風力發電生命週期評估

風力發電生命週期評估
國立臺灣大學環境工程學研究所甘幸佳

風力發電為世界上發展最快的能源系統，於1996年到2011年間，風力發電每年平均裝置容量成長約28%，為再生能源中第二大發電量系統。但是在開發風力發電的過程中，不論是風力發電機本身，或者是建造及維修過程等，皆需要消耗大量的資源與能源，並帶來一定程度的環境衝擊。生命週期評估是一種系統化的環境衝擊評估工具，因此亦被運用在風力發電技術的評估。

進行風力發電生命週期評估，首先須確定要探討的系統範疇，接著收集風力發電系統生命週期中所消耗的資源、能源及所產生的污染排放等資料，並透過科學方式計算其對不同自然環境或受體之衝擊，亦指從搖籃到墳墓的階段。主要可分為風力發電組件製造、建造運輸、運轉維修及退役回收四大階段，分述如下。

1. 組件製造階段(Production)：
   此階段為評估風力發電系統所需投入之各項材料，自原始資源開採過程，進行加工至各組件狀態所需之能、資源投入。風力發電系統需要的組件主要以風力發電機為主，包含轉子葉片、機艙、塔架、基座；若是離岸式風力發電則需進一步考慮電力傳輸系統的部分，包含傳輸電纜線及海上變壓站。
2. 建造運輸階段(Installation)：
   風力發電系統之運輸及建造過程中，主要考慮交通工具及工程機具所需之資源與能源投入及相關排放。從開始建造至風力機運轉，一般所需時間大約為5~7個月。施工流程可細分為以下幾個步驟：

   基地整理 → 地質鑽探→ 打樁→ 基礎施工→ 機組到場→ 組立塔架→ 葉片機頭組立及機電設備安裝→ 測試運轉→ 完工商轉

3. 運轉維修階段(Operation and Maintenance, O&M)：
   風力發電機組完工啟用後，運轉期間主要之資源投入分別為維修及保養兩個部分，分析過程必須調查或假設風力發電機組使用壽命、固定維修保養頻率及全面大更新之次數，並計算所需燃油跟潤滑油的更換量、損壞設備之更新，以及交通工具於運輸過程中所需之能源投入及相關排放。
4. 退役回收階段(End-of-Life)：
   此階段為評估風力發電系統中風力機結束其運轉年限後，拆解及運輸至最終廢棄地點（回收、燃燒或廢棄）過程中所需之能源投入及相關排放。依文獻指出風力發電機組中可被回收的材料以金屬為主，包括鋼鐵、鋁和少部分的銅等，玻璃跟塑膠則是採用熱回收及掩埋的方式處理。

目前大多數有關風力發電生命週期評估之研究，都專注在風力發電機本身，較少延伸至電力傳輸系統的部分，也常忽略建造、運轉維修階段帶來的環境衝擊。國內有文獻初步比較風力發電系統生命週期各階段的環境衝擊，由大到小依序為組件製造、建造運輸、退役及運轉維修階段。然而國內的風力發電資料尚未完整，國際間風力發電技術隨著材料與電力服務系統的發展，許多材料與衝擊項目也在變動中，因此未來進行風力發電生命週期評估研究時，除了在系統邊界劃定上需要審慎考量，在資料盤查階段更需要仔細考慮。

參考資料：

1. 甘幸佳，2013，離岸式風力發電系統之生命週期評估與淨能源分析，臺灣大學環境工程學研究所，碩士論文，臺北，臺灣。
2. GWEC (2012) Global wind report annual market update 2011, GWEC.
3. Arvesen, A., Birkeland, C. and Hertwich, E.G. (2013) The Importance of Ships and Spare Parts in LCAs of Offshore Wind Power. Environmental Science & Technology 47(6), 2948-2956.