以生命週期方法分析風力及水力發電的溫室氣體排放

以生命週期方法分析風力及水力發電的溫室氣體排放(Using Life Cycle Assessment to Evaluate Greenhouse Gas (GHG) Emissions from the Generation of Wind and Hydro Power)
國立臺灣大學環境工程學研究所 林立涵

再生能源種類繁多，應如何選擇對環境較為友善的再生能源呢?生命週期評估是目前最普遍使用的分析方法，如本研究群許桓瑜於先前於《生命週期評估》(2013) 文章所介紹，生命週期評估的概念應用於環境管理上，可追溯至 1969 年，美國可口可樂公司對其飲料容器材質生命週期之能源耗用量進行評估。發展至現今，可將生命週期評估分為四大步驟：(1) 目的與範疇界定， (2) 盤查分析，(3) 衝擊評估，及 (4) 結果闡釋，計算各種可行方案的衝擊量後，可做為方案的比較基礎。

例如以再生能源系統的環境衝擊而言，最受關注的衝擊是其對全球暖化的影響，此項衝擊的單位設定為每小時千瓦發電量所排放之二氧化碳當量 (gCO₂-equiv./kWh)，也就是風力及水力發電每產生一度電所產生的二氧化碳當量。

風能是因空氣流動而產生的可利用能量，透過傳動軸，將旋轉動力傳送至發電機轉化爲電力。使用生命週期評估計算風力發電，將計算範圍包含組件製造階段、建造運輸階段、運輸維修階段及最後的退役回收階段（詳細內容請參考本研究群甘幸佳先前發表之《風力發電生命週期評估》(2013)）。

依據多篇衝擊評估的結果顯示風力發電組件製造階段產生最大衝擊，大約為總溫室氣體排放量的 90-99%，其中以鋼製品的使用排放量最高。比對不同風力發電機的渦輪機尺寸對於溫室氣體排放量的影響後，發現溫室氣體排放量平均值隨著渦輪機尺寸增加而減少，從 45.0 g 減少為 10.4 gCO₂-equiv./kWh，代表雖然較大渦輪機組件在製造、建造運輸等方面投入較多資源，但其相對扇葉較大，產生更多能源，單位發電量溫室氣體排放衝擊反而較少。

水力發電則是運用水的勢能轉換成電能的發電方式，原理是利用水位的落差在重力作用下流動，帶動發電機發電。主要可分為水庫式發電及川流式發電。以生命週期評估方法估算水力發電的衝擊，系統邊界須包含資源開採、水庫及發電廠的設備建造、運輸及最後廢棄階段。計算結果顯示水庫、發電廠的建造及沉積污泥的處置為最大溫室氣體的排放來源，且水庫式水力發電根據其範疇界定是否包含洪水濕地，有很大的衝擊差別，推測原因為洪水可能對於溼地的生態破壞。

因為各座風力及水力發電所使用之建造材料、運輸距離及發電量不一，有學者綜合多篇研究彙整分析資料列如表一。由表一的整體生命週期溫室氣體排放量來看，水庫式發電評估系統如包含洪水濕地，則其溫室氣體排放量可能大於風力發電，但也因為數據分佈值差距大，需要後續進行更深入研究探討其差異來源。

利用生命週期評估在風力及水力發電的環境衝擊評估，發現衝擊最主要由基礎建設所貢獻，也跟其製造的材料有關係，例如鋼材料。最後進行優缺點比較，此兩種再生能源相同缺點皆為其能源產出相當不穩定，此也應該列入我們評估後續能源發展之考量。

表一、風力與水力發電之環境衝擊比較。（資料來源：本文作者繪製）

參考文獻

1. 風能｜維基百科。https://zh.wikipedia.org/zh-hant/%E9%A2%A8%E8%83%BD
2. 水力發電｜維基百科。https://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%B0%B4%E5%8A%9B%E7%99%BC%E9%9B%BB
3. 水力發電廠優缺點｜晁積企業有限公司。http://www.solar2money.com/index/solarpower_good_bad/hydroelectric_power.html
4. Raadal, H. L., Gagnon, L., Modahl, I. S., & Hanssen, O. J. (2011). Life cycle greenhouse gas (GHG) emissions from the generation of wind and hydro power. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 15(7), 3417-3422.