0 引言
隨著地球上煤、石油等常規資源的日益匱乏以及環境的惡化，風能作為目前zui有發展前景、技術zui為成熟并且無大氣污染物的一種可再生能源，在當今能源短缺以及污染嚴重的時代扮演了重要角色[1-5]。據風能協會（GWEC）公布的數據，的風能儲量約為2.74×109MW，其中可利用的風能為2×107MW。我同風能資源儲備也相當豐富，國家氣象局已探明的風能儲備約為3226GW。其中，以陸地上離地10m高度計算，我國可利用的陸上風能約為253GW，約占我國風能總儲備量的7.84%;可以利用的海洋風能資源約為750GW，約占我國風能總儲備量的23.25%[6]。風力發電清潔安全，沒有煤電、油電等所伴生的環境污染問題。風電的這些優點使其成為目前的替代能源[7-13]。
目前，有關風力發電環境價值的量化研究還較少。為了制定火力發電行業污染物減排的環境價值標準，應用環境經濟學理論，參考中國排污總量收費標準和美國環境價值標準。對SO2、NOx、TSP（總懸浮顆粒物）等污染物[14-15]減排的環境價值標準進行估算。將天然氣發電的環境效益貨幣化，對天然氣發電的環境價值進行評估，相對于常規燃煤發電而言，天然氣發電的環境價值為8.9639分/（kW·h）[16]，為電力市場的環境價值交易提供了參考依據。本文借鑒相關理論研究，相對于常規煤電，對風電環境價值進行量化分析和評價[17-20]，為進一步優化我國的能源結構提供參考。
1 風電減排的環境價值構成
風力發電對環境的影響有正負2個方面：相對燃煤，風電對環境的正面影響是不會向大氣排放NOx、SO2以及粉塵等污染物和CO2，減少因開發化石能源，如煤、石油、天然氣所造成的環境問題等;風電對環境的負面影響有噪音污染、對鳥類生活的影響等。針對風力發電對環境的負面影響，限于當前技術的局限，還未能對其量化分析，本文僅就風力發電在減少大氣污染物排放方面進行量化評估[21-26]。
環境價值是對環境效益的貨幣化，風力發電的環境價值是相對于燃煤發電而言的，具體是指風力發電相對于燃煤發電在減少污染物排放方面所蘊含的價值量[21]。風電減排環境價值的測量公式為
式中：B為風電減排的環境價值，元;Vi為第i項污染物的環境價值，元/kg;n為污染物總種類數;ΔQi為第i項污染物的減排量，kg。
在應用式（1）計算風電減排的環境價值時，首先需要計算出排放物減排量，在計算污染物減排量時，先計算出各主要排放物的排放率，然后根據風電節省的燃煤量計算出各主要污染物的減排量;其次制定各主要污染物的環境價值標準;zui后以某個火電廠作為參照，計算相關的指標變量，利用式（1）就可以評估出風力發電的環境價值。
2 燃煤電廠主要排放物排放率的測算
燃煤電廠主要污染物排放率是指燃燒單位質量的燃料所排放的污染物的量。參照國家環境保護局公布的《燃煤電廠大氣污染物排放標準》，選取SO2、CO2、NOx等主要排放物進行分析。
2.1 SO2排放率的測算
煤中的硫分是影響燃煤SO2排放量的主要因素，其次是燃燒過程中煙氣硫的轉化率。燃煤電廠SO2排放率的計算公式[21-22]為
式中：為SO2的排放率，kg/t;Sy為燃煤應用基硫分，%;為燃煤硫向煙氣硫的轉化率，%;為SO2與S的摩爾質量比，約為2;η為脫硫效率，%。
取耗煤量1000kg，按照環保的要求，發電用煤的硫分不應超過1%，而我國煤炭平均硫分的實際情況為1.74%，所以為接近實際，本文燃煤應用基硫分Sy取1.74%，火電廠平均煙氣硫轉化率為90%[27]。
無脫硫裝置常規火電廠的SO2排放量為=1000×1.74%×90%×2×（1-0）=31.32kg
如果電廠增加了煙氣脫硫裝置，在煙氣循環率為50%時，脫硫效率可達96%，則SO2的排放量為
=1000×1.74%×90%×2×（1-96%）=1.2528kg
2.2 CO2排放率的測算
CO2是燃煤電廠所排放的一種溫室氣體，其排放率的計算公式[21]為
式中：為CO2排放率，%;Q為煤炭單位熱值，MJ/kg;E為單位熱值下潛在碳排放量，t/TJ;為燃料中碳氧化率;為CO2與C的摩爾質量比，約為3.667。
中國煤炭實測平均數值[28]分別為：單位熱值Q為21.2MJ/kg;碳的潛在排放量E為24.74t/TJ;碳的氧化率 為0.9。據此可以計算出每噸煤的CO2排放量為
=1×21.2×24.74×0.9×3.667=1730.97kg
2.3 NOx排放率的測算
NOx是常規煤電的第二大污染物，主要包括NO、N2O、N2O3、NO2、N2O4、N2O5等。在火電廠排放的NOx中，NO約占90%，加之NOx包含多種氣體，計算其排放率相當復雜，故本文僅用NO的排放率來間接測算NOx的排放率。對于NO的排放率，通過多變量回歸的方法得出燃燒1t煤NO排放量公式[21,29]為
式中：CR為NO排放量，kg;N為燃煤中氮的質量分數;V為燃料中揮發分;λ為氧與燃料化學當量比;Tmax為爐膛火焰zui高溫度;為空氣中初始氧的質量分數。根據相關研究資料顯示，CR值為8[21]，所以取NOx排放量為8kg。
針對其他污染物的排放率，取煤質單位熱值為21.2MJ/kg，飛灰為15%，硫分為1%，靜電除塵效率為99%，可計算出其他主要污染物的排放量。
綜上分析，火電廠燃燒1t煤所排放的各主要污染物的量見表1。
3 燃煤電廠主要污染物環境價值標準的制定
在評估污染物環境價值時，由于很難直接獲取評估環境損失所需的數據，所以常以防護費用等來間接評估污染物的環境價值[30-31]。
3.1 SO2的環境價值
電力行業排放SO2的環境價值可以用煤電煙氣脫硫的費用來進行間接估算。石灰石/石膏濕法脫硫是目前世界上應用的脫硫工藝，80%的脫硫裝置采用的是這種方法，同時也是我國電力行業SO2減排技術的主要方向，所以本文采用石灰石/石膏濕法脫硫的費用來間接評估。當前的研究表明，將6元/kg作為我國火電行業SO2的環境價值是可以接受的。
3.2 CO2的環境價值
根據世界觀察研究所的估計，發展中國家每削減1t CO2排放量的成本為5～10美元，發達國家則高達50美元。從溫室效應損失看，碳排放的經濟價值為20美元/t，上將此值作為碳排放的環境價值加以利用，則CO2的環境價值為0.1318元/kg（按1美元=6.59元折算）。
3.3 其他污染物的環境價值
針對其他污染物的環境價值，根據國內外文獻資料，借鑒美國價值標準，參照總量排污收費標準來對其進行估計[16-23]，見表2。
綜上分析，對火電廠污染物排放的環境價值進行計算，其結果見表3。
各主要污染指標環境價值標準確定后，再根據污染物的排放量，就可以計算出風電的環境價值。
4 實例計算
一個裝機容量為500MW的火電廠，如果年利用小時數為6000h，則該火電廠年發電量為30億kW·h。取電廠效率為38%，煤炭熱值Q為21.2MJ/kg，廠用電率為6%，則該火電廠年耗煤量約為142.6萬t，煤耗率約為0.475kg/（kW·h）。再由上述分析所得到的相關結果，可以得出該火電廠每年排放SO2為1786.49t，NOx為11408t，CO2為246.84萬t，CO為370.76t，TSP為570.4t，灰塵為156860t，廢渣為42780t。相同裝機容量的風力發電場，如果年有效運行時間為2200h，機組運行效率取90%，則該風力發電場的年發電量為9.9億kW·h。根據火電廠單位發電量煤耗推算，該風力發電場每年可以節省燃煤47.025萬t;根據火電廠各主要排放物指標推算，500MW裝機的風電場每年SO2減排量為589.13t，NOx減排量為3762t，CO2減排量為81.3989萬t，CO減排量為122.265t，TSP減排量為188.1t，灰塵減排量為51727.5t，廢渣減排量為14107.5t。
結合污染物的環境價值標準，根據式（1），計算風力發電場相對于火電廠的環境價值，見表4。
可以看出，相對于火電廠，風電的環境價值為0.1491元/（kW·h）。在此分析結果中，不包括減排廢水的環境價值，以及耗水減少所產生的生態價值。而天然氣發電的環境價值為0.0896元/（kW·h）[16]，與天然氣發電的環境價值相比較，風力發電的環境價值要遠遠大于天然氣發電的環境價值。我國風力發電的環境價值構成如圖1所示。
圖1 我國風力發電環境價值構成
5 結語
當前，世界各國都在積極應對氣候變化，尋求能源-經濟-環境的可持續發展道路，我國也在積極探索適用于本國的低碳經濟發展模式和節能減排路徑，控制溫室氣體排放任重而道遠。2010年我國風電累計裝機容量達到44733.29MW，其累計減排效益達146.7341億元，其中CO2的累計減排效益為105.2084億元，風電產業的發展對減少溫室氣體排放有著重要的意義。
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