主要新能源發電替代減排的研究綜述

喬達

【摘? 要】新能源的規模化發展能夠有效緩解化石能源約束給經濟社會發展帶來的影響。新能源發電替代減排是碳減排最為重要的形式之一，積極開展相關領域的研究意義重大。

【關鍵詞】新能源發電;替代減排;成本效益分析;綜述

目前，全球資源逐漸減少，環境問題越來越受到人們的重視，利用傳統煤、石油等化石能源來發電即將受到很多局限，能源的開發面臨著新的問題和挑戰，充分開發利用可再生能源顯得頗為重要。

一、新能源發電技術概念及現狀

能源緊缺已成為制約各國經濟發展的瓶頸，如何開發新能源發電技術也隨之成為世界各國關心的課題。一直以來，主要依靠煤等化石能源發電，帶來了環境污染等諸多社會問題，在化石能源儲量不斷減少的情況下，發展新能源發電顯得非常必要。新能源發電主要指充分利用風力、光伏、沼氣等天然可再生的清潔一次能源發電，新能源發電由于資源分布較為分散，不便于大規模集中開發利用，一般新能源發電是在資源分布的區域，建立中小型發電裝置，新能源發電既可以獨立向電力負荷供電，即獨立運行，不與公共電網連接，也可以選擇并網運行，即將新能源發電裝置與公共電網相連，新能源發出的電量直接輸出到電網。但一般新能源發電電量較小且分布在電力用戶附近，可以看做吸收負電量的負荷，與配電網一起為電力負荷供電，充分利用了可再生能源，減少了環境的污染，實現了社會效益的最大化，很大程度提高了能源的利用效率。目前，在新能源發電技術方面國內外已經比較成熟，并得到了廣泛應用。新能源發電技術在國外發展非常迅速。特別是在部分發達國家，諸如美國、歐盟和日本等國家，已經取得了非常顯著的成果，部分發達國家已經在能源結構調整過程中把新能源技術放到非了首位，部分國家與地區已經為新能源發電技術研制較為長遠的規劃，如歐盟已經首先提出新的發展目標，進一步提高可再生能源占歐盟總能源消耗的比例，要求到2020年該比例達到20%。美國于2007年簽署了新的能源法案，提倡推進新能源的利用和節能環保計劃。在我國集中發電、遠距離輸電和大電網互聯的情形下，不能靈活跟蹤負荷的變化，無法及時更改供電量等大電網的弊端凸顯，在此基礎上發展用戶端的新能源發電技術，實現新能源發電與電力用戶結合的微型電網也將是我國電力系統發展的趨勢。

二、新能源發電減排量測算方法比較

學術界的研究主要分為計算新能源發電量替代火力發電排放量和計算新能源系統減排潛力這兩類方法。

1.發電量所替代的減排潛力。由于新能源發電過程中本身不排放CO 2，因此一般將對其減排潛力的計算轉化為計算其發電量進入電網后所避免的當地火電廠發出同等電能所產生的溫室氣體排放。這種計算方法涉及到CO 2排放系數的問題。CO 2排放系數是指每一種能源燃燒或使用過程中單位能源所產生的碳排放數量，即某地（指一個國家范圍內）混合電廠（使用多種燃料）每發1kW·h電能，平均排放CO 2的數量，單位是kgCO 2/（kW·h）。具體計算時，將發電時消耗各種燃料的數量與相應的燃料排放因子相乘，再除以當年各種燃料總發電量，就可得到CO 2排放系數。

2.新能源系統減排潛力（PM）。這個潛力計算方法的定義是由給定的單位功

率新能源系統輸出的電能相當于減少溫室氣體的排放數量，也就是安裝單位功率（通常用1kW）的新能源系統，在其壽命周期內，所輸出電能可相當于減少排放的CO 2數量。這個計算方法不看最終能源系統的發電量，而是與新能源系統本身的性能、當地氣象及地理條件以及系統的類別（并網還是離網）和安裝方式等因素有關。

三、新能源產業生命周期碳排放研究述評

新能源減排潛力巨大的原因是其在發電過程中基本不產生溫室氣體，新能源往往被認為是“零排放”的電力能源。但從產業的生命周期角度分析，新能源產業在設備制造、運輸、安裝、運行、廢棄等環節和階段也會帶來一定量的溫室氣體排放。遵循生命周期分析方法進行新能源發電技術溫室氣體減排潛力比較和分析是具有重要意義的。對產業生命周期中的碳排放的測算多采用生命周期理論（LCA）來進行分析[40，41]。本研究主要選取光伏、風電和生物質能三種新能源的生命周期碳排放來總結已有的研究成果。

1.太陽能。太陽能光伏產業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放在單晶硅、多晶硅生產開始的光伏電池生產鏈的碳排放。這部分研究涉及較為專業的光伏電池制造技術與知識。另一部分學者則關注了光伏安裝后不同自然環境對發電效果和減排潛力的影響。采用投入產出法對多個國家的太陽能和風力發電階段生命周期進行了評價。將光伏發電站生命周期劃分為原料生產、電池片生產、光伏組件組裝、組件運輸和廢棄處置五個階段。核算結果表明，光伏電站生命周期發電排放強度為292.4gCO 2/（kW·h），能源回報率為6.71（能源回報率是指一個發電站在運行期內發出的電力與它在建設期、運行期為維持其建設、運行所消耗的所有電力的比值。以普通PV單晶硅為例，其回報比約為5.9～16.1）。原料生產階段能耗和CO 2占比均為最大，分別為72.84%和71.79%。

2.風能。風能與光伏發電比較類似，都涉及到場地占用、設備生產、設備運輸、后期環境恢復等過程，每個過程都有相應的碳排放。如鄒治平等對風力發電的用材冶煉、材料運輸、電廠建設這3個階段進行分析，分別計算3個階段中的單位能耗和環境影響，并與燃煤發電進行比較。及時將自然植被納入系統邊界，計量風電場建設前后植被破壞及恢復帶來的影響。在清單分析中，重點考慮對碳排影響較大的配件生產以及運輸、建設期工程車耗油排放，更加合理地核算風電場碳排放和量化其環境影響。應用上海某風電場數據進行核算，結果認為，風機生產階段能耗和CO 2排放占風電場生命周期能耗和CO 2排放的比例均為最大，分別為68.23%和67.18%。風電場能耗強度和CO 2強度分別為3.24gce/（kW·h）和9.47g/（kW·h），明顯低于傳統火電機組的相同指標。

3.生物質能。目前生物質能發電主要成規模的形式包括直燃發電、氣化發電等。不考慮植物生長階段吸收CO 2效應，重點考查生物質電廠的發電排放強度，計算出該值為527gCO 2/（kW·h）。應用生命周期評價（LCA）方法，以秸稈直燃發電項目為研究對象，對秸稈的種植、運輸、粉碎干燥和燃燒發電等4個過程進行了清單分析，并分別計算出4個過程的能耗及其對環境的影響。結果表明，秸稈直燃發電對環境影響主要為煙塵和灰塵，對局部地區的影響占據首位。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、環保和可再生的特點，是傳統能源的有效補給，在實際開發使用過程中還存在一些技術問題。在此大環境下，推動新能源替代減排將在政策和經濟上面臨更嚴峻的挑戰。對中國而言，作為世界上第一大排放國家和最大的發展中國家，如何制定新能源產業政策必然引起國際社會的廣泛關注。而產業政策的執行需要從理論和實踐上進一步研究論證該政策帶來的影響。

參考文獻：

[1]馬曉紅.中國2030年碳排放峰值水平及達峰路徑研究[J].中國人口?資源與環境，2017

[2]李瑞.2030年碳排放達到峰值對電力發展的要求及影響分析[J].中國電力，2017，49

[3]王建.中美兩國2020年后減排目標比較[J].中國人口?資源與環境，2017，25（6）：23-29.