基于生命周期評(píng)價(jià)的水力發(fā)電碳排放計(jì)算思路

摘 要：采用生命周期評(píng)價(jià)法對(duì)水力發(fā)電進(jìn)行了生命周期劃分，提出以二氧化碳當(dāng)量作為碳排放評(píng)價(jià)指標(biāo)，研究分析了各階段的碳排放源并提出各階段碳排放計(jì)算思路。

關(guān)鍵詞：溫室氣體；水力發(fā)電；碳排放；生命周期評(píng)價(jià)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.17.180

1 引言

近些年來，由于全球能源的過度消耗及碳排放量過度增加，全球氣候變暖現(xiàn)象越來越受到各國(guó)政府的重視。2016年4月22日，100多個(gè)國(guó)家齊聚聯(lián)合國(guó)簽署全球性的氣候新協(xié)議《巴黎協(xié)定》，旨在減少溫室氣體排放，增強(qiáng)對(duì)氣候變化的應(yīng)對(duì)能力，作為碳排放大國(guó)，我國(guó)積極推動(dòng)《巴黎協(xié)定》通過，并將減緩碳排放作為能源戰(zhàn)略調(diào)整的重要方向。根據(jù)《聯(lián)合國(guó)氣候變化框架公約》的定義，溫室氣體（GHG）是指“大氣中吸收和重新放出紅外輻射的自然和人為的氣態(tài)成分”，京都議定書中規(guī)定控制的主要的六種溫室氣體即為：二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）、氧化亞氮（N2O）、氫氟碳化合物（HFCs）、全氟碳化合物（PFCs）、六氟化硫（SF6）。目前，我國(guó)的碳排放量已居世界第二，其中電力生產(chǎn)行業(yè)的碳排放量達(dá)到41%，是我國(guó)最大的碳排放源。截止2016年底，水力發(fā)電占我國(guó)電力發(fā)電總量的21%，是我國(guó)電力發(fā)電產(chǎn)業(yè)中重要的一環(huán)，因此對(duì)水力發(fā)電碳排放進(jìn)行量化計(jì)算顯得尤為重要。

2 生命周期評(píng)價(jià)

生命周期評(píng)價(jià)（Life cycle assessment， LCA）是一種對(duì)評(píng)價(jià)對(duì)象的物質(zhì)消耗、能耗及環(huán)境排放進(jìn)行環(huán)境影響評(píng)價(jià)的過程，包括評(píng)價(jià)對(duì)象的整個(gè)壽命周期過程，即從原材料的開采、加工到重新再生利用及最終處理。ISO14040將壽命周期評(píng)價(jià)的框架做了新的改動(dòng)，分為互相關(guān)聯(lián)、不斷重復(fù)的四個(gè)步驟：目的和范圍的確定；清單分析；影響評(píng)價(jià)和結(jié)果解釋[1]。

水力發(fā)電的全生命周期主要包括：材料生產(chǎn)階段、運(yùn)輸階段、建設(shè)階段、運(yùn)營(yíng)階段、終止階段。考慮到水電站的拆除的相關(guān)資料幾乎沒有，因此我們不考慮終止階段。

3 評(píng)價(jià)指標(biāo)

聯(lián)合國(guó)政府間氣候變化專門委員會(huì)（IPCC） 在第四次評(píng)估報(bào)告中，考慮到不同溫室氣體對(duì)地球溫室效應(yīng)的貢獻(xiàn)程度不同，為統(tǒng)一度量整體溫室效應(yīng)的結(jié)果，規(guī)定二氧化碳當(dāng)量為度量溫室效應(yīng)的基本單位。一種氣體的二氧化碳當(dāng)量為這種氣體的噸數(shù)乘以其產(chǎn)生溫室效應(yīng)的全球變暖潛能值（Global warming potential，GWP）。GWP表示某一種氣體的溫室變暖潛能值在百年時(shí)間里，該溫室氣體對(duì)應(yīng)于相同效應(yīng)的二氧化碳的變暖影響。二氧化碳的GWP為1，甲烷為25，氧化亞氮為310[2]。因此采用各種二氧化碳當(dāng)量的總值作為碳排放的評(píng)價(jià)指標(biāo)。

4 水力發(fā)電碳排放計(jì)算思路

4.1 材料生產(chǎn)階段

水力發(fā)電過程中材料生產(chǎn)階段主要是建筑材料的生產(chǎn)（水泥、鋼筋、混凝土澆筑等），這些建筑材料生產(chǎn)過程中，會(huì)使用相關(guān)機(jī)械，消耗柴油等能源，從而產(chǎn)生較大數(shù)量的溫室氣體[3]。消耗能源（柴油、汽油、電力等）的二氧化碳當(dāng)量都可從IPCC指南或其他相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)上查到相應(yīng)數(shù)值。因此，材料生產(chǎn)階段的二氧化碳當(dāng)量應(yīng)先分別計(jì)算各種原材料數(shù)量與相應(yīng)二氧化碳當(dāng)量的乘積，最后將各種原材料的二氧化碳當(dāng)量累加以得整個(gè)材料生產(chǎn)階段的碳排放總量。

4.2 運(yùn)輸階段

材料生產(chǎn)之后需要運(yùn)輸?shù)街付üぷ鲌?chǎng)地進(jìn)行相關(guān)建設(shè)，該過程的碳排放源主要是運(yùn)輸車輛消耗的燃油，對(duì)于運(yùn)輸過程較為單一的項(xiàng)目，燃油的總量一般通過運(yùn)輸距離、運(yùn)輸車輛的燃油類型以及單位距離的油耗來確定。因此，運(yùn)輸階段的碳排放總量就是燃油總量與燃油二氧化碳當(dāng)量的乘積。

4.3 建設(shè)階段

水力發(fā)電的建設(shè)階段主要包括水壩、水閘、溢洪道、引水建筑物、水力發(fā)電站等基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，該工程的碳排放源主要來自施工機(jī)械，例如挖掘機(jī)、推土機(jī)、空壓機(jī)等。為保證碳排放計(jì)算模型具有普遍性，結(jié)合相關(guān)的施工定額及機(jī)械定額可確定各施工機(jī)械的燃油總量。先分別計(jì)算各種燃油（柴油、汽油）的總量與二氧化碳當(dāng)量的乘積以確定各種燃油的碳排放量，再累計(jì)各種燃油的碳排放量即可得總排放量。

4.4 運(yùn)營(yíng)階段

水庫(kù)蓄水導(dǎo)致原有的陸地生態(tài)系統(tǒng)變成湖泊或濕地，微生物分解腐爛生物從而釋放的CO2和CH4成為運(yùn)營(yíng)階段的碳排放主要來源。陳永根等人研究分析了我國(guó)八大湖泊的CO2排放情況，最終計(jì)算得出南四湖的CO2通量為663.36mg/（m2·d）[4]，考慮到水庫(kù)與湖泊間的相似性，以及微生物分解過程中CH4的量極少，可將此值作為水庫(kù)CO2通量的參考值，且僅考慮該過程CO2的排放，因此，運(yùn)營(yíng)階段的碳排放總量為CO2通量與水庫(kù)面積、水電站運(yùn)營(yíng)時(shí)間的乘積。

5 總結(jié)

（1）本文基于生命周期評(píng)價(jià)（LCA）方法，將水力發(fā)電工程分為四個(gè)生命周期階段，并根據(jù)IPCC指南確定評(píng)價(jià)指標(biāo)以量化評(píng)價(jià)水力發(fā)電碳排放情況。通過具體分析四個(gè)生命周期階段，確定各階段的碳排放源，并提出各階段的碳排放量化計(jì)算思路。

（2）基于本文的計(jì)算思路，只需要根據(jù)水力發(fā)電工程的工程量清單，輸入相關(guān)數(shù)據(jù)，即可算出各階段的碳排放總量，從而針對(duì)關(guān)鍵過程做出節(jié)能減排措施。

參考文獻(xiàn)：

[1]ISO14044，Environmental management-life cycle assessment-reuirements and guidelines[S].Geneva：International Standard Organization，2006

[2]2006年IPCC國(guó)家溫室氣體清單指南，第二卷，能源[M].2006： 410-470.

[3]楊夢(mèng)斐，李蘭.水力發(fā)電的生命周期溫室氣體排放[J].武漢大學(xué)學(xué)報(bào)（工學(xué)版），2013，46（01）：42-45.

[4]陳永根，李香華，胡志新等.中國(guó)八大湖泊冬季水-氣界面CO2通量[J].生態(tài)環(huán)境，2006，15（04）：665-669.

作者簡(jiǎn)介：方偉（1982-），男，本科，電氣工程師，副主任。endprint