电力供应技术的生命周期温室气体排放指南

【摘要】本文为一篇翻译节选报告。所选原文为丹尼尔·伟瑟所著的《电力供应技术相关的生命周期温室气体排放总量指南》。文中通过对目前的主流发电技术进行分析，比较不同发电方法所产生的温室气体排放量，指出了不同技术之间的优劣，并特别点明了在发电过程中容易被忽略的问题，这些问题会直接导致温室气体排放量。本文围绕不同电力技术在其生命周期内产生的温室气体排放量，以及不同技术可以改进、提高的方面，呼吁各国改进发电技术，采用新能源，缓解全球变暖。

【关键词】化石燃料 新能源技术 温室气体 全球变暖 气候政策

一、温室气体的排放

1.化石燃料。对化石燃料技术来说，大部分的生命周期温室气体排放产生在燃烧发电的运行过程中。直接排放过程的变化，是碳/热含量的组合燃料技术的类型和它的效率的组合。虽然发电过程中煤炭、天然气和石油之间的温室气体排放很突出，但在电力运输及后续维护活动产生的温室气体排放通常可以忽略不计。

表1展示了一个记录在欧洲多国燃料之间的上游温室气体排放的差异。令人惊讶的是，西欧的煤和石油（重油）的上游温室气体排放量大约比褐煤的要高15-25倍。天然气和轻油的温室气体排放要更高。在接下来的部分中将会展示，化石燃料发电厂的直接排放量也因随数量级的排列而不同，但只有当考虑采用CCS技术时才会体现出来。

2.新型能源。

（1）核能：在轻水反应堆操作过程中所排放的温室气体与累积温室气体排放生命周期相比，其数据要小很多，在0.74-1.3gCO2eq/kWhe的范围里。而与核电不同的是，化石燃料发电技术中温室气体的排放大多在发电运行环节，其温室气体排放数据大致在1.5-20gCO2eq/kWhe的范围内。

（2）可再生能源技术：与化石燃料技术相比，来自可再生能源的温室气体排放绝大多数来自发电过程中的上游部分，尤其是在用技术方面和建设发电设施方面。尽管对于生物质系统，大部分排放在燃料循环（具体取决于生物质的选择）中产生，但在技术间歇方面，生命周期是否应该包括或不包括备用项目（比如旋转备用）中所产生的温室气体排放成了难题。原则上来说，这些并没有被现有调查中包括进来。

（3）光伏发电：各种光伏系统使用寿命中温室气体排放情况的研究数据在43-73CO2eq/kWhe之间。包括单晶硅系统、多晶硅系统、非晶系统和CIGS（铜铟镓硒系统）。不同于化石燃料发电系统，光伏发电中的温室气体排放大多出现在发电生产上，约占50%-80%。而操作层面，使用寿命结束以及相关的运输活动并不会产生明显的累积温室气体排放。

（4）风能：对于风力渦轮发电而言，大部分的温室气体是在风力涡轮机的制造过程和电站建造的过程中产生的，这二者所产生的气体占总排量的72%到90%不等。除了风力涡轮机和电站的建造过程会产生大量温室气体外，在电站运行，维修，拆除及材料和发动机运输的过程中都会产生温室气体。由于风力受地理条件的影响所以不同地方的差别巨大，这一问题在调查研究结果上就可以体现出来。

（5）水电：大多数的案例分析都表明，水利发电产生的温室气体主要是在水电站的建造过程中产生的（尤其是蓄水大

坝）。在建造过程中产生的废气排放量在2-9CO2eq/kWhe. 总的来说，在评估的案例之中，水电的生命周期性温室气体排放量约在1-34gCO2eq/kWhe不等，

（6）生物能：生物的温室气体排放量主要取决于燃料能源循环利用率、生物燃料的性质、电站的技术水平以及热转化率。温室气体排放量的数值大约是35-99gCO2eq/kWhe，这些气体排放主要是在燃料循环这一阶段产生的，其他的阶段产生量可以忽略不计。

3.讨论与总结。这里所提的生命周期分析是为了说明在一些情况下，我们需要研发一种系统或者合适的机制来说明源头性以及运输维护环节温室气体排放的空间尺度标准，这不仅是为了在制定气候政策时更具有效率性和整体性，同时也给那些不会造成大量间接排放的科技铺平了发展的道路。就化石燃料而言，间接的排放量高达300gCO2eq/kWhe，相比之下，核能和可再生能源技术产生的累计的间接温室气体就会比化石产生的大幅减少。

从全球的角度来看，在2006年国家能源署的世界能源展望计划中，其中的参考方案指出在2004-2030年间，因发电发产生的二氧化碳将占到全球二氧化碳总排放的一半左右。因此，有效的减排手段对于减少因发电带来温室气体以及签约国（京都协议书和联合国气候变化框架公约）在履行自己的义务上，起着至关重要的作用。

尽管这里的报告中指出了，关于减少生命周期循环温室气体排放在发电方面的技术赢家是——可再生能源以及核能，相较于化石燃料发电技术而言。但是这里必须指出的是，电量不仅在数量上小，而且成本高，并且在社会和政治层面上难以被接受，所以要想在能源供应中占主导地位的话，两种手段在中短期内基本不可能实现。想要满足不断增长的能源需求，可能需要要求多项（如果不是全部）温室气体减排政策的结合，来帮助减少温室气体在能源领域的排放强度。

二、五个关于碳排放减少的案例

1.更有效地转化化石燃料。在火力发电厂中，那些通过煤炭发电的案例，比如火电站的转化效率大致在30%-50%，而温室气体排放量在低效的电厂要比高效的电站多接近两倍。然而，要想在中短期实现的话，这就要求市场和出台管理框架来促进投资帮助新科技的发展，来提高煤炭能源发电率，从而减少二氧化碳的排放。在2006年的国际能源署的世界能源展望会中估计这个数值可能会增加到百分之六十七，我们需要制定政策来为建立高效的石化能源发电站铺平道路，并且吸引投资者和市场的目光。

来源：褐煤[10，17，26]，煤[10，17，22，26，27，28]，石油[10，17，18，22，28]，天然气[10，12，17，22，26，28，29，30]，碳捕获和储存（CCS）以及能源贮存系统[21，31，32]，核[10，12，17，18，27，28，34，35]，太阳能光伏发电[17，26，28，36，37]，风[17，18，26，28，38，39，40，41]，水[28，42，43，44]，生物质能[26，42，45]endprint

图二数据5显示出不同的化石燃料科技手段所产生的生命周期温室气体排放量相差悬殊——在最先进和落后的科技之间相差量基本至少在两倍以上，在最先进的科技和中等水平之间也至少相差30%。由于大部分温室气体都是由发电造成的，所以应用更好的科技技术可以大幅减小其排放量，正如上述几个例子所讲的那样。

2.通过使用低碳化石燃料来控制排放物的产生。数据五的结果及总结显示出，将使用煤炭（尤其是褐煤）和燃油发电的技术换为现有最先进的天然气发电技术，可以减少温室气体排放（如天然气电厂的生命周期温室气体排放量大约是褐煤或煤炭发电厂的一半）。不过，我们必须清醒的认识到——从一种燃料或技术转变为另一种燃料或技术仅仅只是一个技术层面的选择。然而潜在的经济现实层面才会决定到底要不要使用这个技术，比如从使用煤炭/褐煤到使用天然气之间的转变只有价格适当的时候才能实现。此外，大规模的从使用煤炭转换到使用天然气会导致天然气价格承受过大的压力，并且潜在的让天然气的经济效益受损。再提一点，从一种燃料的使用转换到另一种可能还会需要更多的投资，因为燃料的转换也要求其他相关的基础设施（如新的发电厂和发电设施等）要相配套。

3.增加核能的使用。从温室气体排放角度来看，核电站

（如轻水反应堆）具有相当广阔的前景，它有很大的减排潜力，以及能为大多数以化石燃料为基础的能源科技提供相同的能源服务，并能取代化石燃料发电厂。数据五指出平均轻水反应堆在所有评估的科技中，生命循环温室气体排放量是第二低的。然而，在很多的国家中，核能是不被接受的（出于政治和社會因素），这显然让核能的减排能力在全球范围内大打折扣。以上的方法都可以从国家层面和能源供应的角度来帮助各国减少能源产品的温室气体排放强度。举个例子：在2006年的世界能源展望上的“更换政策假想”，世界能源署预计发电行业的二氧化碳排放强度会有所改善，例如核能和可再生能源技术使用的增加，促使二氧化碳排放量减少了22%（相较于“参考设想”）到2030年时。在同等条件，能源部门提高能源利用效率和燃料种类的转变减少全球范围内13%的二氧化碳排放量。

然而，这里需要重点指出的是很多电力需求侧管理（DSM）的方法通过减少电力需求（同样减少排放）比改变能源供应模式的方式更有效。根据国际能源署的“更换政策假想”，要求出台相关政策来更有效的使用电能，如在照明，空调，电力设备和工业发动机可以大概减少30%二氧化碳排放，到2030年的时候（相较于“参考假想”），接近于所有能源供应领域的减少温室气体排放潜在能力之和。

*原文作者：丹尼尔·伟瑟（奥地利），译文作者：段宇彤endprint