基于LCA的風(fēng)機(jī)產(chǎn)品碳足跡及減排措施研究

摘要：風(fēng)電是我國乃至全球應(yīng)對氣候變化、能源安全問題的主力軍之一，摸清風(fēng)機(jī)產(chǎn)品碳排放足跡，促進(jìn)其全產(chǎn)業(yè)鏈低碳發(fā)展，這對我國碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)具有重要意義?；谏芷谠u價（Life Cycle Assessment，LCA）理論，結(jié)合某風(fēng)電企業(yè)風(fēng)機(jī)產(chǎn)品LCA報告，分析風(fēng)機(jī)產(chǎn)品生命周期內(nèi)各階段碳足跡，識別風(fēng)機(jī)產(chǎn)品生命周期內(nèi)碳排放來源，并提出風(fēng)機(jī)產(chǎn)品碳減排措施，從而減少風(fēng)機(jī)產(chǎn)品全產(chǎn)業(yè)鏈碳排放。

關(guān)鍵詞：生命周期評價（LCA）；風(fēng)機(jī)產(chǎn)品；碳足跡；全產(chǎn)業(yè)鏈；碳減排

中圖分類號：X322；TM41 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1008-9500（2025）02-0-03

Research on Carbon Footprint and Emission Reduction Measures of Wind Turbine Products Based on LCA

WANG Jie

（Ja Solar Technology Co.， Ltd.， Beijing 100160， China）

Abstract： Wind power is one of the main forces in China and even the world to address climate change and energy security issues， and exploring the carbon emissions footprint of wind turbine products and promoting low-carbon development throughout the entire industry chain is of great significance for achieving China’s carbon peak and carbon neutrality goals. Based on the Life Cycle Assessment （LCA） theory and combined with the LCA report of a wind power enterprise’s wind turbine products， the carbon footprint of each stage of the wind turbine product lifecycle is analyzed， the sources of carbon emissions are identified during the lifecycle， and the carbon reduction measures are proposed for wind turbine products to reduce carbon emissions throughout the entire industry chain.

Keywords： Life Cycle Assessment （LCA）; wind turbine products; carbon footprint; entire industry chain; carbon reduction

風(fēng)能資源充沛，分布范圍廣泛，并且不受晝夜時間限制，是一種重要的可再生清潔能源[1-2]。風(fēng)力發(fā)電已成為可再生能源行業(yè)日益重要的一個部門，幫助全球應(yīng)對氣候變化的同時滿足全球日益增長的電力需求[3]。雖然在發(fā)電階段風(fēng)力發(fā)電技術(shù)是環(huán)保的、可再生的，但是在風(fēng)電場的建設(shè)與風(fēng)機(jī)的制造、運(yùn)輸、維護(hù)、廢棄處置等階段不可避免地會產(chǎn)生資源消耗和溫室氣體排放[4]。生命周期評價（Life Cycle Assessment，LCA）是一種被廣泛使用和接受的評價方法，用于分析產(chǎn)品或系統(tǒng)在整個生命周期內(nèi)對環(huán)境的影響。對于風(fēng)力發(fā)電整個產(chǎn)業(yè)鏈來說，從原材料的生產(chǎn)制造、運(yùn)輸，風(fēng)機(jī)組裝制造，風(fēng)電場建設(shè)、使用與維護(hù)，直到廢棄處置的過程，就是風(fēng)機(jī)產(chǎn)品生命周期的全過程。我國風(fēng)力發(fā)電技術(shù)和發(fā)電量一直處于世界領(lǐng)先地位，開展風(fēng)機(jī)產(chǎn)品碳足跡研究對我國風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展、碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)都非常重要[5]。下面以某風(fēng)電企業(yè)風(fēng)機(jī)產(chǎn)品為例，結(jié)合環(huán)境產(chǎn)品聲明（Environmental Product Declaration，EPD）的LCA報告，重點(diǎn)分析其風(fēng)機(jī)產(chǎn)品生命周期的碳足跡，并以數(shù)據(jù)為支撐，提出風(fēng)機(jī)產(chǎn)品全產(chǎn)業(yè)鏈碳減排措施。

1 產(chǎn)品碳足跡評價的意義

1.1 建設(shè)低碳可持續(xù)體系

通過分析產(chǎn)品生命周期過程的資源、能源消耗和碳排放情況，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)鏈中能源和資源利用上的不足，識別碳排放高的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，從而確定技術(shù)和產(chǎn)品開發(fā)的優(yōu)化重點(diǎn)，為企業(yè)建立低碳可持續(xù)體系，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排、降本增效等提供有力支撐[6-7]。

1.2 應(yīng)對綠色貿(mào)易壁壘

隨著碳關(guān)稅等政策的推出，發(fā)達(dá)國家逐漸對本國進(jìn)口的產(chǎn)品提出碳足跡認(rèn)證等要求，給包括中國在內(nèi)的發(fā)展中國家設(shè)置新的國際貿(mào)易壁壘。產(chǎn)品碳足跡很可能成為國際市場的一個綠色通行證。

1.3 提升企業(yè)品牌形象

通過展示在應(yīng)對氣候變化領(lǐng)域付出的努力和積極承擔(dān)的社會責(zé)任，加深外界對企業(yè)綠色低碳發(fā)展情況的了解，滿足客戶和消費(fèi)者對綠色消費(fèi)的期望，進(jìn)而提升企業(yè)品牌形象。

1.4 引導(dǎo)綠色消費(fèi)理念

通過向外界發(fā)布碳足跡證書，引領(lǐng)消費(fèi)者了解碳足跡認(rèn)證產(chǎn)品，引導(dǎo)消費(fèi)者的綠色低碳消費(fèi)傾向，促進(jìn)可持續(xù)生產(chǎn)，培育綠色消費(fèi)市場，同時促使企業(yè)不斷進(jìn)行低碳技術(shù)更新。

2 風(fēng)機(jī)產(chǎn)品的生命周期評價

2.1 核算邊界

作為研究對象，直驅(qū)式永磁風(fēng)力渦輪機(jī)是一種具有3種額定功率輸出的風(fēng)機(jī)，可在不同風(fēng)級下通過變槳距和變轉(zhuǎn)速進(jìn)行功率調(diào)節(jié)。風(fēng)機(jī)LCA評價的功能單位定義為在總額定功率為500 MW的內(nèi)陸風(fēng)電場中，風(fēng)電機(jī)組在中等風(fēng)力條件下運(yùn)行，發(fā)出1 kW·h電力。其運(yùn)行年限假定為20年。風(fēng)力發(fā)電廠包括風(fēng)力渦輪機(jī)組件、電纜、變電站以及相關(guān)場地設(shè)施。核算邊界包括從原材料獲取直至廢棄處置的全生命周期[8-9]。風(fēng)機(jī)的全生命周期分為3個模塊，分別為上游模塊、核心模塊和下游模塊，如圖1所示。

采用GaBi軟件進(jìn)行計算，評估風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在整個生命周期中對環(huán)境的潛在影響。通過分析LCA報告，挖掘風(fēng)機(jī)單位發(fā)電量的碳排放降低空間及方法，推動產(chǎn)品維度、全產(chǎn)業(yè)鏈降碳。

2.2 生命周期清單分析

LCA研究采用歸因法。風(fēng)力渦輪機(jī)的生命周期清單是根據(jù)組件過程的輸入和輸出編制的。所有與環(huán)境有關(guān)的跨越系統(tǒng)邊界的能源和材料的流動都已計算在內(nèi)。這些能源和資源的流動被記錄在每個單元，并在整個系統(tǒng)中進(jìn)行匯總。生命周期清單分析根據(jù)主要部件的材料組成、現(xiàn)場數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)以及研究所依據(jù)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)等信息來進(jìn)行數(shù)據(jù)收集。采用取舍規(guī)則，忽略部分?jǐn)?shù)據(jù)（不超過總質(zhì)量的1%）。考慮數(shù)據(jù)的相關(guān)性，上游模塊和核心模塊使用的大部分?jǐn)?shù)據(jù)均是現(xiàn)場數(shù)據(jù)。

2.3 生命周期影響評價

LCA報告共展示3種不同額定功率下運(yùn)行的風(fēng)機(jī)的生命周期環(huán)境影響評價。以其中一種功率下運(yùn)行的風(fēng)機(jī)為例，討論其全生命周期對氣候變化的影響，分析風(fēng)機(jī)產(chǎn)品碳足跡。如圖2所示，風(fēng)機(jī)在一定功率下運(yùn)行時，每產(chǎn)生1 kW·h電力，對應(yīng)的碳排放量為6.25 g CO2 e。在整個產(chǎn)業(yè)鏈中，生產(chǎn)制造過程是碳排放的主要產(chǎn)生階段，約占全部排放量的70%。其中，塔架制造環(huán)節(jié)的碳排放量占比最大，約占總排放量的30%，第二大溫室氣體產(chǎn)生環(huán)節(jié)是發(fā)電機(jī)的制造，約占總排放量的14%。

3 風(fēng)機(jī)產(chǎn)品碳減排措施

從整個風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)鏈出發(fā)，以生命周期影響評價結(jié)果為依據(jù)，挖掘風(fēng)機(jī)產(chǎn)品碳減排潛力。

3.1 使用綠色材料和綠色能源進(jìn)行生產(chǎn)制造

生產(chǎn)制造過程是主要的碳排放源，其中塔架和發(fā)電機(jī)的生產(chǎn)制造產(chǎn)生的溫室氣體占比最大。塔架是風(fēng)機(jī)的主要組成部分，采用的是鋼塔，屬于高能耗資源。在生產(chǎn)制造過程中，盡量選擇綠色可再生材料和綠色清潔能源，有效降低碳排放。

3.2 應(yīng)用綠色建筑

除風(fēng)機(jī)外，建筑物也是風(fēng)電場的重要組成部分。風(fēng)電場的建設(shè)也是一大排放源，相較于常規(guī)建筑，綠色建筑可有效地節(jié)約資源，保護(hù)環(huán)境，減少碳排放。

3.3 協(xié)調(diào)優(yōu)化產(chǎn)業(yè)鏈，減少運(yùn)輸階段的碳排放

經(jīng)綜合考慮，合理選取供應(yīng)商和風(fēng)電場場址。探索廢棄物就近處理方法，降低運(yùn)輸距離，減少運(yùn)輸過程的資源消耗，從而降低碳排放。

3.4 關(guān)注風(fēng)電項(xiàng)目的科研動向，推動成果應(yīng)用

針對風(fēng)電項(xiàng)目運(yùn)行中的難點(diǎn)和痛點(diǎn)，如風(fēng)機(jī)部件的運(yùn)輸方式、并網(wǎng)輸送損耗等問題，關(guān)注國內(nèi)外最新科研動向及成果，推動其應(yīng)用。

4 結(jié)論

推進(jìn)風(fēng)力發(fā)電行業(yè)全產(chǎn)業(yè)鏈降碳，有助于我國實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)。根據(jù)該風(fēng)機(jī)產(chǎn)品的LCA報告，在特定功率下運(yùn)行，每產(chǎn)生1 kW·h電力，風(fēng)機(jī)產(chǎn)品對應(yīng)的碳足跡為6.25 g CO2 e。其中，生產(chǎn)制造過程產(chǎn)生的碳排放占比約為70%，塔架和發(fā)電機(jī)的生產(chǎn)制造是前兩大碳排放源。其他碳排放源依次為風(fēng)電場建設(shè)、并網(wǎng)輸送損耗以及交通運(yùn)輸?；陲L(fēng)機(jī)產(chǎn)品碳足跡評價結(jié)果，針對碳排放占比較大的環(huán)節(jié)提出減排措施，促進(jìn)風(fēng)機(jī)產(chǎn)品全產(chǎn)業(yè)鏈降碳，為風(fēng)電行業(yè)提供碳減排方案，助力我國早日實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和。

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收稿日期：2024-12-04

作者簡介：王潔（1986—），女，天津人，高級工程師。研究方向：生態(tài)環(huán)境保護(hù)，環(huán)境、社會和公司治理。