沥青路面能耗及碳排放测算分析

沥青路面能耗及碳排放测算分析
蔡海泉
苏交科集团股份有限公司
2016.5 合肥
1 2 3 4背景及现状
沥青路面能耗及排放测算方法寿命周期清单分析——沥青典型沥青路面技术测算分析
交流内容
5结语
☐什么是可持续发展
● ……既能满足我们现今的需求，
又不损害子孙后代能满足他们的需
求的发展模式
☐可持续发展三要素
● 经济要素（Economic aspect）
● 环境要素（Environmental aspect）
● 社会要素（Social aspect）
☐交通行业
●交通运输业是节能减排的重点领
域之一，承担着重要的责任和义务
●如何定量评价是目前面临的难题
☐ 寿命周期评估（Life Cycle Assessment ， LCA ）
● 表征和定量评价产品、服务、系统或技术的环境可持续发展的方法● 评估对环境的影响，即能源消耗和温室气体排放
T T T T M,E M,E
M,E M,E M,E 原材料获取原油石灰岩
原材料生产初始施工交通延误施工设备使用养护与重建车辆燃料消耗和排放热岛效应渗滤液寿命结束W,P
W,P W,P W,P W,P M-材料E-能源W-废料P-污染T-运输再生
再利用改造再生
◆欧美对沥青路面能耗排放的探索始于21世纪初
2003年发表《未来环境友好的道路—能源消耗和温室气体排放》 法国Colas道路建设集团开发的ÉCOLOGICIEL
☐ 路面LCA 发展——
国外
✓指标：能耗和CO 2当量
✓计算环节：原材料、路面建设、路面养护方案（30年）、寿命期内的交通排放，道路附属设施等能耗和排放
PE-2
✓密西根科技大学/基于网页
✓指标：CO2
✓计算环节：
建设及养护过程
GHGC
✓美国沥青路面协会
✓指标：CO2
✓计算环节：
沥青混合料生产☐路面LCA发展——国外 PaLATE
✓加州伯克利大学
✓基于Excel的寿命周期费用和环境评价✓指标：费用、能耗、CO2、NOx、
PM10、SO2、CO等
✓计算环节：总体设计、初始施工、设备
使用、养护状况和寿命周期费用
☐路面LCA发展——国外
asPECT
✓英国TRL实验室
✓指标：能耗和CO2当量
✓计算环节：将路面全寿命分为十个环节，从原材料获取至路面材料的铣刨
WLCO2T
✓英国 URS Scott Wilson 公司
✓费用和温室气体
Athena Impact Estimator
✓加拿大
✓综合评价了道路建设过程对环境的影响 CHANGER
✓国际道路联盟
✓道路基础设施建设产生的温室气体
☐路面LCA发展——国外
第一届国际路面保存会议
✓2010年4月，在Colas数据库基础上，测算了沥青路面保存措施能源消耗和温室气体排放
第一届国际路面寿命周期评估研讨会
✓2010年5月5-7日，加州大学戴维斯分校
道路施工中降低碳足迹国际研讨会
✓2011年2月17-19日 世界道路协会和印度道路协会
沥青生命周期清单
✓2012 年7月，欧洲沥青协会发布
第二届国际路面寿命周期评估研讨会
✓2014年10月6日～8日，加州大学戴维斯分校
✓主题包括：北欧路面LCA的应用、美国LCA现状和标准化现状、开发地区清单数据库的方法、整合LCA和路面管理系统、LCA在不同
基础设施过程中的应用
☐路面LCA发展——国内
国际沥青路面节能减排与可持续发展国际学术研讨会
✓2010年6月7日～8日，中国西安
✓长安大学
✓拉开了路面LCA在国内发展序幕
LCA国际学术研讨会
✓2015年8月7日～8日，中国哈尔滨
✓苏交科集团、哈工大联合主办
✓推动了路面LCA在中国的发展
☐路面LCA发展总结
路面LCA仍在开发中，与其他行业相比，起步较晚
国外已经建立了较为完善的基础数据库，开发了多种能耗排放测算分析软件工具
较多的专题国际会议
在与路面有关的重要国际会议中列入专门LCA分会场✓如2012 欧洲沥青大会，2012 国际沥青路面与环境专题研讨会，TRB年会
国际沥青路面协会(ISAP)中成立了LCA技术委员会
我国路面LCA研究还处于起步阶段
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交流内容
5结语
☐评价指标体系
标准能耗:（单位：MJ/t）
体现对能源的消耗情况
温室气体：CO2排放当量（单位：kg/t）
体现温室气体的排放情况
循环利用率：节约的沥青和集料用量,废弃轮胎的循环利用等 （单位：kg/t）
体现对自然资源的节约和废弃物的循环利用情况
☐数据测算依据
以相关标准规范为依据
✓《江苏省高速公路沥青路面施工技术规范》
✓《公路工程预算定额》
✓《公路工程机械台班费用定额》
✓《公路养护工程预算编制办法及定额》
以权威的数据库为依据
✓《中国能源统计年鉴》
✓ IPCC（政府间气候变化专门委员会）评估报告
✓ 专业的寿命周期分析数据库CLCD
✓ Eurobitume（欧洲沥青协会）数据库
☐能耗测算方法
各种能源折标准能耗系数
☐温室气体测算方法
各种能源的单位质量温室气体排放系数
全球暖化潜势（GWP）：衡量温室气体对全球暖化的影响
气体名称化学式寿命（年）特定的时间跨度的全球变暖潜能值（GWP）20年100年500年
二氧化碳CO2111甲烷CH41272257.6一氧化二氮N2O114289298153二氟一氯甲烷CHClF2125 1601 810549四氟化碳CF450 0005 2107 39011 200六氟化硫SF63 20016 30022 80032 600☐温室气体测算方法
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沥青路面能耗及排放测算方法寿命周期清单分析——沥青典型沥青路面技术测算分析
交流内容
5结语
版本：1999、2006、2009、2011、2012 从开采到沥青成品（cradle to gate ）✓ 原油开采（extraction of crude oil ）✓ 运输（transport to Europe ）
✓ 生产（manufacturing of bitumen in a complex refinery ）
✓ 存储 （hot storage of the product ） 普通沥青、改性沥青、乳化沥青
☐ 沥青寿命周期清单（Life cycle inventory ，LCI
）
◆ 欧洲沥青协会发布（European Bitumen Association ）
☐数据来源
国际原油和天然气生产者协会（International Association of Oil & Gas Producers，OGP）
✓占全球大约32%的原油产量
欧洲清洁空气和水保护协会（Association for the Conservation of Clean Air and Water in Europe， CONCAWE)
✓欧洲所有的炼油厂均是其会员
生产能耗
✓问卷调查，7家大型沥青生产企业，占欧洲20%的沥青产量 运输能耗
✓管道公司、油轮公司、美国环境保护局（EPA）
其他数据
✓Ecoinvent database（全球用户最多的LCA数据库）
☐普通沥青LCI
◆生产1t沥青，不考虑基础设施
1t沥青单位原油开采运输炼油存储总计原材料原油kg10001000
能源消耗天然气kg18.90.40.580.1920.1原油kg17.59.311.9 2.240.9煤炭kg00.210.490.33 1.03铀g00.000010.000030.000020.0001
非能源资源消耗水L0487224143
排放至大气CO2g9913530078372007831174244 SO2g29033413027781 NOx g2704365211770 CO g52470163613 CH4g54816256595
◆能耗2830.76MJ/t，温室气体排放189.12kg/t
☐改性沥青LCI
◆ SBS含量3.5%
◆原材料
✓普通沥青965kg（96.5%）
✓SBS 35kg（3.5%）
◆采用高速剪切法制备
☐改性沥青LCI
◆生产1t改性沥青，不考虑基础设施
1t改性沥青单位普通沥青SBS剪切合计原材料原油kg96522.6988
能耗天然气kg19.429.80.7850原油kg39.520.10.359.9煤炭kg1 5.4 2.18.5铀g0.0000600.000150.0002
非能源资源消耗水L1386843977078
排放至大气CO2g16814611771910046295910 SO2g754842341630 NOx g743614181375 CO g591763671 CH4g574493181085
◆能耗5412.22MJ/t，温室气体排放323.04kg/t
☐乳化沥青LCI
◆沥青固含量65%
◆原材料组成（1.54t）
✓普通沥青1000kg（65%）
✓乳化剂4.615kg（0.3%）
✓盐酸4.615kg（0.3%）
✓水529.2kg（34.4%）
☐ 乳化沥青LCI
◆ 生产含1t 残余沥青的乳化沥青，不考虑基础设施
◆ 能耗3209.97MJ/t ，温室气体排放219.75kg/t
◆每吨乳化沥青：能耗2084.40MJ/t ，温室气体排放142.69kg/t
含1t 残余沥青的乳化沥青单
位普通沥青乳化剂（生产和运输）盐酸（生产和运输）热水（水和加热）
乳化沥青制备总计原材料原油kg
1000 1.1
1001.1能耗
天然气kg
20.1
0.220.340.08 1.2121.9原油
kg 40.9 1.40.4 1.80.444.9煤炭kg 1.030.30.670.07 3.25 5.32铀g 0.000060.000020.0000400.000230.0004非能源资源消耗水L 1431562608149977排放至大
气
CO2g 17424446023985545915455203746SO2g 7817.1161953876NOx g 7702010827835CO g 613 4.9 4.1 2.9 5.1629CH4
g
595
6
7.7
3.7
28
640
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沥青路面能耗及排放测算方法寿命周期清单分析——沥青典型沥青路面技术测算分析
交流内容
5结语
测算的边界条件
☐ 沥青路面施工过程分解
✓沥青路面施工过程中各种原材料的消耗✓材料运输的距离
✓混合料拌和楼的燃油和电力消耗✓施工现场摊铺机、压路机的工作油耗等
沥青集料添加剂原材料生产
原材料运输
公路水路铁路混合料生产
装载机拌和加热路面施工
摊铺机压路机混合料运输☐ 数据调查
☐原材料生产环节
沥青：欧洲沥青协会的数据库（Eurobitume 2012）
碎石：中国本地化LCA基础数据库CLCD
原材料（1t）普通沥青SBS改性沥青乳化沥青碎石水泥能耗（MJ）2830.765412.222084.40 31.823433.44 CO2当量（kg）189.12323.04142.69 2.43900.40
☐材料运输环节
中国本地化LCA基础数据库CLCD
公路运输能耗及排放以30t重型柴油货车的数据为标准
运输方式（t-1·km-1）能耗（MJ/t）排放（kg/t）公路0.80410.0749
水路0.16270.0152
铁路0.13720.0104
☐混合料生产环节
装载机能耗
✓ 油耗为0.112kg/t
沥青加热能耗
✓ 沥青加热油耗约为0.2-0.22kg/t混合料
拌合楼电能
✓ 平均值9.54MJ/t
拌合楼燃料油耗
✓ 普通沥青-6.82kg/t
✓ 改性沥青-7.45kg/t
☐典型热拌沥青路面
上面层
✓改性沥青混合料AC-13或SMA-13
✓油石比分别是5.2%和6.0%
中面层
✓改性沥青AC-20或Sup-20
✓油石比为4.8%
下面层
✓普通沥青AC-25或Sup-25
✓油石比为4.4%
☐典型热拌沥青路面
☐ 不同类型沥青路面施工能耗之间的差异较大，SMA路面的施工能耗及碳排放最高
☐ 沥青生产过程中的能耗占比较大，约20-30%
☐ 施工各环节，拌和过程能耗最多，占40-50%，摊铺碾压过程比例最小，仅占3-4%
☐典型温拌沥青路面
☐由于施工温度降低，拌和阶段
的能耗减少，但温拌剂生产需要
一定的能耗，导致总体能耗未必
降低
☐沸石添加剂温拌的能耗，其生命
周期能耗略高于热拌沥青混合料，
机械发泡的温拌技术能耗及碳排放
最低，有机和化学添加剂温拌技术
具有一定的节能减排效益
☐ 橡胶沥青路面
☐ 橡胶沥青生产能耗明显低于SBS改性沥青，因为橡胶沥青中橡胶粉是作为废弃物使用的
☐ 碳排放高于SBS改性沥青，由于橡胶沥青的加工过程中主要电力能源，而电力能源的碳排放系数相对较高
橡胶沥青生产能耗
☐橡胶沥青沥青路面
☐每吨现场湿法、成品湿法和干法混合料分别可循环利用19.05kg、16.43kg和15.43kg废旧轮胎，相当于2-2.5条废旧轮胎☐ 通过废弃物的循环利用，降低了生产能耗，橡胶沥青技术具有明显的节能效益，其中，成品湿法更
为显著，干法和成品湿法相当
☐沥青路面铣刨重铺
使用范围最广、频率最高的一种养护技术
☐与新建沥青路面相比，铣刨重铺方案增加了原路面铣刨过程，铣刨能耗约占3%-5%
☐原材料和混合料运输部分能耗，达到25%左右
☐沥青路面再生
再生方案能耗及排放测算分析
养护结构
再生方案铣刨重铺方案方案一方案二方案三方案四
上面层
养护4cmAC-13就地热再生4cmSMA-13就地
热再生-上面层铣刨重铺
沥青面层养护
4cmAC-13
8cmSUP-25厂拌热再生
4cmAC-13
12cm就地冷再生
4cmAC-13
8cm乳化沥青厂
拌冷再生
面层铣刨后重铺
4cmAC-13
8cmSUP-25
面层及基层养护
4cmAC-13
8cmSUP-25
30cm全深式再生
--
路面铣刨后重铺
4cmAC-13
8cmSUP-25
18cm水稳碎石
☐为了直观地进行比较，以单位面积路面作为分析单位
☐ 就地热再生中用于加热复拌的能耗占比达到80%以上
☐ 现有数据表明，与传统的铣刨重铺工艺相比，就地热再生可节约30%以上的能耗，具有显著的节能减排优势
☐ 就地热再生工艺能够100%循环利用旧路面材料，节约了大量优质的沥青和石料资源，在循环利用方面的效益显著
●
上面层养护
☐ 与铣刨重铺方案相比，就地冷再生的节能减排效益最显著，其次是厂拌冷再生
☐ 对于厂拌热再生而言，随着RAP料掺量的增加，其能耗及碳排放降低。

根据现有数据，当RAP料掺量为10%时，其能耗和碳排放略高于铣刨重铺方案，RAP掺量为30%和50%时，节能减排效益显著
●
沥青面层养护
☐ 与铣刨重铺方案相比，基层冷再生方案具有显著的节能减排效益☐ 基层冷再生将原路面基层材料全部循环利用，节约了重新铺筑基层的材料，具有显著的节约资源效益
●
面层及基层养护
☐薄层罩面和封层
1020304050607080能耗（M J /m 2）
碾压摊铺混合料运输混合料拌和原材料运输集料沥青
123456
二氧化碳当量（k g /m 2）
碾压摊铺混合料运输混合料拌和原材料运输集料沥青
☐各种薄层罩面养护技术能耗及排放差异较小，其中，SMA-10的能耗及排放最高，Novachip 最低
☐封层类养护技术能耗及温室气体排放均较低，主要是由于封层类养护技术主要是在沥青路面表面喷洒一层沥青或摊铺一薄层沥青混合料
☐养护期环境影响评价
建立了路面养护能耗排放基础数据库，沥青路面养护技术节能减排评估软件（EEES）
软件下载： /kechixu1/
材料大类材料小类
普通混合料普通沥青，改性沥青，
橡胶沥青，温拌沥青
再生类厂拌热再生不同RAP掺量
就地热再生改性沥青AC-13/SMA-13
厂拌冷再生乳化沥青/泡沫沥青
就地冷再生乳化沥青/泡沫沥青，全深式再生薄层罩面MAC-10，SMA-10，ECA-10封层类普通微表处，降噪微表处
1 2 3 4背景及现状
沥青路面能耗及排放测算方法寿命周期清单分析——沥青典型沥青路面技术测算分析
交流内容
5结语
结语
通过沥青路面能耗及排放测算评价体系的建立，探索分析了典型沥青路面技术之间的环境影响差异，从环境角度得到了一些有益的结论
在各种技术的具体应用过程中，还需结合技术的适用条件、耐久性、工程造价等方面因素，开展综合的比选
进一步丰富完善路面LCA基础数据，提高结果精度
感谢聆听！。