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主办单位:煤炭科学研究总院有限公司、中国煤炭学会学术期刊工作委员会

中国30个省份部署秸秆为原料的光伏水热液化技术碳减排潜力研究

2024-05-24


研究了中国30个省份部署光伏水热液化厂的温室气体排放、能源消耗和碳减排潜力。建立混合生命周期模型对示范省河南省光伏水热液化厂建造过程计算。光伏水热液化厂的CO2排放量为128.76 t(CO2-eq,下同),能源消耗总量为48 371.07 kg(标准煤)。光伏水热液化技术具有大规模部署潜力,假设将各省秸秆最大化使用到光伏水热液化技术中,生产生物油、生物气替代化石燃料使用将减少CO2排放量213.2 Mt/a,生产的生物炭全部固定土壤中,累计减少114.14 Mt/a。


我国30省份秸秆水热液化技术的碳减排潜力分析

刘祚希1,魏莹莹1,王  建1,杨天华1,王姗姗2,李秉硕1,李彦龙1,刘  珊1

1.沈阳航空航天大学 能源与环境学院

2.辽宁省疾病预防控制中心


创新点

1)建立混合生命周期模型,利用投入产出生命周期结合IPCC因子从直接和间接两方面评估光伏水热液化技术的整个生命周期温室气体排放和能源消耗。

2)混合生命周期评价利用多区域投入产出表,从空间上分析区域间的物质交换,分析部署光伏水热液化技术对其他省份的环境影响。

3)结合生物炭还田技术分析将光伏水热液化技术生产生物炭全部还田土壤的碳减排潜力。


研究背景

水热液化技术作为一种可开发利用前景广阔的生物质热化学法,目前中国对于水热液化技术碳减排潜力研究仍属于空白状态。为减少温室气体排放和能源消耗,将常规水热液化技术与光伏技术结合,利用可再生能源电力替代水热液化系统运行过程中的电力消耗,同时生产的生物炭利用土壤固碳技术还田土壤,实现负碳排放


研究内容

以秸秆为原材料的光伏水热液化系统作为研究对象,利用混合生命周期评价的方法分析河南省示范省部署光伏水热液化技术的温室气体排放和能源消耗,利用MRIO的特点分析间接消耗和排放的空间分布。进一步分析生物炭还田和运输距离的变化对温室气体排放的影响。结合生物炭还田技术将光伏水热液化技术部署至30个省份分析碳减排潜力。


研究结论

1)河南省为示范省的光伏水热液化厂进行生命周期温室气体排放和能源消评估。建造过程中,光伏水热液化厂的CO2排放量为128.76 t(CO2-eq,下同),能源消耗总量为48 371.07 kg(标准煤)。

2)使用建立的混合生命周期评价可在投入产出的经济背景下获得每个省份和该省份下经济部门的能源消耗和温室气体排放影响。从空间视角看,河南省影响最显著;此外,化学产品部门是最大的隐含温室气体排放和能源消耗部门

3)结合情景分析不同比例生物炭还田土壤的减碳效力,结果表明将河南省一个光伏水热液化厂生产的生物炭全部还田土壤将减少CO2排放量1 686.53 t。分析41~200 km运输距离产生的温室气体排放影响,结合生物炭固碳技术,结果表明即使在秸秆匮乏地区通过扩大收集半径收集足够的秸秆产量,建造光伏水热液化厂,将生产的全部生物炭还田将减少CO2排放量1 603.91 t。

4)光伏水热液化技术具有大规模部署潜力,假设将各省秸秆最大化使用到光伏水热液化技术,生产生物油、生物气替代化石燃料使用将减少CO2排放量213.2 Mt/a,生产的生物炭全部固定土壤中,累计减少114.14 Mt/a。因此,中国30个省份部署光伏水热液化技术对实现国家温室气体减排目标具有重要影响。





重要图表

图1 光伏-水热液化系统及产物处理概述


图2 系统直接和间接能源消耗/ 碳足迹比例


图8 30个省份部署示范光伏-水热液化系统的温室气体排放量


表1 光伏-水热液化多联产示范工厂全生命周期温室气体排放量和能源消耗量

引用格式

刘祚希,魏莹莹,王建,等.我国 30 省份秸秆水热液化技术的碳减排潜力分析[J].洁净煤技术,2024,30(3):96-105.

LIU Zuoxi,WEI Yingying,WANG Jian,et al.Analysis of the carbon emission reduction potential of straw hydrothermal liq-uefaction technology in 30 provinces of China[J].Clean Coal Technology,2024,30(3):96-105.

作者简介


刘祚希,副教授,硕士导师。中国科学院大学,工学博士,德国Fraunhofer研究院中科院 - 德国公派联合培养博士,国际能值协会会员(Emergy Society for Membership)。主持和参与国家级和省部级项目累计10余项,发表领域TOPSCI期刊10余篇,总IF为37.25。领域TOP期刊 JCLP、Energy等期刊审稿人。


魏莹莹,辽宁鞍山人,沈阳航空航天大学在读硕士研究生,攻读领域为利用混合生命周期评估温室气体排放和能源消耗。




课题组简介

课题组致力于围绕气候变化经济学与政策分析、能源与环境经济学等领域,针对经济发展如何实现绿色低碳转型、转型过程技术措施及其成本和效益等关键问题,以能源环境经济系统综合评价模型为手段开展系列研究工作,开发和构建了适用于国家、省级多个层面政策分析的模型及数据库,作为国家和省级相关机构的制定气候政策的重要决策支持工具。目前,课题组在读硕士研究生5名。欢迎各位同学加入课题组(对数学、软件模拟和政策分析感兴趣者优先考虑)。


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