风电节能减排环境经济效益分析［摘要］本文基于能源危机及环境恶化等背景下,从风电工程与传统能源相比的优势出发,对风电的环境效益和经济效益进行计算评估,通过建立数学模型,定量分析效益成果。
最后结合国华东台海上风电三期工程实例,将数据代入模型中,测算出环境效益和经济效益的具体结果值。
［关键词］风电项目；环境效益；经济效益；综合评估1引言自然环境是人类赖以生存和发展的基础,人类维持正常生产、生活的所有物质及能量均来自于自然环境。
但是,随着人口数量的激增,人类消耗自然资源的速度呈指数化增长。
与此同时,爆发式的工业化扩张也给社会带来了严重后果,如全球变暖引起的海平面升高、气候异常以及物种灭绝,还有全球大面积的酸雨、土地荒漠化等环境问题,这些问题已经引起了国际社会的广泛关注。
目前,人类迫切需要开发新能源来解决上述问题。
在面临诸多全球化问题的情况下,对风能的利用已受到各国的普遍关注。
风能作为一种清洁的可再生能源,蕴藏量巨大,全球风能约为274亿兆瓦(MW,1MW=1000kW),其中可利用的风能为2000万兆瓦,是地球上可开发利用的水能总量的10倍。
此外,由于风能在利用过程中不产生有害废弃物和温室气体,因此被认为是当前最廉价、技术最可靠的可再生资源。
就我国实际情况来看,目前我国自然资源总量丰富,排世界第7位,能源资源量约为4万亿t标准煤,居世界第3位。
然而,由于人口众多、能源技术不够成熟所带来的使用率不高和浪费,人均能源资源占有量非常匮乏,我国人口占世界总人口的22%,已探明煤炭储量仅占世界储量的11%,人均常规能源资源占有量为135t标准煤,仅为世界平均水平264t 标准煤的1/2。
人均能源资源占有量相对不足,成为制约我国社会经济可持续发展的一个因素。
节能减排被提上政治日程,《“十二五”节能减排综合性工作方案》中明确了“十二五”期间万元GDP能耗比2010年下降16%的目标［1］,节能减排工作刻不容缓。
中国继2009年超越美国成为全球新增风电装机容量最多的国家以后,2010年中国累计风电装机容量也实现了对美国的超越,成为全球风电装机容量最多的国家,累计装机容量418GW,约占全球总容量的215%。
我国的风能资源储量丰富,且国际上技术比较成熟,风电产业化发展时机已经到来。
2012年,中国风电并网总量达到6083万千瓦,发电量达到1004亿千瓦时,风电已超过核电成为继煤电和水电之后的第三大主力电源。
《可再生能源法》的实施对风电产业的发展也有了很大的促进作用,人们对风能利用的环境效益也有了一致性认可,如风电的“减排”效益、节约能源效益、改善水质和生态效益。
在全球环境日益恶化和节能减排的背景下,环境效益成为风力发电最突出的效益［2］。
江苏省风能资源相对丰富,风电产业具有广阔的发展空间。
综上所述,当前尝试对风电节能减排的环境、经济效益进行计算,有一定的现实意义。
本文对环境效益以及经济效益的评估方法进行了阐述,借助数学模型将风电效益货币化,以体现其价值,并且介绍了影响测算的主要因素。
在此基础上,选取江苏省东台市海上风电三期工程这一具体实例,分析开发风电的经济效益。
2文献综述对于风电产业的发展前景,国际能源署进行预测,认为2020年全球风电容量将达到126亿千瓦,总投资估算约需6300亿美元,中国的风电投资将达到近1000亿美元。
因此,吸引了众多国际顶级风机制造商纷纷进入中国。
以GWEC秘书长Steve Sawer为代表的国际风电领军人物,在密切关注全球风电产业发展的同时,对中国风电产业发展进行了大量研究,认为中国政府对本土风机制造企业的适度保护是明智的,也是卓有成效的；固定电价与配额制是发展风电的宝贵经验,值得中国借鉴。
国内学者贺德馨长期以来从事新能源(风能)研究,在理论和实践上积极发展可再生能源的使用和技术创新,参与国家“六五”、“七五”、“八五”、“九五”风能科技攻关项目和“十五”期间国家863项目兆瓦级风电机组的研发工作,主持完成多项风能利用国家重点科技项目,对我国风电产业发展战略及政策制定发挥了积极影响。
施鹏飞对比分析了我国发展风电的优势和制约条件,探讨了中国风电产业发展的广阔前景,积极推动中国风电产业的培育和发展,跟踪研究了中国及世界风电装机及风电设备制造业发展情况,进行连续十多年不间断的统计分析工作。
在我国风电产业走过试验示范期之后,面对近年来风电产业爆炸式发展的新局面,国内还有许多学者、专家从不同角度对我国风电产业发展前景和战略问题进行了深入研究,如李俊峰、路正南、王正明、赵子建、迟元英、胡其颖、庄幸、芮晓明、周鹤良等发表了相关研究成果,他们所得出的结论基本上是一致的,即我国风能资源丰富,风电产业发展前景广阔,国家应制定积极的产业扶持政策促进风电产业的迅速发展。
3风电产业的环境效益分析31模型假设与构建传统的化石能源,如煤炭、天然气、石油等发电产生的污染物主要有SO2、NOx、CO2、烟尘等废气排放物及废水、灰渣等,这些污染物对环境造成了严重的污染。
与此同时,以水力和核物质等能源为原料的电力开发也造成了气候异常、放射性废物处理等环境负担。
与之相比,风力发电实现了污染物的零排放,极大程度上减少了环境污染,因此风电环境效益十分显著。
［1］近年来我国风电节能减排效益如表1所示。
表1近年来中国风电节能减排效益年份装机容量(GW)并网比例(%)利用小时(h)厂用电率(%)节煤量(万吨)CO2减排(万吨)SO2减排(万吨)NOX减排(万吨)烟尘减排(万吨)200625582420502143524149502902701520075877162050228708830010 59055030200812026992050257391165926118110060200925816822050212023534762124723012620104473695205022123456139284364062222011623 669520502302081873370620578315由表1可以看出,通过风力发电,2006年我国节煤量、CO2减排量、SO2减排量、NOx减排量和烟尘减排量总计达到55918万吨,2007年总计达到111853万吨,为2006年减排量的2倍。
今后各年,节能减排量每年都以2倍的速度增加。
到2011年,我国风电节能减排总量已达到1176964万吨。
可以预见,未来我国风电节能减排效益将以更大的幅度提升,从而更好地推进我国环境友好型社会的建设进程。
未来我国风电节能减排的效益如表2所示。
表2中国未来风电节能减排效益预测年份装机容量(GW)并网比例(%)利用小时(h)厂用电率(%)发电煤耗(g/(kW·h)-1)煤炭替代(Mice)CO2减排(亿吨)SO2减排(万吨)NOX减排(万吨)TSP减排(万吨)2015110~13080~852050~21502330625~82317~22120~158112~14761~802020200~23085~902050~215023301170~149432~40224~287209~267114~146由表2可以看出,到2015年,我国风电节能减排总量将在17亿吨到23亿吨之间；到2020年,将在32亿吨到41亿吨之间。
其中,CO2减排量占绝大部分,这将有效地缓解温室效应和气候变暖等问题,更利于我国经济又好又快地发展。
总之,表1和表2的数据均显示,我国风电节能减排效益正在逐步提高,并且风电的应用也将越来越广泛,因此风电必会成为节能减排不可忽视的一部分。
相比定性分析,定量评估计算风电工程效益可以更直观地说明风电的环境效益,对于风电产业决策及我国实现经济可持续发展等有重要意义。
而与传统能源相比,风电的环境效益主要体现在污染物的排放上,以产出同等电量,节约燃煤火电的能耗及减少的污染物排放量值作为风电的环境效益指标［3］。
因此,使用数学模型计算污染物排放量定量分析风电效益,目前燃煤火电在我国能源结构中占据绝对的主导地位,由此需要将风电和火电的污染物排放进行比较。
燃煤火电所消耗的能源主要是煤炭和水,所产生的污染物主要包括SO2、NOx、CO2、烟尘等大气排放物及废水、灰渣等,其大气综合排放量约占全国大气污染物总量的1/3。
311SO2排放量测算影响SO2排放量的主要因素是燃煤中的含硫量,其次是燃烧过程中烟气硫的转化率。
GSO2=B×Sy×KSO2×λSO2×(1- 瘙窞s)式中,GSO2为SO2排放量,B为耗煤量,Sy为燃煤应用基含硫率,KSO2为燃煤硫向烟气硫转化率,λSO2为SO2与S的摩尔质量比,等于瘙窞S为脱硫效率。
影响计算的因素有煤炭含硫率、转化率、摩尔质量比和脱硫效率。
312NOx排放量测算NOx的生成机理较为复杂,基本来源于燃煤中氮化物热分解后再氧化和空气中氮的高温氧化这两种途径,其中燃料氮占主要地位。
在目前常规燃烧方式下,NOx主要由NO和NO2构成,其中NO量约占95%。
GNOx=B×n×KNOx×λNOx×(1- 瘙窞s)/m式中,GNOx为NOx排放量,n为燃煤含氮率,KNOx为燃煤氮向烟气氮转化率,m为燃料氮生成的NOx占全部NOx排放量的比率,其他参数取值同前。
式中将燃料氮和空气氮生成的NOx量进行了合算,也可单独进行计算,相应公式为：GNOx=B×λNOx×(1- 瘙窞N)×(n×KNOx+Vy×CNOx)其中Vy为单位燃料生成的烟气量,CNOx为燃烧时生成的温度型NO的浓度,通常取938mg/m3(标准状态)。
影响计算的因素有煤炭含氮率、转化率、摩尔质量比和脱氮效率。
313CO2排放量测算CO2排放量与多种因素有关,其生成是一个复杂的变化过程。
GCO2=B×Q×E×KCO2×λCO2式中,GCO2为CO2排放量,Q为煤炭的单位热值,E为单位热值下潜在的排放量,KCO2为燃料中碳的氧化率,λCO2为CO2与C的摩尔质量比,等于44/12。
影响计算的因素有单位热值、潜在排放量、摩尔质量比和碳氧化率。
314烟尘排放量测算烟尘排放量与煤的灰分及烟气中烟尘占灰分比例有关。
Gd=B×A×dfh×(1- 瘙窞d)/(1-Cfh)式中,Gd为烟尘排放量,A为煤的灰分,dfh为烟气中烟尘占灰分的百分数,其值与燃烧方式有关,Cfh为烟尘中可燃物的百分含量,与煤种、燃烧状态和炉型等因素有关瘙窞d为除尘系统的除尘效率。
影响计算的因素有煤灰分、烟尘比例、可燃物比例和除尘效率。
因为风电基本不排放污染物,所以风电单位污染物减排量等于燃煤火电单位污染物排放量,根据风电的发电量来计算其总减排量。