本發(fā)明涉及光伏發(fā)電系統(tǒng)，具體涉及光伏發(fā)電系統(tǒng)各部分生命周期碳排放計(jì)算統(tǒng)計(jì)方式。
背景技術(shù)：
：目前，光伏發(fā)電由于其靈活性與永續(xù)性已成為新能源中的熱點(diǎn)技術(shù)，科技進(jìn)步也使得光伏發(fā)電技術(shù)廣泛應(yīng)用于各種常規(guī)和特殊領(lǐng)域。但是，雖然太陽能屬于清潔能源，使用時(shí)也不會產(chǎn)生碳排放，但從光伏系統(tǒng)全生命周期的角度考慮，情況可能并非如此。由于技術(shù)落后、政策不規(guī)范等原因，太陽能產(chǎn)業(yè)在國內(nèi)存在嚴(yán)重的環(huán)境污染問題。就生產(chǎn)過程來看，多晶硅生產(chǎn)過程會產(chǎn)生大量有毒有害物質(zhì)，且生產(chǎn)過程產(chǎn)生的廢水、廢氣、廢渣等廢棄物質(zhì)得不到有效處理和利用，對大氣、水、土地等資源造成嚴(yán)重污染。就是使用后回收過程來看，依然存在廢棄物污染問題。光伏系統(tǒng)廢棄物對環(huán)境也有很大影響。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明所要解決的問題是提供一種基于全生命周期思想的光伏系統(tǒng)碳排放量計(jì)算方法，該方法用于評價(jià)光伏發(fā)電過程中的整個(gè)碳排放量。本發(fā)明是基于光伏發(fā)電系統(tǒng)存在以上問題而產(chǎn)生的，目的在于利用生命周期評價(jià)(LifeCycleAssessment，LCA)分析標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算得到光伏發(fā)電系統(tǒng)在全生命周期內(nèi)產(chǎn)生的碳排放。利用此種方法可以更加全面地評價(jià)系統(tǒng)在其生命周期內(nèi)的能源需求、原材料利用以及各項(xiàng)活動向環(huán)境排放的廢棄物。一種基于全生命周期思想的光伏系統(tǒng)碳排放量計(jì)算方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟1，根據(jù)全生命周期理論建立光伏系統(tǒng)碳排放模型，即光伏系統(tǒng)全生命周期的碳排放總量Ctot，單位為kg見下式(1)Ctot＝C1+C2+C3+C4+C5+C6(1)其中，C1為光伏組件原材料獲取階段的碳排放量，C2為光伏組件的生產(chǎn)階段的碳排放量，C3為運(yùn)輸階段碳排放量，C4為施工階段的碳排放量，C5為使用維護(hù)階段的碳排放量，C6為拆除清理階段的碳排放量；步驟2，確定光伏組件原材料獲取階段的碳排放量C1，單位為kg，包括光伏板及其組件原材料：多晶硅、鋁邊框、玻璃面板、接線盒、密封材料、背板、焊帶、硅膠、紙箱生成的碳排放量見下式(2)Ei為生產(chǎn)主線各過程消耗的電量，單位為kWh，RE為電力的碳排放系數(shù)，單位為kgCO2/kWh，Mi為第i種材料單位建材內(nèi)含能量，單位為MJ/kg，Qi為第i種材料用量，單位為kg，RMi為第i種材料對應(yīng)能源與碳排放量轉(zhuǎn)換系數(shù)，單位為kg(c)/MJ，Wari為各生產(chǎn)過程處理的廢水量，單位為m3，Cwc為好氧處理廢水的CO2排放系數(shù)，單位為kg/m3；步驟3，確定光伏組件的生產(chǎn)階段的碳排放量C2，單位為kg，C2分為光伏板生產(chǎn)過程中的碳排放量C2-PV和除光伏板以外其他光伏組件生產(chǎn)過程中的碳排放量C2-OT，而光伏板生產(chǎn)過程中的碳排放量C2-PV計(jì)算公式如下式(3)所示其中，式(3)中的各參數(shù)含義與式(2)中相同，除光伏板以外其他光伏組件生產(chǎn)過程中的碳排放量C2-OT計(jì)算公式如下式(4)所示Pi為設(shè)備的價(jià)格，單位為萬元，RP為工業(yè)行業(yè)專業(yè)設(shè)備的碳排放系數(shù)，單位為kg/萬元，則C2＝C2-PV+C2-OT；步驟4，確定運(yùn)輸階段碳排放量C3，單位為kg，它來源于運(yùn)輸光伏組件的過程中交通工具消耗燃料的碳排放量，C3計(jì)算公式如下式(5)所示D為運(yùn)輸距離，單位為km，H為運(yùn)輸重量，單位為t，GWPi為溫室氣體的全球增溫潛力系數(shù)，Gi為燃料油的消耗強(qiáng)度，單位為L/(t·km)，RGi為燃料油的溫室氣體排放系數(shù)，單位kg/L；步驟5，確定施工階段的碳排放量C4，單位為kg，它分為施工耗材生產(chǎn)的碳排放量C4-M和施工安裝過程的碳排放量量C4-L，計(jì)算公式如下式(6)、(7)所示式(6)中各參數(shù)含義與式(2)中相同，Hi為施工安裝階段，第i種化石燃料的消耗量，其計(jì)算式為:為j機(jī)械設(shè)備所用第i種化石燃料的臺班能源消耗，kg/臺班，為j機(jī)械在施工安裝階段的使用臺班量，RMi為第i種材料對應(yīng)能源與碳排放量轉(zhuǎn)換系數(shù)，單位為kg(c)/MJ，則C4＝C4-M+C4-L；步驟6，確定使用維護(hù)階段的碳排放量C5，單位為kg，它分為使用階段所產(chǎn)生的碳排放量C5-U以及維護(hù)階段產(chǎn)生的碳排放量C5-M，計(jì)算公式如下式(8)、(9)所示式(8)中各參數(shù)含義與式(2)中相同，式(9)中各參數(shù)含義與式(7)相同，則C5＝C5-U+C5-M；步驟7，確定拆除清理階段的碳排放量C6，單位為kg，它分為系統(tǒng)廢棄物處理產(chǎn)生的碳排放量以及廢棄物在運(yùn)輸過程中產(chǎn)生的碳排放量，其計(jì)算公式如下式(10)所示式中各參數(shù)含義與前公式中各參數(shù)含義一致。步驟8，確定光伏系統(tǒng)全生命周期碳排放量Ctot，單位為kg，計(jì)算得到光伏系統(tǒng)全生命周期的碳排放量的計(jì)算公式如下式(11)所示各參數(shù)含義與上述步驟中參數(shù)含義一致。本發(fā)明提供的基于全生命周期思想的光伏系統(tǒng)碳排放量計(jì)算方法，還可以具有這樣的特征，其特征在于：其中，步驟2中，電力碳排放因子可根據(jù)中華人民共和國國家發(fā)展和改革委員會公布的“中國區(qū)域電網(wǎng)基準(zhǔn)線排放因子”獲得，化石能源碳排放因子可根據(jù)政府間氣候變化專門委員會IPCC獲得。本發(fā)明提供的基于全生命周期思想的光伏系統(tǒng)碳排放量計(jì)算方法，還可以具有這樣的特征，其特征在于：其中，步驟3中，工業(yè)行業(yè)專業(yè)設(shè)備碳排放系數(shù)y＝2.252e+143e-1.654X，其中e為年份數(shù)，由此計(jì)算式可得到相應(yīng)年限內(nèi)的專業(yè)設(shè)備的碳排放系數(shù)。本發(fā)明提供的基于全生命周期思想的光伏系統(tǒng)碳排放量計(jì)算方法，還可以具有這樣的特征，其特征在于：其中，步驟5中的機(jī)械設(shè)備能源消耗以《全國統(tǒng)一施工機(jī)械臺班費(fèi)用定額》為參照整理得到各機(jī)械的能源消耗。本發(fā)明提供的基于全生命周期思想的光伏系統(tǒng)碳排放量計(jì)算方法，還可以具有這樣的特征，其特征在于：其中，步驟8中單位建材內(nèi)含能量可通過查閱前人研究所發(fā)表的文獻(xiàn)得到。發(fā)明作用與效果本發(fā)明提供了一種基于全生命周期思想的光伏系統(tǒng)碳排放量計(jì)算方法，利用全生命周期理念以及環(huán)境經(jīng)濟(jì)學(xué)思想，研究多晶硅太陽電池的生產(chǎn)、安裝施工、使用以及回收過程的碳排放，較全面地計(jì)算光伏系統(tǒng)從“搖籃”到“墳?zāi)埂钡恼麄€(gè)生命周期內(nèi)的碳排放量，并研究其對環(huán)境的影響。彌補(bǔ)了現(xiàn)有評價(jià)光伏系統(tǒng)體系的缺點(diǎn)，避免了評價(jià)光伏系統(tǒng)的局限性。附圖說明圖1是現(xiàn)有生命周期評價(jià)思路圖；圖2是生命周期評價(jià)的實(shí)施步驟示意圖圖3是本發(fā)明基于全生命周期評價(jià)思路的技術(shù)線框圖；圖4是現(xiàn)有最為廣泛應(yīng)用生產(chǎn)多晶硅的工藝流程圖；圖5是多晶硅太陽能電池組件生產(chǎn)流程圖；以及圖6是某產(chǎn)品多晶硅太陽能電池組件生產(chǎn)質(zhì)量流程圖。具體實(shí)施方式為了使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，以下實(shí)施例結(jié)合附圖對本發(fā)明的基于全生命周期思想的光伏系統(tǒng)碳排放量計(jì)算方法的原理、具體步驟和實(shí)施過程作具體闡述。實(shí)施例下面結(jié)合附圖及應(yīng)用實(shí)例對本發(fā)明進(jìn)一步介紹。如圖1，2，3、4所示，一種基于全生命周期思想的光伏系統(tǒng)碳排放量計(jì)算方法，包括以下步驟：步驟1，根據(jù)全生命周期理論建立光伏系統(tǒng)碳排放模型，即光伏系統(tǒng)全生命周期的碳排放總量Ctot，單位為kg見下式(1)Ctot＝C1+C2+C3+C4+C5+C6(1)其中，C1為光伏組件原材料獲取階段的碳排放量，C2為光伏組件的生產(chǎn)階段的碳排放量，C3為運(yùn)輸階段碳排放量，C4為施工階段的碳排放量，C5為使用維護(hù)階段的碳排放量，C6為拆除清理階段的碳排放量。步驟2，確定光伏組件原材料獲取階段的碳排放量C1，單位為kg，如圖4、圖5所示，包括光伏板及其組件原材料：多晶硅、鋁邊框、玻璃面板、接線盒、密封材料、背板、焊帶、硅膠、紙箱生成的碳排放量見下式(2)Ei為生產(chǎn)主線各過程消耗的電量，單位為kWh，RE為電力的碳排放系數(shù)，單位為kgCO2/kWh，Mi為第i種材料單位建材內(nèi)含能量，單位為MJ/kg，Qi為第i種材料用量，單位為kg，RMi為第i種材料對應(yīng)能源與碳排放量轉(zhuǎn)換系數(shù)，單位為kg(c)/MJ，Wari為各生產(chǎn)過程處理的廢水量，單位為m3，Cwc為好氧處理廢水的CO2排放系數(shù)，單位為kg/m3。步驟3，確定光伏組件的生產(chǎn)階段的碳排放量C2，單位為kg，C2分為光伏板生產(chǎn)過程中的碳排放量C2-PV和除光伏板以外其他光伏組件生產(chǎn)過程中的碳排放量C2-OT，而光伏板生產(chǎn)過程中的碳排放量C2-PV計(jì)算公式如下式(3)所示其中，式(3)中的各參數(shù)含義與式(2)中相同，除光伏板以外其他光伏組件生產(chǎn)過程中的碳排放量C2-OT計(jì)算公式如下式(4)所示Pi為設(shè)備的價(jià)格，單位為萬元，RP為工業(yè)行業(yè)專業(yè)設(shè)備的碳排放系數(shù)，單位為kg/萬元，則C2＝C2-PV+C2-OT。本實(shí)施例中，硅料原材料獲取階段為硅礦石的開采階段、冶煉階段以及提純階段。而其他材料的原材料獲取階段為鋁邊框、玻璃面板、接線盒、密封材料、背板、焊帶、硅膠、紙箱等材料獲取階段。其流程圖如圖4以及圖5所示。以硅礦石開采階段的碳排放量計(jì)算為例。電力碳排放因子可根據(jù)中華人民共和國國家發(fā)展和改革委員會公布的“中國區(qū)域電網(wǎng)基準(zhǔn)線排放因子”獲得，化石能源碳排放因子可根據(jù)政府間氣候變化專門委員會IPCC獲得。表1原材料獲取階段碳排放量計(jì)算表(硅礦石開采階段為例)步驟3，確定光伏組件的生產(chǎn)階段的碳排放量C2，單位為kg，C2分為光伏板生產(chǎn)過程中的碳排放量C2-PV和除光伏板以外其他光伏組件生產(chǎn)過程中的碳排放量C2-OT，而光伏板生產(chǎn)過程中的碳排放量C2-PV計(jì)算公式如下式(3)所示其中，式(3)中的各參數(shù)含義與式(2)中相同，除光伏板以外其他光伏組件生產(chǎn)過程中的碳排放量C2-OT計(jì)算公式如下式(4)所示Pi為設(shè)備的價(jià)格，單位為萬元，RP為工業(yè)行業(yè)專業(yè)設(shè)備的碳排放系數(shù)，單位為kg/萬元，則C2＝C2-PV+C2-OT。其中，步驟3中，工業(yè)行業(yè)專業(yè)設(shè)備碳排放系數(shù)y＝2.252e+143e-1.654X，其中X為年份數(shù)，由此計(jì)算式可得到相應(yīng)年限內(nèi)的專業(yè)設(shè)備的碳排放系數(shù)。工業(yè)行業(yè)專業(yè)設(shè)備碳排放系數(shù)可根據(jù)得到業(yè)內(nèi)認(rèn)可的徐國泉(徐國泉、劉則淵、姜照華，中國碳排放的因素分解模型及實(shí)證分析：1995-2004，中國人口資源與環(huán)境，2006年第16卷第6期，158-161)等人提出并改進(jìn)的碳排放量分解模型中的算法計(jì)算得到，其中分析2002-2008年數(shù)據(jù)，得到專業(yè)設(shè)備的碳排放系數(shù)隨時(shí)間變換遵循如下關(guān)系：y＝2.252e+143e-1.654X，故可得到相應(yīng)年限內(nèi)的專業(yè)設(shè)備的碳排放系數(shù)。本實(shí)例中光伏板組件生產(chǎn)階段包括酸洗—鑄錠—切片—制電池—層壓—包裝等，如圖5、圖6所示，以酸洗過程計(jì)算表2為例。而其他組件生產(chǎn)階段如逆變器、匯流箱等，根據(jù)計(jì)算公式有表3所示。表2光伏板組件生產(chǎn)階段的碳排放量計(jì)算表(以酸洗階段為例)表3其他組件生產(chǎn)階段的碳排放量計(jì)算表步驟4，確定運(yùn)輸階段碳排放量C3，單位為kg，它來源于運(yùn)輸光伏組件的過程中交通工具消耗燃料的碳排放量，C3計(jì)算公式如下式(5)所示D為運(yùn)輸距離，單位為km，H為運(yùn)輸重量，單位為t，GWPi為溫室氣體的全球增溫潛力系數(shù)，Gi為燃料油的消耗強(qiáng)度，單位為L/(t·km)，RGi為燃料油的溫室氣體排放系數(shù)，單位kg/L。根據(jù)以上計(jì)算方法，本實(shí)例運(yùn)輸階段以鋁邊框運(yùn)輸計(jì)算為例，其碳排放量如表4所示。表4運(yùn)輸階段的碳排放量(以鋁邊框的運(yùn)輸為例)步驟5，確定施工階段的碳排放量C4，單位為kg，它分為施工耗材生產(chǎn)的碳排放量C4-M和施工安裝過程的碳排放量量C4-L，計(jì)算公式如下式(6)、(7)所示式(6)中各參數(shù)含義與式(2)中相同，Hi為施工安裝階段，第i種化石燃料的消耗量，其計(jì)算式為:為j機(jī)械設(shè)備所用第i種化石燃料的臺班能源消耗，kg/臺班，為j機(jī)械在施工安裝階段的使用臺班量，RMi為第i種材料對應(yīng)能源與碳排放量轉(zhuǎn)換系數(shù)，單位為kg(c)/MJ，則C4＝C4-M+C4-L。機(jī)械設(shè)備能源消耗以《全國統(tǒng)一施工機(jī)械臺班費(fèi)用定額》為參照整理得到各機(jī)械的能源消耗。施工階段產(chǎn)生的碳排放量如前包括施工建材產(chǎn)生的碳排放量以及施工安裝過程中的碳排放量。本實(shí)例中施工階段碳排放量計(jì)算如表5所示。表5施工安裝階段碳排放量計(jì)算表步驟6，確定使用維護(hù)階段的碳排放量C5，單位為kg，它分為使用階段所產(chǎn)生的碳排放量C5-U以及維護(hù)階段產(chǎn)生的碳排放量C5-M，計(jì)算公式如下式(8)、(9)所示式(8)中各參數(shù)含義與式(2)中相同，式(9)中各參數(shù)含義與式(7)相同，則C5＝C5-U+C5-M。計(jì)算方法如上，但由于光伏系統(tǒng)使用階段屬于可再生能源發(fā)電，并無任何能耗以及排放。而本實(shí)例中，光伏發(fā)電系統(tǒng)維護(hù)階段屬于人工維護(hù)，忽略人工作業(yè)中的人員碳排放量，因此本實(shí)例中使用維護(hù)階段碳排放量為0。步驟7，確定拆除清理階段的碳排放量C6，單位為kg，它分為系統(tǒng)廢棄物處理產(chǎn)生的碳排放量以及廢棄物在運(yùn)輸過程中產(chǎn)生的碳排放量，其計(jì)算公式如下式(10)所示式中各參數(shù)含義與前公式中各參數(shù)含義一致。如前，包括系統(tǒng)廢棄物處理產(chǎn)生的碳排放以及廢棄物在運(yùn)輸過程中產(chǎn)生的碳排放。由于光伏系統(tǒng)組件成分絕大部分為玻璃以及金屬，屬于可回收物質(zhì)，故處理過程碳排放量為0。而本實(shí)例中，廢棄物運(yùn)輸階段產(chǎn)生的碳排放量計(jì)算如表6所示。表6拆除清理階段的碳排放量計(jì)算表步驟8，確定光伏系統(tǒng)全生命周期碳排放量Ctot，單位為kg，計(jì)算得到光伏系統(tǒng)全生命周期的碳排放量的計(jì)算公式如下式(11)所示各參數(shù)含義與上述步驟中參數(shù)含義一致。步驟8中單位建材內(nèi)含能量可通過查閱前人研究所發(fā)表的文獻(xiàn)得到。根據(jù)以上步驟計(jì)算得到本實(shí)例項(xiàng)目中全生命周期碳排放總量如表7所示。表7光伏系統(tǒng)全生命周期碳排放總量階段碳排放量(kgCO2)所占比例原材料獲取階段15995418.9473.33％光伏組件生產(chǎn)階段5086893.17523.32％運(yùn)輸階段48438.640.22％施工階段608038.18042.79％使用維護(hù)階段00拆除清理階段73825.130.34％CO2排放總量21812614.07100％圖4、圖6均為實(shí)例提供信息，實(shí)例項(xiàng)目中光伏板所用多晶硅原料提取過程采用改良西門子法。圖6基于圖4、圖5所示流程圖，提供實(shí)例項(xiàng)目中光伏組件從原料到生產(chǎn)全過程數(shù)據(jù)。實(shí)施例的作用和有益效果本實(shí)施例提供了一種基于全生命周期思想的光伏系統(tǒng)碳排放量計(jì)算方法，利用全生命周期理念以及環(huán)境經(jīng)濟(jì)學(xué)思想，研究多晶硅太陽電池的生產(chǎn)、安裝施工、使用以及回收過程的碳排放，較全面地計(jì)算光伏系統(tǒng)從“搖籃”到“墳?zāi)埂钡恼麄€(gè)生命周期內(nèi)的碳排放量，并研究其對環(huán)境的影響。彌補(bǔ)了現(xiàn)有評價(jià)光伏系統(tǒng)體系的缺點(diǎn)，避免了評價(jià)光伏系統(tǒng)的局限性。當(dāng)前第1頁1 2 3