新的研究發(fā)現(xiàn)，如果選擇污染嚴(yán)重的發(fā)電廠進(jìn)行調(diào)低，使用風(fēng)能而不是化石燃料的健康益處可能會(huì)翻兩番。

目前美國近 10% 的電力來自風(fēng)力發(fā)電。可再生能源通過取代化石燃料發(fā)電廠產(chǎn)生的溫室氣體和空氣污染物的排放，有利于氣候、空氣質(zhì)量和公眾健康。

麻省理工學(xué)院的一項(xiàng)新研究發(fā)現(xiàn)，如果運(yùn)營商在風(fēng)能可用時(shí)優(yōu)先關(guān)閉污染嚴(yán)重的化石燃料發(fā)電廠的輸出，那么與風(fēng)力發(fā)電相關(guān)的健康益處可能會(huì)增加四倍以上。

在今天發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》雜志上的這項(xiàng)研究中，研究人員分析了 2011 年至 2017 年間風(fēng)力渦輪機(jī)的每小時(shí)活動(dòng)，以及該國每家化石燃料發(fā)電廠報(bào)告的排放量。他們追蹤了整個(gè)地區(qū)的排放量并將污染物映射到受影響的人口。然后，他們計(jì)算了區(qū)域空氣質(zhì)量和每個(gè)社區(qū)的相關(guān)健康成本。

研究人員發(fā)現(xiàn)，2014 年，與州級(jí)政策相關(guān)的風(fēng)力發(fā)電改善了整體空氣質(zhì)量，為全國帶來了 20 億美元的健康效益。然而，這些健康益處中只有大約 30% 到達(dá)了弱勢社區(qū)。

該團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，如果電力行業(yè)在風(fēng)力發(fā)電時(shí)代減少污染嚴(yán)重的化石燃料發(fā)電廠的產(chǎn)量，而不是減少節(jié)省成本的發(fā)電廠的產(chǎn)量，整體健康效益可能會(huì)翻兩番，達(dá)到全國 84 億美元。然而，結(jié)果會(huì)有類似的人口統(tǒng)計(jì)細(xì)分。

“我們發(fā)現(xiàn)，將健康放在首位是在美國范圍內(nèi)廣泛實(shí)現(xiàn)利益化的好方法，這是一件非常積極的事情。但這表明它不會(huì)解決差異，”該研究的共同作者、麻省理工學(xué)院數(shù)據(jù)、系統(tǒng)和社會(huì)研究所以及地球、大氣和行星科學(xué)系的教授 Noelle Selin 說。“為了解決空氣污染差異，你不能只關(guān)注電力部門或可再生能源，并指望解決這些真實(shí)和持久的種族和民族差異的整體空氣污染效益。您需要查看其他空氣污染源，以及決定植物在哪里和人們居住在哪里的潛在系統(tǒng)性因素。”

Selin 的共同作者是主要作者和前麻省理工學(xué)院研究生 Minghao Qiu PhD '21，現(xiàn)在斯坦福大學(xué)，以及德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校的 Corwin Zigler。

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在他們的新研究中，該團(tuán)隊(duì)尋找風(fēng)力發(fā)電和化石燃料發(fā)電廠活動(dòng)之間的模式，以了解區(qū)域電力市場如何調(diào)整發(fā)電廠的輸出以響應(yīng)可再生能源的涌入。

“一項(xiàng)技術(shù)挑戰(zhàn)，也是這項(xiàng)工作的貢獻(xiàn)，是試圖確定哪些發(fā)電廠對這種不斷增長的風(fēng)力發(fā)電做出反應(yīng)，”邱指出。

為此，研究人員比較了 2011 年至 2017 年期間的兩個(gè)歷史數(shù)據(jù)集：全國風(fēng)力渦輪機(jī)每小時(shí)的能量輸出記錄，以及每個(gè)化石燃料發(fā)電的排放測量的詳細(xì)記錄美國電廠 數(shù)據(jù)集涵蓋了七個(gè)主要區(qū)域電力市場中的每一個(gè)，每個(gè)市場都為一個(gè)或多個(gè)州提供能源。

“加利福尼亞和紐約各有自己的市場，而新英格蘭市場覆蓋大約七個(gè)州，而中西部則覆蓋更多，”邱解釋道。“我們還覆蓋了美國約 95% 的風(fēng)力發(fā)電”

總的來說，他們觀察到，在風(fēng)力發(fā)電可用的時(shí)候，市場會(huì)通過實(shí)質(zhì)上縮減天然氣和次煙煤火力發(fā)電廠的電力輸出來進(jìn)行調(diào)整。他們指出，被拒絕的工廠可能是出于節(jié)省成本的原因而被選擇的，因?yàn)槟承┕S的拒絕成本低于其他工廠。

然后，該團(tuán)隊(duì)使用復(fù)雜的大氣化學(xué)模型來模擬全國各地的風(fēng)型和排放物的化學(xué)傳輸，并確定排放物產(chǎn)生細(xì)顆粒物和臭氧的地點(diǎn)和濃度——這兩種污染物已知會(huì)損害空氣質(zhì)量和人類健康. ，研究人員根據(jù)美國人口普查數(shù)據(jù)繪制了全國的一般人口圖，并應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)流行病學(xué)方法計(jì)算人口因接觸污染而造成的健康成本。

該分析顯示，在 2014 年，在風(fēng)能時(shí)代取代基于化石燃料的能源的一般成本節(jié)約方法在全國范圍內(nèi)產(chǎn)生了 20 億美元的健康效益或節(jié)約。這些福利中的一小部分流向了弱勢群體，例如有色人種社區(qū)和低收入社區(qū)，盡管這種差異因州而異。

“這是一個(gè)比我們初想象的更復(fù)雜的故事，”邱說。“某些人群暴露在更高水平的空氣污染中，這些人群將是低收入人群和少數(shù)族裔群體。我們看到的是，發(fā)展風(fēng)能可以縮小某些州的差距，但在其他州進(jìn)一步擴(kuò)大差距，這取決于哪些化石燃料工廠被取代。”

調(diào)整功率

然后，研究人員研究了如果他們在風(fēng)力發(fā)電時(shí)代優(yōu)先關(guān)閉不同的化石燃料工廠，排放模式和相關(guān)的健康益處將如何改變。他們調(diào)整了排放數(shù)據(jù)以反映幾種替代方案：一種是首先關(guān)閉對健康危害、污染嚴(yán)重的發(fā)電廠；以及另外兩種分別產(chǎn)生多二氧化硫和二氧化碳的工廠減產(chǎn)的情景。

他們發(fā)現(xiàn)，雖然每種情景都增加了整體健康益處，尤其是種情景可以使健康益處翻兩番，但初的差異仍然存在：有色人種社區(qū)和低收入社區(qū)的健康益處仍然小于富裕社區(qū)。

“我們到了路的盡頭說，我們無法通過更明智地決定取代哪些植物來解決這種差異，”Selin 說。

盡管如此，華盛頓大學(xué)環(huán)境工程教授朱利安馬歇爾說，這項(xiàng)研究可以幫助確定改善普通人群健康的方法。

“本文中的情景提供的詳細(xì)信息可以為電網(wǎng)運(yùn)營商和空氣質(zhì)量監(jiān)管機(jī)構(gòu)提供路線圖，說明哪些發(fā)電廠對人類健康造成嚴(yán)重?fù)p害，如果風(fēng)力發(fā)電也可能顯著減少排放增加，”沒有參與這項(xiàng)研究的馬歇爾說。

“讓我對這個(gè)領(lǐng)域感到樂觀的一個(gè)原因是，環(huán)境正義和公平問題得到了更多關(guān)注，”Selin 總結(jié)道。“我們的作用是找出對應(yīng)對這些挑戰(zhàn)有影響力的戰(zhàn)略。”

這項(xiàng)工作部分得到了美國環(huán)境保護(hù)署和美國國立衛(wèi)生研究院的支持。