logo全球能源互联网期刊信息服务平台

中科院生态环境研究中心、GEIDCO:清洁电力生产的生态效益评价方法研究

【编者按】近日,中办、国办印发了《关于建立健全生态产品价值实现机制的意见》,对于推动经济社会发展全面绿色转型,实现生态环境保护与经济发展协同具有重要意义。《意见》明确提出打造人与自然和谐共生新方案的战略取向,为构建人类命运共同体、解决全球性环境问题提供中国智慧。构建全球能源互联网是世界能源治理和能源变革的中国方案,近年来受到国际社会的广泛赞誉和积极参与,本文为中国科学院生态环境研究中心与全球能源互联网发展合作组织的最新研究成果,利用全球能源互联网能源规划下的全球清洁电力装机情景,将电力生产生态足迹与生态系统服务价值核算结合,创建了清洁电力生产的生态效益评价方法,所提出的生态效益评价模型可为清洁能源发展评估提供技术支撑,同时也是落实《意见》的成功案例,为清洁能源发展的生态价值转化提供了理论依据。


清洁电力生产的生态效益评价方法研究

李佳蕾1,2,陈小彤3,陈星3,金铭鑫1,2,马志远3,赵子健3,杨方3,孙然好1,2*


1.中国科学院生态环境研究中心城市与区域生态国家重点实验室;2.中国科学院大学;3.全球能源互联网发展合作组织


本文发表在《全球能源互联网》2021年第3期“能源互联网促进实现‘双碳’目标”专题上,欢迎点击品读。本文受国家重点研发计划(2016YFC0503001)与全球能源互联网集团有限公司科技项目资助。

文章导读

清洁电力替代化石能源是实现“碳中和”目标的重要途径,如何评估不同电力生产方式的生态效益是当前研究难点。一方面,不同电力生产方式对生态系统的影响缺乏统一标准,本文提出了生态足迹的方法统筹实际和虚拟占地面积,从而客观量化了电力生产的生态影响;另一方面,不同区域生态足迹的生态价值存在差异,亟需跨区域、跨尺度对比方法。本文采用生态系统服务价值度量方法,针对不同区域校准优化价值当量,对全球不同区域的电力生产影响的生态服务价值进行了核算。本文将电力生产生态足迹与生态系统服务价值核算结合,创建了清洁电力生产的生态效益评价方法,并基于未来情景模式评估了2050年全球能源发展规划的生态效益。

方法概述

1

总体评价方法

文献调研结果显示,清洁电力生产对比传统火电技术在整个电能利用的循环过程中,CO2排放量较低,但其对土地利用方式的影响较大。清洁电力所处的地理位置与土地利用类型差异巨大,会导致生态系统服务功能与价值的改变。因此,将清洁电力与传统火电的生态足迹和碳排放进行比较,可以量化清洁电力生产的生态效益。

图片

⬆ 图1 清洁电力生产的生态价值评估方法

2

生态足迹计算方法

通过2050年全球能源基地规划布局,将风电、水电、太阳能基地位置与土地利用类型进行空间叠置分析(图2);依据大量文献汇总不同清洁电力发电厂的单位直接占地足迹(表1),与发电厂的装机容量相乘,得到相应发电基地的生态足迹。火电则采用碳足迹进行核算。

表1 清洁电力生产的生态足迹因子

图片
图片

⬆ 图2 全球清洁电力生产影响的土地利用与覆被类型分布

3

生态系统服务价值计算

采用单位土地面积的生态系统服务价值国际标准,根据草地生态系统服务价值和耕地生态系统服务价值之比的等比例换算,得到各种土地利用与覆被类型每年的单位面积生态系统服务价值(表2)。

表2 生态系统服务价值

图片

4

清洁电力生产的生态效益核算

将清洁电力占用的生态足迹与单位面积的生态系统服务价值相乘,可以量化清洁发电的生态服务价值损耗,再与传统火电的碳排放生态损耗对比,两者占用的生态系统服务价值的差值即定义为清洁电力生产的生态效益(ecological benefit)

结果分析

1

清洁电力生产的生态足迹

如表3所示,风电与太阳能发电占用生态用地较少,占地多为海洋、裸地或灌木;而水电站的生态足迹比风电与太阳能发电的生态足迹类型多、面积大,占用更多的林地与耕地。全球不同区域的分析表明,在生产同样数量清洁电力的情况下,占用耕地最多的是南亚地区(SAS)的水电基地,占用林地、灌木和地衣苔藓最多的是北美地区(NAM)的水电基地,占用草地最多的是中国及周边地区(CPA)的水电基地,占用裸地(荒漠)最多的是撒哈拉以南的非洲(AFR)的水电基地,占用湿地最多的是拉丁美洲和加勒比地区(LAC)的水电基地,占用水体(海洋)最多的是俄罗斯和中亚(FSU)的风电基地。将上述结果与等量火电的碳足迹对比后,得出火电的生态足迹显著大于清洁电力的生态足迹。

表3 清洁电力生产的生态足迹当量

图片

2

清洁电力生产对生态系统服务价值的影响

通过三种清洁电力的生态足迹分析,发现水电对生态系统服务的影响最大,其次是太阳能发电(表4)。清洁电力生产影响较大的是生态系统的供给、调节以及栖息地服务,主要由于清洁电力基地的建造及运行会对农田与森林生态系统造成破坏。从分区来看,生态系统服务价值影响较多的为拉丁美洲和加勒比地区(LAC),其次为撒哈拉以南的非洲(AFR)。

表4 清洁电力生产损耗的生态服务价值当量

图片

3

清洁电力的生产效益

表5展示了以2050年为最终基准的清洁电力生产与传统火电的生态系统服务价值损耗的对比。可以看出,清洁电力生产的生态效益远高于传统火电,提升的生态系统服务价值高达5.27万亿美元。不同电力生产途径中,风力发电的生态损耗最小。同时也发现清洁电力对栖息地服务的提升效果较低,这也说明未来能源转型中需要重点关注生物栖息地的分布规律。

表5 不同能源发电类型的生态效益

图片

结论

本研究根据全球土地覆被和能源规划数据,建立了全球清洁电力生产的生态效益评估方法。主要结论有:清洁电力生产能够显著提升各种类型的生态系统服务价值,比如2050年每生产1 GWh清洁电力,可以带来约44万美元的生态价值,具体的供给服务、调节服务、栖息地服务和文化服务效益分别为13万、14万、8万和9万美元。总体上,全球清洁电力生产带来生态效益最大的区域为中国及周边地区(CPA),最小的区域为澳大利亚、新西兰和日本(PAO)。建议:未来中东和北非地区(MEA)适宜大力发展清洁电力建设,水电发展会对拉丁美洲和加勒比地区(LAC)的生态系统服务有较大影响,风电与太阳能发电的建设要多考虑对栖息地的影响。本文提出的方法融合了生态足迹与生态系统服务,推动了能源生产影响的生态效益定量化发展。

展望

本研究主要目的是提出量化清洁电力生产对生态系统服务影响的新思路,但对数据输入较为敏感,不同的能源情景和清洁电力基地选址会影响输出结果,包括生态系统服务价值当量参数也需要根据不同区域进一步校准。后续研究需要及时更新能源生产、消耗等数据,进一步提高模拟精度,根据社会经济发展需求提出优化方案。对清洁能源生产的生态价值进行量化,顺应国家建立健全生态产品价值实现机制的理念,有助于更好地制定生态产品价值核算规范、推动生态产品价值核算结果应用。


本文引文信息

李佳蕾,陈小彤,陈星,金铭鑫,马志远,赵子健,杨方,孙然好. 清洁电力生产的生态效益评价方法研究[J]. 全球能源互联网,2021,4(3):273-283.


LI Jialei, CHEN Xiaotong, CHEN Xing, JIN Mingxin, MA Zhiyuan, ZHAO Zijian, YANG Fang, SUN Ranhao. Method for assessing ecosystem service values of clean electricity generation[J]. Journal of Global Energy Interconnection, 2021, 4(3): 273-283(in Chinese).

研究团队

中国科学院生态环境研究中心始建于1975年,围绕环境科学、环境工程和生态学三大学科的综合优势,不断突破支撑国家生态安全、环境健康和可持续发展的重大科学理论与关键技术,是我国生态环境科学应用基础研究和技术创新基地、高级专门人才培养基地,国内领先、国际一流的生态环境综合性研究机构。

作者所在的城市与区域生态国家重点实验室面向国际生态学前沿和国家生态安全需求,开展人类活动胁迫下的生态系统演变机理及其调控机制研究,为解决我国重要生态环境问题、促进城市与区域可持续发展提供科学与技术支撑。参与了《我们共同的未来》《中国二十一世纪议程》及《中国可持续发展国家报告》等国内外重要报告的撰写;荣获各种科技奖励37项,其中国家自然科学二等奖2项,国家科技进步一、二等7项,省部级科技进步28项;发表论文2000多篇,出版专著100多部。培养博士后、博士和硕士研究生等300多人。


作者简介

图片

李佳蕾


博士研究生


研究方向为全球变化与生态系统服务

E-mail:

lijialei97@163.com


图片
图片

陈小彤


博士


研究方向为大气环境、气候变化、经济-能源-气候-环境系统分析等

E-mail:

xiaotong-chen@geidco.org


图片
图片

陈星


博士


研究方向为能源规划、气候变化、环境系统分析等

E-mail:

xing-chen@geidco.org


图片
图片

金铭鑫


硕士研究生


研究方向为景观格局变化的生态效应评价

E-mail:

mxjin_st@rcees.ac.cn


图片
图片

马志远


博士


研究方向为低碳电力系统规划、气候变化、环境能源耦合影响等

E-mail:

zhiyuan-ma@geidco.org


图片
图片

赵子健


博士


研究方向为大气环境、气候变化、能源规划等

E-mail:

zijian-zhao@geidco.org


图片
图片

杨方


博士


研究方向为全球能源发展战略规划、气候变化、环境承载力评价等

E-mail:

fang-yang1@geidco.org


图片
图片

孙然好


中科院生态环境研究中心研究员、博士生导师、城市与区域生态国家重点实验室副主任。获国家优秀青年科学基金、国家生态环境保护专业技术青年拔尖人才、中国生态学优秀科技工作者、中国生态学青年科技奖等。目前担任中国生态学学会青年工作委员会秘书长、国际景观生态学会中国分会副秘书长、中国生态学学会景观生态专业委员会副秘书长、中国自然资源学会资源持续利用与减灾专业委员会委员、中国环境科学学会环境地学分会委员。


主要研究方向为景观格局与过程模型、景观格局变化的生态效应与调控机理。主持国家自然科学基金、科技部重点研发计划、国家重大科技专项、三峡集团、国家电网等科研项目20余项。在国内外发表学术论文140余篇,主编/参编专著5部。通信作者

E-mail:

rhsun@rcees.ac.cn


编辑:李锡

审核:周舟

相关精彩阅读

图片
图片
图片
图片
图片


郑重声明

根据国家版权局相关规定,纸媒、网站、微博、微信公众号转载、摘编本网站作品,需包含本网站名称、二维码等关键信息,并在文首注明《全球能源互联网》原创。
个人请按本网站原文转发、分享。


图片