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燃料二甲醚生命周期评价及其敏感性分析

王惠  
【摘要】:随着社会、经济的发展,传统化石能源的应用逐步引发了全球的能源危机以及环境危机。汽车保有量日益增长,不仅使汽车尾气成为城市空气的主要污染源,而且导致本已日益枯竭的石油资源的加速消耗。因此,采用生物质制取代用燃料,不仅可以解决能源问题,改善汽车尾气的环境排放,同时,还可以提供就业机会、提高农民收入,对农村经济、社会问题做出贡献。 大规模推行生物质燃料的生产和使用,将不可避免地对社会经济、能源结构、环境与生态平衡等造成影响。由于中国幅员辽阔,各地的自然环境和社会经济条件都存在很大差异。社会经济和技术因素的影响,如劳动成本、政策法规、原料处理以及生产工艺等,会造成项目综合效益的差异。因此推行生物质燃料的生产和使用必需进行全面深入的可行性分析。 本文通过对中国云南省生物质燃料二甲醚的生命周期进行全面的经济、能源和环境影响评估,为在云南省大规模发展生物质燃料二甲醚作出可行性分析,最终目标为决策者提供高质量决策依据。 初步定义了燃料二甲醚生命周期具体环境影响类型,运用层次分析法确定不同影响类型的权重系数,首次建立中国燃料二甲醚的生命周期评价模型,并对清单数据归类、特征化和量化的方法进行了详细的讨论。 建立了燃料二甲醚的社会生命周期成本、生命周期外部成本和净能源评价模型。提出了综合上述成本的指标及其评价、计算方法; 运用生命周期优化理论,对二甲醚的生命周期目标函数、设计变量和约束条件及计算方法进行了讨论。 在上述理论研究的基础上,以云南省实际情况为依据,对云南省秸秆-林木类(薪炭林)生物质燃料二甲醚进行了生命周期评价,具体分析包括: 1.三种生物质原料的生命周期不同,秸秆成本最低,其次是林产品剩余物,然后是林木类生物质原料(薪炭林)。 2.与传统燃料(汽油、柴油和燃料乙醇)相比较,燃料二甲醚整体能源消耗分别高出59.16%、67.91%和51.54%,同时,降低化石能源消耗量72.13%、68.87%和75%和石油能源消耗量56.57%、52.22%和56.02%,并大幅度降低由于汽车尾气排放而导致的大气污染。二甲醚生命周期影响综合评价结果为3.03×10-5人/km。在二甲醚生命周期过程中,“燃烧/车辆使用”单元对整个生命周期影响最大,占60.73%。二甲醚的社会净能源成本为5.81×10-3元/km,其社会净能源成本比汽油高出89.91%,比燃料乙醇高出88.81%。燃料二甲醚的社会净能源成本有较大的降低空间,开发转化率较高新技术,并同时降低二甲醚的生产成本是降低二甲醚社会净能源成本的主要途径。随着汽油、柴油消耗量的增大,石油储量的减少,汽油、柴油的社会净能源成本会越来越高,同时考虑二甲醚生产技术的进步和其本身的可再生性,二甲醚可以作为潜在的汽油和柴油的替代燃料。 3.根据EXCEL中规划求解使用方法,将生物质原料成本、能源消耗和气体排放作为限制条件单元,各种生物质原料的比例作为可变条件单元,求解最优比例,x24=0.963 637,x25=0.036 363,X26=0。由此比例确定出成本、能源消耗和污染物排放的最优化值。根据此比例配出的生物质原料制取二甲醚的生命周期成本消耗、能源消耗和气体排放的曲线图证明了此比例的正确性。“生产”单元电能消耗对成本目标函数影响最大,同时也是VOC、NOx、CO、PM和SOx排放目标函数的关键影响因素;石油消耗量和运输距离是温室气体的排放目标函数影响的关键因素。 生命周期评价模型和社会净能源成本评价方法,即可以运用于二甲醚也可以用于其它产品。研究中有关二甲醚的生命周期清单分析、影响评价、社会净能源成本等数据信息、二甲醚生命周期目标函数的敏感性分析等,这些不仅可以为云南省的二甲醚科学决策提供理论和数据依据,同时也可以为国家制定相关政策和税收政策提供重要的参考价值。


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