风机碳足迹与低碳发展报告

全球产品碳足迹 与低碳发展系列报告之 风机碳足迹与低碳 发展报告 ©2023 摘要 报告亮点/宗旨/方法学 背景概况 研究方法 风机度电碳足迹 评价结果 未来风机 评价结果及分析 讨论与总结 低碳发展路径 主编单位 远景科技集团 参编单位 中国机电产品进出口商会 国家应对气候变化战略研究和国际合作中心深圳市计量质量检测研究院 (粤港澳大湾区碳足迹创新技术委员会)环球零碳研究中心 （排名不分先后） 远景科技集团风机碳足迹与低碳发展报告1 摘要 报告亮点/宗旨/方法学 背景概况 研究方法 风机度电碳足迹 评价结果 未来风机 评价结果及分析 讨论与总结 低碳发展路径 远景科技集团 风机碳足迹与低碳发展报告 2 摘要 风能作为清洁可再生的能源，在应对气候变化、实现《巴黎协定》中1.5℃的温控目标中贡献巨大。尽管风力发电过程中不会造成碳排放，但考虑到风机全生命周期生产制造流程，加之风机装机容量成倍快速增长，其排放的温室气体对环境影响不容忽视。 碳足迹（CFP）作为衡量产品温室气体排放的重要指标，在国际社会的关注度日益提升。发达国家正在以全生命周期碳排放为基础建立国际贸易壁垒，继电池、光伏的碳足迹要求之后，欧洲电力公司已明确需要风机主机厂提供风机碳足迹信息以纳入其采购决策。 目前，全球尚未构建一个统一完整的、各国互认的产品碳足迹核算方法，更未出台明确的风机产品碳足迹核算标准。部分组织机构计算出的产品碳足迹达不到国际采购商要求，计算后陷入了没有参考值的困境。同时，公众缺少对风机产品碳足迹情况的了解途径。 本报告比对分析主流的生命周期评价（LCA）方法，包括环境产品声明（EPD），国际EPD体系的产品类别规则（PCR）专用标准，意大利EPD体系的“PCR-风机”专用标准，基于ISO14067通用产品碳核算自定义标准。报告采取统一方法学全面精准地核算风机碳足迹数值，比较不同型号风机碳足迹，探究影响风机碳足迹的因素，以及为未来降低风机碳足迹提供参考路径。 摘要 报告亮点/宗旨/方法学 背景概况 研究方法 风机度电碳足迹 评价结果 未来风机 评价结果及分析 讨论与总结 低碳发展路径 报告 亮点 宗旨 方法学 ·综合对比4种主流风机全生命周期评价方法学 ·收集100余份风机LCA分析/碳足迹分析及文献数据 ·比对76种不同机型风机碳足迹 ·跨越20年的风机发展趋势 ·总结7种风机低碳发展影响因素 ·归纳风机3大环节减碳路径 本报告是首份关于全球陆上风机碳足迹以及低碳发展趋势的报告。报告明确与国际标准一致的风机产品碳足迹核算方法，比较不同型号风机碳足迹，探索风力发电碳足迹发展规律和主要影响因素，旨在填补风机碳足迹核算技术领域的空白，帮助读者全方位了解风机碳足迹情况。 报告概述2000-2021年风机发展的情况，分析影响风机碳足迹的因素，明确风机产品减碳路径，以便各利益相关方了解全球陆上风机产品的碳足迹水平和碳减排潜力，助力风机产品的碳减排。 本报告对比了国际主要风机制造厂商的测算风机生命周期碳排放的方法学，总结出一套较为通用的风力发电设施的全生命周期分析方法，主要涉及的生产和使用流程为原材料开采、风机零部件产品生产、风场建设与安装、风场运营与维护到风机废弃与回收五个环节。 以风机单位电力碳排放作为评价指标，量化分析风机全生命周期碳排放的环境影响。 通过统一方法学比较不同类型的陆上风机的碳足迹，分析影响风机碳足迹的因素，为风机的低碳发展提出可行路径。 远景科技集团风机碳足迹与低碳发展报告3 背景概况 远景科技集团风机碳足迹与低碳发展报告4 2021年大气中平均二氧化碳浓度达到近 420ppm 中国力争在 2030前 将二氧化碳排放达到峰值， 2060前 摘要 报告亮点/宗旨/方法学 背景概况 研究方法 风机度电碳足迹 评价结果 未来风机 评价结果及分析 讨论与总结 低碳发展路径 随着经济的发展和社会的进步，全球环境问题也日益凸显。煤、石油、天然气等化石燃料的广泛使用产生大量二氧化碳等温室气体，并产生温室效应。自工业革命以来大气中二氧化碳浓度就不断增加，到2021年大气中平均二氧化碳浓度达到近420ppm1。温室效应是导致全球气候变暖的主要原因，随之也引发了海平面上升、极端天气频现等重大环境问题。 为应对和缓解气候变化，全球近200个国家在2015年的巴黎气候变化大会上签订了《巴黎协定》，旨在将全球平均气温较前工业化时期的上升幅度控制在2℃以内，并努力控制在1.5℃以内。随后，世界主要国家和地区均基本按照1.5℃的温控目标在制定相关政策，承诺最晚于本世纪中叶完成国家层面“碳中和”计划。以美国、欧盟、日本为代表的发达国家及地区提出拟在2050年前实现碳中和；德国、瑞典等国家已将“碳中和”列入法律。中国作为负责任的大国，习近平总书记在2020年第75届联合国大会上郑重宣布，中国力争在2030年前将二氧化碳排放达到峰值，2060年前实现碳中和。这一宣誓彰显了中国积极应对气候变化、走绿色低碳发展道路的坚定决心，也展示了中国作为负责任大国的担当。 实现碳中和 1“最新报告：2021年地球温室气体浓度创新高！二氧化 碳浓度达近百万年来最高值！,”September2,2022. 2顾洪宾;范慧璞;谢越韬;夏婷;姜昊;霍晶莹;,“双碳背景下全球可再生能源领域发展机遇展望,”国际工程与劳务,no.09(2022):22–25. 大力发展可再生能源成为减少化石燃料使用产生的碳排放，缓解气候变化的重要途径。近年来，世界各国纷纷制定能源转型战略，全球可再生能源规模不断扩大：年新增装机容量从2016年的163GW增长至2021年的306.3GW2，在全球发电总量中的占比达到28%。根据国际能源署（IEA）预测，到2026年可再生能源在全球新增发电容量的占比将逼近95%。其中，以风电、光伏为代表的新能源呈现发电效率快速提高、经济性持续提升、应用规模加速扩张的态势，在全球能源转型进程中贡献巨大。 摘要 报告亮点/宗旨/方法学 背景概况 研究方法 风机度电碳足迹 评价结果 未来风机 评价结果及分析 讨论与总结 低碳发展路径 1.1 风力发电 是新能源发展的主要方向 全球风电逐年新增装机量和累计装机量（图1） 风能是是可再生能源技术中最成熟、规模化开发条件最好、最具商业发展前景的发电方式之一。据IEA数据统计，风力发电是除水力外发电量最大的可再生能源发电方式，2021年全球风力发电总量已达1818.5TWh，呈现指数性上升的趋势3。在全球实现净零排放目标、倡导低碳可持续发展背景下，风力发电已经成为世界各国新能源发展的主要方向，也被世界能源理事会（WEC）视为满足未来电力需求的主要投资领域。 未来风电规模还将进一步扩张。根据全球风能理事会(GWEC)的统计（见图1），2021年全球风电新增装机93.6GW，累计装机规模达837GW，同比增长12%。由于疫情影响，2021年全球风电发展势头有所减弱，但全球陆上风电新增装机容量72.5GW仍达到历史第二高的水平；全年海上风电新增装机容量创新高，超过21GW。据GWEC预测，在当前政策情景下，预计全球风电未来五年将增加557GW的新产能。 12070% 56.7% 93.6 95.3 60.82 54.9 53.5 50.7 20.0% -2.6% -5.2% -13.9% 60% 100 50% 8040% 63.8 60 40 20 -1.8% 30% 20% 10% 0% -10% 0 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 -20% 3“GlobalEnergyReview2021”(IEA),accessedMay23,2022,https://iea.blob.core.windows.net/as-sets/d0031107-401d-4a2f-a48b-9eed19457335/GlobalEnergyReview2021.pdf. 4夏婷;张木梓;陈杨;申新贺;朱明亮;,“全球低风速风电发展现状与展望,”水力发电,n.d.,1–5. 装机容量（GW） 来源：全球风能理事会（GWEC）4 增速（%） 摘要 报告亮点/宗旨/方法学 背景概况 研究方法 风机度电碳足迹 评价结果 未来风机 评价结果及分析 讨论与总结 低碳发展路径 陆上风机因充足的风力和土地资源，较低的成本以及巨大的市场潜力，一直是风电领域发展的主力。从2018年开始，中国超过欧洲成为全球最大的陆上风电市场，并一直保持市场领先位置。2021年全球陆上风机累计装机容量达到780.3GW，新增装机容量前三为中国(42%)、美国(18%)、巴西(5%)（见图2）。 2021年全球陆上风机新增装机主要分布情况（图2） 18% 2% % % 42% 3% 3% 4% 5% 18% 中国 美国 2巴西 2 越南 瑞典德国 澳大利亚土耳其 法国其他 来源：全球风能理事会（GWEC） 归功于风电产业技术进步、规模化带来的度电成本下降，我国在山地、沙漠、戈壁等地区大规模建设大型风电基地。从我国新增装机容量市场份额来看，2021年中国排名前5家的企业市场份额合计为69.3%。 随着“双碳”战略的不断推进，风电仍然有着不可低估的潜力。按现有的风机装机容量计算，风力发电每年能够帮助世界减少超过12亿吨的二氧化碳排放，相当于南美洲一年的碳排放量。 摘要 报告亮点/宗旨/方法学 背景概况 研究方法 风机度电碳足迹 评价结果 未来风机 评价结果及分析 讨论与总结 低碳发展路径 1.2 风力发电 生命周期碳排放不容忽视 尽管风力发电过程中不会造成碳排放，但考虑到风机从“摇篮”到“坟墓”的生命周期所有阶段，包括原材料获取、风机加工生产、风场建设、材料运输和最终处置等过程对材料和能源的消耗巨大 ，加之风资源利用将在未来的十几年成倍快速增长，其排放的温室气体对环境影响不容忽视。 EN-171/6.5风机 全生命周期碳排放分布5 国际典型风机碳足迹分布图（2011-2021）（图4） 2.4% 2.7% 3% 8 2.5% 0% 0% 6 40.1% 49.3% 数量（个） 2 0 来源：《远景集团碳中和报告》 根据《远景科技集团碳中和报告》，在风机全生命周期中，原材料生产环节产生的二氧化碳占比最大，占风机全生命周期内碳排放总量的49.3%，其次是风场建设环节（40.1%），运维阶段占风机全生命周期总碳排放最低。 5远景科技集团《2022碳中和行动报告》，2022. 6“电力行业碳达峰碳中和发展路径研究”(中国电力企业联合会,n.d.),https://www.cec.org.cn/detail/index.html?3-305486. 7WoodMac,“风电将如何实现全生命周期零碳排放？,”n.d.,https://m.bjx.com.cn/mnews/20210722/1165482.shtml. 通常以碳足迹衡量一个产品或活动在其生命周期产生的所有温室气体排放量。根据远景科技集团发布的碳中和报告（见图4），风机碳足迹仅为5—15gCO2-eq/kWh，远低于火力发电的碳足迹（2020年全国火电发电的度电碳足迹约832gCO2-eq/kWh）6，其中远景能源推出的EN-171/6.5风 机碳足迹仅为5.56gCO2-eq/kWh，与火力发电相比，每千瓦时能减少826g的CO2当量排放。 据伍德麦肯兹研究，预计2020年到2050年，全球风电装机容量将扩大五倍至3.7TW，风力发电生命周期内碳排放量将达到5500万吨二氧化碳。这一数字对比2020年所有火力发电产生的120亿吨二氧化碳排放量相形见绌，但距离碳中和目标仍较远7。 摘要 报告亮点/宗旨/方法学 背景概况 研究方法 风机度电碳足迹 评价结果 未来风机 评价结果及分析 讨论与总结 低碳发展路径 1.3 产品碳足迹的 关注度不断增加 碳足迹作为衡量