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原文信息：Daniel T. Kaffine. 2019. “Microclimate effects of wind farms on local crop yields” Journal of Environmental Economics and Management 96:159-173.

 

简介与背景

 

随着可再生能源的使用在全球范围内的增长，学术界和公众对这些不同技术相关的潜在外部性的兴趣越来越大。风能在空间上是分散的，并与其他土地用途（通常是农业）同时分布，这增加了风力发电厂对共同土地用途产生溢出效应的可能性。经济学文献中没有考虑到的一个潜在外部效应是——由于“小气候”效应，风力发电场对作物产量的影响。尽管自然科学文献已经发现了由风力发电场引起的小气候变化的证据，但其对作物的净影响仍是一个悬而未决的问题。本文使用美国1997-2013年的县级年度数据，研究风电场对当地作物产量的小气候影响。

 

数据和实证策略

 

为了构建年度面板数据集进行回归分析，本文首先将县级风量数据与县级农业数据相结合，然后将县级数据与地面站气象数据进行匹配。县级农作物产量数据是从美国农业部1997-2013年对感兴趣的四种作物（玉米、大豆、干草和小麦）的年度NASS调查中获得的；风量数据来自1997-2013年EIA-860表格，EIA-860为美国所有风力发电机提供信息，包括容量（MW，兆瓦）、建成年份和县；日降水量（英寸）、温度（华氏度）和地面风速数据收集自NOAANCDC（https://www.ncdc.noaa.gov/data-access），涵盖1997-2013年期间的大约500个自动地面观测系统（ASOS）站，在这段时间内完成了完整的读数。

 

本文的面板回归模型如下：

yct年c县j作物在t年的产量(蒲式耳或每英亩吨数)，Wct是风量密度（每平方英里的风量为兆瓦），Xict是一组控制变量；αc,ηsy分别表示县，州-年份固定效应；εct是残差。

 

主要结果

 

1.对玉米回归的主要结果

 

风量密度对玉米产量影响的基本结果见表2，注意由于单位不同，风密度系数难以直接解释。按照这个平均值计算，系数为10可以解释为一个100兆瓦的风电场可以使县级玉米产量增加约1%。第Ⅰ列报告了来自具有州-年固定效应和对天气变量进行二次控制的规范的估计值，估计系数解释为风力密度在1%的水平是显著的，可以解释为一个100兆瓦的风电场增加产量约2.5%。在加入各天气变量的交互项后结果依然是显著为正。对因变量取对数处理后，第V列风量密度系数可解释为100兆瓦风电场使玉米产量增加0.7%，符合线性规范，第VI列的系数与修剪后的样本表明，一个100兆瓦的风电场将使县的玉米产量增加1.1%。表2中的估计数字提供了强有力的证据，证明风力农场对玉米产量有积极影响，但额外的稳健性检验考虑了其他规格和农场调整的其他边际控制，结果依然稳健。

2.其他农作物回归结果

 

本文还研究风力对其他作物产量的影响，特别是大豆、干草（紫花苜蓿）和小麦（冬天），结果见表5。结果表明每100兆瓦风力发电对大豆和干草的产量仅增长不到1%，对小麦产量没有显著影响。另外还对大豆、干草和小麦进行了与玉米类似的稳健性测试，结果与表5结果基本一致，风对大豆和干草显著影响，对冬小麦的影响不显著。

本文通过考虑模型的一些额外变化进行了一系列的稳健性检验，包括将县固定效应变为可观察的横截面特征、灌溉状态的虚拟变量测量方法使用了观测到的降雨量以及包括极端温度日，结果依然稳健。

 

3.对经济和政策的影响

 

上述结果提供了有力的证据，表明风密度的增加导致玉米产量的增加，同时大豆和干草产量的增加也有一些较弱的证据。尽管这些估计数据为有兴趣了解风力发电场小气候净影响的自然科学家提供了有用的洞见，但也有重要的经济和政策含义。根据上述估计，本节粗略计算了风力发电所带来的外部作物效益。为了提供背景，我们计算了每一个风力开发县每一种作物数量、平均风量密度和产量，结果报告在表7。为了计算总体小气候效益，每个县的小气候效应估计值乘以风量密度，得到产量的变化，再乘以面积，得到县农作物产量的变化（单位为蒲式耳或吨）。每个县的产量变化乘以表7中假设的价格，然后对各县进行求和，以确定2013年小气候作物的总效益。

尽管经济影响相当直接，但政策影响更为微妙。如上所述，小气候影响的强度在一个县内是不同的。当小气候效益落在租赁农户的足迹范围内时，这些效益应通过租赁和议价过程内部化。当然，这是假设农民意识到了这些好处，因此，除了让农民获得潜在的小气候好处，在这种情况下，政策干预的理由就显得微不足道了。另一方面，考虑到这些好处会对邻近的农场产生溢出效应，这将构成积极的外部效应，而在制定与风能有关的可再生能源政策时，国家决策者或许希望考虑到这一点。

 

结论

 

考虑到全球可再生能源的蓬勃发展，正确计算其正面和负面溢出效应，可以帮助决策者评估进一步鼓励可再生能源的力度。本文利用美国县级作物和风量数据，研究了风能开发的溢出效应——小气候对当地农作物产量的影响。本文发现有力的证据表明，风力发电发展较快的县也经历了玉米产量的增长，例如，风力发电能力再增加100兆瓦，县产量就会增加约1%。对风能发展和产量（如收入）之间其他可能的联系渠道的研究表明，小气候效应是可能的机制。在大豆和干草的产量上也发现了一些类似影响的证据，但没有发现对小麦产量有影响的证据。根据最近的价格，这些估计表明，每年可获得数亿美元的效益，相当于每兆瓦时超过5美元的当地效益与小气候效应有关。

 

风力发电场的空间效应与分析的空间水平之间的不匹配并不理想。CWEX项目（Rajewski et al. 2013,2014）或其他项目（Smith et al.,2013）的额外实地工作可以为本文提出的结果提供补充证据。实地工作还可以进一步了解这些影响的空间范围，这将有助于澄清政策建议。尽管如此，这篇论文的结果提供了证据，减排之外，由于小气候的影响，在增加当地作物产量方面，也有相当大的好处。

 

Abstract

 

This paper considers a novel spillover effect of wind farms- microclimate impacts on neigh-boring crop yields. Using US county-level crop and wind capacity data, I examine the effects of wind energy development on crop yields, controlling for time-invariant county characteristics and state-level annual shocks. I find robust evidence that counties with increased wind power development have also experienced increased corn and other crop yields, such that an additional 100 MW of wind capacity increases county yields by roughly 1%. At recent prices, this implies a more than $5 dollar per megawatt-hour local benefit, corresponding to several hundred million dollars in annual benefits.