麻省理工学院一项新研究发现，如果运营方在有风电供应时，更合理地决定降低哪些化石燃料电厂的发电量，风电带来的健康效益可能增加四倍以上。
研究人员表示，目前市场依据节省成本的幅度，决定削减哪些天然气和燃煤电厂的发电量。
如果改为优先针对污染最严重的电厂，风电带来的健康效益就能惠及更多人，并且分布得更加均衡。
一项新研究发现，如果优先降低污染最严重的电厂的发电量，以风能替代化石燃料带来的健康效益可能增加至四倍。
如今，美国近10%的电力来自风电。风能这一可再生能源可替代原本由化石燃料电厂产生的温室气体和空气污染物排放，从而有益于气候、空气质量和公众健康。
麻省理工学院一项新研究发现，如果运营方在有风电供应时优先降低污染最严重的化石燃料电厂的发电量，风电带来的健康效益可能增加四倍以上。
这项研究于今日发表在《科学进展》的研究中，研究人员分析了2011年至2017年间风力涡轮机每小时的运行情况，以及全国每座化石燃料电厂报告的排放量。他们追踪了全国各地的排放，并将污染物与受影响的人群分布对应起来，随后计算了各地区的空气质量以及各社区因此产生的健康成本。
研究人员发现，2014年，与州级政策相关的风电总体改善了空气质量，为全国带来了20亿美元的健康效益。不过，这些效益中只有约30%惠及弱势社区。
研究团队还发现，在风力发电期间，如果电力行业降低的是污染最严重的化石燃料电厂的发电量，而非最能节省成本的电厂，全国总体健康效益可能增至84亿美元，达到原来的四倍。不过，受益人群的分布情况仍会相似。
“我们发现，优先考虑健康，是一种能够在美国各地广泛实现效益最大化的好方法，这非常积极。但这也表明，这样做无法解决差距问题，”研究合著者诺埃尔·塞林说。她是麻省理工学院数据、系统与社会研究所及地球、大气与行星科学系的教授。“要解决空气污染差距，不能只关注电力行业或可再生能源，也不能指望总体空气污染效益就能消除这些真实存在且长期持续的种族和族裔差距。还需要关注其他空气污染源，以及决定电厂选址和人们居住地点的深层系统性因素。”
塞林的其他合著者包括论文第一作者、麻省理工学院前研究生邱明昊（2021年获博士学位），他目前在斯坦福大学工作；以及在德克萨斯大学奥斯汀分校任职的科温·齐格勒。
降低出力
在这项新研究中，研究团队探寻了风力发电时段与化石燃料电厂运行情况之间的规律，以了解区域电力市场如何应对可再生能源供应增加，调整电厂的发电量。
邱指出：“这项工作的技术难点之一，也是它的贡献所在，就是试图找出哪些电厂会响应风电的增长。”
为此，研究人员比较了2011年至2017年间的两组历史数据：一组是全国风力涡轮机逐小时的能源产出记录，另一组是美国每座化石燃料电厂的详细排放测量记录。这些数据涵盖七个主要区域电力市场，每个市场向一个或多个州供电。
邱解释说：“加利福尼亚州和纽约州各自构成一个市场；新英格兰市场覆盖约七个州，而中西部市场覆盖的州更多。我们的研究还涵盖了美国约95%的风电。”
总体而言，研究人员观察到，在有风电供应时，市场基本会通过削减天然气电厂和次烟煤电厂的发电量来作出调整。他们指出，被降低出力的电厂很可能是出于节省成本的考虑，因为降低某些电厂的出力比降低其他电厂的成本更低。
随后，研究团队使用复杂的大气化学模型模拟全国各地的风场以及排放物的化学传输，并确定排放物在何处、以何种浓度形成细颗粒物和臭氧——这两种污染物已知会损害空气质量和人体健康。最后，研究人员依据美国人口普查数据绘制全国人口群体分布图，并采用标准的流行病学方法，计算人群因接触污染而产生的健康成本。
分析显示，2014年，在风能供应期间采用普遍的成本节约方式替代化石燃料能源，为全国带来了20亿美元的健康效益，也就是健康成本的节省。这些效益中，较小一部分惠及有色人种社区和低收入社区等弱势群体，不过这一差距因州而异。
邱说：“事情比我们最初想象的更复杂。某些人群接触到的空气污染程度更高，其中包括低收入人群和少数族裔。我们发现，发展风电可能缩小某些州的这一差距，却会扩大其他州的差距，具体取决于被替代的是哪些化石燃料电厂。”
调整发电方式
随后，研究人员考察了在风力发电期间优先降低不同化石燃料电厂的出力，会如何改变排放模式及其相关健康效益。他们调整排放数据，以反映几种替代情景：一种情景是优先降低对健康危害最大的污染电厂的出力；另外两种情景则分别优先降低二氧化硫和二氧化碳排放量最高的电厂的出力。
他们发现，尽管每种情景都能提高总体健康效益，尤其是第一种情景可使健康效益增加至四倍，但原有差距依然存在：有色人种社区和低收入社区获得的健康效益仍低于较富裕社区。
塞林说：“我们研究到最后发现，想靠更聪明地决定替代哪些电厂来解决这一差距，根本行不通。”
不过，华盛顿大学环境工程学教授朱利安·马歇尔表示，这项研究有助于找出改善大众健康的方法。
“本文各情景提供的详细信息，可以为电网运营商和州级空气质量监管机构指明方向：哪些电厂对人体健康危害很大，而且随着风力发电增加，哪些电厂的排放量可能明显下降，”马歇尔说。他没有参与这项研究。
塞林总结道：“让我对这一领域感到乐观的一点是，人们对环境正义和公平问题的关注正在增加。我们的职责是找出最能有效应对这些挑战的策略。”
这项研究部分由美国环境保护署和美国国立卫生研究院资助。
