风能发电的环境效益分析

中国环境学会  2011年 03月31日


  刘荣1  丁卫颂2    王天龙3
  1刘  荣、广东省气候中心、13660018212、广州市福今路6号大院、510080
  2丁卫颂、广州市南沙区水务和环境保护局、13602793898、广州市南沙区政府办公楼、510000
  3王天龙、广东省清远市气象局、13828505492、清远市新城区半环北路、511515


  摘要 本文通过风能发电与燃煤发电对环境影响的对比分析表明,风能发电可以避免燃煤发电在煤炭开采、运输、燃烧发电和废气脱硫除氮及除尘整个过程的每个环节产生温室气体和二氧化硫、氮氧化物等有害气体排放,减少大气污染。风能发电可以节约不可再生资源,缓解能源短缺问题,除建设期对环境存在负面影响外,运营期无明显的负面环境影响。
  关键词  风能  发电  环境  效益


  1引言


  根据中国环境报发布的2008年全国环境统计公报, 2008年全国工业二氧化硫废气排放量为1991.3万吨;工业烟尘排放量670.7万吨。全国每年火力发电耗煤约占全国煤炭消费总量的一半以上。我国能源消耗以燃煤发电为主,燃煤电厂是大气中二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳和粉尘等污染物的主要来源,也是温室气体二氧化碳的主要来源。煤燃烧的污染物排放,使全球变暖加快,人类健康受到损害,生态环境和建筑遭到破坏。为了减缓全球变暖,减轻大气污染,就应减少二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物等气体排放。我国政府于2009年11月提出控制温室气体排放目标,到2020年,中国单位国内生产总值二氧化碳排放将比2005年下降40%至45%。该目标将作为约束性指标纳入国民经济和社会发展中长期规划。这是中国按照国情的自愿行动,也是对全球应对气候变化的一大贡献。
  开发和使用可再生无污染的能源刻不容缓,利用风能发电不消耗不可再生的煤炭等资源,可以避免燃煤开采、运输、发电各个环节产生的污染,是减缓不可再生资源的消耗,减少二氧化碳和二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳和粉尘等污染物排放有效方法。


  2 国内外风能发电现状


  根据世界观察研究所(Worldwatch Institute)公布,2008年全球风能发电总装机容量达到120,798MW, 全球风能发电总装机容量增长速度达到28.8%,2008年中国总装机容量超过12,200MW,约占全球总装机容量的10%。2008年底全球的总装机容量相当于每年产生发电量约2600亿千瓦时。
  1997年,我国风能发电总装机容量仅为176MW,约占全球总装机容量的2.2%;此后,由于国外风能发电总装机容量大幅度增加,2003年我国总装机容量占全球总装机容量的百分比下降为1.4%;2004年我国风能发电总装机容量占全球总装机容量百分比又开始上升, 2009年我国总装机容量已占全球总装机容量的10.6%。
  
  3风能发电与燃煤发电环境影响对比


  3.1风能发电与燃煤发电污染物排放对比
  表1是风能发电与燃煤发电对环境影响的相比,两者对环境的影响差别如表1所示。
  表1  风能发电与燃煤发电对环境影响对比分析

项目

不同发电方式对环境的影响

燃煤发电

风能发电

资源需求

每千瓦时耗煤(标准煤)约355[1]

可再生自然风能

资源开采

开采煤炭占用土地、影响生态环境、引发水土流失、地表塌陷,产生粉尘、噪声、弃渣、水污染,消耗不可再生资源。

无需开采

运输

需要运输煤炭的工具,消耗能量,产生扬尘、噪声、废气等。

无需运输

建设期污染

占用土地、影响生态环境、导致水土流失,产生粉尘、噪声、弃渣、水污染。

占用土地、影响生态环境、导致水土流失,产生粉尘、噪声、弃渣、水污染。

运营工艺污染

大气污染物:二氧化硫、 氮氧化物、烟尘、一氧化碳、二氧化碳、苯并芘等。

水污染物:COD、硫化物、石油类、高温水等。

固体废物: 粉煤灰、炉渣、脱硫废物等。

电机噪声:>100dB

电机噪声:<100 dB

光影:对近距离居民感觉影响

工艺污染防治

需建设脱硫、除氮、除尘及污水处理等设施;防治污染设施建设和运营需投入人力物力。

少量投入人力物力防治噪声等污染。

输送电力设施建设

占用土地、影响生态环境、导致水土流失,产生粉尘、噪声、弃渣、水污染。

占用土地、影响生态环境、导致水土流失,产生粉尘、噪声、弃渣、水污染。

  由表1可见,风能发电与火力发电相比较,火力发电从获取能源到发电的全过程均有污染,风能发电显示了其环境污染极小的优越性。
  用于风能发电的风能资源可再生,取之不尽用之不竭;燃煤火力发电需要的煤炭资源有限,越采越少。
  风能资源可以直接利用,风能发电不需要能源开采和运输过程。煤炭资源需要开采,并且需要运送到发电厂才可以使用。煤炭开采要占用土地、会破坏生态环境、引发水土流失、地表塌陷,产生粉尘、噪声、弃渣、水等污染,煤炭运往发电厂需要运输工具,运输过程需要消耗能量,产生扬尘、噪声、废气等污染,增加交通压力。
  风能发电场和煤炭发电厂在建设期间,均存在占用土地、破坏生态环境、导致水土流失,产生建设粉尘、噪声、弃渣、水污染和对景观影响等负面环境影响。
  在运营发电期,风能发电运营内容非常简单,可再生的自然风能推动风能发电机发电,不需要购买和使用不可再生能源用于发电。风能发电过程不排放大气和水等污染物;仅有风能发电机转动燥噪声对200米内的居民有负面影响。
  在运营发电期,煤炭发电除了煤炭开采、运输产生污染外,燃烧发电会产生大量的气污染物:二氧化碳、二氧化硫、 氮氧化物、烟尘、一氧化碳、二氧化碳、苯并芘等;水污染物:COD、硫化物、石油类、高温水等;固体废物: 粉煤灰、炉渣、脱硫废物等;也产生电机噪声污染。
  燃煤火力发电厂需建设脱硫、除氮和除尘等设施或工艺治理污染;防治污染设施建设及运营(达不到100%去除污染)需投入大量人力物力,处理设施产生的废物有二次污染产生,煤炭发电污染治理贯穿发电全过程;风能发电场不需要工艺治理污染费用,运营费用较小。
  风能发电与燃煤发电的电力输送设施建设,同样存在占用土地、影响生态环境、导致水土流失,产生粉尘、噪声、弃渣、水污染等问题。
  风电场对景观正面或负面影响因人因地而异,有些风电场被开发为观光科普景点,使它在景观方面发挥正面影响。
  由以上分析可见,火电厂需要不断消耗不可再生燃料,燃料开采、运输、发电整个过程、每个环节都在产生环境污染,发电过程的燃料燃烧、污染治理都需要不断投入人力、资金;而且污染治理也只是减少污染物排放,一般做不到零排放;污染治理中产生的污染物还可能产生二次污染。风能发电场建成后,可再生的自然风能推动风能发电机发电,生产工艺做到零排放。


  3.2风能发电与燃煤发电投入对比
  在风电场和火电厂建设过程,每千瓦装机容量造价有一定差别,以总装机容量达600万千瓦的广东阳西火力发电厂和同规模的湛江兴建的火力发电厂为例, 均耗资300亿元人民币,每千瓦装机容量投资约5000元;以瑞丰文昌会文风电场为例,风能发电机购买和安装每千瓦容量投入约10000元左右,可见,每千瓦装机容量,风电场建设投资是火电厂的2倍。
  在火电厂运营过程,每千瓦发电耗355g标准煤,火力发电厂需要购买煤炭发电;风电场不需要投入资金购买燃料,自然风推动风能发电机发电,风能取之不尽,运营管理简单,运营投入小。


  3.3风能发电与燃煤发电治理污染设施投入
  火电厂需要安装脱硫除氮和除尘设备。由于脱硫除氮和除尘设备技术和效果不同,安装脱硫设备每千瓦装机价格各不相同,以循环硫化床脱硫技术为例,装机每千瓦需要500元左右的脱硫设备建设投入,还需要占用土地,建设周期约两年。另外,建成脱硫除氮和除尘设施后,需要人力物力投入运行;以脱硫为例,脱硫一吨需要1300-3800元的运行成本。污染治理设施需要占用土地,施工期也会产生污染,治理设施运行费很高,需要治理污染的工作人员,治理过程产生的废物需要治理,需要不断的投入人力物力,整个脱硫治理资金投入巨大。即使如此,治理设施投入使用后,也不可能达到100%污染治理,仍然有部分污染物排放;还可能出现二次污染。风电场不需要大型的治理污染设备,不需要不断的投入人力物力治理污染。


  3.4风能发电效益
  按照国家发改委在《能源发展“十一五”规划》(2007年4月)中提出的能源行业指标,火电供电标准煤耗如果按每千瓦时355克,即一吨标准煤可以发约2817度的电。据2000年台湾能源委员会统计,每单位火力发电量(千瓦)的CO2排放量为0.829kg。以此为依据可见,我们以355克标准煤/千瓦时为标准,假设要建设一个年上网电量10000万kWh的火电厂,按照火电项目发电煤耗355克标准煤/千瓦时和含硫1%计算, 年上网电量10000万kWh的火电厂,每年要使用相当于3.55万吨标准煤,向大气排放二氧化碳82.9t。如果建设同样规模的风能发电场,相当于每年可以减少使用3.55万吨标准煤,减少向大气排放二氧化碳82.9t,同时减少了氮氧化物、烟尘、一氧化碳、苯并芘,以及粉煤灰、炉渣、脱硫废物等污染物排放;也避免了煤电开采煤炭占用土地、破坏生态环境、产生粉尘、噪声、弃渣、水污染和煤炭运输产生扬尘、噪声、废气及增加交通压力的负面过程。可见,风能发电厂增加发电量,不耗费不可再生资源,不增加污染,相对减少环境污染,环境、经济和社会效益明显。


  5小结


  5.1煤炭等化石能源不可再生,燃料开采、运输、发电整个过程每个环节都存在产生环境污染,发电过程污染治理需要不断投入人力、资金;而且污染治理也只是减少污染物排放,不能做到零排放;污染治理中产生的污染物还可能产生二次污染。
  5.2风能可再生,取之不尽用之不竭,除了风电场建设期存在环境污染外,风能发电过程对环境的负面影响很小,不存在类似化石燃料开采、运输和使用过程的污染。
  5.3风能发电厂增加发电量,不耗费不可再生资源,不增加污染,相对减少环境污染,环境、经济和社会效益明显。
  5.4目前风能发电机组每千瓦装机容量造价高于火电机组,但风能发电机组建成后运营所需人力物力远小于火电厂。


  参考文献:
  [1]《2008年全国环境统计公报》,2009
  [2]《Worldwatch Institute》,2009
  [3]刘荣、丁卫颂,减轻环境污染的一种有效途径,中国环境科学学会学术年会优秀论文集(2006)
   
   
   
   

 
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