今天美国近10%的电力来自风力发电。可再生能源通过取代温室气体和空气污染物的排放来造福气候、空气质量和公共卫生，否则这些排放将由化石燃料发电厂产生。
麻省理工学院的一项新研究发现，如果运营商在风能可用时优先考虑降低污染最严重的化石燃料发电厂的输出，那么与风力发电相关的健康益处可能会增加四倍以上。
在这项发表在《科学进展》上的研究中，研究人员分析了2011年至2017年间风力涡轮机的每小时活动，以及该国每个化石燃料发电厂报告的排放量。他们追踪了全国各地的排放情况，并将污染物映射到受影响的人口人口。然后，他们计算了每个社区的区域空气质量和相关健康成本。
研究人员发现，2014年，与州级政策相关的风力发电总体上改善了空气质量，为全国带来了20亿美元的健康效益。然而，这些健康福利中只有大约30%惠及弱势社区。
研究小组进一步发现，如果电力行业在风力发电时代减少污染最严重的化石燃料发电厂的产量，而不是最节省成本的发电厂，全国整体健康效益可能会翻两番，达到84亿美元。但是，结果将具有类似的人口统计细分。
“我们发现，优先考虑健康是在美国各地广泛实现利益最大化的好方法，这是一件非常积极的事情。但它表明它不会解决差异，“该研究的共同作者Noelle Selin说，他是麻省理工学院数据，系统和社会研究所以及地球，大气和行星科学系的教授。
“为了解决空气污染差异，你不能只关注电力部门或可再生能源，而依靠解决这些真实和持久的种族和民族差异的整体空气污染效益。你需要看看其他空气污染源，以及决定植物落户和人们居住地点的潜在系统性因素。
Selin的共同作者是主要作者和前麻省理工学院研究生Minhao Qiu博士'21，现在在斯坦福大学，以及德克萨斯大学奥斯汀分校的Corwin Zigler。
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在他们的新研究中，该团队寻找风力发电时期与化石燃料发电厂活动之间的模式，以了解区域电力市场如何调整发电厂的输出以应对可再生能源的涌入。
“技术挑战之一，以及这项工作的贡献，是试图确定哪些发电厂响应这种不断增长的风力发电，”邱指出。
为此，研究人员比较了2011年至2017年期间的两个历史数据集：全国风力涡轮机能量输出的每小时记录，以及美国每个化石燃料发电厂排放测量的详细记录。数据集涵盖了七个主要区域电力市场，每个市场为一个或多个州提供能源。
“加利福尼亚和纽约都是他们自己的市场，而新英格兰市场覆盖了大约七个州，中西部市场覆盖了更多，”邱解释说。“我们还覆盖了美国约95%的风力发电。
总的来说，他们观察到，在风力发电可用的时候，市场通过基本上缩减天然气和次烟煤发电厂的功率输出来调整。他们指出，选择被拒绝的工厂可能是出于节省成本的原因，因为某些工厂拒绝的成本低于其他工厂。
然后，该团队使用复杂的大气化学模型来模拟全国各地排放物的风模式和化学运输，并确定排放物在何处以及在什么浓度下产生细颗粒物和臭氧 - 这两种污染物已知会损害空气质量和人类健康。最后，研究人员根据美国人口普查数据绘制了全国一般人口统计图，并应用标准的流行病学方法来计算人口因污染暴露而造成的健康成本。
该分析显示，在2014年，在风能时代取代化石燃料能源的一般成本节约方法在全国范围内带来了20亿美元的健康益处或节省。这些福利中有一小部分流向了弱势群体，如少数民族和低收入社区，尽管这种差异因州而异。
“这是一个比我们最初想象的更复杂的故事，”邱说。“某些人口群体暴露于更高水平的空气污染中，这些人群将是低收入人群和少数族裔群体。我们看到的是，发展风力发电可以缩小某些州的这一差距，但在其他州进一步扩大这一差距，这取决于哪些化石燃料工厂被取代。
调整能力
然后，研究人员研究了如果他们在风力发电时代优先考虑拒绝不同的化石燃料工厂，排放模式和相关的健康益处将如何变化。他们调整了排放数据，以反映几种替代情况：一种是首先关闭对健康危害最大、污染最严重的发电厂;另外两种情况是，分别产生最多二氧化硫和二氧化碳的工厂首先减少产量。
他们发现，虽然每种情况都增加了整体健康益处，特别是第一种情况可以使健康益处翻两番，但最初的差距仍然存在：少数族裔和低收入人群的健康益处仍然比富裕社区小。
“我们走到了路的尽头，说，我们无法通过更聪明地决定取代哪些工厂来解决这种差异，”塞林说。
“让我对这个领域持乐观态度的一件事是，对环境正义和公平问题的关注度更高，”塞林总结道。“我们的作用是找出对应对这些挑战最有影响力的战略。
