可再生能源
第卷第期
年月
刘俊伟田秉晖张培栋李秀金
北京化工大学环境工程系北京中国科学院生态环境研究中心北京中国科学院青岛生物能源与过程研究所山东青岛
摘要以装机容量
万可吸收的生物质秸秆直燃发电系统为评价对象进行生命周期评价结果表明秸秆直燃向环境排放与燃煤发电相比虽然氮氧化物
发电
的排放量有所增加但减少了温室气体及硫氧化物的排放污染物的排放主要发生在秸秆燃烧阶段每发电
万消耗能量秸秆预处理阶段是能量消耗的主要阶段须要输入能量
人当量在此过程中烟尘居环境影响总负荷的首位秸秆直燃
发电过程对环境影响的总负荷为
关键词生物质能秸秆直燃发电生命周期评价环境风险
文章编号
中图分类号文献标志码
前言
随着社会经济的发展
物质能作为低碳燃料
量使用的煤炭
能源中最具开发性的一种绿可再生能源在
标准布朗运动各种生物质能的利用途径中生物质发电技术
硫灰的含量低于目前大环境和能源问题日很多学者认为生物质能将是新
益严重人类开始加快寻替代能源的步伐
替代能源的需求使生物质能成为全球热点
对
我国是一个农业大国每年仅农作物秸秆产量是比较成熟的技术加大生物质发电的开发力
达约亿以上
亿
其中可以作为能源利用的秸秆
由于生物质资源极为丰富且生
度能有效利用生物质过剩资源改善环境质
量有效减少温室气体的排放
收稿日期
基金项目作者简介通讯作者环保公益性行业科研专项
刘俊伟
李秀金
女河南濮阳人硕士研究生研究方向为生物质能源化利用
博士教授博士生导师主要从事污水和固体废物处理方面的教学与科研工作男
刘俊伟 等 秸秆直燃发电系统的生命周期评价
生物质发电的实际应用中也存在一些问题 以秸秆发电为例尽管秸秆资源总量巨大但其体 积松散能量密度低特别是我国秸秆收购对象为 单户农民农户种植面积小秸秆种类多样分布 不同阶段产生的环境影响特点
秸秆直燃发电系统的生命周期评价
确定生命周期系统边界
在确定生命周期评价的边界系统时 考虑到
分散 的人力物力进行收集 能源的同时 也要消耗大量的能源
因此应该结合生物质发电项目的特点对生物 在原料获取和转化过程中需要耗费大量 运输在生产出洁净 排放出污染
数据可获性和数据质量等问题
生物质直燃发电
储存 设备制造和建设时的能耗和环境排放不计入边界 系统内同时由于生物质发电系统是一种新型系 物 统 还未达到报废年限故暂未考虑生产设备回收 质发电的生命周期过程加以认识判断评价和控 报废单元阶段仅研究本系统正常生产阶段秸秆 直燃发电系统的生命周期系统包括生物质秸秆生 产阶段生物质秸秆的运输阶段和燃烧发电阶段 制
生命周期评价
是评价产品或行为过程在生命周期内对环境所产 系统边界划分如图
所示
生影响的一种工具 物质的利用以及由此造成的废物排放进行辨识和 量化 评估能量和物质利用以及废物排放对环境 的影响寻求改善环境影响的机会 本文基于生 生命周期评价通过对能量和 命周期评价方法对秸秆直燃发电系统进行评价 辨别秸秆直燃发电过程中不同的阶段对环境的影 响 全面地分析秸秆直燃发电的环境影响和能源 消耗
研究内容与方法 研究内容
本文以小麦秸秆为例 分析秸秆直燃发电过程中的能量消耗及造成的环 境影响本文选取评价对象是装机容量
生物质秸秆直燃发电系统 采用秸秆直接燃烧发 电工艺将生物质能原料打包后直接燃烧设定年 利用生命周期评价法 清单分析
清单分析是生命周期评价的核心环节 生命
的
周期清单分析中 对同时输出多种产品的单元系
统要进行能流和污染排放物的分配
秸秆种植收获阶段
发电时间为 量为
发电效率为 秸秆消耗
本文
虽然麦秸是小麦种植过程中的副产物
但它
秸秆搜集半径约为 可以用于造纸 经济价值基于此按经济价值将小麦种植过程中 的能耗和环境排放分配给小麦秸秆的生产 按照 堆肥 还田或作为饲料有一定的 以系统每生产
万
电能需要的能耗和所造
成的环境影响进行计算和分析
生命周期评价研究方法
此种分配方式参照目前小麦和麦秸的销售价格 设小麦秸秆生产阶段的能量消耗和污染物排放占 整个小麦种植过程中的
生命周期评价的方法是丹麦技术大学开发的 工业产品设计方法
方法 即采用政策目标
距离法确定标准化基准和不同环境潜质的重要性 权重国内杨建新等人基于以上方法建立了中国 的标准化基准和权重因子定义了中国的区域污 染当量因子本文采用该生命周期评价方法将清 单分析中的结果按照环境影响类型进行分类划 生物质运输阶段
假设秸秆的主要运输工具为柴油拖拉机 主要消耗能源为柴油 单车平均运量为 假设秸秆收集半径为
吨麦秸所需的平均能量为 单位里程耗油为
柴油的热值为
运输每 分 化 计算各种环境影响类型的潜值然后进行标准 加权 据此分析和比较不同环境影响类型对 同时分析生物质发电系统的
则运输生
产 万
电能的小麦秸秆所消耗柴油的能 在运输阶段认为污染物排放为
环境损害的严重性
量为
可再生能源
柴油在生产和燃烧的过程中的排放 根据柴油 吸收量
生产和燃烧的排放系数可以计算出运输过程中
表
秸秆直燃发电全生命周期污染物输出数据
的污染物排放量 表
表
柴油生产和燃烧的排放系数
万 污染物输出
生命阶段
运输 预处理燃烧发电
总输出
种植获取
排放物
阶段 柴油生产 柴油燃烧
烟尘
秸秆燃烧发电阶段
电厂运行发电过程主要包括秸秆的预处理和 秸秆燃烧发电
个阶段
预处理阶段主要包括粉碎干燥和成型阶段
假设预处理阶段消耗的能量完全由燃煤提供 影响评价
影响评价主要是对识别出的环境影响进行定 性或定量的评价 从而确定研究系统的资源消耗 与污染物排放对其外部环境的影响
通 过产生 推算出 燃烧
量可推算出所消耗标准煤数量进而
和粉尘的排放量 研究结果表明 小麦秸秆在预处理阶段耗煤量为 在对环境排放清单进行环境影响潜值的计算 在秸秆直燃发电系统中燃烧发电过程的
过程中本研究主要考虑全球变暖环境酸化和富 能量由系统自身的发电量提供不需要耗能在预 处理阶段燃烧 秸秆排放
烟尘
营养化及烟尘这 环境影响潜值计算
中国学术期刊全文数据库环境影响潜值指整个系统中所有同类环境排 放影响的总和 同类污染物通过当量系数转换为
参照物的环境影响潜值 为参照物转化为全球变暖潜力
种环境影响
发电过程中燃
烧
小麦秸秆排放
烟尘
在发电过程中每发电
排放
由此可以计算
消耗燃煤 表
气候变化以 出 万
环境酸化以
为参照物富营养化以
为参照物分别计算
日本气象厅烟尘 表
主要环境影响类型和当量因子
清单汇总
秸秆直燃发电系统生命周期能源消耗
在整个秸秆直燃发电系统中 燃烧发电过程 的能量由系统自身的发电量提供 在计算总能耗 仅仅计算秸秆获取运输和秸秆预处理阶段的 影响类型 全球变暖
物质 当量因子
时 当量
能耗
酸 化 当量 当量
计算结果如下秸秆直燃发电系统每发电
秸秆在获取阶段运输阶段和预处 万
富营养化
理阶段能量的输入分别为
总能量输入为
环境影响潜值计算公式 秸秆直燃发电系统生命周期环境污染物排放
将秸秆直燃发电各个阶段的数据进行汇总 得到小麦秸秆直燃发电系统全生命周期污染物的 式中 为产品生命周期中第
种环境影响
种环境影
潜值
中国文化遗产日为第 种排放物的第 输出数据 秸秆的种植过程中可以吸收 此在计算
表 发电 万 的小麦秸秆 在
因 响潜值 为第 为第 种物质的排放量
种排放物的第 种环境影响的当量因子 排放量时应该减去种植过程中的
各种环境影响的影响潜值如表所示
刘俊伟 等 秸秆直燃发电系统的生命周期评价
表 生命周期各阶段的环境影响潜值
表 标准化及加权后影响潜值
生命阶段
项目 总潜值
标准化后的 种植获取
运输预处理燃烧发电
影响 标准化基准 潜值 人
权重 加权后 标准化
影响潜值
全球变暖潜值
当量
因子影响潜值
全球变暖
酸化影响潜值
当量
当量
当量 酸
化
富营养化潜值
当量
富营养化
标准化计算
当量
标准化是将各种类型的影响潜值无量纲化 本文采用文献产品生命周期评价方法及应用 烟
尘
烟灰尘
中 的标准化方法和基准即用
年全社会资源消
根据权重对标准化后的环境影响潜值进行
加权分析得出在秸秆直燃发电过程中的主要 环境影响加权后的环境影响潜值 加权后结果 表明在秸秆直燃发电过程中产生的主要环境 耗总量和环境潜在总影响分别作为标准化基准 标准化的环境影响潜质体现了相对于整个社会活 动所造成总的环境影响而言
生物质发电系统的
标准化后 资源消耗环境污染潜值究竟有多大 的环境影响潜值单位为标准人当量
标准化的计算公式
影响为烟尘的排放 营养化
其次为
排放产生的富
将各种影响潜值相加可以计算出其总环境影 响负荷为 人当量 总环境影响负荷是对系 统全生命周期产生的环境影响的一种量化结果 利用该量化结果可以对不同生产原料或系统生产 式中 为第 种环境影响潜值标准化后
的值
为生物质气化发电系统中的第
为标准化基准是 种 年
等量产品产生的环境影响进行比较 的最佳原料工艺及途径
结论
语言文字应用确定可利用
环境影响潜值 全社会的第
种环境影响潜值
加权评估及环境影响负荷
标准化的影响潜值可以反映潜在环境影 在秸秆直燃发电系统中每发电
万
消耗的总能耗为 量消耗为
其中预处理阶段的能 占总能耗的 因此应
响量的大小
但还不能比较不同环境影响类
型的相对严重性通过针对不同影响类型对 该改进预处理设备技术提高系统效率减少资源 的消耗提高秸秆直燃发电的经济性
环境的损伤程度赋予不同权重
可以更加合
理地评价生物质直燃发电系统的环境影响 权重的确定采用目标距离方法即某种环 境影响的严重性用该环境影响全社会当前水 平与全社会给定的目标水平之间的比值来表 示权重
本文生命周期评价的秸秆直燃发电系统
每发电 万
向大气排放
我国当前火力发电每发电
万
向 大气排放
虽然秸
秆直燃发电系统氮氧化物的排放量有所增加 其他有害气体比常规的火力发电少得多 生物质在燃烧过程中排放出的 与其生长过 程中所吸收的 相平衡 同时由于燃烧生物 质剩余物减少了其自然腐烂所产生的 认为 气体的温室效应为 步减少了温室气体的排放
质直燃发电是目前电力发展中可行的减排温室
但 权重因子的确定公式
此外 式中
为第 为 种环境影响类型的权重因子 年第 种环境影响潜值
种环境影响潜值
通常
进一
为
年第
的
倍 秸秆直燃发电项目的环境影响潜值标准化和 加权分析后的结果如表所示 所以可以认为生物
可再生能源
气体的手段
秸秆直燃发电的全球变暖的影响潜值为
富营养化影响潜值为 酸化的影响潜值 烟尘的影响潜值为 烟尘的影响潜值
大于全球变暖酸化和富营养化的影响潜值说明 在秸秆直燃发电过程中产生较多的烟尘 国家应 强制电厂完善除尘
张培栋杨艳丽李光全 潜力估算 可再生能源
等中国农作物秸秆能源化
为
张艳丽王飞赵立欣
等 我国秸秆收储运系统的运
可再生能源
该积极制定相应的环境标准 设备减少烟尘的排放量
营模式 存在问题及发展对策 秸秆是重要的生物质能源
用途广泛 可
段林玲生物质发电项目风险管理研究 电力大学
北京华北
以利用生命周期评价对秸秆资源化利用的不同 途径进行综合比较评价确定秸秆的最佳利用途 刘黎娜王效华沼气生态农业模式的生命周期评价 中国沼气
径和转化工艺
目前的
主要侧重环境影响
方法过程中 杨建新徐成王如松产品生命周期评价方法及应用
和资源消耗潜值 今后在运用
北京 气象出版社 王明新包永红吴文良
期环境影响评价 农业环境科学学报
还应注重通过物流能流人工土地等核算秸秆
资源化利用的价值流和价值驱动力 进行经济 环境影响和资源消耗的综合生命周期评价 等 华北平原冬小麦生命周
烟草专卖行政处罚程序规定性 还应该建立科学的基于生命周期的经济
环境
李胜路明杜凤光中国小麦燃料乙醇的能量收益 生态学报
能源决策分析模型对生命周期评价的应用领 域进一步地扩充和提升为环境管理提供有效的 工具
胡志远谭丕强楼狄明 生命周期能耗和排放评价
等 不同原料制备生物柴油
农业工程学报
冯超马晓茜秸秆直燃发电的生命周期评价 能学报
太阳
参考文献
邹治平马晓茜太阳能热力发电的生命周期评价 可再生能源
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