【摘 要】
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随着我国风电开发布局不断南移,东南沿海省份因兼具丰富的陆上和海上风能资源且靠近电力负荷中心成为风电开发的重点区域。然而风电开发需要大量基础设施建设,不仅会对当地生态系统造成干扰,也会造成不可忽视的生命周期资源环境影响。因此,亟需对海-陆风电开发的生态环境影响进行系统对比分析,以期为东南沿海省份统筹海-陆风电开发提供定量化决策依据。本研究选取山东省鲁能（单机1.5MW,总装机42MW,下同）、瓦善（
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随着我国风电开发布局不断南移,东南沿海省份因兼具丰富的陆上和海上风能资源且靠近电力负荷中心成为风电开发的重点区域。然而风电开发需要大量基础设施建设,不仅会对当地生态系统造成干扰,也会造成不可忽视的生命周期资源环境影响。因此,亟需对海-陆风电开发的生态环境影响进行系统对比分析,以期为东南沿海省份统筹海-陆风电开发提供定量化决策依据。本研究选取山东省鲁能（单机1.5MW,总装机42MW,下同）、瓦善（2MW,50MW）、沂水（2MW,49.8MW）三个陆上风电场和江苏省如东（2MW,150MW）、滨海（4MW,100MW）两个海上风电场为典型案例,首先构建生命周期评价模型（Life Cycle Assessment,LCA）分析海-陆风开发的环境影响,并通过与煤电对比得到不同风电场的节能减排效益;其次,采用能值分析方法,将风电开发导致的生态系统服务损失纳入核算体系,整合其资源消耗,评估海-陆风电开发的系统性生态影响;最后通过构建风电单位节能减排收益的能值投入指标,综合对比海-陆风电的生态环境影响,主要研究结果如下:（1）从生命周期视角来看,每生产1 k Wh电力,尽管单机容量增大可以优化系统环境表现,但海上风电场的环境影响整体要高于陆上风电场。从具体数值来看,如东和滨海风电场全生命周期能耗分别为8.21 MJ/k Wh和6.20 MJ/k Wh,而鲁能、瓦善、沂水风电场全生命周期的能耗仅为3.00 MJ/k Wh、2.14 MJ/k Wh、1.88 MJ/k Wh。环境排放呈现出同样的趋势,两个海上风电场的温室气体（Greenhouse gas,GHG）排放量分别高达22.41 g/k Wh、16.83 g/k Wh,是三个陆上风电场（8.44 g/k Wh、5.98g/k Wh、5.41 g/k Wh）的1.99～4.14倍。这主要是由于尽管海上风电拥有更好的风能资源,但是开发利用需要更多的资源投入,从而造成更大的环境影响,尤其是建设施工阶段,包括风机基础等,贡献了超过70%的环境影响。相比之下,陆上风电场的建设施工阶段相对简单,其环境影响主要集中在设备生产期。（2）通过能值分析可知鲁能、瓦善、沂水、如东、滨海风电场的能值转换率分别为1.77E+4 sej/J、1.26E+4 sej/J、1.42E+4 sej/J、1.93E+4 sej/J和1.66E+4 sej/J,可见较海上风电而言,由于基础设施等工程相对简单,陆上风电场系统转换效率更高。在所有投入的能值中,不可再生能值的投入占比分别为93.48%、91.37%、92.28%、89.55%和86.51%,海-陆风电场均需要投入大量不可再生资源来支撑系统运行。各风电场的生态系统服务损失分别占总能值投入的0.61%、0.89%、0.68%、4.02%和6.41%。考虑生态系统服务损失后的环境负载率为16.75、11.48、13.22、14.61和13.11,能值可持续性指标分别为0.06、0.09、0.08、0.08、和0.09,鲁能风电场由于其单机容量最小,可持续性最差,因此在风电的未来发展中,可以考虑替代小功率机组来提高系统的可持续性。（3）与煤电相比,各风电场节能效益均在200 MJ/k Wh以上,GHG减排效益介于437.23 g/k Wh～454.22 g/k Wh之间。但由于海上风电对风资源的利用效率更高,单位装机可以生产更多的清洁电能,因此海上风电每MW装机的节能减排收益是陆上风电场的1.02～1.48倍。然而当考虑资源投入时,则陆上风电场展现出更大的优势。结合能值分析结果,海上风电场获得单位节能收益需要投入的能值为3.25E+08 sej/MJ和2.79E+08 sej/MJ,减少单位GHG排放需要投入的能值为1.57E+08 sej/g和1.35E+08 sej/g,是陆上风电场的0.96～1.60倍。由此可见,获取相同的节能减排收益,陆上风电系统所需资源投入以及造成的生态系统服务损失较小,优于海上风电场。整体来说,相比于陆上风电场,海上风电场由于基础设施复杂,所需资源投入较大,从而产生的生态环境影响均较大;但无论是海上风电场还是陆上风电场,采用单机容量更大的风机均有助于优化其系统环境表现,未来更具有竞争优势,可以更好地助力我国碳中和目标的实现。
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