西北地区风电的发展现状及环境价值研究

康小兵，孙 斌

(中国三峡新能源(集团)股份有限公司西北分公司，甘肃 兰州 730000)

1 引言

近年来，随着社会经济、工业化水平的快速发展，导致国际能源结构和环境问题越来越严峻，从而促使世界各国对新生能源的需求持续提升，因此清洁环保型新能源的开发和有效利用已逐渐成为影响全球发展的重要课题[1～3]。而风能是一种无污染，可再生的清洁优质能源，相比传统化石能源，如石油和煤炭等，具有节能环保、成本较低、使用安全等优势[4，5]。作为未来电力行业的主要替代燃料，虽然风力发电的发展历程较短，但因其开发技术的成熟，可有效缓解环境污染、能源短缺等问题[6～8]，却表现出了较强的发展趋势。本文结合现有排污收费标准，对我国西北地区风能资源的分布及开发利用进行相应的分析。

2 西北地区风电的发展现状

我国西北五省地区的风能资源都较为丰富，并且是国家大力支持产业领域，具有十分巨大的开发利用潜力[9]。当下我国风电产业具有了一定的发展基础，正处于快速发展的重要时期。经查阅文献，西北地区的理论风能开发资源储量约为940.1 GW，技术可开发储量近73.7 GW，约占全国储量的29.13%[10]。但与火力发电相比,仍有很多的不足，比如风电不能持续稳定的发电，而且会随着季节的变化，气候的变迁而改变。通常，风力发电的高峰期都在夜晚,但这也正是城镇用电的低谷，以及风能的不可保存性，导致了风电上网特殊性[11]。因此，风电作为可持续发展的清洁能源，但需要政策的倾斜和鼓励支持，才能促使风力发电产业吸引高科技的引入，用科技的进步来逐步改善风力发电在各方面所遇到的瓶颈。

3 西北地区风力资源开发

风能可以说是由空气压力高的地方移向压力低的方向时而产生的动能。在中国，西北地区的风能资源十分丰富，风力资源量大质优，风向稳定，风能密度高，无破坏性风速，主要分布在甘肃、宁夏、青海、陕西、新疆五省区，具有良好的开发利用潜力[12]。目前，西北地区已发展成为我国风力发电的主要市场，其风电装机容量也已经有了前所未有的发展[13]。

2019年全国并网风电装机容量21005万kW，甘肃、宁夏、青海、陕西、新疆五省的装机容量分别为：1297万kW、1116万kW、462万kW、532万kW、1956万kW，累计并网容量5363万kW，约占全国的25.53%，相比上年增长9.76%[11]。

4 西北地区风电环境价值评估

环境价值是环境能够满足人类生存和健康需求的功能或指货币化的环境承载能力,即货币化的环境效益[14]。风力发电的环境价值评估是以传统煤电作为参照来体现的，一般，要先确定火电污染物排放标准和污染物环境价值标准。其次，依据风力机组的发电量使其等效于传统的火力发电量，从而计算得出等效电量的煤耗量。最后，在基于环境价值标准的基础上来对比传统火电的煤耗量，计算得出风力发电的环境价值。

4.1 火电污染物排放

通常，火力发电的主要污染物为二氧化硫(SO2)、氧化氮(NOx)、二氧化碳(CO2)、一氧化碳(CO)、粉煤灰、炉渣和TSP(悬浮颗粒物)等。

SO2作为燃煤火力发电的首要污染物，可形成酸性物质，造成酸雨，破坏生态环境，其排放量计算公式为[15]：

GSO2=B×Sy×KSO2×λSO2×(1-η)

(1)

式(1)中：GSO2为SO2排放量；B为燃煤消耗量；Sy为燃煤收到基含硫质量分数；KSO2为燃煤硫向烟气硫的转化率；λSO2约为2，是SO2与S的摩尔质量之比；η代表脱硫效率。

在我国煤炭平均含硫率为1.74%，而环保要求火力发电用煤含硫率不超过1%，故取煤炭的含硫率为1%，电厂燃煤硫的平均转化质量分数为0.9，则燃煤电厂的SO2环境排放率一般为18 kg/t。

NOx是燃煤火力发电的第二大污染物，同样可形成酸性物质有害环境。其中，火电厂通过燃烧方式所产生的污染物NOx中，NO占到了90%。根据KenOkazaki等众多学者采用的多变量回归方法求得NOx的环境排放率为8 kg/t。

CO2作为会影响全球气候变暖的温室气体，其燃煤电厂所产生的CO2排放量计算公式如下[16]：

GCO2=B×Q×E×KCO2×λCO2

(2)

式(2)中：GCO2是CO2的排放率，kg/t；B是煤炭的消耗质量，kg；Q是煤炭的发热量，MJ/kg；E是单位热值下潜在的碳排放量，t/TJ；KCO2是燃料中碳的氧化率；λCO2约为3.667，是CO2与C的摩尔质量之比。通过实测我国的煤炭平均数值得出Q=21.2 MJ/kg，E=24.74 t/TJ，KCO2=0.9,由此计算得出CO2的排放率为1731 kg/t。

依据目前的燃煤发电技术，火电厂燃烧1 t的煤炭所产生的CO排放率为0.26 kg/t、粉煤灰的排放率为110.00 kg/t、炉渣的排放率为30.0 kg/t和TSP等污染物的排放率为0.40 kg/t，如表1所示。

表1 燃煤污染物排放率

4.2 污染物环境价值标准

衡量风力发电的环境价值，应先评估污染物减排的环境价值标准。通过参考中国排污总量收费标准以及美国环境价值的标准评估我国目前电力行业的各种污染物减排的环境价值标准，从而得出了有关风力发电减排环境价值的评价标准。结合我国国内的相关研究文献得出了关于燃煤火力发电行业污染物的环境价值标准，如表2所示。

表2 燃煤火电厂污染物环境价值标准

4.3 西北地区风电环境价值

按照《国家能源局2019年风电并网运行情况》得出西北五省：甘肃、宁夏、青海、陕西、新疆的风力发电量的年利用小时数，分别为1931 h、1811 h、1743 h、1931 h、2147 h。并利用风力发电量的计算公式：

W=∑Qi·Pi

(3)

式(3)中：Qi是第i省的装机容量；Pi是第i省的风电利用小时数。计算得出西北地区2019年的风力发电量为10370905万kW·h。

按照国家能源局发布的数据，2019年全国供电标准煤耗307 g/(kW·h)，则根据等效煤耗量等于标准煤耗与风力发电量的乘积，计算出西北地区风力发电量等效于火力发电的煤耗量，为31838678 t。

由表3可知，2019年西北地区风力发电相对于燃煤火电的环境价值。在整个风力发电环境价值构成中，对火力发电所产生重要污染物SO2和NOx的减排明显，而CO2的减排效益最为显著。西北地区的风电相当于减排SO2气体573096 t，环境价值约为343858万元；减排NOx气体254709 t，环境价值约为203768万元；减排CO2气体55112752 t，环境减排效益约为126759万元，可见西北地区风电具有良好的环境效益和经济效益。

表3 西北地区2019年风电环境价值

5 结论

本文结合我国西北地区的风电发展现状，对比了燃煤火力发电技术的环境价值，发现风力发电资源潜力大，技术基本成熟，具有显著的经济减排效益。因此，在发电能源的开发过程中，西北地区的风力发电仍具有很大的发展前景，在应对气候变化的新形势下，加强对大型可再生的风电能源发电技术的开发，可有效地减少温室气体、SO2、NOx等有害污染物，从而缓解日益增加的能源危机及环境压力，保护生态，为我国西北地区带来明显的经济效益、社会效益和环境效益。