温室气体排放是全球升温的主要因素，积极发展可再生能源成为资源利用趋势。风电作为第二大可再生能源在电力行业有重要的地位，明晰风电场的碳足迹及能源效率是其合理利用的基础。尽管一些研究己经讨论了内蒙古草原区风电场的碳足迹，但其存在着明显的差异。关于碳足迹的组成，一些研究认为碳足迹排放量最大的阶段是生产阶段，也有研究则发现为建设阶段。

 

考虑到系统边界可能是导致碳足迹特征差异的主要原因，研究对于内蒙古草原最常见的装机容量为49.5MW的某风电场进行了碳足迹的完整评估。研究包括整个生命周期的五个阶段:生产阶段、运输阶段、建设阶段、运营阶段和处置阶段，同时本研究还完善了风电场建设过程中土地占用和材料运输产生的碳足迹。此外，还探索了草原区风电场的碳排放强度，为进一步优化草原区风电场提供了科学的指导。

 

该风电场位于内蒙古草原中部，装机容量为49.5MW，东西长5.00km，南北长6.00km，总面积30.00km2。气候属于中温带半干旱大陆性季风气候，年平均降水量360毫米，集中于6-9月份，年平均气温2.5度。海拔高度1210-1600m，地形主要为丘陵，地势较为平坦。主要的草原物种有羊草、克氏针茅等。

 

系统边界决定了生命周期中要评估的过程。在风电场的评估中，因为各个区域的基础设施和生态系统对于环境的敏感程度不同，故系统边界需要是一个特定的地理区域边界以及一个确切的时间。研究根据风电场的5个阶段来确定系统边界，在边界之内分别为生产阶段、运输阶段、建设阶段、运营阶段、处置阶段。在边界之外是并网连接和电力输送。研究中风电项目相关数据来源于该风电场工程项目可行性报告、工程项目环境影响报告、环保验收监测调查报告等。

 

系统边界的界定是碳足迹计算的基础和前提，但是不同的系统边界的划定对生命周期碳足迹有着显著的影响，许多学者在城市生态系统中开展研究，研究发现对应不同的系统边界，碳排放量会发生高达70%的变化。Chen发现类似的结论也体现在农田生态系统中。早期的风电场主要考虑生产阶段的碳排放，然后逐渐包括建设阶段、运输阶段以及运营阶段和处置阶段的碳排放。

 

在研究中，若仅考虑生产阶段碳足迹为23996.90t。当考虑生产阶段、建设阶段和运输阶段的碳足迹为35123.13t。若进一步考虑运营阶段和处置阶段的话，碳足迹为18701.29t。故考虑不同的系统边界，其碳足迹变化范围为18701.29t一35123.13t约增加了88%。另外，大多数案例研究发现生产阶段碳足迹最大，而一些研究得到了建设阶段碳足迹最大的结论。研究发现，在生命周期的建设阶段碳足迹更高。产生这种差异的原因主要是系统边界的差异，前者在核算时未将处置阶段纳入进生命周期中。

 

在同一阶段考虑不同的系统边界，碳足迹也存在差异。如在生产阶段，若仅关注风机材料，碳足迹为17759.49 t；后续增加变电站，碳足迹为23357.85t；若继续考虑电缆，碳足迹为23996.90t。可以看到在生产阶段，碳足迹范围在17759.49t一23996.90t内变化，碳排放量增加了35%。

 

同样地，在建设阶段，仅考虑建筑材料的碳足迹为9554.21t；考虑草地占用后，其碳足迹增加了207.01t；若继续考虑该阶段施工操作，其碳足迹增加了848.80t，该阶段碳足迹变化范围为9554.21 t一10610.02t碳排放量增加了11%。因此，即使生命周期阶段完整，但如果缺少其中某个环节对生命周期碳足迹也有着显著的影响。

 

面对由于温室气体排放导致的全球气候变暖，各个国家大力优化能源结构，越来越多的人倡导低碳生活方式，走一条低碳化的经济发展之路。日常生活中使用的电能主要是来源于其他能量的转换，主要包括非可再生能源，如煤炭、天然气、石油、核物质等，以及可再生能源，如水力、风能、太阳能、生物质等。如中国上述几种能源发电量之比分别为63.42%，3.24070、0.02%、4.86%、18.13%、5.64%、 3.12%及1.57%。

 

不同发电类型的碳效率的计算也备受关注，为了突出陆上风电的减排优势，我们统计了八种发电方式的碳排放强度。首先，非可再生资源产生1 kwh的电要比可再生资源释放更多的CO2，平均值为583.83g，相比之下可再生资源的碳排放强度为52.87g/kwh。因此平均碳排放强度降低了约11.04倍。其次碳排放强度最高的是传统煤炭，约975.30g/kwh，最低的是风力发电，约为13.53g/kw- h。

 

当用风能代替煤炭时，每千瓦时可减少961.77g的碳排放量。针对碳强度较低的可再生资源而言，碳排放强度也存在差异。水力发电、生物质发电、光伏发电平均产生lkw-h电时的碳足迹分别是风力发电的1.90倍、8.11倍、4.62倍。方差分析结果显示，煤炭、天然气、石油和风能的碳排放强度彼此之间具有显著性差异，以上四种发电方式与其他发电方式进行两两比较时也具有显著性差异；

 

生物质和太阳能的碳排放强度能力相当，与风能相比具有显著差异；风能与水力和核物质进行碳排放强度比较时，差异性不显著。故风能发电的碳排放强度在与其他发电方式相比较时具有较好的优势，风电在电力行业发挥着碳减排的重要作用。

 

温室气体的排放强度往往具有明显的区域特征，往往依赖于风速、容量系数、区域气候，地理位置和当地的回收政策等。其中，风电场的位置对风电场碳强度具有重要意义。与海上风电场相比，大多数风电场都建设在陆地上。根据Deng等人的研究，草地是中国风电场建设的主要土地利用类型，约占40%，其次依次是农业用地、荒漠和农田，分别占31%, 17%和12%。内蒙古是中国风电场装机容量最大的省份，大多数风电项目都位于草原区。

 

本研究收集了21个风电场，这些风电场具有相对完整的系统边界。根据其地理位置，将所有的风电场分为三类:海上风电场、草原区风电场和陆上非草原区风电场，并对每种类别的风电场碳排放强度进行了分析。结果发现，草原区风电场的碳排放强度最低，为7.91g/kwh，比海上风电场(19.18g/kwh}和陆上非草原区(13.65g/kwh}分别低11.27g/kwh和5.74g/kwh。

 

进一步通过方差分析，发现三种不同土地利用类型的风电场之间均没有显著性差异，这表明风电的建设位置影响风电场碳排放强度，但是并不能成为影响碳排放强度的决定性因素。我们推测三种土地利用类型风电场碳排放强度存在差异的原因如下。对于海上风电场，它们所处的海洋环境对风力发电设备和建筑材料有更高的要求，从而导致更高的碳排放强度。

 

对于陆上风电场，一方面非草原区风电场通常占据农田、森林和湿地等类型土地，这些土地类型的土壤碳储量通常高于草地。另一方面，由于非草原区的地形特征，例如周围的树木较高，且通常有较差的风能资源。相反，草原区的植被高度更低，风能优势更好。

 

风电场碳排放强度为6.57g/kwh，比煤炭、天然气、石油、核电四种非可再生能源碳排放强度低148.45倍、72.91倍、127.85倍和 3.50倍。与水力、生物质能和太阳能等可再生能源相比，风电场具有较低的碳排放强度。与海上风电和陆上非草原区风电相比较，草原区风电场具有更低的碳排放强度。鉴于草原区丰富的风能资源，风电场的推广在草原区具有很大的潜力。对于区域开展低碳经济，实现可持续发展具有重要的推动作用。