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应用生命週期评估方法探讨水力发电

来源:H生活书 2020-07-08 15:13:53

根据国际能源署于 2013 年的统计资料(图一)显示,全球电力来源中,水力是可再生能源中占最高比例者,可知水力发电为目前人类最大量使用的再生能源 (renewable energy)。水力发电虽具有营运成本较低、能减少洪水氾滥、发电时几乎无污染物排放等优点,然而水力发电的建造工程需要消耗庞大的资源,其造成的生态环境破坏使得水力发电是否符合再生能源的永续性 (sustainability) 原则备受争议。如本研究群许桓瑜于先前所介绍(生命週期评估,2013),生命週期评估方法 (life cycle assessment, LCA) 的使用可以帮助我们完整盘查水力发电系统从起点至终点,其投入能资源和排放之潜在环境冲击,帮助我们了解水力发电可能会对环境造成的影响,提供决策者作为方案选择参考。

应用生命週期评估方法探讨水力发电

图一、2013 年度全球电力来源。(资料来源:参考文献 1,本文作者陈欣沛绘)

一般将水力发电 (hydroelectric power) 依其发电厂内的机组装置容量分为小型水力发电站 (small hydro) 和大型水力发电站 (large hydro),小型水力发电站的装置容量通常为 25 万千瓦以下,由于小型水力发电站的水坝以及发电厂房等设备的兴建工程相对于大型水力发电而言规模较小,对于环境的影响较低,因此目前普遍认为小型水力发电站为清洁 (clean) 的可再生能源。不过根据近期文献研究显示,小型水力发电站对于环境的冲击并不一定亚于大型水力发电;多篇关于小型水力发电站之生命週期评估文献指出,小型水力发电站因水坝容量较小,淤积以及优养化问题反而较大型水力发电严重,这些水体的变化对于环境生态造成破坏,导致生物多样性大幅下降。此外,即便在已开发国家中,小型水力发电站的环境监测以及相关环境管理措施经常被忽略,使得小型水力发电站的环境冲击容易被低估。除了环境面之外,在经济方面,小型水力发电站单位发电量的环境保护成本也较大型水力发电高。

为求完整评估小型水力发电站的环境影响,在生命週期评估方法中的系统边界应包含整个发电系统从资源开採、设备的建造、所有材料运送至发电站的过程到最后废弃物弃置的所有「从摇篮到坟墓」所有生命週期过程的分析。除了上述提到的项目,所有生命週期过程中的排放也必须纳入考量,如下图二为完整的小型水力发电站系统边界。

应用生命週期评估方法探讨水力发电

图二、完整的小型水力发电站系统边界。(资料来源:参考文献 2,本文作者陈欣沛绘) *虚线表示不包含在系统模型内,实线表示包含在系统模型内

除环境影响之外,文献亦提出可进行简化的经济分析来比较水力发电中各系统(例如发电机组、燃料成本、零件更换等)在水力发电站运作寿命中花费的总成本,作为后续决策者制定电价或相关资金投入政策之考量。假设水力发电站运作寿命为 20 年,计算总成本的公式如式 (1) 所表示:

$$\displaystyle NPC(system)\\\displaystyle=\sum^{20}_{n=0}(Sum~of~costs~in~year~n)\times\left[\frac{(1+inflation)}{(1+discount~rate)}\right]^n~~~~~~~~~(1)$$

NPC(system):NPC 即净现值(net present cost),此处指整个水力发电系统之净现值。
Sum of costs in year n:第 n 年的总花费
Inflation:通货膨胀率
Discount rate:贴现率

实际上,其他常见的可再生能源如太阳能、风能、生质能或潮汐能等都和水力发电相似,应用过程中皆可能对环境造成程度不一的不良影响,藉由生命週期评估方法,可以帮助我们了解再生能源对于环境的友善性。透过生命週期评估方法得知,就目前水力发电的现况而言,虽然小型水力发电站并不一定如我们过去所认为具有较优良的环境友善性,但在大多数情况下,小型水力发电站实施适当的环境保护措施后,仍可作为可再生能源中较佳的替代方案。


参考文献

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