要來(lái)源于風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)設(shè)備與設(shè)施拆除過(guò)程施工機(jī)械耗能以及廢棄物運(yùn)輸過(guò)程中運(yùn)輸車輛(按平均20 km計(jì))耗能產(chǎn)生的影響[14]．本項(xiàng)目的設(shè)計(jì)生產(chǎn)期為20年，該風(fēng)電場(chǎng)的拆除與處置尚未實(shí)際發(fā)生，且風(fēng)機(jī)的報(bào)廢處理工作是個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，無(wú)法合理預(yù)測(cè)．因此，此階段的測(cè)算是基于現(xiàn)有研究進(jìn)行模糊假設(shè)．即保留風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)施工階段所建設(shè)的道路設(shè)施，而其他基礎(chǔ)設(shè)施拆除過(guò)程的投入產(chǎn)出數(shù)據(jù)則參照建設(shè)施工等資料，拆除后的銅、鋼、鐵等金屬將會(huì)運(yùn)送至風(fēng)電場(chǎng)外交由資源化企業(yè)進(jìn)行處理；樹(shù)脂等高分子材料以及混凝土等建筑材料均運(yùn)送至填埋場(chǎng)進(jìn)行處置[17-18]．

1.3.6 生命周期總排放

基于以上分析，風(fēng)電場(chǎng)的生命周期GHGs總排放為

Etotal=E1+E2+E3+E4+E5

(4)

其中，Etotal為生命周期GHGs排放總量(單位：t，以CO2當(dāng)量計(jì))；E4和E5分別為運(yùn)營(yíng)與維護(hù)階段、拆除處置階段的GHGs排放量(單位：t，以CO2當(dāng)量計(jì))．

1.4 數(shù)據(jù)來(lái)源及不確定性分析

本研究風(fēng)電場(chǎng)生命周期GHGs核算的主要數(shù)據(jù)類型及數(shù)據(jù)來(lái)源見(jiàn)表2，各環(huán)節(jié)GHGs排放系數(shù)如表3．

表2 風(fēng)電場(chǎng)LCA研究數(shù)據(jù)來(lái)源

表3 GHGs排放系數(shù)1)

由于現(xiàn)實(shí)因素的影響，本研究結(jié)果存在一定的不確定性．通過(guò)Crystal ball軟件進(jìn)行蒙特卡洛模擬分析，可提高評(píng)估結(jié)果的可靠性．假設(shè)輸入變量(材料消耗量和GHGs排放系數(shù)等指標(biāo))呈現(xiàn)正態(tài)分布，規(guī)定GHGs排放量為預(yù)測(cè)單元(即輸出變量)，采用95%的置信度，進(jìn)行了10 000次的迭代模擬計(jì)算，最終得到含誤差范圍的相關(guān)結(jié)果值．

1.5 局限性

風(fēng)電場(chǎng)生命周期中涉及環(huán)節(jié)較多，且其GHGs排放數(shù)據(jù)和影響因素眾多，由于現(xiàn)實(shí)條件限制，未能將所有數(shù)據(jù)和影響因素納入到系統(tǒng)之內(nèi)，而對(duì)一些情況進(jìn)行了簡(jiǎn)化和假設(shè)．此外，設(shè)備生產(chǎn)過(guò)程中存在部分材料損耗，考慮到數(shù)據(jù)獲取困難，核算中有部分損耗未包括在內(nèi)．今后應(yīng)改進(jìn)數(shù)據(jù)獲取方法，優(yōu)化模型計(jì)算結(jié)果．

2 結(jié)果及分析

2.1 風(fēng)電場(chǎng)GHGs排放總量測(cè)算

基于風(fēng)電場(chǎng)各階段GHGs排放測(cè)算方法和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，對(duì)該100 MW風(fēng)電場(chǎng)生命周期內(nèi)各階段的GHGs排放量進(jìn)行測(cè)算，最終得到該100 MW風(fēng)電場(chǎng)生命周期內(nèi)的GHGs排放總量為90 306 t(以CO2當(dāng)量計(jì))．根據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)，年平均上網(wǎng)電量25 400萬(wàn)kW·h，以風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)營(yíng)周期20年為測(cè)算基礎(chǔ)，可估算該風(fēng)電場(chǎng)的GHGs排放強(qiáng)度為17.8 g/(kW·h)(以CO2當(dāng)量計(jì))．

將本研究結(jié)果與其他風(fēng)力發(fā)電技術(shù)相關(guān)研究進(jìn)行比較結(jié)果如表4，由表4可見(jiàn)，本研究的風(fēng)電場(chǎng)GHGs排放強(qiáng)度高于其他研究(8.6～10.3 g/(kW·h)，以CO2當(dāng)量計(jì))．主要原因在于研究范圍的差異，以往的研究忽略了風(fēng)電場(chǎng)配套設(shè)施生產(chǎn)和建設(shè)施工產(chǎn)生的影響．本研究在進(jìn)行生命周期分析時(shí)考慮了材料用量大但較易被忽略的電氣設(shè)備等配套設(shè)施生產(chǎn)及運(yùn)輸產(chǎn)生的排放以及建設(shè)施工階段產(chǎn)生的排放．其中，建設(shè)施工階段的排放包括了用量較大的鋼筋、混凝土的生產(chǎn)及運(yùn)輸排放、施工機(jī)械能源消耗產(chǎn)生的排放．因此，本研究風(fēng)電場(chǎng)生命周期GHGs排放總量相對(duì)較高，其排放強(qiáng)度要高于其他研究．

表4 與其他開(kāi)展風(fēng)電場(chǎng)(含風(fēng)機(jī)產(chǎn)品)LCA研究的比較

2.2 不同生命周期階段排放情況

該100 MW風(fēng)電場(chǎng)生命周期內(nèi)各階段產(chǎn)生的GHGs排放情況如圖3． 其中， 生產(chǎn)制造階段是風(fēng)電場(chǎng)生命周期GHGs排放的主要階段，共61 250 t(以CO2當(dāng)量計(jì))，占生命周期GHGs排放量的67.8%；其次是建設(shè)施工階段，該環(huán)節(jié)的GHGs排放量為17 358 t(以CO2當(dāng)量計(jì)，19.2%)；相比之下，運(yùn)輸階段、運(yùn)營(yíng)維護(hù)階段、拆除處置階段的GHGs排放量要明顯低于前兩個(gè)環(huán)節(jié)，其GHGs排放量分別為2 444(以CO2當(dāng)量計(jì)，2.7%)、9 187(以CO2當(dāng)量計(jì)，10.2%)和67 t(以CO2當(dāng)量計(jì)，0.1%)．

生產(chǎn)制造階段是風(fēng)電場(chǎng)生命周期內(nèi)GHGs主要排放環(huán)節(jié)，主要原因在于風(fēng)電機(jī)組、變壓器、配電柜、電力電纜等電力設(shè)備的生產(chǎn)過(guò)程中，需要消耗大量的銅、鋼和鋁等排放強(qiáng)度高相對(duì)較高的資源．風(fēng)電場(chǎng)生產(chǎn)制造階段GHGs排放如圖4，風(fēng)電機(jī)組物資(含轉(zhuǎn)子、機(jī)艙及塔架)生產(chǎn)的GHGs在該階段占比最大，達(dá)55 900 t(以CO2當(dāng)量計(jì))，約占生產(chǎn)階段GHGs排放量的91%；配電站及輸電設(shè)施物資的生產(chǎn)排放為5 360 t(8.8%，以CO2當(dāng)量計(jì))．本風(fēng)電場(chǎng)案列選用較大功率的2 MW風(fēng)機(jī)，其GHGs排放總量一般隨著風(fēng)機(jī)額定功率的增加而增加[13]．此外，在風(fēng)電機(jī)組中塔架生產(chǎn)環(huán)節(jié)的GHGs排放(42 710 t，以CO2當(dāng)量計(jì))明顯高于其他部件生產(chǎn)環(huán)節(jié)的GHGs排放，占生產(chǎn)階段排放的69.7%，如圖4．風(fēng)機(jī)的塔架由鋼材制成，其制造需要消耗大量的鋼材．

圖4 風(fēng)電場(chǎng)生產(chǎn)制造階段GHGs排放Fig.4 GHGs emission in the production stage of wind farm

在風(fēng)電場(chǎng)物質(zhì)設(shè)備的運(yùn)輸過(guò)程中，其GHGs排放量為2 444 t(以CO2當(dāng)量計(jì))．其中，風(fēng)電機(jī)組物資的運(yùn)輸排放占20%；配電站及輸電設(shè)施物資的運(yùn)輸排放占2%；工程建設(shè)物資的運(yùn)輸排放占78%．

通過(guò)對(duì)風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)施工階段GHGs排放量的估算，由工程建設(shè)物資、電力和柴油產(chǎn)生的GHGs分別為16 900、414和36 t(以CO2當(dāng)量計(jì))，分別占該階段總GHGs排放的97.4%、2.4%和0.2%，即建設(shè)施工階段過(guò)程中，GHGs的主要貢獻(xiàn)源是大量使用工程建設(shè)材料及電力消耗產(chǎn)生的影響．

針對(duì)各階段和生命周期材料消耗量，混凝土的消耗量最大(129 954 t)，其次是鋼材消耗(21 627 t)，玻璃纖維(1 287 t)、環(huán)氧樹(shù)脂(1 051 t)、鑄鐵(592 t)的消耗量明顯低于前2種材料．但針對(duì)材料使用產(chǎn)生的GHGs排放，鋼材消耗造成的GHGs排放最大(72 450 t)，占所有材料消耗總排放的77.0%；其次是混凝土造成的排放(15 595 t)，占16.6%；玻璃纖維(2 213 t)、鑄鐵(1 303 t)和銅(1 145 t)分別占2.4%、1.4%和1.2%，其他材料消耗造成的排放僅占1.4%．因此，控制鋼材、混凝土、玻璃纖維、鑄鐵和銅的消耗量，以及GHGs排放系數(shù)等相關(guān)參數(shù)，是控制風(fēng)電場(chǎng)GHGs排放的重要途徑．

2.3 與其他能源比較

為更全面地了解風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的環(huán)境效益概況，將本研究的結(jié)果與其他能源發(fā)電項(xiàng)目的GHGs排放強(qiáng)度進(jìn)行比較，包括水電、核電、火電、太陽(yáng)能光伏發(fā)電和生物質(zhì)發(fā)電，其中，水力發(fā)電的GHGs排放強(qiáng)度最小(3.5 g/(kW·h))，核電次之(11.9 g/(kW·h))，風(fēng)力發(fā)電的GHGs排放強(qiáng)度(17.8 g/(kW·h))略高于核電，而火電(810 g/(kW·h))、太陽(yáng)能光伏發(fā)電(50 g/(kW·h))和生物質(zhì)發(fā)電(200 g/(kW·h))均高于風(fēng)力發(fā)電[20-24]．生物質(zhì)發(fā)電和火力發(fā)電的GHGs排放強(qiáng)度分別是風(fēng)力發(fā)電的13和52倍．

與風(fēng)力發(fā)電項(xiàng)目相比，傳統(tǒng)的火力發(fā)電是以消耗不可再生能源來(lái)發(fā)電，在其運(yùn)行期間，化石燃料的使用會(huì)產(chǎn)生較高的GHGs排放．同時(shí)，從生命周期的角度考慮，化石燃料開(kāi)采過(guò)程會(huì)排放較多的GHGs，而風(fēng)力發(fā)電生命周期過(guò)程中不存在此類排放，導(dǎo)致火力發(fā)電除運(yùn)行階段排放大量GHGs以外，整個(gè)生命周期中其他環(huán)節(jié)的GHGs排放也比風(fēng)力發(fā)電要高．按照消耗標(biāo)準(zhǔn)煤360 g/(kW·h)計(jì)算，本研究中的100 MW風(fēng)電場(chǎng)每年可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤約9.1×104t．我國(guó)的電力生產(chǎn)中，電源結(jié)構(gòu)以火力發(fā)電為主，故本研究以火力發(fā)電作為比較對(duì)象，計(jì)算風(fēng)電項(xiàng)目的GHGs減排量．以火力發(fā)電GHGs排放強(qiáng)度810 g/(kW·h)為參照，風(fēng)電場(chǎng)GHGs排放為17.8 g/(kW·h)，可減少GHGs排放792.2 g/(kW·h)．在同等發(fā)電量的條件下，該風(fēng)電場(chǎng)生命周期內(nèi)可減少GHGs排放約402.5×104t(以CO2當(dāng)量計(jì))．

3 結(jié) 論

本研究以中國(guó)某100 MW的陸上風(fēng)電場(chǎng)作為典型案例，通過(guò)生命周期評(píng)價(jià)方法，劃分為生產(chǎn)制造、運(yùn)輸、建設(shè)施工、運(yùn)營(yíng)與維護(hù)以及拆除與處置5個(gè)階段，對(duì)其GHGs排放進(jìn)行了清單核算，進(jìn)而評(píng)價(jià)了其環(huán)境效益．主要結(jié)論如下：

1)100 MW風(fēng)電場(chǎng)的生命周期GHGs總排放量約為9×104t(以CO2當(dāng)量計(jì))；以運(yùn)營(yíng)周期20年以及年發(fā)電量2.540 0×109kW·h計(jì)算，該風(fēng)電場(chǎng)單位發(fā)電量的GHGs排放量為17.8 g/(kW·h)(以CO2當(dāng)量計(jì))．

2)在風(fēng)電場(chǎng)生命周期中，生產(chǎn)制造階段的GHGs排放最高，占風(fēng)電場(chǎng)生命周期GHGs排放的67.8%；在風(fēng)機(jī)部件中，塔架的生產(chǎn)對(duì)生產(chǎn)制造階段GHGs排放貢獻(xiàn)最大．

3)風(fēng)電場(chǎng)的GHGs排放強(qiáng)度高于水電與核電，但低于火電、太陽(yáng)能光伏發(fā)電與生物質(zhì)發(fā)電．與傳統(tǒng)火力發(fā)電相比， 100 MW風(fēng)電場(chǎng)在生命周期內(nèi)可減少GHGs排放量近402×104t(以CO2當(dāng)量計(jì))．

4)風(fēng)電場(chǎng)仍存在一定的GHGs減排潛力．為有效降低風(fēng)電設(shè)備生產(chǎn)制造階段的GHGs排放量，可推廣使用綠色設(shè)備材料，如風(fēng)機(jī)葉片可使用碳纖維材料；減少風(fēng)電場(chǎng)物資運(yùn)輸階段的GHGs排放，如在滿足風(fēng)電場(chǎng)需求和物資運(yùn)輸經(jīng)濟(jì)型要求的基礎(chǔ)上盡量選用輕量型材料，同時(shí)選擇低排放的運(yùn)輸方式或縮短運(yùn)輸距離．此外，風(fēng)電場(chǎng)輔助設(shè)施建造階段選擇綠色建筑材料，合理編制施工方案，提高施工機(jī)械利用效率或使用清潔能源，以減少風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)施工階段的GHGs排放．