新的研究發(fā)現，如果選擇污染嚴重的發(fā)電廠進行調低，使用風能而不是化石燃料的健康益處可能會翻兩番。

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

麻省理工學院的一項新研究發(fā)現，如果運營商在風能可用時優(yōu)先關閉污染嚴重的化石燃料發(fā)電廠的輸出，那么與風力發(fā)電相關的健康益處可能會增加四倍以上。

在今天發(fā)表在《科學進展》雜志上的這項研究中，研究人員分析了 2011 年至 2017 年間風力渦輪機的每小時活動，以及該國每家化石燃料發(fā)電廠報告的排放量。他們追蹤了整個地區(qū)的排放量并將污染物映射到受影響的人口。然后，他們計算了區(qū)域空氣質量和每個社區(qū)的相關健康成本。

研究人員發(fā)現，2014 年，與州級政策相關的風力發(fā)電改善了整體空氣質量，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% 到達了弱勢社區(qū)。

該團隊進一步發(fā)現，如果電力行業(yè)在風力發(fā)電時代減少污染嚴重的化石燃料發(fā)電廠的產量，而不是減少節(jié)省成本的發(fā)電廠的產量，整體健康效益可能會翻兩番，達到全國 84 億美元。然而，結果會有類似的人口統(tǒng)計細分。

“我們發(fā)現，將健康放在首位是在美國范圍內廣泛實現利益化的好方法，這是一件非常積極的事情。但這表明它不會解決差異，”該研究的共同作者、麻省理工學院數據、系統(tǒng)和社會研究所以及地球、大氣和行星科學系的教授 Noelle Selin 說。“為了解決空氣污染差異，你不能只關注電力部門或可再生能源，并指望解決這些真實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?！?/span>

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

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

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

為此，研究人員比較了 2011 年至 2017 年期間的兩個歷史數據集：全國風力渦輪機每小時的能量輸出記錄，以及每個化石燃料發(fā)電的排放測量的詳細記錄美國電廠 數據集涵蓋了七個主要區(qū)域電力市場中的每一個，每個市場都為一個或多個州提供能源。

“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% 的風力發(fā)電”

總的來說，他們觀察到，在風力發(fā)電可用的時候，市場會通過實質上縮減天然氣和次煙煤火力發(fā)電廠的電力輸出來進行調整。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，因為某些工廠的拒絕成本低于其他工廠。

然后，該團隊使用復雜的大氣化學模型來模擬全國各地的風型和排放物的化學傳輸，并確定排放物產生細顆粒物和臭氧的地點和濃度——這兩種污染物已知會損害空氣質量和人類健康. ，研究人員根據美國人口普查數據繪制了全國的一般人口圖，并應用標準流行病學方法計算人口因接觸污染而造成的健康成本。

該分析顯示，在 2014 年，在風能時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產生了 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。

“這是一個比我們初想象的更復雜的故事，”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族裔群體。我們看到的是，發(fā)展風能可以縮小某些州的差距，但在其他州進一步擴大差距，這取決于哪些化石燃料工廠被取代?！?/span>

調整功率

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

他們發(fā)現，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，華盛頓大學環(huán)境工程教授朱利安馬歇爾說，這項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信息可以為電網運營商和空氣質量監(jiān)管機構提供路線圖，說明哪些發(fā)電廠對人類健康造成嚴重損害，如果風力發(fā)電也可能顯著減少排放增加，”沒有參與這項研究的馬歇爾說。

“讓我對這個領域感到樂觀的一個原因是，環(huán)境正義和公平問題得到了更多關注，”Selin 總結道。“我們的作用是找出對應對這些挑戰(zhàn)有影響力的戰(zhàn)略?！?/span>

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