基于全生命周期思想的光伏系统碳排放量计算方法与流程

本发明涉及光伏发电系统，具体涉及光伏发电系统各部分生命周期碳排放计算统计方式。
背景技术：
：目前，光伏发电由于其灵活性与永续性已成为新能源中的热点技术，科技进步也使得光伏发电技术广泛应用于各种常规和特殊领域。但是，虽然太阳能属于清洁能源，使用时也不会产生碳排放，但从光伏系统全生命周期的角度考虑，情况可能并非如此。由于技术落后、政策不规范等原因，太阳能产业在国内存在严重的环境污染问题。就生产过程来看，多晶硅生产过程会产生大量有毒有害物质，且生产过程产生的废水、废气、废渣等废弃物质得不到有效处理和利用，对大气、水、土地等资源造成严重污染。就是使用后回收过程来看，依然存在废弃物污染问题。光伏系统废弃物对环境也有很大影响。技术实现要素：本发明所要解决的问题是提供一种基于全生命周期思想的光伏系统碳排放量计算方法，该方法用于评价光伏发电过程中的整个碳排放量。本发明是基于光伏发电系统存在以上问题而产生的，目的在于利用生命周期评价(LifeCycleAssessment，LCA)分析标准，计算得到光伏发电系统在全生命周期内产生的碳排放。利用此种方法可以更加全面地评价系统在其生命周期内的能源需求、原材料利用以及各项活动向环境排放的废弃物。一种基于全生命周期思想的光伏系统碳排放量计算方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，根据全生命周期理论建立光伏系统碳排放模型，即光伏系统全生命周期的碳排放总量Ctot，单位为kg见下式(1)Ctot＝C1+C2+C3+C4+C5+C6(1)其中，C1为光伏组件原材料获取阶段的碳排放量，C2为光伏组件的生产阶段的碳排放量，C3为运输阶段碳排放量，C4为施工阶段的碳排放量，C5为使用维护阶段的碳排放量，C6为拆除清理阶段的碳排放量；步骤2，确定光伏组件原材料获取阶段的碳排放量C1，单位为kg，包括光伏板及其组件原材料：多晶硅、铝边框、玻璃面板、接线盒、密封材料、背板、焊带、硅胶、纸箱生成的碳排放量见下式(2)Ei为生产主线各过程消耗的电量，单位为kWh，RE为电力的碳排放系数，单位为kgCO2/kWh，Mi为第i种材料单位建材内含能量，单位为MJ/kg，Qi为第i种材料用量，单位为kg，RMi为第i种材料对应能源与碳排放量转换系数，单位为kg(c)/MJ，Wari为各生产过程处理的废水量，单位为m3，Cwc为好氧处理废水的CO2排放系数，单位为kg/m3；步骤3，确定光伏组件的生产阶段的碳排放量C2，单位为kg，C2分为光伏板生产过程中的碳排放量C2-PV和除光伏板以外其他光伏组件生产过程中的碳排放量C2-OT，而光伏板生产过程中的碳排放量C2-PV计算公式如下式(3)所示其中，式(3)中的各参数含义与式(2)中相同，除光伏板以外其他光伏组件生产过程中的碳排放量C2-OT计算公式如下式(4)所示Pi为设备的价格，单位为万元，RP为工业行业专业设备的碳排放系数，单位为kg/万元，则C2＝C2-PV+C2-OT；步骤4，确定运输阶段碳排放量C3，单位为kg，它来源于运输光伏组件的过程中交通工具消耗燃料的碳排放量，C3计算公式如下式(5)所示D为运输距离，单位为km，H为运输重量，单位为t，GWPi为温室气体的全球增温潜力系数，Gi为燃料油的消耗强度，单位为L/(t·km)，RGi为燃料油的温室气体排放系数，单位kg/L；步骤5，确定施工阶段的碳排放量C4，单位为kg，它分为施工耗材生产的碳排放量C4-M和施工安装过程的碳排放量量C4-L，计算公式如下式(6)、(7)所示式(6)中各参数含义与式(2)中相同，Hi为施工安装阶段，第i种化石燃料的消耗量，其计算式为:为j机械设备所用第i种化石燃料的台班能源消耗，kg/台班，为j机械在施工安装阶段的使用台班量，RMi为第i种材料对应能源与碳排放量转换系数，单位为kg(c)/MJ，则C4＝C4-M+C4-L；步骤6，确定使用维护阶段的碳排放量C5，单位为kg，它分为使用阶段所产生的碳排放量C5-U以及维护阶段产生的碳排放量C5-M，计算公式如下式(8)、(9)所示式(8)中各参数含义与式(2)中相同，式(9)中各参数含义与式(7)相同，则C5＝C5-U+C5-M；步骤7，确定拆除清理阶段的碳排放量C6，单位为kg，它分为系统废弃物处理产生的碳排放量以及废弃物在运输过程中产生的碳排放量，其计算公式如下式(10)所示式中各参数含义与前公式中各参数含义一致。步骤8，确定光伏系统全生命周期碳排放量Ctot，单位为kg，计算得到光伏系统全生命周期的碳排放量的计算公式如下式(11)所示各参数含义与上述步骤中参数含义一致。本发明提供的基于全生命周期思想的光伏系统碳排放量计算方法，还可以具有这样的特征，其特征在于：其中，步骤2中，电力碳排放因子可根据中华人民共和国国家发展和改革委员会公布的“中国区域电网基准线排放因子”获得，化石能源碳排放因子可根据政府间气候变化专门委员会IPCC获得。本发明提供的基于全生命周期思想的光伏系统碳排放量计算方法，还可以具有这样的特征，其特征在于：其中，步骤3中，工业行业专业设备碳排放系数y＝2.252e+143e-1.654X，其中e为年份数，由此计算式可得到相应年限内的专业设备的碳排放系数。本发明提供的基于全生命周期思想的光伏系统碳排放量计算方法，还可以具有这样的特征，其特征在于：其中，步骤5中的机械设备能源消耗以《全国统一施工机械台班费用定额》为参照整理得到各机械的能源消耗。本发明提供的基于全生命周期思想的光伏系统碳排放量计算方法，还可以具有这样的特征，其特征在于：其中，步骤8中单位建材内含能量可通过查阅前人研究所发表的文献得到。发明作用与效果本发明提供了一种基于全生命周期思想的光伏系统碳排放量计算方法，利用全生命周期理念以及环境经济学思想，研究多晶硅太阳电池的生产、安装施工、使用以及回收过程的碳排放，较全面地计算光伏系统从“摇篮”到“坟墓”的整个生命周期内的碳排放量，并研究其对环境的影响。弥补了现有评价光伏系统体系的缺点，避免了评价光伏系统的局限性。附图说明图1是现有生命周期评价思路图；图2是生命周期评价的实施步骤示意图图3是本发明基于全生命周期评价思路的技术线框图；图4是现有最为广泛应用生产多晶硅的工艺流程图；图5是多晶硅太阳能电池组件生产流程图；以及图6是某产品多晶硅太阳能电池组件生产质量流程图。具体实施方式为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本发明的基于全生命周期思想的光伏系统碳排放量计算方法的原理、具体步骤和实施过程作具体阐述。实施例下面结合附图及应用实例对本发明进一步介绍。如图1，2，3、4所示，一种基于全生命周期思想的光伏系统碳排放量计算方法，包括以下步骤：步骤1，根据全生命周期理论建立光伏系统碳排放模型，即光伏系统全生命周期的碳排放总量Ctot，单位为kg见下式(1)Ctot＝C1+C2+C3+C4+C5+C6(1)其中，C1为光伏组件原材料获取阶段的碳排放量，C2为光伏组件的生产阶段的碳排放量，C3为运输阶段碳排放量，C4为施工阶段的碳排放量，C5为使用维护阶段的碳排放量，C6为拆除清理阶段的碳排放量。步骤2，确定光伏组件原材料获取阶段的碳排放量C1，单位为kg，如图4、图5所示，包括光伏板及其组件原材料：多晶硅、铝边框、玻璃面板、接线盒、密封材料、背板、焊带、硅胶、纸箱生成的碳排放量见下式(2)Ei为生产主线各过程消耗的电量，单位为kWh，RE为电力的碳排放系数，单位为kgCO2/kWh，Mi为第i种材料单位建材内含能量，单位为MJ/kg，Qi为第i种材料用量，单位为kg，RMi为第i种材料对应能源与碳排放量转换系数，单位为kg(c)/MJ，Wari为各生产过程处理的废水量，单位为m3，Cwc为好氧处理废水的CO2排放系数，单位为kg/m3。步骤3，确定光伏组件的生产阶段的碳排放量C2，单位为kg，C2分为光伏板生产过程中的碳排放量C2-PV和除光伏板以外其他光伏组件生产过程中的碳排放量C2-OT，而光伏板生产过程中的碳排放量C2-PV计算公式如下式(3)所示其中，式(3)中的各参数含义与式(2)中相同，除光伏板以外其他光伏组件生产过程中的碳排放量C2-OT计算公式如下式(4)所示Pi为设备的价格，单位为万元，RP为工业行业专业设备的碳排放系数，单位为kg/万元，则C2＝C2-PV+C2-OT。本实施例中，硅料原材料获取阶段为硅矿石的开采阶段、冶炼阶段以及提纯阶段。而其他材料的原材料获取阶段为铝边框、玻璃面板、接线盒、密封材料、背板、焊带、硅胶、纸箱等材料获取阶段。其流程图如图4以及图5所示。以硅矿石开采阶段的碳排放量计算为例。电力碳排放因子可根据中华人民共和国国家发展和改革委员会公布的“中国区域电网基准线排放因子”获得，化石能源碳排放因子可根据政府间气候变化专门委员会IPCC获得。表1原材料获取阶段碳排放量计算表(硅矿石开采阶段为例)步骤3，确定光伏组件的生产阶段的碳排放量C2，单位为kg，C2分为光伏板生产过程中的碳排放量C2-PV和除光伏板以外其他光伏组件生产过程中的碳排放量C2-OT，而光伏板生产过程中的碳排放量C2-PV计算公式如下式(3)所示其中，式(3)中的各参数含义与式(2)中相同，除光伏板以外其他光伏组件生产过程中的碳排放量C2-OT计算公式如下式(4)所示Pi为设备的价格，单位为万元，RP为工业行业专业设备的碳排放系数，单位为kg/万元，则C2＝C2-PV+C2-OT。其中，步骤3中，工业行业专业设备碳排放系数y＝2.252e+143e-1.654X，其中X为年份数，由此计算式可得到相应年限内的专业设备的碳排放系数。工业行业专业设备碳排放系数可根据得到业内认可的徐国泉(徐国泉、刘则渊、姜照华，中国碳排放的因素分解模型及实证分析：1995-2004，中国人口资源与环境，2006年第16卷第6期，158-161)等人提出并改进的碳排放量分解模型中的算法计算得到，其中分析2002-2008年数据，得到专业设备的碳排放系数随时间变换遵循如下关系：y＝2.252e+143e-1.654X，故可得到相应年限内的专业设备的碳排放系数。本实例中光伏板组件生产阶段包括酸洗—铸锭—切片—制电池—层压—包装等，如图5、图6所示，以酸洗过程计算表2为例。而其他组件生产阶段如逆变器、汇流箱等，根据计算公式有表3所示。表2光伏板组件生产阶段的碳排放量计算表(以酸洗阶段为例)表3其他组件生产阶段的碳排放量计算表步骤4，确定运输阶段碳排放量C3，单位为kg，它来源于运输光伏组件的过程中交通工具消耗燃料的碳排放量，C3计算公式如下式(5)所示D为运输距离，单位为km，H为运输重量，单位为t，GWPi为温室气体的全球增温潜力系数，Gi为燃料油的消耗强度，单位为L/(t·km)，RGi为燃料油的温室气体排放系数，单位kg/L。根据以上计算方法，本实例运输阶段以铝边框运输计算为例，其碳排放量如表4所示。表4运输阶段的碳排放量(以铝边框的运输为例)步骤5，确定施工阶段的碳排放量C4，单位为kg，它分为施工耗材生产的碳排放量C4-M和施工安装过程的碳排放量量C4-L，计算公式如下式(6)、(7)所示式(6)中各参数含义与式(2)中相同，Hi为施工安装阶段，第i种化石燃料的消耗量，其计算式为:为j机械设备所用第i种化石燃料的台班能源消耗，kg/台班，为j机械在施工安装阶段的使用台班量，RMi为第i种材料对应能源与碳排放量转换系数，单位为kg(c)/MJ，则C4＝C4-M+C4-L。机械设备能源消耗以《全国统一施工机械台班费用定额》为参照整理得到各机械的能源消耗。施工阶段产生的碳排放量如前包括施工建材产生的碳排放量以及施工安装过程中的碳排放量。本实例中施工阶段碳排放量计算如表5所示。表5施工安装阶段碳排放量计算表步骤6，确定使用维护阶段的碳排放量C5，单位为kg，它分为使用阶段所产生的碳排放量C5-U以及维护阶段产生的碳排放量C5-M，计算公式如下式(8)、(9)所示式(8)中各参数含义与式(2)中相同，式(9)中各参数含义与式(7)相同，则C5＝C5-U+C5-M。计算方法如上，但由于光伏系统使用阶段属于可再生能源发电，并无任何能耗以及排放。而本实例中，光伏发电系统维护阶段属于人工维护，忽略人工作业中的人员碳排放量，因此本实例中使用维护阶段碳排放量为0。步骤7，确定拆除清理阶段的碳排放量C6，单位为kg，它分为系统废弃物处理产生的碳排放量以及废弃物在运输过程中产生的碳排放量，其计算公式如下式(10)所示式中各参数含义与前公式中各参数含义一致。如前，包括系统废弃物处理产生的碳排放以及废弃物在运输过程中产生的碳排放。由于光伏系统组件成分绝大部分为玻璃以及金属，属于可回收物质，故处理过程碳排放量为0。而本实例中，废弃物运输阶段产生的碳排放量计算如表6所示。表6拆除清理阶段的碳排放量计算表步骤8，确定光伏系统全生命周期碳排放量Ctot，单位为kg，计算得到光伏系统全生命周期的碳排放量的计算公式如下式(11)所示各参数含义与上述步骤中参数含义一致。步骤8中单位建材内含能量可通过查阅前人研究所发表的文献得到。根据以上步骤计算得到本实例项目中全生命周期碳排放总量如表7所示。表7光伏系统全生命周期碳排放总量阶段碳排放量(kgCO2)所占比例原材料获取阶段15995418.9473.33％光伏组件生产阶段5086893.17523.32％运输阶段48438.640.22％施工阶段608038.18042.79％使用维护阶段00拆除清理阶段73825.130.34％CO2排放总量21812614.07100％图4、图6均为实例提供信息，实例项目中光伏板所用多晶硅原料提取过程采用改良西门子法。图6基于图4、图5所示流程图，提供实例项目中光伏组件从原料到生产全过程数据。实施例的作用和有益效果本实施例提供了一种基于全生命周期思想的光伏系统碳排放量计算方法，利用全生命周期理念以及环境经济学思想，研究多晶硅太阳电池的生产、安装施工、使用以及回收过程的碳排放，较全面地计算光伏系统从“摇篮”到“坟墓”的整个生命周期内的碳排放量，并研究其对环境的影响。弥补了现有评价光伏系统体系的缺点，避免了评价光伏系统的局限性。当前第1页1 2 3