甘肅省大中型沼氣集中供氣系統(tǒng)碳足跡分析及過(guò)程優(yōu)化研究

仲 聲

(蘭州交通大學(xué) 經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，蘭州 730070)

目前，隨著農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化水平的提升，集約化的產(chǎn)業(yè)化農(nóng)場(chǎng)和畜牧場(chǎng)不斷建設(shè)，產(chǎn)生了大量的農(nóng)業(yè)有機(jī)廢料亟待處理，這對(duì)農(nóng)村生物質(zhì)能的規(guī)?；虚_(kāi)發(fā)創(chuàng)造了條件[1]。同時(shí)，中國(guó)農(nóng)村地區(qū)開(kāi)始大規(guī)模推進(jìn)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，對(duì)炊事能源的集中供應(yīng)提出了強(qiáng)烈的需求，在天然氣還無(wú)法覆蓋農(nóng)村地區(qū)的前提下，沼氣具有集中化供應(yīng)的比較優(yōu)勢(shì)[2]，因此沼氣的應(yīng)用模式發(fā)生了新的變化:大中型沼氣集中供氣[3]。大中型沼氣集中供氣系統(tǒng)具有顯著的環(huán)境和社會(huì)正外部性，可以通過(guò)為農(nóng)村居民集中供應(yīng)沼氣替代傳統(tǒng)炊事能源有效減少溫室氣體和環(huán)境污染物的排放[4]。但通過(guò)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，甘肅省許多試點(diǎn)項(xiàng)目并沒(méi)有充分發(fā)揮這種正外部性，尤其是碳減排效應(yīng)十分有限，其內(nèi)在原因值得探究。碳足跡的定義源自于生態(tài)足跡[5]，常被用來(lái)評(píng)價(jià)某一經(jīng)濟(jì)活動(dòng)產(chǎn)生的溫室氣體對(duì)環(huán)境的影響程度。國(guó)外關(guān)于碳足跡的研究已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于環(huán)境評(píng)價(jià)領(lǐng)域，例如Ching-Chih Chang[6]等人利用生命周期評(píng)價(jià)去分析臺(tái)灣義竹鄉(xiāng)生態(tài)水產(chǎn)農(nóng)場(chǎng)的碳足跡分布；而Treu H[7]等人則對(duì)德國(guó)傳統(tǒng)食材和有機(jī)食材土地利用的碳足跡進(jìn)行了全面研究。中國(guó)學(xué)者也進(jìn)行了許多關(guān)于經(jīng)濟(jì)部門(mén)碳足跡的研究，例如王占彪[8]等人做了關(guān)于華北平原農(nóng)業(yè)生產(chǎn)碳足跡的研究；侯彩霞[9]等人則以張掖市為例，做了不同升級(jí)方式農(nóng)戶的碳足跡研究。關(guān)于生物質(zhì)能開(kāi)發(fā)、沼氣及沼氣系統(tǒng)應(yīng)用的碳足跡，也有少量學(xué)者進(jìn)行了相關(guān)研究，例如Okoko A[10]等人對(duì)肯尼亞和坦桑尼亞利用生物質(zhì)能進(jìn)行炊事活動(dòng)的碳足跡進(jìn)行了研究；王藝鵬等人則對(duì)我國(guó)1995年～2014年農(nóng)作物秸稈沼氣化碳足跡進(jìn)行了全面分析，研究結(jié)果顯示1995年～2014年秸稈沼氣燃燒的碳足跡年均減少2.08億t，較秸稈直接燃燒減排46.8%，并認(rèn)為秸稈沼氣化能顯著減少溫室氣體排放量，發(fā)展?jié)摿薮骩11]；此外，鄧舟[5]等人重點(diǎn)關(guān)注了沼氣利用技術(shù)的碳足跡分布，認(rèn)為采用PSA(Pressure Swing Adsorption)沼氣提純工藝技術(shù)，不僅能極大地降低溫室氣體排放，還能通過(guò)能量的回收替代傳統(tǒng)能源，具有理想的碳減排效益。

總的來(lái)看，關(guān)于碳足跡的研究雖多，但大中型集中供氣系統(tǒng)作為農(nóng)村地區(qū)沼氣發(fā)展的新趨勢(shì)，相關(guān)研究較少；此外，研究?jī)?nèi)容上結(jié)合替代效益進(jìn)行碳足跡分析的研究鮮有涉及。該文通過(guò)生命周期梳理出各系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的碳排放足跡，找出存在問(wèn)題和可優(yōu)化的環(huán)節(jié)，并結(jié)合比較優(yōu)勢(shì)分析和替代效益分析，提出碳足跡優(yōu)化的解決方案，以期能夠?yàn)榇笾行驼託饧泄庀到y(tǒng)正外部性的充分發(fā)揮提供一些參考建議，促進(jìn)農(nóng)村大中型沼氣項(xiàng)目的有效推廣。

1 研究基礎(chǔ)

1.1 資料來(lái)源

為了獲取研究所需數(shù)據(jù)和資料，團(tuán)隊(duì)分別實(shí)地調(diào)研了甘肅省平?jīng)鍪星f浪縣和武威市涼州區(qū)兩個(gè)地方共9個(gè)大中型沼氣集中供氣試點(diǎn)項(xiàng)目。在訪談過(guò)程中，對(duì)項(xiàng)目的生產(chǎn)過(guò)程、投入產(chǎn)出的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行了逐項(xiàng)的清查，收集到研究所需的數(shù)據(jù)和信息資料(見(jiàn)表1)。

表1 調(diào)研區(qū)各項(xiàng)目基本調(diào)研參數(shù)

目前這些項(xiàng)目都是處于試驗(yàn)階段的項(xiàng)目，目的是進(jìn)行項(xiàng)目推廣的試驗(yàn)參考和過(guò)程優(yōu)化。

1.2 基本原理與系統(tǒng)邊界

1.2.1 基本原理

大中型沼氣集中供氣系統(tǒng)的基本原理(見(jiàn)圖1)是：集中收集畜禽糞便或者農(nóng)作物秸稈作為原料，在經(jīng)過(guò)預(yù)處理之后輸入發(fā)酵池(罐)內(nèi)進(jìn)行發(fā)酵[12-13]。產(chǎn)生沼氣之后，通過(guò)脫硫脫水等凈化設(shè)備進(jìn)行凈化，之后輸入儲(chǔ)氣罐，由儲(chǔ)氣罐通過(guò)管道將沼氣輸送到用戶的使用設(shè)備中，供應(yīng)作為農(nóng)戶的炊事能源。如果輸送距離較遠(yuǎn)，還需要增壓風(fēng)機(jī)進(jìn)行增壓輸送[12]。除此之外，在北方，特別是西北地區(qū)，為了保障全年穩(wěn)定供應(yīng)，還需要配置恒溫設(shè)備對(duì)發(fā)酵罐進(jìn)行保溫[14]。而系統(tǒng)的發(fā)酵殘留物沼渣沼液，則經(jīng)過(guò)風(fēng)干壓縮之后，可作為有機(jī)肥施入農(nóng)田，或者進(jìn)一步提純作為商業(yè)有機(jī)肥出售，獲得利潤(rùn)[12-13]。

圖1 大中型沼氣集中供氣系統(tǒng)原理簡(jiǎn)圖

1.2.2 邊界條件與系統(tǒng)組成

該文研究大中型沼氣系統(tǒng)原始狀態(tài)下的碳足跡分布及過(guò)程優(yōu)化，因此研究的邊界條件設(shè)定為：

(1)忽略大中型沼氣項(xiàng)目建設(shè)階段的環(huán)境影響；

(2)發(fā)酵原料就地取材，忽略關(guān)于存儲(chǔ)和運(yùn)輸?shù)沫h(huán)境影響；

(3)沼渣沼液就地使用，忽略關(guān)于運(yùn)輸?shù)沫h(huán)境影響；

(4)恒溫所用燃料為煤炭，設(shè)備運(yùn)行所用電能為火電；

(5)沼氣僅作為炊事能源全部出售給當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶使用；

(6)沼渣沼液僅作為有機(jī)肥全部出售給當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶。

基于上述條件設(shè)定系統(tǒng)邊界如圖2。

圖2 大中型沼氣系統(tǒng)的原始系統(tǒng)邊界

大中型沼氣系統(tǒng)的生產(chǎn)過(guò)程可分為3個(gè)階段：輸入階段、生產(chǎn)階段和輸出階段。輸入階段也可被稱為預(yù)備發(fā)酵階段，主要進(jìn)行發(fā)酵生產(chǎn)之前原料、能源和勞動(dòng)力的準(zhǔn)備，這一階段主要的碳排放源有恒溫燃料全生命周期碳排放、設(shè)備用電全生命周期碳排放2處[12-13]。生產(chǎn)階段即發(fā)酵階段，主要的碳排放源有原材料預(yù)處理、發(fā)酵和沼氣儲(chǔ)存過(guò)程中的物理泄露1處。輸出階段是產(chǎn)品使用及廢料處理階段，這一階段的碳排放源有沼氣燃燒、沼渣沼液存貯二次反應(yīng)2處[13]。

2 數(shù)據(jù)處理與結(jié)果分析

2.1 碳足跡清單分析

對(duì)大中型沼氣系統(tǒng)3個(gè)階段的碳足跡進(jìn)行清單分析。

在此之前，首先根據(jù)聯(lián)合國(guó)氣候變化國(guó)家間專家委員會(huì)(IPCC)公布的參數(shù)[15]，確定研究所涉及能源的碳排放系數(shù)(見(jiàn)表2)：

表2 各能源的排放系數(shù) (kg·tce-1)

(1)輸入階段碳排放

輸入階段的碳足跡源為設(shè)備運(yùn)行用電和恒溫用煤全生命周期內(nèi)的碳排放。

結(jié)合表1中各系統(tǒng)的電能消耗量和表2中火電的排放系數(shù)，核算出各系統(tǒng)所用電能生命周期碳排放情況如表3。

表3 各系統(tǒng)用電生命周期碳排放 (kg·a-1)

設(shè)備運(yùn)行所用電能全生命周期碳排放以CO2為主，CH4和N2O相對(duì)較少，以柏樹(shù)莊社區(qū)氣站為例，用電環(huán)節(jié)的碳足跡總量為每年15.21萬(wàn)CO2-eq.。

大中型沼氣集中供氣系統(tǒng)要求全年穩(wěn)定產(chǎn)氣，因此需要配備恒溫設(shè)備，目前各系統(tǒng)恒溫設(shè)備的主要利用能源為煤炭，結(jié)合表1中各系統(tǒng)的煤炭消耗量和表2中煤炭的排放系數(shù)，在整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)煤炭生命周期的碳排放情況如下表4：

表4 各系統(tǒng)恒溫所用煤炭生命周期碳排放 (kg·a-1)

恒溫設(shè)備所用煤炭全生命周期內(nèi)CO2的排放量更大，仍以柏樹(shù)莊社區(qū)氣站為例，恒溫環(huán)節(jié)的碳足跡總量為每年23.47萬(wàn)CO2-eq.。

(2)生產(chǎn)階段碳排放

由于系統(tǒng)存在物理泄露，因此在生產(chǎn)階段還存在多個(gè)碳排放源，其中主要有：原料預(yù)處理環(huán)節(jié)、厭氧發(fā)酵環(huán)節(jié)和儲(chǔ)存環(huán)節(jié)。根據(jù)聯(lián)合國(guó)氣候變化框架公約(UNFCCC)清潔發(fā)展機(jī)制(CDM)的AMS III.D(Methane recovery in animal manure management systems)方法學(xué)，系統(tǒng)在預(yù)處理、生產(chǎn)、儲(chǔ)存及輸送過(guò)程中的物理泄露量為沼氣總產(chǎn)量(見(jiàn)表1)的1%[16-17]，泄露到空氣中的沼氣，其主要成分為CH4(50%～70%)和CO2(30%～50%)，分別取60%和35%(沼氣氣體中含有約5%的NH3和H2S)，根據(jù)CH4(16 g·mol-1)和CO2(44 g·mol-1)的分子量，計(jì)算出1 m3沼氣的質(zhì)量約為1.15 kg，因此生產(chǎn)階段碳排放源的排放因子和排放系數(shù)也可以以此來(lái)確定，分別為CO20.69 kg·m-3和CH40.43 kg·m-3，據(jù)此，核算出生產(chǎn)階段的碳排放情況(見(jiàn)表5)。

表5 各系統(tǒng)生產(chǎn)階段碳排放 (kg·a-1)

生產(chǎn)階段CH4的排放量較大，柏樹(shù)莊社區(qū)氣站能達(dá)到每年5.30萬(wàn)CO2-eq.。

(3)輸出階段碳排放

輸出階段的碳排放源主要為沼氣的燃燒和沼渣沼液的存貯。

各系統(tǒng)所產(chǎn)沼氣年總消耗量的碳排放情況如表6。

表6 各系統(tǒng)沼氣燃燒環(huán)節(jié)碳排放 (kg·a-1)

單純來(lái)看，整個(gè)系統(tǒng)中沼氣燃燒環(huán)節(jié)的碳足跡總量是最大的，柏樹(shù)莊社區(qū)氣站碳足跡總量可達(dá)到每年26.87萬(wàn)CO2-eq.。

沼渣沼液儲(chǔ)存到沼液池中會(huì)產(chǎn)生二次反應(yīng)，產(chǎn)生少量沼氣逸散到大氣中，由于沼渣沼液的單位產(chǎn)氣量十分有限，逸散量約為沼氣總產(chǎn)量的0.5%左右[16-17]；而沼渣沼液作為有機(jī)肥施用到農(nóng)田和果園中，或者作為殺蟲(chóng)劑噴灑到農(nóng)作物上時(shí)主要會(huì)產(chǎn)生富營(yíng)養(yǎng)化和環(huán)境酸化污染物，幾乎不會(huì)產(chǎn)生碳排放(見(jiàn)表7)。

表7 沼渣沼液貯存的碳排放 (kg·a-1)

沼渣沼液存貯環(huán)節(jié)CH4的排放量亦較大，柏樹(shù)莊社區(qū)氣站CH4能達(dá)到每年2.65萬(wàn)CO2-eq.的排放總量。

2.2 碳足跡總量及分布

(1)碳排放總量

各系統(tǒng)3個(gè)階段的碳排放總量，公式如下：

式中，EGHG為碳足跡總量；IPi為輸入環(huán)節(jié)碳排放；PPi為生產(chǎn)環(huán)節(jié)i排放因子的排放；OPi為輸出環(huán)節(jié)i排放因子的排放。碳排放總量以CO2為當(dāng)量，CH4，N2O對(duì)CO2的當(dāng)量系數(shù)分別為25，298[18]。

各系統(tǒng)碳排放以CO2為主，等當(dāng)量計(jì)算，CO2排放量平均能達(dá)到系統(tǒng)碳排放總量的87.12%；CH4和N2O排放量要小得多，分別僅有系統(tǒng)碳排放總量的12.05%和0.83%(見(jiàn)表8)。

表8 各系統(tǒng)的碳排放總量 (kg·a-1)

(2)碳足跡分布

各系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)周期的碳足跡分布狀況如表9。

表9 各系統(tǒng)碳足跡分布狀況 (kgCO2·a-1)

系統(tǒng)碳足跡分布量最大的是輸入階段，平均占總量的55.25%，主要來(lái)源于系統(tǒng)能源材料的輸入；其次是輸出階段，平均占總量的37.61%，主要來(lái)源于沼氣的燃燒；分布量最小的是生產(chǎn)階段，平均僅占總量的7.14%，來(lái)源于系統(tǒng)在預(yù)處理、生產(chǎn)、儲(chǔ)存及輸送過(guò)程中的物理泄露量。

2.3 碳足跡替代效應(yīng)分析

目前，甘肅省農(nóng)村地區(qū)主要的炊事能源仍以煤炭和秸稈為主，此外還有部分薪柴、電能、LPG和沼氣。以供應(yīng)800戶的天馬社區(qū)氣站為樣本進(jìn)行比較優(yōu)勢(shì)分析。天馬社區(qū)氣站800戶居民年總耗氣量為401500 m3，等熱值折算標(biāo)煤量為286 tce，根據(jù)折標(biāo)量，結(jié)合各能源的碳排放系數(shù)(見(jiàn)表2)，可計(jì)算出等熱值條件下各能源結(jié)構(gòu)的碳排放情況(見(jiàn)表10)。

表10 等熱值條件下各炊事能源結(jié)構(gòu)的碳排放比較

可以看出，在各種炊事能源結(jié)構(gòu)中，碳排放總量?jī)H略高于LPG，遠(yuǎn)低于其他各種炊事能源，且LPG在其全生命周期內(nèi)的實(shí)際碳排放要遠(yuǎn)高于沼氣，因此沼氣具有碳足跡比較優(yōu)勢(shì)。

來(lái)源于大中型沼氣集中供氣系統(tǒng)的沼氣炊事能源結(jié)構(gòu)，實(shí)際上是替代了以秸稈薪柴和煤炭為主的傳統(tǒng)炊事能源結(jié)構(gòu)，因此理論上它應(yīng)該產(chǎn)生十分顯著的碳減排替代效應(yīng)。筆者團(tuán)隊(duì)于2006年對(duì)甘肅農(nóng)村炊事能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了調(diào)研，以此確定甘肅省農(nóng)村傳統(tǒng)炊事能源的類型和比重。假設(shè)調(diào)研中各項(xiàng)目服務(wù)范圍內(nèi)的農(nóng)戶使用傳統(tǒng)的用能結(jié)構(gòu)，基于傳統(tǒng)炊事能源結(jié)構(gòu)比重，按照調(diào)研中的各氣站供應(yīng)的農(nóng)村家庭總戶數(shù)，得出范圍內(nèi)一年炊事活動(dòng)所用的各種能源的用量(見(jiàn)表11)。

表11 傳統(tǒng)炊事能源結(jié)構(gòu)

結(jié)合比重和用量，計(jì)算出傳統(tǒng)炊事能源結(jié)構(gòu)下的碳足跡總量，并與來(lái)源于大中型集中供氣系統(tǒng)的沼氣替代結(jié)構(gòu)進(jìn)行對(duì)比(見(jiàn)表12)。

表12 沼氣結(jié)構(gòu)下的替代效益

可以看出實(shí)際上大中型沼氣替代結(jié)構(gòu)相比傳統(tǒng)能源結(jié)構(gòu)的碳減排優(yōu)勢(shì)并不十分顯著，碳足跡總量?jī)H下降了24.32%。分排放因子來(lái)看，CO2和N2O總體分別減排29.26%和31.59%，而CH4則負(fù)減排，可見(jiàn)還有很大地優(yōu)化空間。

2.4 碳足跡過(guò)程優(yōu)化分析

上述研究可知，現(xiàn)實(shí)情況下的沼氣替代結(jié)構(gòu)相比傳統(tǒng)能源結(jié)構(gòu)的碳減排優(yōu)勢(shì)并不十分顯著，因此可以通過(guò)對(duì)部分碳排放源進(jìn)行控制和處理來(lái)進(jìn)行大中型沼氣系統(tǒng)碳排放源的過(guò)程優(yōu)化。

2.4.1 確定優(yōu)化點(diǎn)

由圖2可知大中型沼氣系統(tǒng)的碳排放源共有5處，分別為：輸入階段恒溫燃料的全生命周期、設(shè)備用電的全生命周期2處；生產(chǎn)階段原材料預(yù)處理、發(fā)酵和沼氣儲(chǔ)存過(guò)程中的物理泄露1處；輸出階段沼氣燃燒、沼渣沼液存貯二次反應(yīng)逸散2處。其中，設(shè)備運(yùn)行所用電能要求較高，必須來(lái)自于穩(wěn)定的電網(wǎng)供電，而電網(wǎng)電的來(lái)源相對(duì)固定，且短時(shí)期內(nèi)不會(huì)發(fā)生太大變化，基本沒(méi)有可優(yōu)化的空間。此外，沼氣燃燒環(huán)節(jié)的碳減排也相對(duì)固定，沒(méi)有優(yōu)化空間。因此，可以進(jìn)行優(yōu)化的碳排放源僅有3處，分別為：

(1)輸入階段恒溫燃料；

(2)生產(chǎn)階段的物理泄露；

(3)輸出階段的沼渣沼液存貯。

2.4.2 優(yōu)化方案制定

根據(jù)各階段不同的可優(yōu)化碳排放源，制定優(yōu)化方案。

2.4.2.1 輸入階段恒溫燃料替換為清潔能源

目前，系統(tǒng)碳足跡分布量最大的是輸入階段，因此該階段需要首先優(yōu)化，而優(yōu)化的關(guān)鍵在于輸入能源清潔化。具體方案是將系統(tǒng)恒溫環(huán)節(jié)的燃料選擇替換為更為清潔的燃料，例如自產(chǎn)沼氣、生物質(zhì)固體成型燃料等，特別是生物質(zhì)固體成型燃料，具有價(jià)格較低、便于存儲(chǔ)、環(huán)境友好等諸多優(yōu)勢(shì)，完全可以實(shí)現(xiàn)對(duì)煤炭恒溫的替代，減少恒溫環(huán)節(jié)的碳排放。此方案設(shè)定將恒溫燃料替換為生物質(zhì)固體成型燃料。

2.4.2.2 生產(chǎn)階段減少物理泄露

生產(chǎn)階段的碳排放情況相對(duì)較好，只存在于少量的物理泄露和逸散過(guò)程，但這僅限于理想狀態(tài)高精度成熟發(fā)酵系統(tǒng)的前提下，例如全封閉發(fā)酵罐和儲(chǔ)氣罐系統(tǒng)。而目前有很多系統(tǒng)的發(fā)酵過(guò)程在不封閉或半封閉的發(fā)酵池內(nèi)進(jìn)行，這不可避免會(huì)造成相當(dāng)量的物理泄露和逸散，產(chǎn)生不良環(huán)境影響。因此從這個(gè)角度來(lái)說(shuō)，建議大中型沼氣系統(tǒng)在條件允許的情況下，盡量選擇技術(shù)水準(zhǔn)較高的發(fā)酵工藝和發(fā)酵設(shè)備，即盡量使用全封閉的發(fā)酵和儲(chǔ)氣設(shè)備，最大程度降低生產(chǎn)階段的碳排放。此方案設(shè)定在進(jìn)行技術(shù)和設(shè)備更新升級(jí)之后，物理泄露量減少到0.5%。

2.4.2.3 輸出階段提升沼渣沼液的處理效率

輸出階段的碳排放總量?jī)H次于輸入環(huán)節(jié)，主要的碳排放源是沼氣燃燒環(huán)節(jié)，而沼氣燃燒環(huán)節(jié)的碳排放相對(duì)固定，幾乎沒(méi)有可優(yōu)化的空間。因此，這一階段只能通過(guò)解決沼渣沼液儲(chǔ)存中產(chǎn)生二次反應(yīng)的問(wèn)題即可在此階段進(jìn)行最大程度的碳足跡優(yōu)化。具體措施除技術(shù)層面的更新升級(jí)外，最重要的還是做好管理維護(hù)，及時(shí)處理發(fā)酵殘?jiān)?；同時(shí)為沼渣沼液找好銷(xiāo)售和使用的渠道，避免長(zhǎng)時(shí)間存貯甚至隨意棄置，降低系統(tǒng)二次污染帶來(lái)的碳排放。此方案設(shè)定提升沼渣沼液處理效率之后，逸散量下降到0.1%。

2.4.3 優(yōu)化結(jié)果分析

2.4.3.1 系統(tǒng)碳排放情況

按照優(yōu)化方案，計(jì)算優(yōu)化后大中型沼氣系統(tǒng)的碳排放情況如表13。

表13 優(yōu)化后各系統(tǒng)的碳排放情況

可以看出，優(yōu)化后各系統(tǒng)N2O排放略有上升，而CO2和CH4的排放量明顯減少，平均下降幅度分別達(dá)29.59%和60.66%，碳排放總量則平均下降了31.31%。

2.4.3.2 碳足跡替代效應(yīng)

以天馬社區(qū)氣站為例，優(yōu)化后來(lái)源于大中型集中供氣系統(tǒng)的沼氣結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)能源結(jié)構(gòu)進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果如表14。

表14 優(yōu)化后的碳足跡替代效益

可見(jiàn)，優(yōu)化后系統(tǒng)的碳足跡替代效應(yīng)更加顯著，CO2的減排程度從29.26%上升到47.84%；CH4則更是從負(fù)減排，上升到減排42.53%；而N2O則出現(xiàn)了負(fù)減排，但由于N2O的總排放量較小，因此對(duì)最終碳排放總量的影響很小。等當(dāng)量計(jì)算，優(yōu)化后系統(tǒng)的碳足跡替代效應(yīng)從原始系統(tǒng)的24.32%，上升到44.13%。

3 結(jié)論

基于上述分析和討論，將結(jié)論總結(jié)如下：

(1)各系統(tǒng)碳排放以CO2為主，等當(dāng)量計(jì)算，CO2排放量平均能達(dá)到系統(tǒng)碳排放總量的87.12%；CH4和N2O排放量要小得多，分別僅有系統(tǒng)碳排放總量的12.05%和0.83%。

(2)系統(tǒng)碳足跡分布量最大的是輸入階段，平均占總量的55.25%，主要來(lái)源于系統(tǒng)運(yùn)行所耗的非清潔能源；其次是輸出階段，平均占總量的37.61%，主要來(lái)源于沼氣的燃燒；分布量最小的是生產(chǎn)階段，平均僅占總量的7.14%，來(lái)源于系統(tǒng)在預(yù)處理、生產(chǎn)、儲(chǔ)存及輸送過(guò)程中的物理泄露。

(3)沼氣在碳排放上具有比較優(yōu)勢(shì)，來(lái)源于大中型集中供氣系統(tǒng)的沼氣炊事能源結(jié)構(gòu)，實(shí)際上是替代了以秸稈薪柴和煤炭為主的傳統(tǒng)炊事能源結(jié)構(gòu)，沼氣替代結(jié)構(gòu)相比傳統(tǒng)能源結(jié)構(gòu)有更為顯著的碳減排優(yōu)勢(shì)，但在原始系統(tǒng)下，這種優(yōu)勢(shì)沒(méi)有被完全凸顯，碳足跡總量?jī)H下降了24.32%，需要進(jìn)行過(guò)程優(yōu)化。

(4)研究從輸入階段恒溫燃料替換為清潔能源，生產(chǎn)階段減少物理泄露，輸出階段提升沼渣沼液的處理效率3個(gè)方面制定優(yōu)化方案。優(yōu)化后各系統(tǒng)CO2和CH4的排放量明顯減少，平均下降幅度分別達(dá)29.59%和60.66%，碳排放總量則平均下降了31.31%。碳足跡替代效應(yīng)也從24.32%上升到44.13%。