摘要：能源開發(fā)利用不可避免會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成影響，厘清能源發(fā)展中的主要生態(tài)環(huán)境問題，對(duì)推動(dòng)兩者協(xié)調(diào)發(fā)展具有重要意義。本文根據(jù)“雙碳”目標(biāo)要求下我國(guó)能源轉(zhuǎn)型發(fā)展趨勢(shì)，針對(duì)其中的主要技術(shù)形式，從正面與負(fù)面、近期與遠(yuǎn)期、破壞與污染等角度對(duì)生態(tài)環(huán)境影響進(jìn)行了全面評(píng)述。并針對(duì)問題和風(fēng)險(xiǎn)提出了六個(gè)方面的政策建議。
關(guān)鍵詞：能源轉(zhuǎn)型；生態(tài)環(huán)境影響；減污降碳
Abstract: As energy development and utilization inevitably affects the ecological environment, clarifying the ecological and environmental issues in energy development is of great significance to make the ecological environment better for energy development and their coordinated development. According to the development trend of energy transformation under the goal of carbon peaking and carbon neutrality in China, this paper comprehensively reviews the ecological and environmental impacts related to main energy technologies therein. The comments contains the perspectives between positive and negative, near-term and long-term, and damage and pollution. Six policy recommendations are put forward afterwards, in order to address the ecological environmental problems and risks.
Key words: Energy Transformation; Ecological and Environmental Impact; Reduction of Pollution and Carbon Emission
一、引言
能源資源取自自然，能源加工利用又通過取用水、占用土地等形式依賴自然，因此良好的生態(tài)環(huán)境能夠?yàn)槟茉窗l(fā)展構(gòu)建良好的外部基礎(chǔ)。同時(shí)，能源開發(fā)利用活動(dòng)作為人類一項(xiàng)最重要的經(jīng)濟(jì)活動(dòng)，不可避免會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生影響。因此，厘清能源發(fā)展中的生態(tài)環(huán)境問題，未雨綢繆、有針對(duì)性地降低或消除其造成的污染破壞，使得能源發(fā)展更有利于自然生態(tài)，生態(tài)環(huán)境為能源發(fā)展提供更大的支撐和發(fā)展容量，促進(jìn)兩者更為協(xié)調(diào)，更好地服務(wù)于經(jīng)濟(jì)社會(huì)的高質(zhì)量發(fā)展。
“雙碳”目標(biāo)要求下，我國(guó)能源系統(tǒng)將由高碳向低碳、零碳，甚至是負(fù)碳轉(zhuǎn)型發(fā)展。未來幾十年的能源系統(tǒng)轉(zhuǎn)型將主要圍繞構(gòu)建以新能源為主的智慧能源體系發(fā)力，具體表現(xiàn)在風(fēng)電、光伏發(fā)電爆發(fā)式增長(zhǎng)成為我國(guó)主力能源，以及電網(wǎng)全面靈活互濟(jì)下的儲(chǔ)能快速發(fā)展、電網(wǎng)更加堅(jiān)強(qiáng)智能。與此同時(shí)，為實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)，以碳捕獲、利用與封存（CCUS）技術(shù)為代表的零碳、負(fù)碳技術(shù)也將迎來良好的發(fā)展前景。
對(duì)照能源轉(zhuǎn)型發(fā)展路徑，本文根據(jù)能源使用流向，把我國(guó)能源系統(tǒng)劃分成前、中、后三個(gè)部分，分別就上游能源供應(yīng)端、中游儲(chǔ)存與輸送環(huán)節(jié)、下游能源需求端等涉及的主要能源形式及技術(shù)形態(tài)所產(chǎn)生的生態(tài)環(huán)境影響作較為全面的評(píng)述。在評(píng)述中，本文將“正面與負(fù)面、近期與長(zhǎng)期、局部與整體”結(jié)合，既肯定各種技術(shù)形式具有的生態(tài)環(huán)境改善效益，也關(guān)注未來發(fā)展導(dǎo)致的生態(tài)環(huán)境問題與風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)在某些結(jié)論上還保留了不確定的論述。
二、能源供應(yīng)端
從目前我國(guó)清潔低碳能源發(fā)展現(xiàn)狀來看，風(fēng)電、光伏發(fā)電成熟度最高、經(jīng)濟(jì)性最好，未來將延續(xù)目前的發(fā)展態(tài)勢(shì)，中遠(yuǎn)期將以增量主體到存量主力、裝機(jī)主體到發(fā)電主力的軌跡演變。本部分重點(diǎn)評(píng)述風(fēng)電、光伏發(fā)電在排放、自然生態(tài)兩方面的影響。
（一）具有明顯的減污降碳和生態(tài)環(huán)境改善作用
1、風(fēng)電、光伏發(fā)電全生命周期碳和污染物排放水平低。
風(fēng)電全生命周期單位發(fā)電量溫室氣體排放量不到煤電的1%，也低于其他發(fā)電形式。據(jù)中科院地理所向?qū)幍热说难芯?，風(fēng)電全生命周期二氧化碳排放為1.28gCO2/kWh~4.02gCO2/kWh，僅為燃煤發(fā)電1050gCO2/kWh排放水平的0.1%~0.4%。其中，運(yùn)行階段二氧化碳排放占比不到10%。海上風(fēng)電全生命周期碳排放水平比陸上風(fēng)電更低，前者僅為后者的四成水平。與此同時(shí)，風(fēng)電同其他化石燃料電源相比，全生命周期造成的大氣污染程度低。據(jù)內(nèi)蒙古某49.5MW風(fēng)電場(chǎng)環(huán)境影響評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，風(fēng)場(chǎng)SO2和NOx的排放水平分別為0.077g/kWh和0.024g/kWh，是超低排放改造后煤電的20%和7%。
光伏發(fā)電得益于較長(zhǎng)的使用年限和零排放運(yùn)行，從全生命周期看也具有可觀的碳減排能力和環(huán)境效益。以多晶硅光伏為例，其發(fā)電系統(tǒng)二氧化碳排放量為12g/kWh~98g/kWh，約為我國(guó)火力發(fā)電碳排放強(qiáng)度的1/9。體現(xiàn)碳減排效益的碳排放回收周期約為三年，遠(yuǎn)小于25年的光伏電站壽命期。多晶硅光伏發(fā)電系統(tǒng)的SO2、NOx、PM等大氣污染物排放是常規(guī)燃煤發(fā)電的30%、11%和60%。此外，由于清洗光伏板的廢水一般都會(huì)得到收集并妥善處理，光伏電站對(duì)水體影響極小。目前光伏電池的主流技術(shù)單晶硅電池板，以及未來可能進(jìn)一步普及的異質(zhì)結(jié)、碲化鎘等非晶硅類電池，其全過程碳和污染物排放水平相比多晶硅系統(tǒng)更低，意味著光伏發(fā)電將遵循更加清潔低碳的路徑發(fā)展。
2、集中式和分散式光伏發(fā)電能夠改良水土、改善氣候。
我國(guó)在內(nèi)蒙古、甘肅、新疆等地光伏電站建運(yùn)經(jīng)驗(yàn)和眾多研究證實(shí)，集中式光伏電站能夠使下墊面水土、局部微氣候朝著更有利于植被存活生長(zhǎng)的方向改變，長(zhǎng)遠(yuǎn)看利于西北荒漠化地區(qū)水土保持和條件改善。具體表現(xiàn)在：一是提高了相對(duì)濕度。大面積光伏組件的遮蔽作用降低了風(fēng)速，減緩了水分蒸發(fā)速率，提高了局部空氣濕潤(rùn)度。二是縮小晝夜溫差。一項(xiàng)在格里木荒漠地區(qū)大型光伏電站的太陽(yáng)能輻射研究發(fā)現(xiàn)，站內(nèi)光伏陣列對(duì)向下短波輻射吸收能力強(qiáng)于地面，可降低白天溫度，提高夜間溫度。三是引起土壤理化性質(zhì)改變。研究發(fā)現(xiàn)，建設(shè)光伏電站加強(qiáng)了地表粗糙度，提高了表層土壤的含水量、有機(jī)質(zhì)含量和土壤肥力。局部小氣候改變和土壤質(zhì)量提升給植物生長(zhǎng)創(chuàng)造了優(yōu)越條件，而植物的生長(zhǎng)又進(jìn)一步強(qiáng)化了土地固沙保水的能力，致使生態(tài)進(jìn)入良性循環(huán)發(fā)展。
此外，建筑物表面光伏組件能夠降低城市熱島效應(yīng)的結(jié)論可見諸不少理論和模型研究。建模證實(shí)，光伏組件安裝帶來的建筑物冷卻及遮蔽作用能夠減少到達(dá)表面的太陽(yáng)輻射，導(dǎo)致城市晝夜氣溫均有下降。吸收率、轉(zhuǎn)化率和鋪設(shè)位置是影響降溫效應(yīng)的重要因素。實(shí)證研究顯示，當(dāng)光伏組件鋪設(shè)于屋頂，并且吸收率高于65%、轉(zhuǎn)化效率達(dá)到30%時(shí)，就能使城市溫度降低2℃~3℃，從而有效緩解城市熱島效應(yīng)。而城市熱島效應(yīng)被證實(shí)與污染程度密切相關(guān)，熱島現(xiàn)象通過造成低氣壓，形成污染物回流和聚集，加劇了城區(qū)尤其是其內(nèi)強(qiáng)熱島區(qū)的污染狀態(tài)。因此，從這一角度看，建筑光伏能夠削減污染影響。
（二）生態(tài)環(huán)境污染破壞主要發(fā)生在產(chǎn)業(yè)全生命周期前端環(huán)節(jié)
1、光伏發(fā)電的污染損害集中于太陽(yáng)能電池制造階段。
以多晶硅光伏發(fā)電為例，根據(jù)何津津利用全生命周期評(píng)價(jià)LCA模型方法估算，涉及工業(yè)硅、多晶硅、硅片、太陽(yáng)能電池片等電池組件原材料生產(chǎn)環(huán)節(jié)的碳排放量占“從搖籃到墳?zāi)?rdquo;全過程的70%以上。原材料生產(chǎn)環(huán)節(jié)生態(tài)環(huán)境影響種類主要包括對(duì)呼吸系統(tǒng)的損害、化石燃料消耗、致癌、增加氣候變暖等四項(xiàng)，比重分別為42%、25%、15%和8.8%，以影響人體健康為最主要的方面。在太陽(yáng)能電池生產(chǎn)鏈條中，高純多晶硅制備造成的生態(tài)環(huán)境負(fù)面影響最為顯著，在上述幾種影響類別中分別貢獻(xiàn)了60%、45%、30%和60%。
2、風(fēng)電項(xiàng)目造成的水土流失、生物影響集中在建設(shè)施工期間。
風(fēng)電對(duì)生態(tài)環(huán)境最為突出的負(fù)面影響是造成植被破壞，引發(fā)水土流失，具體表現(xiàn)為：建設(shè)過程中永久占地或臨時(shí)占地區(qū)域需移除地表植被，風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)需全部鏟除植物地上地下部分，使得區(qū)域內(nèi)水土功能嚴(yán)重受損；建設(shè)挖填方作業(yè)產(chǎn)生的施工土方臨時(shí)堆放，破壞地表植被或構(gòu)造形成人工邊坡；道路建設(shè)永久改變土地功能，致使耕地、草地變少。據(jù)對(duì)江西六個(gè)風(fēng)電場(chǎng)進(jìn)行的水土流失測(cè)算研究，單臺(tái)風(fēng)機(jī)新增水土流失量約365噸，每千瓦新增水土流失量0.17噸。建設(shè)過程的水土流失最為嚴(yán)重。其中，道路建設(shè)水土流失占總量的一半以上，其次是風(fēng)電機(jī)組建設(shè)，占比達(dá)到1/4，棄土場(chǎng)的水土流失量居第三位，約占1/10。
風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)期樁基安裝的噪聲、運(yùn)行初期渦輪機(jī)葉片振動(dòng)及對(duì)電磁場(chǎng)的改變被一些研究證明會(huì)改變生物行為。對(duì)鳥類的影響包括：使鳥類產(chǎn)生趨避行為，擠占鳥類棲息地從而影響覓食，干擾鳥類遷徙，碰撞引起死亡等。海上風(fēng)機(jī)對(duì)魚類和哺乳動(dòng)物的影響包括：水下打樁噪聲影響魚類行為或造成哺乳動(dòng)物聽力損傷、趨避行為；電磁場(chǎng)影響風(fēng)機(jī)周圍魚類的分布和遷移，阻礙魚類卵和幼魚正常的生長(zhǎng)發(fā)育。風(fēng)機(jī)建設(shè)運(yùn)行對(duì)動(dòng)物的負(fù)面影響大多停留在理論層面，有待進(jìn)一步完善。此外，有較多研究顯示，待風(fēng)機(jī)建成運(yùn)營(yíng)一段時(shí)間后，生物會(huì)逐漸適應(yīng)，消極影響大幅降低。例如，鳥類在風(fēng)電場(chǎng)建成后第二年就會(huì)開始避開風(fēng)機(jī)棲息和覓食。
（三）現(xiàn)有管理體系下，風(fēng)電、光伏廢棄物極有可能因處置不當(dāng)造成環(huán)境損害
我國(guó)早期部署的風(fēng)電、光伏在2030年左右將迎來退役高峰，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，屆時(shí)退役風(fēng)機(jī)約6萬(wàn)臺(tái)，退役光伏組件達(dá)70GW。之后，隨著風(fēng)電、光伏逐步成為主體能源，報(bào)廢的風(fēng)機(jī)葉片和光伏組件將繼續(xù)快速增加。廢棄風(fēng)機(jī)葉片和光伏組件中含有高價(jià)值的稀有金屬，也含有鉛、鎘等重金屬，以及難拆解、難重塑、難降解的有機(jī)復(fù)合材料。然而，目前我國(guó)還不具備環(huán)境友好的處理這類廢棄物的條件和能力，極易因處置不當(dāng)造成污染破壞。
從回收利用上看，我國(guó)尚未建立完善的固廢回收利用體系，約70%的廢棄物流入手工小作坊等非正規(guī)渠道，除不能高效回收稀有金屬外，還會(huì)經(jīng)歷粗暴拆解和幾乎不進(jìn)行污染控制的再處理，環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)極高。從填埋和焚燒兩種處置方式上看，因?yàn)檫@類廢棄物的產(chǎn)生量還很少，相關(guān)可行性研究和環(huán)評(píng)通常忽視，固廢處置基礎(chǔ)設(shè)施中也未考慮相適配的焚燒、填埋量和處理?xiàng)l件，經(jīng)驗(yàn)十分缺乏。而此類固廢不宜采用簡(jiǎn)單填埋和不合理焚燒，如填埋時(shí)光伏電池組件中的鉛、鎘等重金屬長(zhǎng)時(shí)間會(huì)滲透至土壤和地下水，造成難以治理的污染，不恰當(dāng)?shù)姆贌龡l件會(huì)促使有機(jī)物釋放至大氣中，產(chǎn)生有毒有害氣體，危害人體。
（四）需重視未來風(fēng)電、光伏規(guī)模化建設(shè)擠占陸地生態(tài)空間的問題
當(dāng)前，我國(guó)風(fēng)能、太陽(yáng)能資源富集區(qū)與高價(jià)值生態(tài)保護(hù)區(qū)多有重疊，兩者矛盾已經(jīng)顯現(xiàn)。在風(fēng)資源分布上，我國(guó)東北、西南山地的林地、國(guó)家自然保護(hù)區(qū)等高生態(tài)價(jià)值區(qū)域與我國(guó)風(fēng)資源較好的區(qū)域高度重疊。在太陽(yáng)能資源分布上，我國(guó)北方大面積土地的太陽(yáng)能資源處于一、二類資源豐富區(qū)，其中分布有國(guó)家公園、各類自然保護(hù)地等重要生態(tài)功能區(qū)。隨著大規(guī)模風(fēng)電和集中式光伏布局建設(shè)，未來在這些資源條件好的區(qū)域大規(guī)模新上風(fēng)電、光伏項(xiàng)目，極有可能擠占生態(tài)價(jià)值高的空間。有研究測(cè)算，2030年若要滿足高比例的可再生能源目標(biāo)，華東和華中的部分省市以及天津、山東、廣東、江西、海南等地的一般風(fēng)速條件下的風(fēng)電項(xiàng)目建設(shè)，以及北京、四川、西藏、海南等地的集中式光伏布局會(huì)擠占高價(jià)值生態(tài)保護(hù)區(qū)域。
除在資源優(yōu)勢(shì)區(qū)集中式布局外，為緩解風(fēng)、光等綠色電力輸送壓力，在臨近能源消費(fèi)負(fù)荷地適宜區(qū)域建設(shè)集中式風(fēng)電和光伏也會(huì)成為發(fā)展選項(xiàng)之一。但負(fù)荷地的土地資源更為緊張，加上嚴(yán)格的生態(tài)環(huán)境約束，風(fēng)、光建設(shè)與自然生態(tài)空間的沖突將更加劇烈。
三、能源儲(chǔ)存與輸送
構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，是我國(guó)“雙碳”目標(biāo)要求的重要舉措。在新型電力系統(tǒng)中，儲(chǔ)能普及和電網(wǎng)優(yōu)化是推動(dòng)高比例可再生能源并網(wǎng)、配置、消納和利用、挖掘需求側(cè)響應(yīng)能力、加強(qiáng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力最為重要的兩個(gè)方面。本部分重點(diǎn)闡述未來具有較大發(fā)展?jié)摿Φ某樗钅?、氫?chǔ)能和更加密集、智能的電網(wǎng)形態(tài)所造成的生態(tài)環(huán)境影響。
（一）能源儲(chǔ)存
1、抽水蓄能電站建設(shè)運(yùn)行對(duì)水、土等生態(tài)要素的干擾破壞不容忽視。
抽水蓄能電站建設(shè)對(duì)地形、水資源、土地條件有較高要求，建設(shè)后對(duì)生態(tài)環(huán)境擾動(dòng)也較大，體現(xiàn)在：一是引起水生態(tài)惡性變化，原有水文特征連續(xù)性的河流變成減水、脫水河段，水庫(kù)上游流量減少、流速降低易造成水質(zhì)惡化，水庫(kù)水位頻繁變動(dòng)使庫(kù)內(nèi)外水生生物種群變少等。二是土地利用格局改變，由于工程建設(shè)占用土地用來建設(shè)水庫(kù)，水庫(kù)因蓄水導(dǎo)致水面加寬淹沒良田和林地，造成了耕地資源流失和植被破壞。
目前我國(guó)有相當(dāng)部分的抽蓄電站建設(shè)在有關(guān)省份劃定的生態(tài)保護(hù)紅線區(qū)內(nèi)，或是位于高或極高的水資源壓力地區(qū)，對(duì)生態(tài)環(huán)境的干擾破壞更大，未來這種趨勢(shì)還將延續(xù)。從占用生態(tài)保護(hù)紅線看，為滿足抽水蓄能中長(zhǎng)期規(guī)劃（2021年—2035年）中裝機(jī)規(guī)模增長(zhǎng)二倍多的目標(biāo)，全國(guó)擬共建551個(gè)抽蓄工程，其中廣東、安徽等省份多個(gè)項(xiàng)目都規(guī)劃建設(shè)在地級(jí)生態(tài)保護(hù)紅線范圍內(nèi)。例如，安徽省規(guī)劃建設(shè)的1148萬(wàn)千瓦抽蓄工程將占用河流周邊山林4233公頃。從與水資源匹配程度看，我國(guó)約42%的在建抽蓄電站及18%的待建抽蓄電站都建設(shè)在高或極高水壓力風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，這部分抽蓄電站面臨極大的水資源短缺風(fēng)險(xiǎn)。水資源短缺地區(qū)的生態(tài)更為脆弱敏感，意味著抽蓄電站的破壞更深、干擾更強(qiáng)。
2、不同制氫方式將產(chǎn)生截然不同的環(huán)境影響。
我國(guó)每年氫氣產(chǎn)量約為3000萬(wàn)噸，主要來自化石能源制氫或工業(yè)副產(chǎn)氫，產(chǎn)量比重接近100%，利用風(fēng)電、光伏、水電等清潔電力電解水制成的“綠氫”產(chǎn)量占比不足1%。“灰氫”和“綠氫”在碳和污染物排放上具有完全不同的特征。“灰氫”中，煤制氫的碳排放水平約為19kgCO2/kgH2，天然氣制氫碳排強(qiáng)度稍低，約9.5kgCO2/kgH2。“綠氫”中，全部利用風(fēng)電制氫的碳排強(qiáng)度小于3kgCO2/kgH2，全部利用水電制氫的排放強(qiáng)度更低，能夠達(dá)到小于1kgCO2/kgH2的水平。當(dāng)然，由于目前我國(guó)可再生能源電力上網(wǎng)比重還較低，“綠氫”同“灰氫”相比的降碳減污效果還不明顯，但未來隨著清潔電力在電網(wǎng)中的比例加大，“綠氫”減排效益會(huì)日益突出。
（二）能源輸送-電網(wǎng)工程
1、電網(wǎng)工程建設(shè)運(yùn)營(yíng)中容易對(duì)自然生態(tài)系統(tǒng)造成不可逆的破壞。
電網(wǎng)工程對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響主要表現(xiàn)在：一是在建設(shè)變電站和線路塔基時(shí)挖掘大量土壤，破壞地表植被和土壤結(jié)構(gòu)，嚴(yán)重時(shí)出現(xiàn)水土流失情況。二是破壞植物種群，為確保電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)電網(wǎng)線路下方的植物生長(zhǎng)高度存在著嚴(yán)格的要求，相對(duì)偏高的植物會(huì)進(jìn)行砍伐處理。三是影響動(dòng)物種群。電網(wǎng)運(yùn)行中產(chǎn)生的電磁場(chǎng)以及電暈放電時(shí)產(chǎn)生的噪音，都會(huì)一定程度影響動(dòng)物的正常生活。電網(wǎng)工程尤其是跨區(qū)域電網(wǎng)線路長(zhǎng)、跨度大，對(duì)生態(tài)環(huán)境的干擾破壞影響范圍大、周期長(zhǎng)，給后期修復(fù)治理帶來了難度。未來需要密集建設(shè)電網(wǎng)通道的西北地區(qū)本身生態(tài)環(huán)境十分脆弱、自身修復(fù)能力差，一旦遭到破壞很難恢復(fù)。此外，跨區(qū)域電網(wǎng)特別是特高壓電網(wǎng)項(xiàng)目通常覆蓋多個(gè)省市，沿線可能經(jīng)過多個(gè)生態(tài)系統(tǒng)類型，在考慮工程安全性、經(jīng)濟(jì)性等眾多因素的前提下，很難避免穿越自然保護(hù)區(qū)、風(fēng)景名勝區(qū)等生態(tài)保護(hù)紅線區(qū)，需要加強(qiáng)對(duì)電網(wǎng)工程的生態(tài)保護(hù)紅線影響和避讓對(duì)策研究。
2、電網(wǎng)工程在全局尺度是否具有減污降碳效果還需研究論證。
我國(guó)能源生產(chǎn)中心與消費(fèi)中心格局錯(cuò)配，為建設(shè)覆蓋范圍廣、在供需地間能夠?qū)崿F(xiàn)長(zhǎng)距離輸送的電網(wǎng)工程提供了必要性，其中最具代表性的為“西電東送”工程。一方面，西電中水電、風(fēng)電、光伏等清潔電力占比高，有價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)力，清潔西電輸入使得東部地區(qū)不再新建火電，或者迫使原有高排放的小火電退出市場(chǎng)，減少了受端地區(qū)具有火力發(fā)電產(chǎn)生的溫室氣體和大氣污染物排放。例如，李飏測(cè)算了西電東送南通道在2011年—2020年間對(duì)受端省廣東累計(jì)產(chǎn)生了7億噸~9億噸的二氧化碳減排。隨著環(huán)境質(zhì)量改善、區(qū)域環(huán)境容量提高，東部地區(qū)獲得了更多的綠色清潔產(chǎn)業(yè)發(fā)展空間，提供了減排連帶效應(yīng)。另一方面，“西電東送”必然增加西部地區(qū)集中式發(fā)電廠建設(shè)，因電廠建運(yùn)造成送端地區(qū)新的生態(tài)破壞和污染排放，同對(duì)受端地區(qū)帶來的減排效益相比，在全局上是否具有降碳效益，還需進(jìn)一步研究論證。
3、需重視電網(wǎng)智能化可能產(chǎn)生的新污染物問題。
電網(wǎng)智能化程度加深意味著電力電子技術(shù)設(shè)備的廣泛應(yīng)用，其加工生產(chǎn)必然大量使用到塑料、涂料、粘合劑、重金屬等材料。而這些材料在加工利用過程甚至是在廢棄階段，都極有可能產(chǎn)生如全氟化物持久性有機(jī)物、重金屬類內(nèi)分泌干擾物、微塑料等的新污染物。例如，電力電子設(shè)備中的集成電路需要用全氟化物與氧氣產(chǎn)生的等離子氣體完成蝕刻；動(dòng)力系統(tǒng)中的電池等零部件需要粘合劑封裝和外表涂裝，可能產(chǎn)生內(nèi)分泌干擾物，等等。因此，電網(wǎng)靈活化、智能化的發(fā)展趨勢(shì)必然使其作為源頭產(chǎn)生新污染物的途徑越發(fā)多元。新污染物對(duì)于生態(tài)環(huán)境管理來說是一個(gè)全新的課題，需要對(duì)各種存在可能性的源頭，布局風(fēng)險(xiǎn)管控和治理措施?；谀壳半娋W(wǎng)技術(shù)發(fā)展的特征，以及全社會(huì)電氣化程度不斷加深，重視其對(duì)新污染物的貢獻(xiàn)及相關(guān)應(yīng)對(duì)措施的研究就顯得十分必要。
四、能源需求端
在未來能源轉(zhuǎn)型發(fā)展中，交通、工業(yè)等主要用能部門技術(shù)形態(tài)的演變趨勢(shì)為：對(duì)交通部門來說，動(dòng)力系統(tǒng)采用電池技術(shù)將全面替代燃油技術(shù)，發(fā)展態(tài)勢(shì)良好和發(fā)展?jié)摿薮蟮碾姵丶夹g(shù)主要有鋰電池和氫燃料電池兩類。對(duì)工業(yè)部門來說，就那些必須利用碳基能源作為原料的行業(yè)而言，在生產(chǎn)流程末端附加碳捕獲、利用和收集利用技術(shù)（CCUS）來實(shí)現(xiàn)零碳或者負(fù)碳是不二之選。本部分主要評(píng)述車用鋰電池、氫燃料電池和CCUS技術(shù)的生態(tài)環(huán)境影響。
（一）電動(dòng)汽車
1、鋰電池電動(dòng)汽車產(chǎn)生的減排效益取決于電源結(jié)構(gòu)。
根據(jù)大多數(shù)相關(guān)的生命周期環(huán)境評(píng)價(jià)研究顯示，電動(dòng)汽車的能源消耗和污染排放主要集中在使用階段，約占總排放的50%以上。使用階段電力生產(chǎn)是最主要的貢獻(xiàn)者，我國(guó)以煤為主的電源結(jié)構(gòu)決定了電力在生產(chǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生較為嚴(yán)重的污染。其次是生產(chǎn)階段的動(dòng)力系統(tǒng)制造環(huán)節(jié)用電量大帶來較多的空氣污染，而電池制備中會(huì)產(chǎn)生廢水造成水污染。電動(dòng)汽車全生命周期的環(huán)境影響類別按影響從大到小依次為全球變暖、酸化、光化學(xué)煙霧、水體富營(yíng)養(yǎng)化、臭氧層損耗。
我國(guó)推廣電動(dòng)汽車的初衷在于其行駛階段的“零污染”，但按照我國(guó)目前的電源結(jié)構(gòu)，全周期下電動(dòng)汽車同傳統(tǒng)化石能源汽車相比的溫室氣體減排效益不明顯，同時(shí)會(huì)帶來其他更多的空氣污染。與燃油汽車相比，電動(dòng)汽車能源消耗增加，主要空氣污染物的排放增多。例如，在施曉清等人的一項(xiàng)研究中，北京純電出租車較燃油出租車在幾種物質(zhì)上的增幅分別達(dá)到93%、75%、63%和16%，增排顯著。與天然氣車相比，電動(dòng)汽車能源消耗降低，但SO2、NOx的排放程度仍要高出20%~30%。電源結(jié)構(gòu)是影響電動(dòng)汽車減排效果的最重要的因素，未來隨著我國(guó)可再生能源比重不斷增加、電力清潔化水平不斷提高，電動(dòng)汽車溫室氣體減排效益將更加明顯，也會(huì)逐漸產(chǎn)生空氣污染的削減效果。
2、車用氫燃料電池產(chǎn)生的減排效益取決于制氫路徑。
利用我國(guó)產(chǎn)氫主體“灰氫”作為來源的氫燃料電池車相比燃油汽車不具有減排效益。以天然氣重整制氫的燃料電池車為例，其化石能源使用量和溫室氣體排放量分別比柴油公交車高33%和16%，同時(shí)會(huì)引起PM2.5的增排。
研究普遍認(rèn)為，只有當(dāng)使用的氫氣為“綠氫”時(shí)，氫燃料電池車才具有顯著的碳減排效益。據(jù)測(cè)算，綠氫燃料電池車相比燃油車能夠減少全生命周期溫室氣體排放達(dá)50%以上。通過風(fēng)電電解水制氫能達(dá)到最佳減排效果，分別能夠?qū)崿F(xiàn)84%的碳減排、85%的NOx減排，和明顯的PM10減排。其次是生物質(zhì)制氫路徑，其化石能耗、二氧化碳排放和PM2.5排放削減效果僅次于可再生能源制氫，NOx減排效果一般，而SO2減排最差。
與電動(dòng)汽車相比，不同制氫路徑也會(huì)影響兩者碳排放相對(duì)大小。若以煤炭為路徑，則氫燃料電池比電動(dòng)汽車碳排放高約3%；若以天然氣為路徑，則氫燃料電池相比電動(dòng)汽車碳排放減少約14%~20%；若以可再生能源電力為路徑，則兩者碳排水平相當(dāng)。
（二）碳捕獲、利用與封存（CCUS）技術(shù)
1、二氧化碳捕獲環(huán)節(jié)
二氧化碳捕獲指把火電廠、鋼鐵廠、水泥廠、化工廠的二氧化碳從化石燃料燃燒產(chǎn)生的煙氣中分離出來，并將其壓縮至一定壓力。捕獲環(huán)節(jié)的生態(tài)環(huán)境影響主要有兩方面：一是捕獲系統(tǒng)能耗增加顯著，若電源結(jié)構(gòu)中仍有碳基化石能源，將產(chǎn)生間接二氧化碳排放。以電廠燃燒前捕集系統(tǒng)為例，在目前的技術(shù)水平下低濃度二氧化碳的捕集、分離、提純將提高整個(gè)電廠能耗水平約20%。二是目前主流的有機(jī)胺溶劑吸附捕獲法可能造成難以處理的二次污染。溶液在吸收二氧化碳之后，需對(duì)吸附液進(jìn)行加熱再生，釋放二氧化碳再利用。如若反應(yīng)濃度和加熱條件控制不好，可能會(huì)產(chǎn)生難以降解的有機(jī)物，或造成管道腐蝕引起酸性氣體泄漏，影響水體和大氣環(huán)境。
2、二氧化碳化學(xué)利用
二氧化碳化學(xué)利用是指將捕獲的二氧化碳當(dāng)成化工產(chǎn)品原材料，應(yīng)用領(lǐng)域包括：制作碳酸飲料，二氧化碳礦化，制成碳酸鹽及聚合材料，合成甲醇、尿素及二甲醚，生產(chǎn)肥料、液體燃料、聚碳酸酯及聚氨酯聚合物，制造干冰及滅火器等。同傳統(tǒng)方式相比，二氧化碳替代原料生產(chǎn)造成的生態(tài)環(huán)境影響取決于具體產(chǎn)品類型。綜合來看，如表1所示，利用二氧化碳生產(chǎn)甲酸、二甲醚在氣候變化、酸化、電離輻射、人體毒性等方面都具有改善效果，而生產(chǎn)二甲氧甲烷、甲醇則加重了各項(xiàng)生態(tài)環(huán)境指標(biāo)的負(fù)面影響。
表1 不同二氧化碳化學(xué)利用的LCA綜合生態(tài)環(huán)境影響變化情況
注：+號(hào)表示同傳統(tǒng)生產(chǎn)方式相比造成更嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境負(fù)面影響；－號(hào)表示同傳統(tǒng)生產(chǎn)方式相比生態(tài)環(huán)境負(fù)面影響降低。
3、二氧化碳地質(zhì)利用與封存環(huán)節(jié)
二氧化碳地質(zhì)利用主要指通過往地層注入二氧化碳，提高鈾礦、石油、深部咸水、常規(guī)和非常規(guī)天然氣的采收率。其中，二氧化碳地浸采鈾技術(shù)、二氧化碳驅(qū)提高石油采收率技術(shù)（EOR）、二氧化碳強(qiáng)化深部咸水開采技術(shù)（EWR）在我國(guó)已經(jīng)比較成熟。二氧化碳地質(zhì)利用的生態(tài)環(huán)境影響主要在于替代了原來的采礦采油介質(zhì)，能夠有效避免原開采方式的生態(tài)環(huán)境負(fù)面影響。以注水采油為例，開采產(chǎn)生的采油廢水含有原油、固體懸浮物和大量有機(jī)物，礦化程度高，且添加了大量防止管道腐蝕結(jié)垢的藥劑，成分復(fù)雜，處理凈化效果難以保證。處理之后回注地層或外排至地表水體的采油廢水，極易污染破壞地下水、地表水環(huán)境。而利用二氧化碳替代水作為驅(qū)油介質(zhì)，不存在回注外排問題，最大程度降低了上述生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。
CCUS技術(shù)最終目的是實(shí)現(xiàn)二氧化碳在地質(zhì)層中的長(zhǎng)期封存。長(zhǎng)期大規(guī)模地質(zhì)封存首先有儲(chǔ)存泄露風(fēng)險(xiǎn)。盡管二氧化碳地質(zhì)封存選址必須有合適的容量和可注入性能、有滿意的密封蓋巖、有足夠穩(wěn)定的地質(zhì)環(huán)境，但是由于操作失誤、機(jī)械失靈等人為因素，以及地質(zhì)層泄露通道的存在，仍存在泄露的可能性。目前學(xué)界普遍認(rèn)為，儲(chǔ)存100年以上的泄漏風(fēng)險(xiǎn)仍能達(dá)到10%，考慮到龐大的儲(chǔ)存量，泄露排放量不容小覷。
其次，泄露后的二氧化碳可能會(huì)對(duì)全球和局地構(gòu)成生態(tài)安全威脅。聯(lián)合國(guó)政府間氣候變化專門委員會(huì)（IPCC）將按影響范圍細(xì)分為全球生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)和局地生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，前者指二氧化碳大量泄露到大氣中，引發(fā)的全球尺度的顯著氣候變化，后者指儲(chǔ)存空間附近淺層地表和近表面大氣層二氧化碳濃度升高。二氧化碳比空氣重，更容易在低空層累積，如果顯著超過0.04%的濃度，會(huì)部分溶解至周邊區(qū)域地下水，產(chǎn)生水體酸化，損害土壤質(zhì)量，影響人體健康。此外，向地層注入大量二氧化碳，若超出可接受容量，就會(huì)導(dǎo)致二氧化碳逸出，產(chǎn)生二次溫室效應(yīng)，同樣影響當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)和人體健康。
五、協(xié)同推進(jìn)能源轉(zhuǎn)型與生態(tài)改善的建議
針對(duì)能源供給、儲(chǔ)存、輸送以及需求端各技術(shù)形式的生態(tài)環(huán)境影響類型和特征，建議從以下幾方面采取措施，更好地推動(dòng)未來能源轉(zhuǎn)型發(fā)展與生態(tài)環(huán)境改善協(xié)調(diào)發(fā)展。
（一）“邊開發(fā)、邊修復(fù)、邊治理”全過程加強(qiáng)生態(tài)環(huán)境保護(hù)修復(fù)
堅(jiān)持開發(fā)建設(shè)與生態(tài)保護(hù)并重，在規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行管理全過程中做到開發(fā)與保護(hù)同步進(jìn)行。要針對(duì)水、土、氣、生物等所有生態(tài)環(huán)境要素，充分考慮工程實(shí)施產(chǎn)生的各種不利影響，全方位、多舉措、系統(tǒng)地實(shí)施生態(tài)環(huán)境保護(hù)修復(fù)和污染治理措施，盡量保持當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)結(jié)構(gòu)與功能的完整性，將人類活動(dòng)的負(fù)面影響降到最低。加強(qiáng)風(fēng)電、光伏、抽蓄電站工程的水土流失治理，加強(qiáng)監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)，根據(jù)所處的地形地貌、植被類型、土壤類型和土壤侵蝕程度，科學(xué)布設(shè)臨時(shí)性的、植物的或工程的防治措施。強(qiáng)化科學(xué)研究對(duì)環(huán)境影響評(píng)價(jià)和治理實(shí)施的指導(dǎo)作用，進(jìn)一步開展風(fēng)電、光伏、抽蓄對(duì)動(dòng)物遷徙和分布、植物群落結(jié)構(gòu)等的影響，以及對(duì)生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)性影響的研究。
（二）推動(dòng)風(fēng)電、光伏、抽蓄、電網(wǎng)建設(shè)與自然生態(tài)空間相協(xié)調(diào)
加強(qiáng)風(fēng)電、集中式光伏、抽蓄、電網(wǎng)項(xiàng)目與土地、水資源規(guī)劃間的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，在省級(jí)相關(guān)能源規(guī)劃制定過程中，提前考慮土地資源環(huán)境承載力、水資源承載力和生態(tài)功能約束，同時(shí)，將風(fēng)電、光伏、抽蓄等項(xiàng)目的宏觀選址、規(guī)劃環(huán)評(píng)等方法納入國(guó)土空間規(guī)劃中。布局上，盡量避開生態(tài)脆弱區(qū)和重要生態(tài)棲息地，降低開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)，優(yōu)先在已有水庫(kù)、治理后的工況廢棄棕地規(guī)劃建設(shè)等。如確有需要在生態(tài)保護(hù)紅線中建設(shè)的項(xiàng)目，利用生態(tài)紅線動(dòng)態(tài)調(diào)整期加強(qiáng)與生環(huán)、國(guó)土、林業(yè)、水保等部門的溝通，盡可能減少兩者間的沖突矛盾并將生態(tài)環(huán)境影響降至最低。積極探索風(fēng)電、集中式光伏項(xiàng)目生態(tài)損害賠償方式和機(jī)制，在“三北”等風(fēng)、光資源較好的地區(qū)建立一批生態(tài)損害賠償和生態(tài)補(bǔ)償試點(diǎn)示范項(xiàng)目。
（三）完善風(fēng)電、光伏、電動(dòng)汽車廢棄物回收利用體系
在省、市級(jí)廢棄物運(yùn)輸、處理基礎(chǔ)設(shè)施新、擴(kuò)建中考慮風(fēng)電、光伏、電動(dòng)汽車廢棄物的處理容量。建立相關(guān)管理規(guī)范，確定回收利用處置企業(yè)資質(zhì)要求，確保更多的廢棄物進(jìn)入正規(guī)回收渠道。制定收集、貯存、運(yùn)輸和利用處置過程技術(shù)和污染控制國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)其中關(guān)鍵技術(shù)和環(huán)節(jié)提出明確的環(huán)境管理要求。在風(fēng)電、光伏推廣、電動(dòng)汽車行業(yè)普及生產(chǎn)者責(zé)任延伸制度，明確設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、銷售、使用、報(bào)廢、回收、利用等產(chǎn)業(yè)鏈上下游各環(huán)節(jié)相關(guān)企業(yè)的責(zé)任，構(gòu)建閉環(huán)管理體系。加強(qiáng)源頭管理，推廣生態(tài)設(shè)計(jì)，從資源可回收性角度進(jìn)行設(shè)計(jì)和制造，降低回收難度。加強(qiáng)回收利用關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)和推廣應(yīng)用，重點(diǎn)研發(fā)有價(jià)金屬高效提取技術(shù)與裝備，普及回收率高、二次污染少的處置利用技術(shù)。
（四）強(qiáng)化CCUS技術(shù)的生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)、評(píng)價(jià)和監(jiān)管
加強(qiáng)CCUS地質(zhì)及環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)二氧化碳捕獲、運(yùn)輸、利用、封存全過程監(jiān)測(cè)覆蓋，確保對(duì)封存后CO2運(yùn)移變化實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。強(qiáng)化環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)研究，以地下水和近地面空氣層為主要對(duì)象，重點(diǎn)針對(duì)泄漏事件，完善定量評(píng)價(jià)模型構(gòu)建和結(jié)果解釋，增強(qiáng)評(píng)價(jià)結(jié)果對(duì)風(fēng)險(xiǎn)防控的指導(dǎo)能力。嚴(yán)把環(huán)境影響評(píng)價(jià)關(guān)，銜接CCUS長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展規(guī)劃，強(qiáng)化規(guī)劃環(huán)評(píng)和項(xiàng)目環(huán)評(píng)并行。完善CCUS項(xiàng)目在審批、批準(zhǔn)等同生態(tài)環(huán)境影響相關(guān)的規(guī)定，對(duì)個(gè)別未通過環(huán)境影響評(píng)價(jià)擅自運(yùn)行的碳封存技術(shù)項(xiàng)目，環(huán)保部門應(yīng)勒令其停止碳封存操作。完善風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)急手段，針對(duì)易發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)的環(huán)節(jié)、區(qū)域，建立突發(fā)事件的應(yīng)急預(yù)案，根據(jù)科學(xué)研究結(jié)論，動(dòng)態(tài)更新預(yù)案。
（五）開展能源系統(tǒng)新污染物測(cè)算和對(duì)策研究
開展能源系統(tǒng)新污染物摸底與測(cè)算，摸清能源系統(tǒng)供給需求、儲(chǔ)存輸送等各環(huán)節(jié)含有典型新污染物的相關(guān)產(chǎn)品生產(chǎn)、銷售和使用情況，梳理污染鏈條，識(shí)別主要污染源，建立能源系統(tǒng)新污染物排放清單并動(dòng)態(tài)更新。啟動(dòng)針對(duì)新污染物的國(guó)家重大科技專項(xiàng)，將能源系統(tǒng)新污染問題作為重要支撐課題。要加強(qiáng)污染風(fēng)險(xiǎn)防控技術(shù)應(yīng)用研究，提高復(fù)雜環(huán)境中應(yīng)對(duì)風(fēng)險(xiǎn)防范的能力，加強(qiáng)能源系統(tǒng)各環(huán)節(jié)替代品和技術(shù)的研究，從源頭減少排放。
（六）健全協(xié)同推進(jìn)生態(tài)環(huán)境改善的體制機(jī)制
一是健全生態(tài)損害賠償和補(bǔ)償機(jī)制。明確能源項(xiàng)目建設(shè)各環(huán)節(jié)中的污染產(chǎn)生和生態(tài)損害主體、賠償主體。借鑒國(guó)際經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合各能源形式發(fā)展特點(diǎn)，建立具有針對(duì)性、可操作性的賠償責(zé)任制度。在相關(guān)領(lǐng)域普及企業(yè)強(qiáng)制責(zé)任保險(xiǎn)制度。在大規(guī)模風(fēng)電、光伏、抽蓄、CCUS等建設(shè)場(chǎng)地，建立其與受益地之間的橫向生態(tài)補(bǔ)償機(jī)制。二是充分利用經(jīng)濟(jì)手段化解風(fēng)險(xiǎn)問題。完善面向綠色金融的生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)管理頂層設(shè)計(jì)，構(gòu)建政策標(biāo)準(zhǔn)體系，鼓勵(lì)創(chuàng)新產(chǎn)品服務(wù)。盡快推行企業(yè)強(qiáng)制環(huán)境責(zé)任保險(xiǎn)制度，建立健全風(fēng)險(xiǎn)排查評(píng)估和等級(jí)劃分、保費(fèi)定價(jià)以及保額限定等配套技術(shù)方法體系，充分發(fā)揮其在防范環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)、分?jǐn)偨?jīng)濟(jì)損失以及落實(shí)賠償責(zé)任等方面的作用。探索建立生態(tài)環(huán)境責(zé)任基金、發(fā)行生態(tài)修復(fù)債券。三是加大對(duì)兩者協(xié)同發(fā)展的產(chǎn)業(yè)支持力度，加大對(duì)光伏治沙、屋頂分布式光伏、二氧化碳強(qiáng)化天然氣、二氧化碳強(qiáng)化頁(yè)巖氣等財(cái)政、稅收、試點(diǎn)、示范等支持力度，實(shí)現(xiàn)生態(tài)與能源協(xié)調(diào)發(fā)展的“雙贏”。
作者簡(jiǎn)介
譚琦璐，女，博士，助理研究員，中國(guó)宏觀經(jīng)濟(jì)研究院能源研究所能源環(huán)境與氣候變化研究中心副主任，主要從事能源環(huán)境政策規(guī)劃相關(guān)研究。
文章來源
本篇文章發(fā)表于《中國(guó)能源》雜志2022年第2期。
原標(biāo)題：“雙碳”背景下 我國(guó)能源轉(zhuǎn)型發(fā)展的主要技術(shù)形式與生態(tài)環(huán)境影響
掃描關(guān)注微信
寧德時(shí)代吳凱...
天合光能陳奕...
劉巖: 追光行...
黃震院士：大...