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燃煤发电行业碳足迹评估毕业论文

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年月

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日期：

指导教师签名：

日期：

燃煤发电行业碳足迹评估

毕业论文

摘要

随着气候变化越来越成为国际国内各界关注的焦点，一个新的概念——“碳足迹”应运而生。

碳足迹是从消费端出发的CO2排放量，用来衡量人类生产生活中的能源活动排碳对气候变化的影响，比传统意义上的碳排量更加形象而科学。

在我国，电力行业作为CO2减排的主力军，减排任务十分艰巨。

因此，了解燃煤发电行业的碳足迹情况对于燃煤发电行业的节能减排有着指导性的意义.本课题主要运用碳排放生命周期分析法分析研究，对我国燃煤发电行业整体进行碳足迹评估。

这种分析方法以过程分析为基本出发点，通过研究对象的生命周期输入和输出数据清单，计算研究对象的全生命周期的碳排放，最终得到企业全生命周期中的碳足迹分布，发现燃煤发电行业的碳减排潜力主要在于锅炉燃煤和煤炭开采，但在运输、尾气脱硫等部分的碳排放绝对量也是不可忽视的，因此，燃煤发电行业在节能减排时应全面统筹，有的放矢。

关键字：

碳足迹、燃煤发电行业、生命周期、碳排放

Carbonfootprintassessmentofcoal-firedpowerindustry

ABSTRACT

Asclimatechangeisbecomingthefocusofinternationalconcern,anewconcept--"carbonfootprint"emergeasthetimesrequire.AcarbonfootprintisbasedonCO2emissionsfromtheconsumptionend,usedtomeasureenergyinhumanproductionandlifeactivitiesofcarbonontheimpactofclimatechangeoncarbonemissions,thanthetraditionalsenseoftheimageandscience.Inourcountry,theelectricpowerindustryasthemainforceofCO2emissionreduction,emissionreductiontaskisveryarduous.Therefore,understandinghasaguidingsignificancetoenergysavingandemissionreductionofcarbonfootprintofcoal-firedpowerindustryforcoal-firedpowerindustry.Themaintopicoftheuseofcarbonemissionsinlifecycleanalysismethodtostudy,forcoal-firedpowergenerationindustryinChinaoverallcarbonfootprintassessment.Thisanalysismethodtoprocessanalysisasthebasicstartingpoint,throughthelifecycleoftheinputandoutputdatalisttheresearchobject,computationalstudyoftheentirelifecycleofthecarbonemissions,finallygetthecarbonfootprintdistributionenterprisesinthewholelifecycleofcoal-firedpowerindustry,foundthecarbonemissionreductionpotentialisthemaincoalandcoalboiler,butintransport,tailgasdesulfurizationsuchaspartofthecarbonemissionsofabsolutevaluecannotbeignored,therefore,coal-firedpowergenerationindustryshouldoverallintheenergy-savingemissionreduction,haveadefiniteobjectinview.

KeyWords:

carbonfootprint,powercompanies,lifecyclecarbonemissions

引言……………………………………………………………………………………1

第一章国内外碳足迹评价研究情况…………………………………………1

1.1国内外碳足迹发展状况………………………………………………………3

1.2碳足迹理论研究现状分析…………………………………………………3

1.2.1碳足迹概念……………………………………………………………3

1.2.2碳足迹细分……………………………………………………………3

1.2.3碳足迹评估方法………………………………………………………3

1.3碳足迹应用研究现状分析……………………………………………………5

1.3.1碳足迹评估……………………………………………………………5

1.3.2碳足迹评价标准………………………………………………………5

1.3.3碳排放权交易…………………………………………………………6

1.4生命周期法的分析介绍………………………………………………………6

1.4.1生命周期评价发展历史…………………………………………………6

1.4.2生命周期评估定义………………………………………………………7

1.4.3生命周期评估步骤………………………………………………………7

1.4.4生命周期评价方法的主要内容…………………………………………8

第二章碳足迹评价研究方法…………………………………………………10

2.1碳足迹方法及过程…………………………………………………………10

2.2燃煤发电行业碳足迹评估程序……………………………………………10

2.2.1流程图………………………………………………………………10

2.2.2燃煤开采加工………………………………………………………11

2.2.3燃煤运输……………………………………………………………12

2.2.4锅炉燃煤排放………………………………………………………15

2.2.5尾气脱硫置换………………………………………………………16

2.2.6固废运输……………………………………………………………17

2.2.7废弃物处理…………………………………………………………18

2.3燃煤电厂碳足迹评估结果与分析…………………………………18

2.3.1评价结果………………………………………………………………18

2.3.2不确定性分析…………………………………………………………18

第3章结论与讨论………………………………………………………………20

第4章碳足迹评价研究及展望………………………………………………21

参考文献……………………………………………………………………………23

致谢………………………………………………………………………………27

引言

随着气候变化及其影响越来越多地得到世界各界的关注，中国作为一个负责任的大国，承诺2020年单位GDP的CO2排放比2005年下降40%～45%。

根据这个目标，我国2020年的碳排放量为（80.6～87.9）亿tCO2。

因此中国在2020年还需要额外减排（7.4～14.7）亿t[1]。

而由于我国以煤炭为主要一次能源的资源禀赋，煤炭发电装机占总装机容量的比例超过70%，我国电力行业的CO2排放有着总量大且增长迅速的特点，1980年～2050年我国电力行业碳排放总量增加了5.57倍；与此同时，其占全部化石能源碳排放的比例由1980年的21.07%逐年增加到2005年的38.73%。

此外，我国电力碳排放系数远高于发达国家，2005年为222.95g/kW·h，而主要发达国家多在（100～150）g/kW·h之间[2-3]。

故在我国面临减排压力持续升高的情况下，为了实现减排目标，电力行业减排任务艰巨，燃煤发电行业势必成为CO2减排的主力军，如何在综合兼顾经济、环境、生态的基础上，走可持续发展之路，实现我国燃煤发电行业的低碳化发展，是我国燃煤发电行业面临的巨大挑战。

计算碳足迹是评价企业碳排放的有效途径之一，通过对燃煤发电行业进行全生命周期的碳足迹评估，可以为提出企业科学有效的减排方案提供依据。

碳足迹（CarbonFootprint）是在生态足迹的概念基础上提出的[5-6]，是对某种活动引起的（或某种产品生命周期内积累的）直接或间接的CO2排放量的度量[7]。

燃煤发电行业的全生命周期碳足迹评估就是对企业生产活动的全过程中产生的CO2进行核算评估，包括从原料开采、加工、运输到生产再到废弃物处理的全过程[8-10]。

相对于其他碳排放研究，碳足迹是基于生命周期的角度，从消费端出发，破除所谓“有烟囱才有污染”的观念，分析产品生命周期的碳排放过程，更加公平与科学[11]。

第一章国内外碳足迹评价研究情况

1.1国内外碳足迹发展状况

国外碳足迹研究始于1996年Wackernagel［13］发表的“OurEcologicalFootprint”，分别从概念内涵、计算方法、实例计算开展研究［14-15］，研究尺度以宏观的国家及微观的个人、产品、家庭、组织机构为主［15-19］，研究的产业部门有工业、交通、建筑、供水、医疗等［11，17，20-21］，仍处于起步阶段。

国内碳足迹研究始于20世纪80年代末至90年代初［22］，相对国外而言，研究较少，多集中于政策性和倡导性的范畴，研究比较浅显，处于萌芽阶段。

国内外对碳足迹概念内涵、计算方法、计算边界等理论问题研究存在不确定性，应用研究层面，由于使用方法不同，估算出的结果迥异。

基于文献研究、列举研究等研究方法，从理论与应用两方面对碳足迹的研究进行归纳、总结、评述（研究示意图如图1），旨在揭示出碳足迹研究现状中存在的问题，对碳足迹未来研究方向进行展望，有利于学术界加深对碳足迹的理解和认识，推进碳足迹研究向纵深发展，有利于推进低碳生活与低碳社会建设，同时可为发展低碳经济提供科学依据，具有重要的理论价值与现实意义。

图1.1国内外碳足迹研究概况

CarbonfootprintstudiesabroadOverview

1.2碳足迹理论研究现状分析

1.2.1碳足迹概念

碳足迹（CarbonFootprint，CF）源于生态足迹的概念［12-13，22-23］，最早出现于英国，并在学术界、非政府组织（NGO）、新闻媒体推动下迅速发展起来［12，24］。

学术界对碳足迹概念尚未形成统一认识［11-12］，众多学者［14-15，21，25-30］对此有不同的理解，主要有三种观点：

第一种认为：

碳足迹是单一化石燃料燃烧产生的CO2排放量。

第二种认为：

碳足迹是某一产品在其生命周期内累积的CO2排放量。

第三种认为：

碳足迹是一种根据所产生CO2排放量来测算人类活动对环境产生影响的方式［31］。

相对而言，以Wiedmann［14］等所提的概念较全面，即碳足迹是指一项活动中直接或间接产生的CO2排放量，或产品的各生命周期阶段积累的CO2排放量，以重量单位表示。

综合各种观点，碳足迹概念包括三方面内容，一是本质内涵，指的是CO2排放量；二是计算边界，有广义、狭义之分，广义碳足迹既包括直接CO2排放量，也包括间接CO2排放量，狭义碳足迹仅指直接CO2排放量；三是碳足迹外延（研究范畴），可能是某项活动、某个产品、某种服务或某个区域，为此，其概念可表述为：

碳足迹是某项活动或某个产品的整个生命周期或某种服务或某个区域的直接和间接CO2排放量，以重量单位表示。

1.2.2碳足迹细分

碳足迹因其研究对象广，尺度不同，学术界对此进行了不同的细分。

按计算边界和范围不同将碳足迹分为直接碳足迹（如能源、交通直接排放的CO2等）与间接碳足迹（如产品或服务在整个生命周期中间接排放的CO2）。

按研究对象不同，分为产品碳足迹、企业碳足迹、个人碳足迹。

按研究尺度不同，分为国家碳足迹、区域碳足迹、家庭碳足迹［12］。

国际气候变化委员会（IPCC）将其分为能源部门碳足迹、工业部门碳足迹、农林和土地利用碳足迹、废弃物部门碳足迹。

1.2.3碳足迹评估方法

碳足迹计算方法多种多样，主要有生命周期法（LifeAssessment，LCA）、投入产出法（Input-Output,I-O）、《2006年IPCC国家温室气体清单指南》计算方法、碳足迹计算器法［12］。

（1）生命周期法

LCA法是评估一种产品在整个生命周期或服务的整个活动过程所有投入及产出对环境造成影响的方法［12］，又称过程分析法，这种方法以过程分析为出发点，通过生命周期清单分析得到所研究对象的输入和输出数据清单，进而计算研究对象全生命周期的碳排放［11］。

LCA法计算过程详细、准确，可应用于产品或服务碳足迹的计算。

受系统的边界及生命周期的确定比较复杂的困扰，该方法具有局限性，表现在：

LCA法允许在无法获知原始数据的情况下采用次级数据，可能导致估算结果出现误差，无法对原材料生产及产品供应链中的非重要环节进行深度分析，无法具体获取产品在零售过程中的碳排放。

（2）投入产出法

I-O法由美国经济学家W.Leontief［11-12，31］提出，该方法利用投入产出表进行计算，通过平衡方程反映初始投入、中间投入、总投入，中间产品、最终产品、总产出之间的关系，反映了生产活动与经济主体的关系［32］，该方法将复杂的经济活动与简单的数学表达式完美结合，它能利用投入产出表提供的信息，计算经济变化对环境产生的直接和间接影响，是一种比较成熟的经济分析方法。

近年来，Matthews等［33］在I-O法基础上，结合生命周期评价方法建立了经济投入—生命周期评价模型（EIO—LCA）［11］，拓展了I-O法应用内涵，使其计算更简洁，计算结果相对准确。

该方法可用于工业部门、企业、家庭等碳足迹的评估［11］。

该方法核算结果只能得到行业数据，无法获取产品的情况，因而，不能计算单一产品的碳足迹，表现出其局限性。

（3）IPCC计算方法

IPCC［34］计算方法由联合国气候变化委员会所创立，主要用于不同尺度区域碳足迹的估算。

其将研究区域分为能源、工业、农林和土地利用变化、废弃物四大部门，通用计算公式为：

碳排放量=活动数据×排放因子。

IPCC法虽有通用计算公式，但在具体计算区域碳足迹存在弊端，如水泥生产中，除了能源消费排放CO2外，碳酸盐煅烧、化石及生物质废弃物的燃烧等方面也有CO2排放，而通用的IPCC法只计算能源消费排放CO2，碳酸盐煅烧、化石及生物质废弃物的燃烧等方面排放的CO2就没有考虑，为此，需从五方面提出区域碳足迹核算方法。

①能源部门碳足迹：

采用公式C能=（Ci×Wi×F标煤+C4×W4×F标煤）×3.67（1.1）

式（1.1）中，C能为区域能源CO2排放量，t；Ci为i种能源的消费量，i=1为煤，i=2为石油，i=3为天然气，t；C4为水电，kwh；Wi为能源转换系数，参照国家发改委公布的各类能源折算成标准煤的系数，1t煤炭相当于0.7134t标准煤，1t石油相当于1.4286t标准煤，1t天然气相当于1.7t标准煤［35］；W4为1kwh水电等价的标准煤，t；F标煤为单位标准煤碳的排放量。

②水泥生产碳足迹

与其他工业部门相比，水泥生产CO2直接排放包括能源消费排放、碳酸盐煅烧、化石及生物质废弃物的燃烧等方面［36］，能源消费的CO2排放已包括在化石燃料消费计算中，只考虑工艺生产排放的CO2。

采用公式：

C水泥=M×K水泥（1.2）

（1.2）式中，C水泥为煅烧工艺CO2排放量，t；M为水泥生产量，t；K水泥为排放因子。

③人及动物产生的碳足迹

采用公式：

c人·畜=ΣPi×Ki×3.67（1.3）

式中，C人、畜为人、牛、猪、羊CO2排放量，t；Pi为人、牛、猪、羊数量；Ki为人、牛、猪、羊呼吸排放CO2量。

④土壤及城市呼吸碳足迹

采用公式：

c土·水=ΣZi×Xi×3.67（i为不同类型土壤或水面）（1.4）

（1.4）式中，C土、水为不同类型土壤或水面CO2排放量，t；Zi为不同类型土壤或水面平均呼吸速率，t/hm2·a；Xi为不同类型土壤或水面面积，hm2。

相关研究表明［37］，湿地中河流吸收和向大气中排放的CO2基本相等，湖泊、水库水面可释放CO2，为碳源，而坑塘、苇地、泥炭地、沼泽等具有固碳功能，为碳汇，因此，此处所指的水面指湖泊、水库水面。

⑤木材消费碳足迹

采用公式：

c木=V×0.4×2.0×0.45×3.67（1.5）

（1.5）式中，C木为木材消费排放CO2量，t；V为木材净消费量，m3；0.4为平均木材容积密度，t·m3；2.0为总生物量与茎秆生物量之比；0.45为碳与干物质之比。

尽管IPCC为评估区域碳足常用方法，但其只能从生产角度计算区域内的直接碳足迹，无法从消费角度计算隐含的碳足迹，因而，也有其局限性。

（4）碳足迹计算器

碳足迹计算器［12，16］是网络上碳足迹计算软件，常用来计算个人或家庭或运输工具CO2排放量，其计算方法简单，便于理解，但由于不同碳足迹计算器的复杂程度和包含的项目不同，因此结果差别大，甚至相互矛盾［16］。

1.3碳足迹应用研究现状分析

1.3.1碳足迹评估

（1）国外碳足迹评估。

国外碳足迹评估的量化研究比较深入，研究角度、对象、方法多种多样，研究内容既有不同尺度碳足迹研究，也有特定产业或部门研究。

研究实例看，多位学者［14，16，38-43］利用不同方法或模型对国家、区域、家庭等不同尺度碳足迹作过研究。

基于中国的碳排放在世界上具有举足轻重的影响，也有学者和研究机构［44-47］对中国未来的碳排放进行了预测。

部门碳足迹研究方面，Post［21］、Giurco和Petrie［19］、Huang［48］、Lim和Park［49］分别对电力产业、金属铜生产、交通、供水系统的碳足迹进行过研究；此外Rull［12］、Eva［12］、Gilliam［50］、StockholmEnvironmentInstitute［51］等学者或机构分别对可再生发电、宾馆、医疗、学校碳足迹进行过研究。

（2）国内碳足迹评估

早期齐玉春等［1］（2004）、高树婷等［52］（2004）、张雷［53］（2006）等学者对国家能源使用CO2排放量进行过研究，但未涉及到碳足迹名词。

近年来，追踪国外碳足迹研究进展，祁悦等［22］（2010、朱江玲等［54］（2010）、孙建卫等［55］（2010）对国家尺度碳足迹进行了评估；祁悦等［22］（2010）、王铮等［56］（2008）对各省区碳排放作过研究；齐晖等［57］（2008）、陈红敏［58］（2009）对不同行业碳足迹进行过研究；岳超等［8］（2010）对我国2050年碳排放进行了预测。

综合来看，国内外碳足迹评估有不少案例，既有国家和区域尺度的研究，也有家庭尺度和特定部门的研究，既有直接碳足迹研究，也有间接碳足迹研究，既有生产性碳足迹研究也有消费性碳足迹研究，但也存在诸多不足，表现在：

①碳足迹评估局限于理论，对碳足迹评估结果进行分析、归纳较少，以碳足迹评估结果作依据，以此来指导发展低碳经济的机制与举措更未有学者涉足。

②碳足迹评估尺度多为宏观及微观尺度，对地市级中观尺度关注较少。

部门碳足迹评估集中在工业、交通、建筑等行业，而对旅游业、贸易碳足迹评估较少。

③区域碳足迹评估多考虑碳源，而对碳汇涉及较少，迄今为止，从净碳足迹、碳足迹排放强度、人均碳足迹等重要指标，来对区域碳足迹进行研究的案例，未见学者涉足。

④碳足迹评估方法多为过程分析法、IPCC方法,过程分析法的计算边界、数据甄选、碳排放系数等方面尚存不足,IPCC方法只能评估直接碳足迹，而无法获知间接碳足迹，因而，两种方法评估结果缺乏科学性、准确性。

⑤现有区域碳足迹评估多为静态,静态碳足迹评估不能反映区域经济社会动态变化,因而,对指导区域可持续发展意义不大。

1.3.2碳足迹评价标准。

碳足迹评价标准是碳足迹应用的重要方面，通过碳足迹评估，可以帮助企业了解其产品生命周期内温室气体排放量，寻找在产品设计、生产和供应过程中降低