電力供應(yīng)技術(shù)的生命周期溫室氣體排放指南

【摘要】本文為一篇翻譯節(jié)選報(bào)告。所選原文為丹尼爾·偉瑟所著的《電力供應(yīng)技術(shù)相關(guān)的生命周期溫室氣體排放總量指南》。文中通過(guò)對(duì)目前的主流發(fā)電技術(shù)進(jìn)行分析，比較不同發(fā)電方法所產(chǎn)生的溫室氣體排放量，指出了不同技術(shù)之間的優(yōu)劣，并特別點(diǎn)明了在發(fā)電過(guò)程中容易被忽略的問(wèn)題，這些問(wèn)題會(huì)直接導(dǎo)致溫室氣體排放量。本文圍繞不同電力技術(shù)在其生命周期內(nèi)產(chǎn)生的溫室氣體排放量，以及不同技術(shù)可以改進(jìn)、提高的方面，呼吁各國(guó)改進(jìn)發(fā)電技術(shù)，采用新能源，緩解全球變暖。

【關(guān)鍵詞】化石燃料 新能源技術(shù) 溫室氣體 全球變暖 氣候政策

一、溫室氣體的排放

1.化石燃料。對(duì)化石燃料技術(shù)來(lái)說(shuō)，大部分的生命周期溫室氣體排放產(chǎn)生在燃燒發(fā)電的運(yùn)行過(guò)程中。直接排放過(guò)程的變化，是碳/熱含量的組合燃料技術(shù)的類型和它的效率的組合。雖然發(fā)電過(guò)程中煤炭、天然氣和石油之間的溫室氣體排放很突出，但在電力運(yùn)輸及后續(xù)維護(hù)活動(dòng)產(chǎn)生的溫室氣體排放通?？梢院雎圆挥?jì)。

表1展示了一個(gè)記錄在歐洲多國(guó)燃料之間的上游溫室氣體排放的差異。令人驚訝的是，西歐的煤和石油（重油）的上游溫室氣體排放量大約比褐煤的要高15-25倍。天然氣和輕油的溫室氣體排放要更高。在接下來(lái)的部分中將會(huì)展示，化石燃料發(fā)電廠的直接排放量也因隨數(shù)量級(jí)的排列而不同，但只有當(dāng)考慮采用CCS技術(shù)時(shí)才會(huì)體現(xiàn)出來(lái)。

2.新型能源。

（1）核能：在輕水反應(yīng)堆操作過(guò)程中所排放的溫室氣體與累積溫室氣體排放生命周期相比，其數(shù)據(jù)要小很多，在0.74-1.3gCO2eq/kWhe的范圍里。而與核電不同的是，化石燃料發(fā)電技術(shù)中溫室氣體的排放大多在發(fā)電運(yùn)行環(huán)節(jié)，其溫室氣體排放數(shù)據(jù)大致在1.5-20gCO2eq/kWhe的范圍內(nèi)。

（2）可再生能源技術(shù)：與化石燃料技術(shù)相比，來(lái)自可再生能源的溫室氣體排放絕大多數(shù)來(lái)自發(fā)電過(guò)程中的上游部分，尤其是在用技術(shù)方面和建設(shè)發(fā)電設(shè)施方面。盡管對(duì)于生物質(zhì)系統(tǒng)，大部分排放在燃料循環(huán)（具體取決于生物質(zhì)的選擇）中產(chǎn)生，但在技術(shù)間歇方面，生命周期是否應(yīng)該包括或不包括備用項(xiàng)目（比如旋轉(zhuǎn)備用）中所產(chǎn)生的溫室氣體排放成了難題。原則上來(lái)說(shuō)，這些并沒(méi)有被現(xiàn)有調(diào)查中包括進(jìn)來(lái)。

（3）光伏發(fā)電：各種光伏系統(tǒng)使用壽命中溫室氣體排放情況的研究數(shù)據(jù)在43-73CO2eq/kWhe之間。包括單晶硅系統(tǒng)、多晶硅系統(tǒng)、非晶系統(tǒng)和CIGS（銅銦鎵硒系統(tǒng)）。不同于化石燃料發(fā)電系統(tǒng)，光伏發(fā)電中的溫室氣體排放大多出現(xiàn)在發(fā)電生產(chǎn)上，約占50%-80%。而操作層面，使用壽命結(jié)束以及相關(guān)的運(yùn)輸活動(dòng)并不會(huì)產(chǎn)生明顯的累積溫室氣體排放。

（4）風(fēng)能：對(duì)于風(fēng)力渦輪發(fā)電而言，大部分的溫室氣體是在風(fēng)力渦輪機(jī)的制造過(guò)程和電站建造的過(guò)程中產(chǎn)生的，這二者所產(chǎn)生的氣體占總排量的72%到90%不等。除了風(fēng)力渦輪機(jī)和電站的建造過(guò)程會(huì)產(chǎn)生大量溫室氣體外，在電站運(yùn)行，維修，拆除及材料和發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)輸?shù)倪^(guò)程中都會(huì)產(chǎn)生溫室氣體。由于風(fēng)力受地理?xiàng)l件的影響所以不同地方的差別巨大，這一問(wèn)題在調(diào)查研究結(jié)果上就可以體現(xiàn)出來(lái)。

（5）水電：大多數(shù)的案例分析都表明，水利發(fā)電產(chǎn)生的溫室氣體主要是在水電站的建造過(guò)程中產(chǎn)生的（尤其是蓄水大

壩）。在建造過(guò)程中產(chǎn)生的廢氣排放量在2-9CO2eq/kWhe. 總的來(lái)說(shuō)，在評(píng)估的案例之中，水電的生命周期性溫室氣體排放量約在1-34gCO2eq/kWhe不等，

（6）生物能：生物的溫室氣體排放量主要取決于燃料能源循環(huán)利用率、生物燃料的性質(zhì)、電站的技術(shù)水平以及熱轉(zhuǎn)化率。溫室氣體排放量的數(shù)值大約是35-99gCO2eq/kWhe，這些氣體排放主要是在燃料循環(huán)這一階段產(chǎn)生的，其他的階段產(chǎn)生量可以忽略不計(jì)。

3.討論與總結(jié)。這里所提的生命周期分析是為了說(shuō)明在一些情況下，我們需要研發(fā)一種系統(tǒng)或者合適的機(jī)制來(lái)說(shuō)明源頭性以及運(yùn)輸維護(hù)環(huán)節(jié)溫室氣體排放的空間尺度標(biāo)準(zhǔn)，這不僅是為了在制定氣候政策時(shí)更具有效率性和整體性，同時(shí)也給那些不會(huì)造成大量間接排放的科技鋪平了發(fā)展的道路。就化石燃料而言，間接的排放量高達(dá)300gCO2eq/kWhe，相比之下，核能和可再生能源技術(shù)產(chǎn)生的累計(jì)的間接溫室氣體就會(huì)比化石產(chǎn)生的大幅減少。

從全球的角度來(lái)看，在2006年國(guó)家能源署的世界能源展望計(jì)劃中，其中的參考方案指出在2004-2030年間，因發(fā)電發(fā)產(chǎn)生的二氧化碳將占到全球二氧化碳總排放的一半左右。因此，有效的減排手段對(duì)于減少因發(fā)電帶來(lái)溫室氣體以及簽約國(guó)（京都協(xié)議書(shū)和聯(lián)合國(guó)氣候變化框架公約）在履行自己的義務(wù)上，起著至關(guān)重要的作用。

盡管這里的報(bào)告中指出了，關(guān)于減少生命周期循環(huán)溫室氣體排放在發(fā)電方面的技術(shù)贏家是——可再生能源以及核能，相較于化石燃料發(fā)電技術(shù)而言。但是這里必須指出的是，電量不僅在數(shù)量上小，而且成本高，并且在社會(huì)和政治層面上難以被接受，所以要想在能源供應(yīng)中占主導(dǎo)地位的話，兩種手段在中短期內(nèi)基本不可能實(shí)現(xiàn)。想要滿足不斷增長(zhǎng)的能源需求，可能需要要求多項(xiàng)（如果不是全部）溫室氣體減排政策的結(jié)合，來(lái)幫助減少溫室氣體在能源領(lǐng)域的排放強(qiáng)度。

二、五個(gè)關(guān)于碳排放減少的案例

1.更有效地轉(zhuǎn)化化石燃料。在火力發(fā)電廠中，那些通過(guò)煤炭發(fā)電的案例，比如火電站的轉(zhuǎn)化效率大致在30%-50%，而溫室氣體排放量在低效的電廠要比高效的電站多接近兩倍。然而，要想在中短期實(shí)現(xiàn)的話，這就要求市場(chǎng)和出臺(tái)管理框架來(lái)促進(jìn)投資幫助新科技的發(fā)展，來(lái)提高煤炭能源發(fā)電率，從而減少二氧化碳的排放。在2006年的國(guó)際能源署的世界能源展望會(huì)中估計(jì)這個(gè)數(shù)值可能會(huì)增加到百分之六十七，我們需要制定政策來(lái)為建立高效的石化能源發(fā)電站鋪平道路，并且吸引投資者和市場(chǎng)的目光。

來(lái)源：褐煤[10，17，26]，煤[10，17，22，26，27，28]，石油[10，17，18，22，28]，天然氣[10，12，17，22，26，28，29，30]，碳捕獲和儲(chǔ)存（CCS）以及能源貯存系統(tǒng)[21，31，32]，核[10，12，17，18，27，28，34，35]，太陽(yáng)能光伏發(fā)電[17，26，28，36，37]，風(fēng)[17，18，26，28，38，39，40，41]，水[28，42，43，44]，生物質(zhì)能[26，42，45]endprint

圖二數(shù)據(jù)5顯示出不同的化石燃料科技手段所產(chǎn)生的生命周期溫室氣體排放量相差懸殊——在最先進(jìn)和落后的科技之間相差量基本至少在兩倍以上，在最先進(jìn)的科技和中等水平之間也至少相差30%。由于大部分溫室氣體都是由發(fā)電造成的，所以應(yīng)用更好的科技技術(shù)可以大幅減小其排放量，正如上述幾個(gè)例子所講的那樣。

2.通過(guò)使用低碳化石燃料來(lái)控制排放物的產(chǎn)生。數(shù)據(jù)五的結(jié)果及總結(jié)顯示出，將使用煤炭（尤其是褐煤）和燃油發(fā)電的技術(shù)換為現(xiàn)有最先進(jìn)的天然氣發(fā)電技術(shù)，可以減少溫室氣體排放（如天然氣電廠的生命周期溫室氣體排放量大約是褐煤或煤炭發(fā)電廠的一半）。不過(guò)，我們必須清醒的認(rèn)識(shí)到——從一種燃料或技術(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N燃料或技術(shù)僅僅只是一個(gè)技術(shù)層面的選擇。然而潛在的經(jīng)濟(jì)現(xiàn)實(shí)層面才會(huì)決定到底要不要使用這個(gè)技術(shù)，比如從使用煤炭/褐煤到使用天然氣之間的轉(zhuǎn)變只有價(jià)格適當(dāng)?shù)臅r(shí)候才能實(shí)現(xiàn)。此外，大規(guī)模的從使用煤炭轉(zhuǎn)換到使用天然氣會(huì)導(dǎo)致天然氣價(jià)格承受過(guò)大的壓力，并且潛在的讓天然氣的經(jīng)濟(jì)效益受損。再提一點(diǎn)，從一種燃料的使用轉(zhuǎn)換到另一種可能還會(huì)需要更多的投資，因?yàn)槿剂系霓D(zhuǎn)換也要求其他相關(guān)的基礎(chǔ)設(shè)施（如新的發(fā)電廠和發(fā)電設(shè)施等）要相配套。

3.增加核能的使用。從溫室氣體排放角度來(lái)看，核電站

（如輕水反應(yīng)堆）具有相當(dāng)廣闊的前景，它有很大的減排潛力，以及能為大多數(shù)以化石燃料為基礎(chǔ)的能源科技提供相同的能源服務(wù)，并能取代化石燃料發(fā)電廠。數(shù)據(jù)五指出平均輕水反應(yīng)堆在所有評(píng)估的科技中，生命循環(huán)溫室氣體排放量是第二低的。然而，在很多的國(guó)家中，核能是不被接受的（出于政治和社會(huì)因素），這顯然讓核能的減排能力在全球范圍內(nèi)大打折扣。以上的方法都可以從國(guó)家層面和能源供應(yīng)的角度來(lái)幫助各國(guó)減少能源產(chǎn)品的溫室氣體排放強(qiáng)度。舉個(gè)例子：在2006年的世界能源展望上的“更換政策假想”，世界能源署預(yù)計(jì)發(fā)電行業(yè)的二氧化碳排放強(qiáng)度會(huì)有所改善，例如核能和可再生能源技術(shù)使用的增加，促使二氧化碳排放量減少了22%（相較于“參考設(shè)想”）到2030年時(shí)。在同等條件，能源部門提高能源利用效率和燃料種類的轉(zhuǎn)變減少全球范圍內(nèi)13%的二氧化碳排放量。

然而，這里需要重點(diǎn)指出的是很多電力需求側(cè)管理（DSM）的方法通過(guò)減少電力需求（同樣減少排放）比改變能源供應(yīng)模式的方式更有效。根據(jù)國(guó)際能源署的“更換政策假想”，要求出臺(tái)相關(guān)政策來(lái)更有效的使用電能，如在照明，空調(diào)，電力設(shè)備和工業(yè)發(fā)動(dòng)機(jī)可以大概減少30%二氧化碳排放，到2030年的時(shí)候（相較于“參考假想”），接近于所有能源供應(yīng)領(lǐng)域的減少溫室氣體排放潛在能力之和。

*原文作者：丹尼爾·偉瑟（奧地利），譯文作者：段宇彤endprint