对风电的全生命周期碳排放量进行评估，分析其影响因素和减排途径，对于提高风力发电的环境效益和推进分布式风力发电的可持续发展具有重要意义。本文以江苏省扬州市某油田分布式风电项目为研究对象，利用全生命周期评价方法，构建了分布式风电并网模式的全生命周期碳核算模型，给出了基于碳核算模型的详细核算过程，并根据实际数据进行了案例分析，得到了碳核算结果，分析了分布式风电并网的全生命周期的碳排放特征和规律，为分布式风电并网的优化及其在未来的发展和推广提供了有益支持。
风能作为一种无污染、无枯竭的能源，具有广阔的开发前景和巨大的经济社会效益。其中分布式风电是指在用户侧或配电网侧就近利用风能资源建设的小型风力发电系统，通过并网或孤岛方式为用户提供电力服务。分布式风电具有就地消纳、节省输配电损耗、提高能源利用效率、改善供电可靠性等优点，是实现能源互联网、构建清洁低碳、安全高效的能源体系的重要组成部分。但分布式风电并网模式与集中式风电相比，在原材料开采和风机制造环节、运输环节、运行维护环节及废弃处理等环节存在一些差异。
分布式风电并网的全生命周期碳核算可以评估风电作为清洁能源的环境效益，比较不同型号、不同地区、不同技术的风电系统的碳排放水平和碳减排潜力，为风电项目的选址、设计、运维和废弃提供参考依据；且可以帮助风电企业和政府部门制定合理的碳达峰、碳中和目标和措施，优化资源配置，进一步增强风电产品的市场竞争力。因此对分布式风电并网的全生命周期碳核算进行评估是当前研究的热点之一。目前国内外学者与机构采用过程分析法、输入输出法和生命周期评价法等方法，对风电的全生命周期碳核算进行了评估与研究，但是研究大多主要集中在单个风力发电场，利用过程生命周期评估建立详细的材料清单，计算风力发电场生命周期内的碳排放量。本文以江苏省扬州市某油田分布式风力发电项目为研究对象，采用过程分析法，对每个阶段的直接和间接二氧化碳排放量进行量化，采用全生命周期评价法，构建了分布式风电并网模式的全生命周期碳核算模型，并基于实际数据进行了案例分析，给出了核算结果和结果分析，提出分布式风力发电并网的优化建议。
1 分布式风力发电碳核算系统边界
本核算对象以江苏省扬州市某油田分布式风力发电项目为参考对象，项目选用金风科技GW140-2.5MW机组，并采取“自发自用，全额消纳”的运营模式，年均发电量约508万千瓦时，年利用小时数2032.5h。全部接入江苏油田油区电网，有效缓解本地区电网负荷调配压力。系统边界核算的系统边界如图1所示，风机各种原材料的获取与生产到退役后设备的回收与处置，构成了风力发电系统的边界。基于完整生命周期的预测，根据图1所示的碳核算系统边界包含风力发电场的生命周期阶段有：风机制造与生产运输、风力发电场建设施工、运营与维护阶段以及退役阶段废弃处理。每个阶段中，都会消耗一定的能源和排放一定的二氧化碳。通过对四个阶段的能源消耗值和二氧化碳排放值进行核算和累加，可以得到风机的全生命周期的碳排放。
2 碳排放核算公式
2.1 风机生产与运输
风机生产与运输阶段，总碳排放量定义为 CEpt，碳核算模型公式如式（1）所示：
其中右边第一项为生产阶段的碳排放量，右边第二项为运输阶段的碳排放量，式（1）中各参数的意义如表1所示。
2.2 建设施工阶段
在风机建设施工阶段，总碳排放量定义为CEcons，碳核算模型公式如式（2）所示：
其中右边第一项为风机建设过程中所用材料的碳排放量，第二项为大型施工设备运输过程的排碳量，第三项为建设过程中由于破坏植被导致的碳量变化，最后一项为现场施工过程中的直接排碳量，耗电及耗油部分的能耗计算由耗电量及耗油量与转换系统的乘积就可得到。式（2）中各参数的意义如表2所示。
2.3 运营阶段
在风机运行维护阶段，总碳排放量定义为CEom，碳核算模型公式如式（3）所示：
其中右边第一项CEo为运行阶段的碳排放量，考虑到风机正常发电后，风机内各设备已处于正常运转状态，所有工作人员用电也由风电直接供电，故CEo设为0。式（3）右边第二项为维护阶段的碳排放量，其中的第一部分为维护阶段更替零件的生产阶段的碳排放，第二部分为零件运输阶段的碳排放量，第三部分为维护阶段的检修更换过程的碳排放量；式（3）右边第三项为植被破坏带来的植被碳汇变化。式（3）中各参数的意义如表3所示。
2.4 废弃处置阶段
在风机废弃处理阶段，总碳排放量定义为CEre-move，碳核算模型公式如式（4）所示：
其中右边第一项为由于破坏植被导致的碳量变化，右边第二项分为废弃处置阶段的拆卸回收过程的碳排放量，式（4）中各参数的意义如表4所示。
3 核算过程
3.1 风机生产与运输
分布式风力发电机的材料组成主要根据供应商提供的技术报告和运行手册进行评估。转换器及其部分附属设备假设全由钢结构构成。风机生产与运输阶段：风力发电主要机电设备的原材料一般包含铜、钢、生铁、铝、玻璃纤维等，GW140-2.5MW机组设备生产中碳排放量见表5。分布式风电的塔筒、机舱、叶片、轮毂、电气柜、电缆线和变电设备等按照就近原则，选择距离较近的制造厂家，全部使用大型平板车辆进行公路运输。分布式风电运输过程中运输类型均为陆运（大型平板车）、排碳系数均为1111.81g/km，则运输过程中的二氧化碳排放见表6。
3.2 建设施工
分布式风机建设和运行的所有工程都包含在现场的建造作业中。按照建设施工中实际发生的工程量、所涉及的大型设备数量、所用相关材料等要素，计算建设施工过程的排碳量，计算结果为：材料相关排碳量为12.251tCO2、运输相关排碳量为0.001tCO2、过程排碳量为5.451tCO2以及植被变化带来的碳汇变化为0.041tCO2，合计为17.744tCO2。
该阶段会破坏该风机建设地区的植被，导致原有的固碳效果消失，因此分布式风电的排碳量中应该计算碳汇损失，分布式风电施工阶段会破坏约160m2的农田和约100m2草地，相比建设施工过程的排碳量，该部分可以忽略。
3.3 维护阶段
根据厂商信息，所涉及的风机设计寿命为20年。依据电力公司的运行和管理目录要求：在经营方面需每2周一次常规检查，使用油车消耗约6522公斤汽油；在日常运行和维护方面主要包括注入润滑剂、检查和更换零部件等，在平均使用周期内大约需要更换一个叶片和15%的发电机组件，其他的维护遵循行业内的国际通用方法。忽略此阶段的运营阶段排碳量情况霞，该阶段的排碳量计算结果为：维护阶段排碳量1.334tCO2、植被破坏汇碳量为2.357tCO2，合计3.691tCO2。
3.4 废弃处置阶段
考虑到该阶段未实际发生，文献也鲜有涉及，成熟与可供借鉴经验缺乏；其次，拆卸废弃工艺目前尚未有明确的流程定义，使得该阶段评估具有很大的不确定性，但从根据分析可以得出一些初步结论。当分布式风力发电系统报废，考虑到90%的钢和20%的叶片材料可回收利用，其它材料则被运输和填埋，针对回收阶段的运输过程的排碳，参照运输阶段的公式核算，最后核算的拆卸、回收和填埋等过程的排碳量为2.512tCO2、植被恢复的碳汇变化为-0.041tCO2，两项合计为2.471tCO2。
4 核算结果及减排分析
在对分布式风电进行全生命周期分析后，汇总前面核算结果从而得到表7。从表中可得，分布式风电全生命周期的排碳量主要集中在生产运输阶段，占总排放的94.04%。风机建设施工阶段的排碳量占总排放的4.42%，主要来源于建设所用材料的生产和运输，以及建设过程中的能源消耗。风机运行护阶段的排碳量占总排放的0.92%，主要来源于植被破坏造成的碳排放。分布式风机废弃处理阶段的排碳量占总排放的0.62%，主要来源于拆卸、回收、填埋等过程中的能源消耗，以及植被恢复造成的碳汇变化。
5 结论
本文基于风电碳排放的系统边界研究，划分了分布式风电全生命周期的各阶段，针对划分的各阶段分别建立了碳排量核算模型，并对模型的组成部分和公式系数给出详细的解释。选取了我国一个典型分布式风电项目进行实例核算，并给出了核算结果。结果表明，分布式风电全生命周期的排碳量绝大部分集中在生产运输和建设施工阶段，运营维护和废弃处理总和占比不到2%，这与化石燃料发电厂在运营阶段产生大量碳排放形成了鲜明的对比。本文还考虑了风电场占用土地导致的植被变化所带来的潜在碳排放和抵消效应，为分布式风力发电的建设规划提供了一定的数据支持。
