围绕能源转型，更具体地说是未来的电力结构已经存在许多争论，尤其是其对本地和全球环境的影响。2010年，全球仅仅是用于发电、供暖的化石燃料燃烧产生的温室气体排放量就占到总排放量的25%。在确保可持续能源供应的同时，为了应对气候变化，欧盟已经制定了2020年“3×20”的目标：在1990年水平上减少20%的温室气体排放、能源节约20%、可再生能源在能源结构中的比重占20%。最近，欧盟设置了更为雄心勃勃的目标：到2030年，实现减少40%的温室气体排放量、27%的能源节约和可再生能源占27%的份额。 虽然一些可再生能源系统在运作阶段对环境有很少或没有影响，但实际上它们终究还与环境发生作用：在生产链的上游、制造、下游，以及服务周期的末端。为了研究不同生产链的环境影响，我们可以生命周期评价（life-cycle assessment）这样的工具和其他相关指标如能量回收期（energy payback time）来研究不同可再生能源全生产链对环境的影响。 生命周期评价和能量回收期 生命周期评价（LCA）对产品或服务的整个生命周期对环境的影响。它将从组件制造到系统本身的使用寿命结束的每个阶段的环境影响测量值相加。例如，对所有安装在法国的太阳能电池板，评估将考虑多晶电池在亚洲的生产、面板在德国的组装和产品在法国的最终安装整个过程。LCA考察一系列污染物组合和消耗的资源。ISO国际标准化组织和欧洲委员会为此进行了大量的标准化工作（14040和14044标准）。这种“从摇篮到坟墓”的全面做法是非常好的决策和环境优化工具。 这种分析提供的大量指标能够对能源生产对环境的直接和间接影响进行定性和量化。影响评估类别包括是否会导致全球变暖可能性、对人体的毒性、酸化、基本能源消耗，以及是否会造成资源枯竭、矿产和化石资源短缺等。 最后一点不容忽视。例如，风力涡轮机依靠钕和镝两种稀有金属作为发电机永磁体。这是个敏感问题：鉴于目前矿产资源需求的增加，2020年左右镝储备量将严重短缺。另外一些非常有前途的光伏技术如CIGS（铜、铟、镓、硒）也面临着同样的挑战：铟（储备产量）估计只够维持20年。 生命周期分析基于各种指标。其中，“能量回收期”是一个特别合适用来量化可再生能源的环保性。可再生能源行业的特点是制造阶段能量投资巨大，但使用阶段能量消耗较低。能量回收期显示了一种可再生能源系统释放与制造其所需等量能量所花的时间。具体的计算方式是，系统制造所需要能量与一年中该系统所提供能量的比值。分母的计算则依据安装了该可再生能源系统的国家发电所需的基本能源消耗量。因此，这样的计算方法会与所在国家电力结构具体相关。 举例来说，下表格是两张（分别采用单晶硅和多晶硅技术）在欧洲和中国制造的太阳能板的能量回收时间，其安装地点为欧洲，峰值功率为3KW。位置非常关键，因为回收时间取决于安装区域单位电能的含能量。在欧洲，每度电的平均含能量，是11.4 MJ 的基础能源。设施相同条件下，电能含能量较低的国家，可再生能源的回收期就越长。 要计算这些光伏能源的制造包括所有子系统和运输的费用，需要用到生命周期储备。在这个例子中，这些在德国和中国制造的产品的生命周期储备值，是2011年的数据，来源为Ecoinvent v2.2数据库。 欧洲光伏板能源回收期 （来源：Mariska de Wild-Scholten， “Energy payback time and carbon footprint of commercial photovoltaic systems，” Solar Energy Materials & Solar Cells， 119 （2013）296-305.） 两种技术的能量回收期均短于两年，欧洲负责面板，而中国负责晶硅部分。这种“回报期”方法也能衡量“环保性”。例如，用相同的推理方法来研究可再生能源生命周期的碳足迹：气候回报期。 基于生命周期分析的电力生产渠道比较研究 用生命周期分析和相关的回报期指标的来定性能源系统，能够帮助我们比较不同生产方法，进而找到完善的解决方案。它为当前围绕是否应该增加可再生能源比例的技术和社会争论提供了依据。 为此，政府气候变化专门委员会（IPCC）在2011年对一系列有关碳绩效指标的科学论文进行了编纂和研究。这一指标比较化石能源（煤、煤气和天然气）、核能和可再生能源在整个发电周期内的温室气体排放量。研究揭示，每种能源的影响程度，严重取决于当地条件和能源技术特点。因此，要为每种能源却对独特和绝对的碳绩效值是不现实的。这个过于简单化的解释只会让问题变得片面化。 碳绩效指标的变化范围凸显了可再生能源的优越性。这是一个关键点。但碳只是其中一个指标。其他环境影响如导致自然资源的枯竭和损害人类健康又如何？仅限于碳性能的指标研究，值得被推广到其他指标。 为了促进能源转型的辩论，这些环境评估必须适当地考虑各地的技术具体情况，来比较不同发电方式，瓜德罗普就是很好的例子。 |
