西北地區風電的發展現狀及環境價值研究

康小兵，孫 斌

(中國三峽新能源(集團)股份有限公司西北分公司，甘肅 蘭州 730000)

1 引言

近年來，隨著社會經濟、工業化水平的快速發展，導致國際能源結構和環境問題越來越嚴峻，從而促使世界各國對新生能源的需求持續提升，因此清潔環保型新能源的開發和有效利用已逐漸成為影響全球發展的重要課題[1～3]。而風能是一種無污染，可再生的清潔優質能源，相比傳統化石能源，如石油和煤炭等，具有節能環保、成本較低、使用安全等優勢[4，5]。作為未來電力行業的主要替代燃料，雖然風力發電的發展歷程較短，但因其開發技術的成熟，可有效緩解環境污染、能源短缺等問題[6～8]，卻表現出了較強的發展趨勢。本文結合現有排污收費標準，對我國西北地區風能資源的分布及開發利用進行相應的分析。

2 西北地區風電的發展現狀

我國西北五省地區的風能資源都較為豐富，并且是國家大力支持產業領域，具有十分巨大的開發利用潛力[9]。當下我國風電產業具有了一定的發展基礎，正處于快速發展的重要時期。經查閱文獻，西北地區的理論風能開發資源儲量約為940.1 GW，技術可開發儲量近73.7 GW，約占全國儲量的29.13%[10]。但與火力發電相比,仍有很多的不足，比如風電不能持續穩定的發電，而且會隨著季節的變化，氣候的變遷而改變。通常，風力發電的高峰期都在夜晚,但這也正是城鎮用電的低谷，以及風能的不可保存性，導致了風電上網特殊性[11]。因此，風電作為可持續發展的清潔能源，但需要政策的傾斜和鼓勵支持，才能促使風力發電產業吸引高科技的引入，用科技的進步來逐步改善風力發電在各方面所遇到的瓶頸。

3 西北地區風力資源開發

風能可以說是由空氣壓力高的地方移向壓力低的方向時而產生的動能。在中國，西北地區的風能資源十分豐富，風力資源量大質優，風向穩定，風能密度高，無破壞性風速，主要分布在甘肅、寧夏、青海、陜西、新疆五省區，具有良好的開發利用潛力[12]。目前，西北地區已發展成為我國風力發電的主要市場，其風電裝機容量也已經有了前所未有的發展[13]。

2019年全國并網風電裝機容量21005萬kW，甘肅、寧夏、青海、陜西、新疆五省的裝機容量分別為：1297萬kW、1116萬kW、462萬kW、532萬kW、1956萬kW，累計并網容量5363萬kW，約占全國的25.53%，相比上年增長9.76%[11]。

4 西北地區風電環境價值評估

環境價值是環境能夠滿足人類生存和健康需求的功能或指貨幣化的環境承載能力,即貨幣化的環境效益[14]。風力發電的環境價值評估是以傳統煤電作為參照來體現的，一般，要先確定火電污染物排放標準和污染物環境價值標準。其次，依據風力機組的發電量使其等效于傳統的火力發電量，從而計算得出等效電量的煤耗量。最后，在基于環境價值標準的基礎上來對比傳統火電的煤耗量，計算得出風力發電的環境價值。

4.1 火電污染物排放

通常，火力發電的主要污染物為二氧化硫(SO2)、氧化氮(NOx)、二氧化碳(CO2)、一氧化碳(CO)、粉煤灰、爐渣和TSP(懸浮顆粒物)等。

SO2作為燃煤火力發電的首要污染物，可形成酸性物質，造成酸雨，破壞生態環境，其排放量計算公式為[15]：

GSO2=B×Sy×KSO2×λSO2×(1-η)

(1)

式(1)中：GSO2為SO2排放量；B為燃煤消耗量；Sy為燃煤收到基含硫質量分數；KSO2為燃煤硫向煙氣硫的轉化率；λSO2約為2，是SO2與S的摩爾質量之比；η代表脫硫效率。

在我國煤炭平均含硫率為1.74%，而環保要求火力發電用煤含硫率不超過1%，故取煤炭的含硫率為1%，電廠燃煤硫的平均轉化質量分數為0.9，則燃煤電廠的SO2環境排放率一般為18 kg/t。

NOx是燃煤火力發電的第二大污染物，同樣可形成酸性物質有害環境。其中，火電廠通過燃燒方式所產生的污染物NOx中，NO占到了90%。根據KenOkazaki等眾多學者采用的多變量回歸方法求得NOx的環境排放率為8 kg/t。

CO2作為會影響全球氣候變暖的溫室氣體，其燃煤電廠所產生的CO2排放量計算公式如下[16]：

GCO2=B×Q×E×KCO2×λCO2

(2)

式(2)中：GCO2是CO2的排放率，kg/t；B是煤炭的消耗質量，kg；Q是煤炭的發熱量，MJ/kg；E是單位熱值下潛在的碳排放量，t/TJ；KCO2是燃料中碳的氧化率；λCO2約為3.667，是CO2與C的摩爾質量之比。通過實測我國的煤炭平均數值得出Q=21.2 MJ/kg，E=24.74 t/TJ，KCO2=0.9,由此計算得出CO2的排放率為1731 kg/t。

依據目前的燃煤發電技術，火電廠燃燒1 t的煤炭所產生的CO排放率為0.26 kg/t、粉煤灰的排放率為110.00 kg/t、爐渣的排放率為30.0 kg/t和TSP等污染物的排放率為0.40 kg/t，如表1所示。

表1 燃煤污染物排放率

4.2 污染物環境價值標準

衡量風力發電的環境價值，應先評估污染物減排的環境價值標準。通過參考中國排污總量收費標準以及美國環境價值的標準評估我國目前電力行業的各種污染物減排的環境價值標準，從而得出了有關風力發電減排環境價值的評價標準。結合我國國內的相關研究文獻得出了關于燃煤火力發電行業污染物的環境價值標準，如表2所示。

表2 燃煤火電廠污染物環境價值標準

4.3 西北地區風電環境價值

按照《國家能源局2019年風電并網運行情況》得出西北五省：甘肅、寧夏、青海、陜西、新疆的風力發電量的年利用小時數，分別為1931 h、1811 h、1743 h、1931 h、2147 h。并利用風力發電量的計算公式：

W=∑Qi·Pi

(3)

式(3)中：Qi是第i省的裝機容量；Pi是第i省的風電利用小時數。計算得出西北地區2019年的風力發電量為10370905萬kW·h。

按照國家能源局發布的數據，2019年全國供電標準煤耗307 g/(kW·h)，則根據等效煤耗量等于標準煤耗與風力發電量的乘積，計算出西北地區風力發電量等效于火力發電的煤耗量，為31838678 t。

由表3可知，2019年西北地區風力發電相對于燃煤火電的環境價值。在整個風力發電環境價值構成中，對火力發電所產生重要污染物SO2和NOx的減排明顯，而CO2的減排效益最為顯著。西北地區的風電相當于減排SO2氣體573096 t，環境價值約為343858萬元；減排NOx氣體254709 t，環境價值約為203768萬元；減排CO2氣體55112752 t，環境減排效益約為126759萬元，可見西北地區風電具有良好的環境效益和經濟效益。

表3 西北地區2019年風電環境價值

5 結論

本文結合我國西北地區的風電發展現狀，對比了燃煤火力發電技術的環境價值，發現風力發電資源潛力大，技術基本成熟，具有顯著的經濟減排效益。因此，在發電能源的開發過程中，西北地區的風力發電仍具有很大的發展前景，在應對氣候變化的新形勢下，加強對大型可再生的風電能源發電技術的開發，可有效地減少溫室氣體、SO2、NOx等有害污染物，從而緩解日益增加的能源危機及環境壓力，保護生態，為我國西北地區帶來明顯的經濟效益、社會效益和環境效益。