風(fēng)電將如何實(shí)現(xiàn)全生命周期零碳排放？

風(fēng)電作為清潔能源發(fā)電來(lái)源本身的排放量為零，但從原材料開(kāi)采到制造、裝機(jī)、運(yùn)維，再到全生命周期結(jié)束后的風(fēng)機(jī)處理都會(huì)產(chǎn)生碳排放。目前，沒(méi)有一種發(fā)電來(lái)源實(shí)現(xiàn)了全生命周期的凈零排放。風(fēng)電作為僅次于核電(成本造價(jià)更高但碳排放更低)的低碳排放發(fā)電來(lái)源，有望早日實(shí)現(xiàn)全生命周期內(nèi)的碳中和。

01、風(fēng)電全生命周期的碳排放有多少?

據(jù)伍德麥肯茲最新研究，預(yù)計(jì)2020年到2050年，全球風(fēng)電裝機(jī)容量將擴(kuò)大五倍至3.7TW，風(fēng)力發(fā)電生命周期內(nèi)碳排放量將達(dá)到5,500萬(wàn)噸二氧化碳(Mt CO2)。這一數(shù)字對(duì)比2020年所有火力發(fā)電產(chǎn)生的120億噸二氧化碳排放量相形見(jiàn)絀，但距離碳中和目標(biāo)仍較遠(yuǎn)。

02、碳排放源自哪些環(huán)節(jié)?

高達(dá)86%的碳排放量來(lái)自于原材料的開(kāi)采和風(fēng)機(jī)的制造環(huán)節(jié)，尤其是鋼、鋁和銅等金屬的開(kāi)采及應(yīng)用。其余14%來(lái)自運(yùn)輸、吊裝、運(yùn)維及風(fēng)電場(chǎng)退役后的風(fēng)機(jī)設(shè)備處置環(huán)節(jié)。

高塔筒這一技術(shù)進(jìn)步在提升發(fā)電效率、降低運(yùn)輸成本的同時(shí)卻消耗了更多的鋼鐵量。此外，制造過(guò)程中所采用的電力來(lái)源也會(huì)對(duì)排放產(chǎn)生影響。由于發(fā)達(dá)國(guó)家電網(wǎng)電能的碳密度較低，在這些國(guó)家制造的風(fēng)機(jī)有望減排53%。

圖：風(fēng)電全生命周期的碳排放量

注：數(shù)字表示全生命周期環(huán)節(jié)，圓圈大小表示各環(huán)節(jié)內(nèi)的相對(duì)碳排放量。

03、哪些舉措能夠減少碳排放?

全球排名前五的風(fēng)機(jī)整機(jī)商現(xiàn)已承諾將實(shí)現(xiàn)運(yùn)營(yíng)環(huán)節(jié)的碳中和，其中多數(shù)計(jì)劃實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)全生命周期內(nèi)的零碳目標(biāo)。

使用低碳工藝制造的“綠色”鋼材和混凝土將成為重要一環(huán)，但鑒于目前沒(méi)有商業(yè)工廠且只有少數(shù)試點(diǎn)項(xiàng)目在運(yùn)營(yíng)，仍需一段時(shí)間實(shí)現(xiàn)。在制造過(guò)程中增加可再生能源電力的使用，在運(yùn)輸環(huán)節(jié)使用電動(dòng)汽車，可以進(jìn)一步減少碳排放。風(fēng)機(jī)技術(shù)進(jìn)步有助于提高耐用性，從而減少實(shí)地運(yùn)維需求。

伍德麥肯茲估計(jì)，至2030年，風(fēng)電行業(yè)運(yùn)輸及運(yùn)維環(huán)節(jié)的二氧化碳排放量有望減少60%。主要得益于以下幾點(diǎn)：大尺寸風(fēng)機(jī)的應(yīng)用將減少需要運(yùn)輸?shù)脑O(shè)備臺(tái)數(shù)，陸上運(yùn)輸燃料里程數(shù)的優(yōu)化， 電動(dòng)車輛的更多應(yīng)用，風(fēng)機(jī)技術(shù)進(jìn)步使得前往風(fēng)電場(chǎng)的運(yùn)維頻次和設(shè)備耐久性得到了大幅改善。

04、仍面臨哪些挑戰(zhàn)?

伍德麥肯茲預(yù)計(jì)，行業(yè)在選用風(fēng)機(jī)制造和安裝的新方法時(shí)將保持謹(jǐn)慎，特別考慮對(duì)電力成本(LCOE)的影響。2021年，大宗商品價(jià)格暴漲，鋼鐵價(jià)格上漲了25%可能導(dǎo)致LCOE上漲3%至5%，整機(jī)商或無(wú)法承受如此高的價(jià)格漲幅。

隨著越來(lái)越多的風(fēng)機(jī)走向生命周期終點(diǎn)，運(yùn)營(yíng)商還需要規(guī)劃其退役和處置。伍德麥肯茲預(yù)計(jì)，至2030年底，全球退役風(fēng)電的總?cè)萘繉⒃黾恿抖_(dá)到11GW。葉片采用復(fù)合材料，其回收之難，目前只能采用傾倒填埋的方式進(jìn)行處理。相關(guān)國(guó)家正在考慮制定新的政策，禁止使用垃圾填埋來(lái)處置風(fēng)機(jī)葉片。部分企業(yè)也在投資新技術(shù)以回收此類復(fù)合材料。

鋼鐵和混凝土原材料的開(kāi)采和制造所產(chǎn)生的間接排放經(jīng)常為人們所忽略。雖然現(xiàn)在擺在臺(tái)面上加以討論還為時(shí)過(guò)早，但風(fēng)電行業(yè)必須密切關(guān)注鋼鐵、采礦和電力部門(mén)的脫碳之路。

隨著時(shí)間的推移，脫碳風(fēng)潮席卷全行業(yè)，鋼鐵和混凝土等核心材料的排放將變得更加高效并有助于降低風(fēng)機(jī)碳排放。同時(shí)，項(xiàng)目開(kāi)發(fā)商也在努力提高風(fēng)機(jī)的效率和電廠利用率，最大程度實(shí)現(xiàn)零碳電力供應(yīng)。