秸秆直燃发电系统的生命周期评价

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摘 要: 以装机容量 25 MW 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 发电 1 万 kWh,可吸收 CO2 2 502.87 kg,向环境排放 SO2 37.39 kg,NOx 90.37 kg,与燃煤发电相比,虽然氮氧化物 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 1 万 kWh 消耗能量 15 340.2 MJ,秸秆预处理阶段是能量消耗的主要阶段,须要输入能量 13 830.5 MJ。 秸秆直燃 发电过程对环境影响的总负荷为 35.18 人当量。 在此过程中,烟尘居环境影响总负荷的首位。 关键词: 生物质能; 秸秆直燃发电; 生命周期评价; 环境风险 中图分类号: TM619 文献标志码: B 文章编号: 1671-5292(2009)05-0102-05
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 100 kg 秸 秆 排 放 CO2 11.8 kg,SO2 0.09 kg, NOx 0.06 kg,烟尘 0.59 kg。 发电过程中燃 烧 100 kg 小 麦 秸 秆 排 放 CO2 135.76 kg,SO2 0.15 kg,NOx 0.57 kg,烟 尘 5.59 kg[11]。 由 此 , 可 以 计 算 出 , 在 发 电 过 程 中 每 发 电 1 万 kWh, 消 耗 燃 煤 660.8 kg,排放 CO2 20 658.46 kg,SO2 33.60 kg,NOx 88.20 kg,烟尘 865.20 kg。 2.3 清单汇总
第 27 卷 第 5 期 2009 年 10 月
可再生能源
Renewable Energy Resources
Vol.27 No.5 Oct. 2009
秸秆直燃发电系统的生命周期评价
பைடு நூலகம்
刘俊伟 1, 田秉晖 2, 张培栋 3, 李秀金 1 (1.北京化工大学 环境工程系, 北 京 100029; 2.中 国 科 学 院 生 态 环 境 研 究 中 心 , 北 京 100085; 3.中 国 科 学院 青岛生物能源与过程研究所, 山东 青岛 266071)
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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 分散[4]。 在原料获取和转化过程中,需要耗费大量 的人力、物力进行收集、储存、运输,在生产出洁净 能源的同时, 也要消耗大量的能源, 排放出污染 物。 因此应该结合生物质发电项目的特点对生物 质发电的生命周期过程加以认识、判断、评价和控 制[5]。
收稿日期: 2009-06-02。 基金项目: 环保公益性行业科研专项(2008467087)。 作者简介: 刘俊伟(1985-),女,河南濮阳人,硕士研究生,研究方向为生物质能源化利用。 E-mail:ljw_4118@ 通 讯 作 者 : 李秀金(1965-),男,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。 E-mail:xjli@
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(EDIP 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 分,计算各种环境影响类型的潜值,然后进行标准 化 、 加 权 [7], 据 此 分 析 和 比 较 不 同 环 境 影 响 类 型 对 环境损害的严重性, 同时分析生物质发电系统的
2.2.3 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 2 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,通 过产生 CO2 量可推算出所消耗标准煤数量,进而 推算出 SO2,NOx 和粉尘的排放量。 研究结果表明 燃 烧 100 kg 小 麦 秸 秆 在 预 处 理 阶 段 耗 煤 量 为 4.72 kg,在秸秆直燃发电系统中,燃烧发电过程的
1 MJ diesel oil
排 放 物 /g·MJ-1
阶段
HC
CO
NOX
SOX
CO2
柴油生产 0.001 354 0.016 308 0.040 587 0.029 077 16.008 74
柴油燃烧 0.006 73 0.014 752 0.112 398 0.252 896 74.674 232
Abstract: The system of 25 MW straw directly combustion power generation has been evaluated by life cycle assessment. The results show that during the process of generating power, 10 000 kWh can absorb CO2 2502.87 kg, at the same time, the process releases SO2 of 37.39 kg, NOx of 90.37 kg to the environment. Although the emission of NOx has been increased, the system can reduce emissions of the greenhouse gas and SOx by comparison with the electricity generated from coal. The energy depletion is mainly from straw pretreatment; 13 830.5 MJ was needed in this stage. The emission of pollutants is mainly from the stage of combustion. In the whole process, Environmental Impact Load is 35.18 PET. In the system, the main impact on environment is from the emission of dust. Key words: biomass; straw direct combustion for power generation; life cycle assessment; environmental risk
本文以小麦秸秆为例, 利用生命周期评价法 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 25 MW 的 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 发电时间为 6 000 h,发电效率为 16%。 秸秆消耗 量为 1.4 kg/kWh。 秸秆搜集半径约为 40 km。 本文 以系统每生产 1 万 kWh 电能需要的能耗和所造 成的环境影响进行计算和分析。 1.2 生命周期评价研究方法
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 位 里 程 耗 油 为 35 L/ 100 km), 单 车 平 均 运 量 为 8 t, 柴 油 的 热 值 为 44 MJ/kg。 假 设 秸 秆 收 集 半 径 为 40 km,运 输 每 吨 麦 秸 所 需 的 平 均 能 量 为 65.6 MJ[9], 则 运 输 生 产 1 万 kWh 电 能 的 小 麦 秸 秆 所 消 耗 柴 油 的 能 量 为 918.4 MJ。 在 运 输 阶 段 ,认 为 污 染 物 排 放 为
2.2 清单分析 清单分析是生命周期评价的核心环节, 生命
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。 2.2.1 秸秆种植收获阶段
虽然麦秸是小麦种植过程中的副产物, 但它 可以用于造纸、堆肥、还田或作为饲料,有一定的 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 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 10%[8]。 2.2.2 生物质运输阶段
不同阶段产生的环境影响特点。 2 秸秆直燃发电系统的生命周期评价 2.1 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 数据可获性和数据质量等问题, 生物质直燃发电 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 统,还未达到报废年限,故暂未考虑生产设备回收 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。 系统边界划分如图 1 所示。
0 前言 随着社会经济的发展, 环境和能源问题日
益严重,人类开始加快寻找替代能源的步伐。对 替 代 能 源 的 需 求 使 生 物 质 能 成 为 全 球 热 点 [1]。 我国是一个农业大国, 每年仅农作物秸秆产量 达 7 亿 t 以上, 其中可以作为能源利用的秸秆 约 3.995 亿 t[2]。 由 于 生 物 质 资 源 极 为 丰 富 ,且 生
Life cycle assessment on straw directly combustion for power generation system
LIU Jun-wei 1, TIAN Bing-hui2, ZHANG Pei-dong3, LI Xiu-jin1
(1. Environmental Engineering Department, Beijing University of Chemical Technology,Beijing 100029, Ching ; 2. Research Center for Eco - Environmental Sciences, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100085, China; 3. Qingdao Institute of Biomass Energy and Bioprocess Technology,Chinese Academy of Sciences,Qingdao 266071, China)
生命周期评价 (LCA,Life Cycle Assessment) 是评价产品或行为过程在生命周期内对环境所产 生影响的一种工具。 生命周期评价通过对能量和 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[6]。 本文基于生 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。 1 研究内容与方法 1.1 研究内容
物质能作为低碳燃料,硫、灰的含量低于目前大 量使用的煤炭, 很多学者认为生物质能将是新 能源中最具开发性的一种绿色可再生能源。 在 各种生物质能的利用途径中, 生物质发电技术 是比较成熟的技术。 加大生物质发电的开发力 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[3]。
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可再生能源
2009,27(5)
柴油在生产和燃烧的过程中的排放。 根据柴油
生产和燃烧的排放系数,可以计算出运输过程中
的污染物排放量(表 1)[10]。
表 1 1 MJ 柴油生产和燃烧的排放系数 Table 1 Life cycle data of production and combustion of
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