主要新能源發(fā)電替代減排的研究綜述

喬達(dá)

【摘? 要】新能源的規(guī)?；l(fā)展能夠有效緩解化石能源約束給經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展帶來(lái)的影響。新能源發(fā)電替代減排是碳減排最為重要的形式之一，積極開展相關(guān)領(lǐng)域的研究意義重大。

【關(guān)鍵詞】新能源發(fā)電;替代減排;成本效益分析;綜述

目前，全球資源逐漸減少，環(huán)境問(wèn)題越來(lái)越受到人們的重視，利用傳統(tǒng)煤、石油等化石能源來(lái)發(fā)電即將受到很多局限，能源的開發(fā)面臨著新的問(wèn)題和挑戰(zhàn)，充分開發(fā)利用可再生能源顯得頗為重要。

一、新能源發(fā)電技術(shù)概念及現(xiàn)狀

能源緊缺已成為制約各國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的瓶頸，如何開發(fā)新能源發(fā)電技術(shù)也隨之成為世界各國(guó)關(guān)心的課題。一直以來(lái)，主要依靠煤等化石能源發(fā)電，帶來(lái)了環(huán)境污染等諸多社會(huì)問(wèn)題，在化石能源儲(chǔ)量不斷減少的情況下，發(fā)展新能源發(fā)電顯得非常必要。新能源發(fā)電主要指充分利用風(fēng)力、光伏、沼氣等天然可再生的清潔一次能源發(fā)電，新能源發(fā)電由于資源分布較為分散，不便于大規(guī)模集中開發(fā)利用，一般新能源發(fā)電是在資源分布的區(qū)域，建立中小型發(fā)電裝置，新能源發(fā)電既可以獨(dú)立向電力負(fù)荷供電，即獨(dú)立運(yùn)行，不與公共電網(wǎng)連接，也可以選擇并網(wǎng)運(yùn)行，即將新能源發(fā)電裝置與公共電網(wǎng)相連，新能源發(fā)出的電量直接輸出到電網(wǎng)。但一般新能源發(fā)電電量較小且分布在電力用戶附近，可以看做吸收負(fù)電量的負(fù)荷，與配電網(wǎng)一起為電力負(fù)荷供電，充分利用了可再生能源，減少了環(huán)境的污染，實(shí)現(xiàn)了社會(huì)效益的最大化，很大程度提高了能源的利用效率。目前，在新能源發(fā)電技術(shù)方面國(guó)內(nèi)外已經(jīng)比較成熟，并得到了廣泛應(yīng)用。新能源發(fā)電技術(shù)在國(guó)外發(fā)展非常迅速。特別是在部分發(fā)達(dá)國(guó)家，諸如美國(guó)、歐盟和日本等國(guó)家，已經(jīng)取得了非常顯著的成果，部分發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)在能源結(jié)構(gòu)調(diào)整過(guò)程中把新能源技術(shù)放到非了首位，部分國(guó)家與地區(qū)已經(jīng)為新能源發(fā)電技術(shù)研制較為長(zhǎng)遠(yuǎn)的規(guī)劃，如歐盟已經(jīng)首先提出新的發(fā)展目標(biāo)，進(jìn)一步提高可再生能源占?xì)W盟總能源消耗的比例，要求到2020年該比例達(dá)到20%。美國(guó)于2007年簽署了新的能源法案，提倡推進(jìn)新能源的利用和節(jié)能環(huán)保計(jì)劃。在我國(guó)集中發(fā)電、遠(yuǎn)距離輸電和大電網(wǎng)互聯(lián)的情形下，不能靈活跟蹤負(fù)荷的變化，無(wú)法及時(shí)更改供電量等大電網(wǎng)的弊端凸顯，在此基礎(chǔ)上發(fā)展用戶端的新能源發(fā)電技術(shù)，實(shí)現(xiàn)新能源發(fā)電與電力用戶結(jié)合的微型電網(wǎng)也將是我國(guó)電力系統(tǒng)發(fā)展的趨勢(shì)。

二、新能源發(fā)電減排量測(cè)算方法比較

學(xué)術(shù)界的研究主要分為計(jì)算新能源發(fā)電量替代火力發(fā)電排放量和計(jì)算新能源系統(tǒng)減排潛力這兩類方法。

1.發(fā)電量所替代的減排潛力。由于新能源發(fā)電過(guò)程中本身不排放CO 2，因此一般將對(duì)其減排潛力的計(jì)算轉(zhuǎn)化為計(jì)算其發(fā)電量進(jìn)入電網(wǎng)后所避免的當(dāng)?shù)鼗痣姀S發(fā)出同等電能所產(chǎn)生的溫室氣體排放。這種計(jì)算方法涉及到CO 2排放系數(shù)的問(wèn)題。CO 2排放系數(shù)是指每一種能源燃燒或使用過(guò)程中單位能源所產(chǎn)生的碳排放數(shù)量，即某地（指一個(gè)國(guó)家范圍內(nèi)）混合電廠（使用多種燃料）每發(fā)1kW·h電能，平均排放CO 2的數(shù)量，單位是kgCO 2/（kW·h）。具體計(jì)算時(shí)，將發(fā)電時(shí)消耗各種燃料的數(shù)量與相應(yīng)的燃料排放因子相乘，再除以當(dāng)年各種燃料總發(fā)電量，就可得到CO 2排放系數(shù)。

2.新能源系統(tǒng)減排潛力（PM）。這個(gè)潛力計(jì)算方法的定義是由給定的單位功

率新能源系統(tǒng)輸出的電能相當(dāng)于減少溫室氣體的排放數(shù)量，也就是安裝單位功率（通常用1kW）的新能源系統(tǒng)，在其壽命周期內(nèi)，所輸出電能可相當(dāng)于減少排放的CO 2數(shù)量。這個(gè)計(jì)算方法不看最終能源系統(tǒng)的發(fā)電量，而是與新能源系統(tǒng)本身的性能、當(dāng)?shù)貧庀蠹暗乩項(xiàng)l件以及系統(tǒng)的類別（并網(wǎng)還是離網(wǎng)）和安裝方式等因素有關(guān)。

三、新能源產(chǎn)業(yè)生命周期碳排放研究述評(píng)

新能源減排潛力巨大的原因是其在發(fā)電過(guò)程中基本不產(chǎn)生溫室氣體，新能源往往被認(rèn)為是“零排放”的電力能源。但從產(chǎn)業(yè)的生命周期角度分析，新能源產(chǎn)業(yè)在設(shè)備制造、運(yùn)輸、安裝、運(yùn)行、廢棄等環(huán)節(jié)和階段也會(huì)帶來(lái)一定量的溫室氣體排放。遵循生命周期分析方法進(jìn)行新能源發(fā)電技術(shù)溫室氣體減排潛力比較和分析是具有重要意義的。對(duì)產(chǎn)業(yè)生命周期中的碳排放的測(cè)算多采用生命周期理論（LCA）來(lái)進(jìn)行分析[40，41]。本研究主要選取光伏、風(fēng)電和生物質(zhì)能三種新能源的生命周期碳排放來(lái)總結(jié)已有的研究成果。

1.太陽(yáng)能。太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)的生命周期碳排放研究是新能源中比較成熟的。目前一部分研究將重點(diǎn)放在單晶硅、多晶硅生產(chǎn)開始的光伏電池生產(chǎn)鏈的碳排放。這部分研究涉及較為專業(yè)的光伏電池制造技術(shù)與知識(shí)。另一部分學(xué)者則關(guān)注了光伏安裝后不同自然環(huán)境對(duì)發(fā)電效果和減排潛力的影響。采用投入產(chǎn)出法對(duì)多個(gè)國(guó)家的太陽(yáng)能和風(fēng)力發(fā)電階段生命周期進(jìn)行了評(píng)價(jià)。將光伏發(fā)電站生命周期劃分為原料生產(chǎn)、電池片生產(chǎn)、光伏組件組裝、組件運(yùn)輸和廢棄處置五個(gè)階段。核算結(jié)果表明，光伏電站生命周期發(fā)電排放強(qiáng)度為292.4gCO 2/（kW·h），能源回報(bào)率為6.71（能源回報(bào)率是指一個(gè)發(fā)電站在運(yùn)行期內(nèi)發(fā)出的電力與它在建設(shè)期、運(yùn)行期為維持其建設(shè)、運(yùn)行所消耗的所有電力的比值。以普通PV單晶硅為例，其回報(bào)比約為5.9～16.1）。原料生產(chǎn)階段能耗和CO 2占比均為最大，分別為72.84%和71.79%。

2.風(fēng)能。風(fēng)能與光伏發(fā)電比較類似，都涉及到場(chǎng)地占用、設(shè)備生產(chǎn)、設(shè)備運(yùn)輸、后期環(huán)境恢復(fù)等過(guò)程，每個(gè)過(guò)程都有相應(yīng)的碳排放。如鄒治平等對(duì)風(fēng)力發(fā)電的用材冶煉、材料運(yùn)輸、電廠建設(shè)這3個(gè)階段進(jìn)行分析，分別計(jì)算3個(gè)階段中的單位能耗和環(huán)境影響，并與燃煤發(fā)電進(jìn)行比較。及時(shí)將自然植被納入系統(tǒng)邊界，計(jì)量風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)前后植被破壞及恢復(fù)帶來(lái)的影響。在清單分析中，重點(diǎn)考慮對(duì)碳排影響較大的配件生產(chǎn)以及運(yùn)輸、建設(shè)期工程車耗油排放，更加合理地核算風(fēng)電場(chǎng)碳排放和量化其環(huán)境影響。應(yīng)用上海某風(fēng)電場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行核算，結(jié)果認(rèn)為，風(fēng)機(jī)生產(chǎn)階段能耗和CO 2排放占風(fēng)電場(chǎng)生命周期能耗和CO 2排放的比例均為最大，分別為68.23%和67.18%。風(fēng)電場(chǎng)能耗強(qiáng)度和CO 2強(qiáng)度分別為3.24gce/（kW·h）和9.47g/（kW·h），明顯低于傳統(tǒng)火電機(jī)組的相同指標(biāo)。

3.生物質(zhì)能。目前生物質(zhì)能發(fā)電主要成規(guī)模的形式包括直燃發(fā)電、氣化發(fā)電等。不考慮植物生長(zhǎng)階段吸收CO 2效應(yīng)，重點(diǎn)考查生物質(zhì)電廠的發(fā)電排放強(qiáng)度，計(jì)算出該值為527gCO 2/（kW·h）。應(yīng)用生命周期評(píng)價(jià)（LCA）方法，以秸稈直燃發(fā)電項(xiàng)目為研究對(duì)象，對(duì)秸稈的種植、運(yùn)輸、粉碎干燥和燃燒發(fā)電等4個(gè)過(guò)程進(jìn)行了清單分析，并分別計(jì)算出4個(gè)過(guò)程的能耗及其對(duì)環(huán)境的影響。結(jié)果表明，秸稈直燃發(fā)電對(duì)環(huán)境影響主要為煙塵和灰塵，對(duì)局部地區(qū)的影響占據(jù)首位。但與火電比較仍能在溫室氣體減排上起到積極作用。

新能源具有綠色、環(huán)保和可再生的特點(diǎn)，是傳統(tǒng)能源的有效補(bǔ)給，在實(shí)際開發(fā)使用過(guò)程中還存在一些技術(shù)問(wèn)題。在此大環(huán)境下，推動(dòng)新能源替代減排將在政策和經(jīng)濟(jì)上面臨更嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。對(duì)中國(guó)而言，作為世界上第一大排放國(guó)家和最大的發(fā)展中國(guó)家，如何制定新能源產(chǎn)業(yè)政策必然引起國(guó)際社會(huì)的廣泛關(guān)注。而產(chǎn)業(yè)政策的執(zhí)行需要從理論和實(shí)踐上進(jìn)一步研究論證該政策帶來(lái)的影響。

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