西北地區(qū)風(fēng)電的發(fā)展現(xiàn)狀及環(huán)境價(jià)值研究

康小兵，孫 斌

(中國(guó)三峽新能源(集團(tuán))股份有限公司西北分公司，甘肅 蘭州 730000)

1 引言

近年來(lái)，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)、工業(yè)化水平的快速發(fā)展，導(dǎo)致國(guó)際能源結(jié)構(gòu)和環(huán)境問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)峻，從而促使世界各國(guó)對(duì)新生能源的需求持續(xù)提升，因此清潔環(huán)保型新能源的開(kāi)發(fā)和有效利用已逐漸成為影響全球發(fā)展的重要課題[1～3]。而風(fēng)能是一種無(wú)污染，可再生的清潔優(yōu)質(zhì)能源，相比傳統(tǒng)化石能源，如石油和煤炭等，具有節(jié)能環(huán)保、成本較低、使用安全等優(yōu)勢(shì)[4，5]。作為未來(lái)電力行業(yè)的主要替代燃料，雖然風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展歷程較短，但因其開(kāi)發(fā)技術(shù)的成熟，可有效緩解環(huán)境污染、能源短缺等問(wèn)題[6～8]，卻表現(xiàn)出了較強(qiáng)的發(fā)展趨勢(shì)。本文結(jié)合現(xiàn)有排污收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)我國(guó)西北地區(qū)風(fēng)能資源的分布及開(kāi)發(fā)利用進(jìn)行相應(yīng)的分析。

2 西北地區(qū)風(fēng)電的發(fā)展現(xiàn)狀

我國(guó)西北五省地區(qū)的風(fēng)能資源都較為豐富，并且是國(guó)家大力支持產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，具有十分巨大的開(kāi)發(fā)利用潛力[9]。當(dāng)下我國(guó)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)具有了一定的發(fā)展基礎(chǔ)，正處于快速發(fā)展的重要時(shí)期。經(jīng)查閱文獻(xiàn)，西北地區(qū)的理論風(fēng)能開(kāi)發(fā)資源儲(chǔ)量約為940.1 GW，技術(shù)可開(kāi)發(fā)儲(chǔ)量近73.7 GW，約占全國(guó)儲(chǔ)量的29.13%[10]。但與火力發(fā)電相比,仍有很多的不足，比如風(fēng)電不能持續(xù)穩(wěn)定的發(fā)電，而且會(huì)隨著季節(jié)的變化，氣候的變遷而改變。通常，風(fēng)力發(fā)電的高峰期都在夜晚,但這也正是城鎮(zhèn)用電的低谷，以及風(fēng)能的不可保存性，導(dǎo)致了風(fēng)電上網(wǎng)特殊性[11]。因此，風(fēng)電作為可持續(xù)發(fā)展的清潔能源，但需要政策的傾斜和鼓勵(lì)支持，才能促使風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)吸引高科技的引入，用科技的進(jìn)步來(lái)逐步改善風(fēng)力發(fā)電在各方面所遇到的瓶頸。

3 西北地區(qū)風(fēng)力資源開(kāi)發(fā)

風(fēng)能可以說(shuō)是由空氣壓力高的地方移向壓力低的方向時(shí)而產(chǎn)生的動(dòng)能。在中國(guó)，西北地區(qū)的風(fēng)能資源十分豐富，風(fēng)力資源量大質(zhì)優(yōu)，風(fēng)向穩(wěn)定，風(fēng)能密度高，無(wú)破壞性風(fēng)速，主要分布在甘肅、寧夏、青海、陜西、新疆五省區(qū)，具有良好的開(kāi)發(fā)利用潛力[12]。目前，西北地區(qū)已發(fā)展成為我國(guó)風(fēng)力發(fā)電的主要市場(chǎng)，其風(fēng)電裝機(jī)容量也已經(jīng)有了前所未有的發(fā)展[13]。

2019年全國(guó)并網(wǎng)風(fēng)電裝機(jī)容量21005萬(wàn)kW，甘肅、寧夏、青海、陜西、新疆五省的裝機(jī)容量分別為：1297萬(wàn)kW、1116萬(wàn)kW、462萬(wàn)kW、532萬(wàn)kW、1956萬(wàn)kW，累計(jì)并網(wǎng)容量5363萬(wàn)kW，約占全國(guó)的25.53%，相比上年增長(zhǎng)9.76%[11]。

4 西北地區(qū)風(fēng)電環(huán)境價(jià)值評(píng)估

環(huán)境價(jià)值是環(huán)境能夠滿足人類(lèi)生存和健康需求的功能或指貨幣化的環(huán)境承載能力,即貨幣化的環(huán)境效益[14]。風(fēng)力發(fā)電的環(huán)境價(jià)值評(píng)估是以傳統(tǒng)煤電作為參照來(lái)體現(xiàn)的，一般，要先確定火電污染物排放標(biāo)準(zhǔn)和污染物環(huán)境價(jià)值標(biāo)準(zhǔn)。其次，依據(jù)風(fēng)力機(jī)組的發(fā)電量使其等效于傳統(tǒng)的火力發(fā)電量，從而計(jì)算得出等效電量的煤耗量。最后，在基于環(huán)境價(jià)值標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上來(lái)對(duì)比傳統(tǒng)火電的煤耗量，計(jì)算得出風(fēng)力發(fā)電的環(huán)境價(jià)值。

4.1 火電污染物排放

通常，火力發(fā)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(fā)電的首要污染物，可形成酸性物質(zhì)，造成酸雨，破壞生態(tài)環(huán)境，其排放量計(jì)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(zhì)量分?jǐn)?shù)；KSO2為燃煤硫向煙氣硫的轉(zhuǎn)化率；λSO2約為2，是SO2與S的摩爾質(zhì)量之比；η代表脫硫效率。

在我國(guó)煤炭平均含硫率為1.74%，而環(huán)保要求火力發(fā)電用煤含硫率不超過(guò)1%，故取煤炭的含硫率為1%，電廠燃煤硫的平均轉(zhuǎn)化質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.9，則燃煤電廠的SO2環(huán)境排放率一般為18 kg/t。

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

CO2作為會(huì)影響全球氣候變暖的溫室氣體，其燃煤電廠所產(chǎn)生的CO2排放量計(jì)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(zhì)量，kg；Q是煤炭的發(fā)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(zhì)量之比。通過(guò)實(shí)測(cè)我國(guó)的煤炭平均數(shù)值得出Q=21.2 MJ/kg，E=24.74 t/TJ，KCO2=0.9,由此計(jì)算得出CO2的排放率為1731 kg/t。

依據(jù)目前的燃煤發(fā)電技術(shù)，火電廠燃燒1 t的煤炭所產(chǎn)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(huán)境價(jià)值標(biāo)準(zhǔn)

衡量風(fēng)力發(fā)電的環(huán)境價(jià)值，應(yīng)先評(píng)估污染物減排的環(huán)境價(jià)值標(biāo)準(zhǔn)。通過(guò)參考中國(guó)排污總量收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)以及美國(guó)環(huán)境價(jià)值的標(biāo)準(zhǔn)評(píng)估我國(guó)目前電力行業(yè)的各種污染物減排的環(huán)境價(jià)值標(biāo)準(zhǔn)，從而得出了有關(guān)風(fēng)力發(fā)電減排環(huán)境價(jià)值的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。結(jié)合我國(guó)國(guó)內(nèi)的相關(guān)研究文獻(xiàn)得出了關(guān)于燃煤火力發(fā)電行業(yè)污染物的環(huán)境價(jià)值標(biāo)準(zhǔn)，如表2所示。

表2 燃煤火電廠污染物環(huán)境價(jià)值標(biāo)準(zhǔn)

4.3 西北地區(qū)風(fēng)電環(huán)境價(jià)值

按照《國(guó)家能源局2019年風(fēng)電并網(wǎng)運(yùn)行情況》得出西北五省：甘肅、寧夏、青海、陜西、新疆的風(fēng)力發(fā)電量的年利用小時(shí)數(shù)，分別為1931 h、1811 h、1743 h、1931 h、2147 h。并利用風(fēng)力發(fā)電量的計(jì)算公式：

W=∑Qi·Pi

(3)

式(3)中：Qi是第i省的裝機(jī)容量；Pi是第i省的風(fēng)電利用小時(shí)數(shù)。計(jì)算得出西北地區(qū)2019年的風(fēng)力發(fā)電量為10370905萬(wàn)kW·h。

按照國(guó)家能源局發(fā)布的數(shù)據(jù)，2019年全國(guó)供電標(biāo)準(zhǔn)煤耗307 g/(kW·h)，則根據(jù)等效煤耗量等于標(biāo)準(zhǔn)煤耗與風(fēng)力發(fā)電量的乘積，計(jì)算出西北地區(qū)風(fēng)力發(fā)電量等效于火力發(fā)電的煤耗量，為31838678 t。

由表3可知，2019年西北地區(qū)風(fēng)力發(fā)電相對(duì)于燃煤火電的環(huán)境價(jià)值。在整個(gè)風(fēng)力發(fā)電環(huán)境價(jià)值構(gòu)成中，對(duì)火力發(fā)電所產(chǎn)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(qū)的風(fēng)電相當(dāng)于減排SO2氣體573096 t，環(huán)境價(jià)值約為343858萬(wàn)元；減排NOx氣體254709 t，環(huán)境價(jià)值約為203768萬(wàn)元；減排CO2氣體55112752 t，環(huán)境減排效益約為126759萬(wàn)元，可見(jiàn)西北地區(qū)風(fēng)電具有良好的環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益。

表3 西北地區(qū)2019年風(fēng)電環(huán)境價(jià)值

5 結(jié)論

本文結(jié)合我國(guó)西北地區(qū)的風(fēng)電發(fā)展現(xiàn)狀，對(duì)比了燃煤火力發(fā)電技術(shù)的環(huán)境價(jià)值，發(fā)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電資源潛力大，技術(shù)基本成熟，具有顯著的經(jīng)濟(jì)減排效益。因此，在發(fā)電能源的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，西北地區(qū)的風(fēng)力發(fā)電仍具有很大的發(fā)展前景，在應(yīng)對(duì)氣候變化的新形勢(shì)下，加強(qiáng)對(duì)大型可再生的風(fēng)電能源發(fā)電技術(shù)的開(kāi)發(fā)，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(jī)及環(huán)境壓力，保護(hù)生態(tài)，為我國(guó)西北地區(qū)帶來(lái)明顯的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和環(huán)境效益。