燃煤发电行业碳足迹评估_毕业论文(编辑修改稿)

燃煤发电行业碳足迹评估_毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

conomy）的重要行， 2020 年，世界高峰会所发出的促进较持续的消费及生产模式的声音，联合国环境规划总署（ UNEP）与 SETAC 共同合作，推行为期十年的生命周期计划（ Life CycleInitiative），使 LCA 与生命周期思考（ Life Cycle Thinking） 能实际应用到产业生产及政府决策的广泛领域之中。 生命周期评估定义 生命周期评估 (LCA)[26， 27， 28,29]是一种评估产品 、工艺过程或活动从原材料的采集和加工到生产、运输、销售、使用、回收、养护、循环利用和最终处理整个生命周期系统有关的碳排放过程。 有人形象地称为 “从摇篮到坟墓 ”的评估。 它通过对整个生命周期内能量和物质的使用及释放的辨识和定量，评估其对资源能源消耗、人类健康和生态环境的影响，同时通过分析，寻求改善生态的机会。 生命周期评估步骤 天津理工大学 2020 届毕业论文 9 生命周期评估包含了四过步骤 [30]：目标范畴界定、盘查分析、冲击评估以及结果阐释 ， 各步骤的主要内容与方法类别如 图 ： 图 生命周期评估步骤 Life cycle assessment procedure LCA研究的第一步。 一般需要先确定 LCA的评价目标，然后根据评价目标来界定研究对象的功能、功能单位、系统边界、环境影响类型等等，这些工作随研究目标的不同变化很大，没有一个固定的模式可以套用， 但必须要反映出资料收集和影响分析的根本方向。 另外，此研究是一个反复的过程，根据收集到的数据和信息，可能修正最初设定的范围来满足研究的目标。 在某些情况下，由于某种没有预见到的限制条件、障碍或其它信息，研究目标本身也可能需要修正。 清单分析的任务是收集数据，并通过一些计算给出该产品系统各种输入输出，作为下一步影响评价的依据。 输入的资源包括物料和能源，输出的除了产品外，还有向大气、水和土壤的排放。 在计算能源时要考虑使用的各种形式的燃料和电力、能源的转化和分配效率以及与该能源相关的输入输出。 影响评价是是生命周期评价 (LCA)的核心内容，也是难度最大的部分。 它是对清单阶段所辨识出来的环境负荷影响进行定量和 (或 )定性的描述和评价。 这种评价应考虑对生态系统、天津理工大学 2020 届毕业论文 10 人体健康以及其他方面的影响。 影响评价目前正处于概念化阶段，还没有一个达成共识的方法。 ISO、 SETAC和英国 EPA都倾向于把影响评价定为一个。 三步走。 的模型，这三步是：影响分类（ Classify)、特征化（ Characterization)和量化 (Valuation)。 影响分类是将从清单分析中得来数据归到不同的环境影 响类型。 影响类型通常包括资源耗竭、生态影响和人类健康三个大类。 在每个大类下又包含有许多亚类，如在生态影响这一大类下包含有全球变暖、臭氧层破坏、酸雨、光化学烟雾、水体富营养化、淤泥、水中废物、栖息地改变、土壤致密性、离子辐射和噪音等亚类。 另外，一种具体类型可能会同时具有直接和间接两种影响效应。 生命周期各阶段所使用的物质和能量以及排放的污染物经分类整理后，可作为胁迫因子。 在定义具体影响类型时，应该关注相关的环境过程，这样有利于尽可能地根据这些过程的科学知识来进行影响评价。 特征化即按照影响类型建立清单数 据模型。 特征化是分析与定量中的一步，这里可能将每一种影响大类中不同影响类型汇总，但必须以环境过程的有关科学知识为基础。 它所开发的模型将 LC l提供的数据和其它辅助数据， 转译成描述影响的叙词 (Descriptor)，如：影响全球变暖潜力的因子有 CO，、 CO CH。 等温室气体，通常采用 CO2作为标准对其它因子进行归并，最终用 CO2表示全球变暖影响大小。 即对清单分析中所获得的数据进行文字表述，以便于对分类中选定的应激因子进行评价。 目前国际上使用的特征化模型主要有：负荷模型、当量模型、固有的化学特征模型、总体暴 露（ Exposure)一一效应模型、点源 (site— specific)暴露一一效应模型。 特征化阶段的更进一步发展指对其一给定区域的实际影响量进行归一化，这样做是为了增加不同影响类型数据的可比性，然后为下一步的量化评价提供依据。 量化即加权，在特定情况下，且仅当有意义时，将结果进行合并。 量化是确定不同环境影响类型的相对贡献大小或权重，以便能够得到一个数字化的可供比较的单一指标。 对在不同领域内 (如气候变化、臭氧层空洞和毒性 )的影响进行横向比较，其目的都是为了获得一套加权因子，使评价过程更具客观性。 数据标准化反映 了各种环境影响类型的相对大小。 然而，不同的影响类型经标准化后可能得出相同的数值，这并不意味着它们的潜在环境影响一样，因此需要对不同影晌类型的重要性进行排序，即赋予权重。 将各种不同的影响类型综合为单一指标，从而对不同产品、产品系统或处理方案的环境影响进行比较。 对于具体赋值方法，国际上尚无统一标准。 改善评价是指系统地评估在产品、工艺或活动的整个生命周期内削减能源、原材料使用以及环境释放的需求与机会。 这种分析包括定量和定性的改进措施，例如改变产品结构，重新选择原材料，改变制造工艺和消费方式以及废弃 物管理等。 为了每个功能单位的环境性能得到改善，产品和过程的投入以及对环境的产出都要评价。 能否得到改善，要依赖于清单分析、影响评价或二者的结合。 改善的机会也应该被评价以确保它们不产生额外的影响而削弱了提高的机会。 目前清单分析的理论和方法相对比较成熟，其中最权威的是美国国家环保局于 1993年发表的一份研究报告：生命周期评价、清单分析的纲要与原则。 影响评价的理论和方法正处于天津理工大学 2020 届毕业论文 11 研究探索阶段，而改善评价的理论和方法目前研究较少。 天津理工大学 2020 届毕业论文 12 第二章 碳足迹评价研究方法 法及过程 本文在宏观上采用的是过程分析中的全生命周期评价法，通过研究燃煤电厂全生命周期的输入和输出数据清单，计算其全生命周期的碳排放，即碳足迹。 评估过程包括： (1) 建立燃煤电厂的生命周期流程图。 尽可能将产品在整个生命周期中所涉及的原料、活动和过程全部列出，为下面的计算打下基础，燃煤电厂的全生命周期中与碳排放相关的环节可以概括为：煤场开采加工 — 燃煤运输 — 锅炉燃煤 — 尾气脱硫 — 固废运输 — 废弃物（污水、固废）处理。 （ 2）确定组织边界和营运边界。 组织边界主要是指从全国角度着眼，在全国范围内确定电力行业产量。 营运边界主要在于区别排放源是直接排放还是间接排放。 在燃煤电厂生产的全生命周期中， CO2的直接排放来自于锅炉中的燃煤燃烧和脱硫系统的脱硫置换过程。 间接排放主要来源于原料的生产与运输、废弃物处理与运输过程中的能耗。 其他间接排放如员工通勤、差旅等由于数据的不可获得性在本研究中忽略不计。 （ 3）收集数据并计算。 通常要收集的数据包括产品生命周期涵盖的所有物质和活动及相关的碳排放因子，通过排放系数法及质量平衡法对排放量进行量化计算，数据应尽量是初级数据，保障计算结果的科学性。 （ 4）审核及不确定性分析。 这一步骤是用来 检测碳足迹计算结果的准确性，并使不确定性达到最小化以提高碳足迹评价的可信度。 一般来说，为避免重复计算，碳源不包括甲烷、 CFCS等其他含碳温室气体的排放源，且考虑到本文的研究尺度，只计算化石能源消费产生的 CO2总量。 燃煤发电行业碳足迹评估程序 流程图 由于燃煤电厂的全生命周期中与碳排放相关的环节可以概括为：煤场开采加工 — 燃煤运输 — 锅炉燃煤 — 尾气脱硫 — 固废运输 — 废弃物（污水、固废）处理。 因此可设计如下流程图： 天津理工大学 2020 届毕业论文 13 图 燃煤电厂生命周期流程 图 Coalfired power plant lifecycle flow chart 燃煤开采和加工 燃煤发电行业原料生产的碳足迹主要来源于取水和燃煤开采环节，由于本研究中的水源是当地泉域的地下水，取水能耗来自电厂自产的电耗，故这部分的碳足迹已经包含在锅炉燃煤的排放中，不用重复计算。 对于燃煤开采产生的碳足迹计算，由于数据的不可获得性，将这部分的间接排放用全国煤炭开采与洗选业的平均能耗数据代替。 固废运输 废弃物 处理 燃煤运输 锅炉燃煤 尾气脱硫 煤场开 采加工 天津理工大学 2020 届毕业论文 14 由国 家统计局公布的我国近四年燃煤消费总量为： 单位：万吨 2020年 2020年 2020年 2020年 根据《中国统计年鉴 2020》， 2020年我国年煤炭开采和洗选业的能源消费总量为 万 t标准煤，煤炭生产总量为 25 t。 根据能源网上公布的标煤的排放系数 ，可以得到： 2020年我国煤炭开采和洗选业的 CO2排放量为： t （ ） 2020年我国单位煤炭生产量的排放系数为： t/25 t= CO2/t； （ ） 我国近四年燃煤开采与加工 CO2排放量为： 燃煤消耗量单位煤炭生产量的排放系数 （ ） 代 入数值计算得到： 单位：万吨 2020年 2020年 2020年 2020年 表 CO2柱状图 Table CO2 histogram processing stage coal mining 0202040006000800010000120201400016000180002020 2020 2020 2020 由柱状图可以看出我国近四年在燃煤开采加 工过程 CO2排放量呈现一个递增的趋势，这与天津理工大学 2020 届毕业论文 15 我国不断增加的对煤炭的需求量有关，随着用煤量的增加就必然会导致开采加工阶段 CO2长生量的增加。 燃煤运输 燃煤发电行业的燃煤运输模式包括铁路轨道、水路和公路等。 本研究中的燃煤电厂只涉及公路和铁路，可根据燃煤的不同产地及其运输方式、运输工具、运输路程具体计算能耗，再根据公路和铁路运输的排放系数计算燃煤运输的碳足迹。 （ 1）公路运输碳足迹评估。 对于公路运输方式，电厂的运输工具为柴油汽车，根据 BP中国碳排放计算器给出的资料，柴油的 CO2排放系 数为 CO2/kg，又根据刘莉等的研究，假设燃煤发电行业运输燃煤的公路运输工具是 8t核定载质量≤ 15t的载货汽车，该种汽车的百车公里耗油均值为 油，则计算公路运输的排放系数为：公路 CO2排放系数为： 柴油 /百 km。 （ ） 燃煤运输只考虑单程碳足迹，综合以上分析，结合国家统计局近四年全国近四年公路长度得： 单位：万公里 2020年 2020年 2020年 2020年 计算公路运输近四年所产上的二氧化碳总量分别为： 单位：吨 2020年 2020年 2020年 2020年 天津理工大学 2020 届毕业论文 16 表 公路运输 CO2柱状图 Table Road transport CO2 histogram 0501001502002503003504004502020 2020 2020 2020年份 由柱状图可以看出我国近四年公路长度呈现不断递增的趋势，这在一个侧面说明了由公路运输方面 CO2产生量会有一个不断递增的趋势，在燃煤发电行业 CO2排放总量中的比重也会呈现一个递增的趋势。 （ 2）铁路运输碳足迹评估。 对于铁路运输方式，我国铁路机车分为蒸汽机车、内燃机车和电力机车。 将三类机车的平均耗油量进行汇总并折算为标准煤，得到 2020我国铁路机车的能耗强度为 吨公。 （ 1换算 t km=1货物 t km=1旅客人 km），又能源网上公布的标煤排放系数为 CO2/t，因此可以计算得到： 铁路 CO2 排放系数 = km km。