中国物资再生协会
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北京大学城市与环境学院教授李双成:风光发电全生命周期的生态环境效应

发表时间:2023-05-11 15:43

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2023年2月18日,由河北省能源局、张家口市人民政府指导,中国物资再生协会风光设备循环利用专业委员会主办的国家可再生能源示范区(张家口)风光设备循环利用技术发展论坛在张家口国际大酒店举行。论坛以“聚焦风光发电设备循环利用,促进可再生能源持续发展”为主题,旨在推动退役风电机组、光伏组件回收处理技术创新,促进新能源行业循环经济发展,实现风电、光伏产业链全生命周期管理。

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北京大学城市与环境学院教授李双成发表了题为《风光发电全生命周期的生态环境效应》的主题演讲。李双成指出,在实现“双碳”目标背景下,风电和光伏迎来了千载难逢的发展机遇。构建以新能源为主体的新型电力系统,大力发展风光发电,是实现“30.60”目标的重要举措。截止到 2022 年底,全国风电光伏发电装机突破了 7 亿千瓦, 2022 年风电光伏新增装机占全国新增装机的 78%,新增风电光伏发电量占全国当年新增发电量的 55% 以上,风电和光伏发电装机量均处于世界第一。然而,在快速发展的形势下,也存在一些亟需解决的风电和光伏制约因素,归纳起来有技术、政策和公众认知三类。最近几年,关于风电和光伏的生态环境影响的报道成为热点,比如大型风电和光伏的生态环境效应、风电光伏的用地规划和准入问题、风电和光伏基地建设对生物多样性的影响等。究其原因,这些问题的出现主要是因为产业发展超前于科学研究、政策制定与实际情况存在一定的偏差、公众受到碎片化知识的误导而产生对风电光伏建设的片面看法等所致。因此,科学认知风光资源开发对生态环境的影响类型、程度、范围和途径是风光产业可持续发展的前提条件。
首先,从全生命周期来看,风电和光伏产业的全生产链条可以分成为部件制造期、设备运输期、建设安装期、运行维护期和退役弃置期等5个阶段。据联合国欧洲经济委员会统计报道可知,没有碳捕获措施的燃煤发电的二氧化碳排放量1023gCO2e/kWh,煤电场在全生命周期每千瓦时发电所需要材料的重量为717g,而风电场和太阳能发电场的全生命周期的二氧化碳的排放量仅为40gCO2e/kWh,在全生命周期每千瓦时发电量所需要材料的重量为0.45g,可以看出风电场和光伏发电站是最清洁低碳的。据已有的一些研究成果,在低排放的风电场生命周期中,拆卸和回收阶段对于减少全生命周期温室气体排放量贡献巨大,减少了风电场全生命周期约35%的温室气体排放,由此可见风电光伏退役对环境的重要性。
其次,风电和光伏的安装和运行会对生态环境带来一定的影响。通过近千篇国内外的文献调研可知,在陆上风电光伏安装和运行过程中,风电场会通过改变地表形态、去除地表植被等形式,进而扰动土壤、引起局部水土流失,造成暂时性景观变差;海上风电则会增加海水的浊度、引起泥沙上浮、以及造成海上的噪音污染,进而影响到海洋生物的栖息、觅食和生殖行为。在影响气温和降水方面,风光设施会通过改变下垫面性质(粗糙度、反照率)进而改变地表辐射强迫和能量传输,改变地表水热过程,通常认为风电场建设后在日尺度,会造成夜间温度升高,白天的温度会降低;在季节尺度,秋冬季节变化会强于春夏季节;对降水的影响总体来说影响较小,但是海上风电场上会对于24小时降水影响较大,而且与距海远近和方位相关;在影响风速方面,风电场会吸收气流动量,减少下游风速,在距风电场30-60km左右和轮毂高度处,风速的影响最大。光伏电站建成之后,在日尺度上,温度会升高,出现全天“光伏热岛”现象,也会有一些夜间降温的报道;对于降水的影响,整体影响也比较小;对于风速,由于光伏面板的遮挡现象,会减少风速。所以如何科学合理的布局、处置风电光伏设施,使其对生态环境的影响最低,是今后研究的重要课题。
最后,要努力实现风电光伏的绿色退役。要特别注意拆解和运输废弃部件带来的温室气体排放,拆解和运输废弃部件对地表形态、植被和土壤的扰动,拆解废弃部件带来的环境污染风险。建议可以选择区位条件优越、旅游资源组合好的一些退役风电和光伏区域,作为观光旅游、科普宣传的景点,或者风光开发的历史遗址。同时可以根据不同的生态地理类型,选择现有科学研究基础较好的风光发电区域,作为国家或区域定位观测研究基地,让一些退役风电光伏设施实现科研基地化,为全面系统研究风电和光伏的气候和生态环境效应提供地理空间。另外,通过中国物资再生协会风光设备循环利用专业委员会的组织,进行退役风光设备设计大赛,循环利用退役风电的零部件,实现材料再加工,赋予废旧材料全新的形象和机能,让退役风电和光伏部件实现工艺化。在风电场和光伏发电站的退役修复中,要以实现生态系统服务和生物多样性恢复成本最大收益为目标,创新环境友好的处置退役风电和光伏设施的技术体系,强化全生命周期的绿色低碳成色,尽可能采用基于自然的解决办法,实现地表景观的复原、水土流失的治理、地表植被的复植和土壤的全层修复,走好“最后一公里”,做到绿色退役,让风电和光伏产业健康持续绿色发展,实现风电光伏产业与自然的和谐共生。
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