本发明涉及能源与环境交叉领域，更具体地，涉及一种评估生物质能利用技术对环境影响的方法及装置。
背景技术：
广义的生物质指利用大气、水、土地等通过光合作用而产生的各种有机体，包括农业秸秆、部分生活垃圾、部分工业废弃物等。我国生物质资源储量丰富，其中全国农作物秸秆年产生量约为8亿吨、林木枝桠和林业废弃物年可获得量约9亿吨，全国城市生活垃圾年产生量约1.2亿吨。丰富的生物质资源如果不能够得到有效地处理利用，一方面会造成资源的浪费，另一方面也会带来不容忽视的环境问题。为了解决生物质的处理利用问题，国内外学者从能源化利用的角度出发，开发了包括直燃、厌氧消化、热解、气化、水热液化、混合燃烧等多种利用技术，呈现百花齐放的局面。可以预见，随着这些生物质能利用技术的进一步发展，越来越多的相关技术会进入更进一步的实际推广与应用。
由于生物质种类多样、来源广泛，单一的生物质能源化利用技术很难对各种类型的生物质原料都实现高水平的处理利用。因此，针对不同的生物质种类和应用场景，必须要对不同技术进行环境、经济、社会等多个角度的评估，才能够确定最适宜的转化利用技术。由于生物质原料本身除了能源属性之外也兼具废弃物属性，因此其环境影响评估结果必然会占据相当大的权重。事实上，一项生物质能利用技术的环境影响包括碳排放(减排)、氮氧化物、硫化物、重金属元素等多个方面，想要判断其环境影响程度，必须要综合考量。
目前，从经济或社会的角度对生物质能利用技术进行评价的案例相对普遍，相关评价方法也较容易实现从其它评价过程到生物质能利用过程的迁移。然而，从不同污染物角度对生物质能利用技术的环境影响进行评估的案例并不多见，这些少数案例所采用的主要手段是生命周期评价方法与相关工具软件。将生命周期评价方法与相关工具软件进行实际工程应用，往往存在以下问题：(1)在评估生物质能利用技术的环境影响时，需要对系统边界进行精确界定，辅以大量数据输入作为参照，并在计算过程中不断对结果进行矫正，操作过程十分繁琐；(2)该方法与相关工具软件的输出仍然是各类污染物单独的评价结果，需要辅以其它算法才能够得到综合的环境影响评估结果；(3)当对不同的生物质能利用技术进行横向对比时，由于生命周期评价与相关工具软件计算过程中涉及了许多矫正和修正操作，因此对比结果的客观性难以得到保证。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种评估生物质能利用技术对环境影响的方法及装置，解决现有的生物质能利用技术评价方法与相关工具软件环境影响针对性差、计算过程繁琐、综合性不强、客观性较差等问题。
本发明通过如下技术方案实现：
针对以上技术问题，本发明提供了一种评估生物质能利用技术对环境影响的方法及装置。
其中，该评估生物质能利用技术对环境影响的方法包括：
确定生物质能利用技术的核心计算参数；
进一步的，该核心计算参数包括：
不同生物质能利用技术下对应的生物质原料转化率、目标能源产品的产率、目标能源产品的热值和转化副产物中不同元素的污染物含量。
建立生物质能利用技术所涉及到的污染物排放影响因子表；
进一步的，该步骤包括：
根据不同污染物的危害程度或评估方对不同污染物的重视程度，建立污染物排放影响因子表。
根据核心计算参数和污染物排放影响因子表计算碳减排项cr；
进一步的，该步骤包括：
其中，ct为指定生物质能利用技术下的生物质原料转化率，yt为单位质量生物质原料生产目标能源产品的产率，ht为目标能源产品的热值，hc为标准煤热值，pc为单位质量标准煤完全燃烧尾气中二氧化碳质量，ec为二氧化碳排放影响因子，该二氧化碳排放影响因子从上述污染物排放影响因子表中查得。
根据核心计算参数和污染物排放影响因子表计算主反应排放项me；
进一步的，该步骤包括：
其中，ct为指定生物质能利用技术下的生物质原料转化率，pi为通过该生物质能利用技术每转化单位质量生物质原料所产生的含i元素污染物的质量，ei为含有i元素的污染物的排放影响因子，该影响因子从上述污染物排放影响因子表中查得，且i元素不包括c元素；
更进一步的，上述公式计算中，pi不明确时，以生物质原料中i元素百分含量为基准计算：
其中，ci为i元素在生物质原料中的质量分数，mi为i元素以污染物形态存在时在该种污染物中的质量分数，或i元素以不同的化合物污染物形态存在时在上述污染物排放影响因子表存在的该化合物污染物中的质量分数，且i元素不包括c元素。
根据核心计算参数和污染物排放影响因子表计算剩余物排放项re；
进一步的，该步骤包括：
re＝(1-ct)×er
其中，ct为指定生物质能利用技术下的生物质原料转化率，er为未经主反应转化的生物质的排放影响因子，且，er不明确时：
其中，cc为c元素在生物质原料中的质量分数，mc为c元素在co中的质量分数，ec为co的排放影响因子，ci为i元素在生物质原料中的质量分数，mi为i元素以污染物形态存在时在该种污染物中的质量分数，或i元素以不同的化合物污染物形态存在时在上述污染物排放影响因子表存在的该化合物污染物中的质量分数，ei为含有i元素的污染物的排放影响因子，且i元素不包括c元素。
根据碳减排项cr、主反应排放项me和剩余物排放项re计算综合环境影响因子ef；
进一步的，该步骤包括：
ef＝-cr+me+re。
对比不同生物质能利用技术所得到的综合环境影响因子值的大小判断该生物质能利用技术对环境影响的强弱，该过程具体表现为：
ef为正值代表该生物质能利用技术下污染物排放带来的负面环境影响大于其碳减排带来的正面环境影响，该技术整体表现出负面环境影响，且ef绝对值越大表示其负面环境影响越强；
ef为负值代表该生物质能利用技术下污染物排放带来的负面环境影响小于其碳减排带来的正面环境影响，该技术整体表现出正面环境影响，且ef绝对值越大表示其正面环境影响越强。
另有，该评估生物质能利用技术对环境影响的装置基于上述方法实现，包括：
输入模块，输入所确定的不同生物质能利用技术的核心计算参数，包括该不同生物质能利用技术下对应的生物质原料转化率、目标能源产品的产率、目标能源产品的热值和转化副产物中不同元素的污染物含量；
数据存储模块，存储上述所确定的不同生物质能利用技术的核心计算参数，以及污染物排放影响因子表；
计算模块，根据上述数据存储模块中参数计算环境影响因子；
输出模块，对上述计算模块得到的环境影响因子进行评价得到不同生物质能利用技术对环境影响的强弱，并输出该评价结果。
总体而言，本发明提供的评估生物质能利用技术对环境影响的方法及装置，可以达到以下有益效果：
(1)提供了一种生物质能源转化利用技术的环境影响评估方法与工具软件，解决了工程应用上欠缺环境影响针对性强的评估方法与相关工具软件的问题；
(2)简化了生物质能利用技术的环境影响评估的计算过程，提高了工程应用上的计算效率；
(3)将多种不同污染物的环境影响结合，实现了生物质能利用技术不同污染角度的综合环境评估；
(4)为不同生物质能利用技术在环境影响角度的横向比较提供了客观的依据。
附图说明
图1是本发明实施例评估生物质能利用技术对环境影响的方法及装置运算流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
为了充分说明本发明提供的一种评估生物质能利用技术对环境影响的方法及装置的客观性和有效性，本发明提供一实施例将该方法与相关装置应用于棉花秸秆的常规水蒸气气化和常规厌氧消化利用技术中，对其造成的环境影响进行对比评价，具体计算步骤与结果如下：
s1，确定生物质能利用技术的核心计算参数。
一些实施例中，该核心计算参数包括：不同生物质能利用技术下对应的生物质原料转化率、目标能源产品的产率、目标能源产品的热值和转化副产物中不同元素的污染物含量。
本实施例中，针对棉花秸秆的常规水蒸气气化利用技术和常规厌氧消化利用技术，获取相关核心参数，经前期实验研究发现，该棉花秸秆元素组成以及两种技术的核心技术参数如表1、表2、表3所示。
表1秸秆元素组成表
表2气化技术核心参数
表3厌氧消化技术核心参数
s2，建立生物质能利用技术所涉及到的污染物排放影响因子表。
一些实施例中，该步骤包括：
根据不同污染物的危害程度或评估方对不同污染物的重视程度，建立污染物排放影响因子表。
进一步的，不同污染物的危害程度可由处理不同污染物的税费成本进行定量，评估方对不同污染物的重视程度可由专家论证估值。
本实施例中，依据2018年1月1日起实行的《中华人民共和国环境保护税法》中不同污染物的当量值表折算得到的污染物排放因子表如表4所示。
表4污染物排放因子表
s3，根据上述核心计算参数和污染物排放影响因子表计算碳减排项cr。
一些实施例中，碳减排项cr由单位质量生物质原料所产生的能源产品按热值折算成相当的标准煤，再由标准煤燃烧过程的二氧化碳排放量代表生物质能源产品的碳减排量，再乘以对应的排放因子得到。碳减排项cr具体计算公式如下：
式中，ct为该生物质能利用技术原料转化率，单位为无量纲；yt为单位质量生物质原料生产目标能源产品的产率，单位为kg目标能源产品/kg生物质；ht为目标能源产品的热值，单位为kj/kg目标能源产品；hc为标准煤热值，单位为kj/kg标准煤；pc为单位质量标准煤完全燃烧尾气中二氧化碳质量，单位为kg二氧化碳/kg标准煤；ec为二氧化碳排放影响因子，由s2所述污染物排放因子表查得，单位为kg二氧化碳-1。
本实施例中，对于棉花秸秆气化技术的碳减排项crg计算过程如下：
对于棉花秸秆厌氧消化技术的碳减排项cra计算过程如下：
s4，根据上述核心计算参数和污染物排放影响因子表计算主反应排放项me。
一些实施例中，主反应排放项me以单位质量生物质向目标能源产品转化过程主反应中产生的各种污染物质量乘以对应的排放因子算得。主反应排放项me具体计算公式如下：
式中，pi为通过该生物质能利用技术主反应转化生物质原料，每转化单位质量生物质原料所产生的含i元素污染物的质量，单位为kgi/kg生物质；ei为含有i元素的污染物的排放影响因子，由s2所述污染物排放因子表查得，单位为kgi-1。
一些实施例中，主反应排放项me在含有某元素i的污染物产率不明时，以元素百分含量为基准按下式计算：
式中，ci为i元素在生物质原料中的质量分数，此处忽略c元素，单位为kgi0/kg生物质；mi为i元素以污染物形态存在时，i元素在该种污染物中的质量分数，若i元素存在多种化合物污染物，则以s2所述污染物排放因子表中存在的污染物为准，此处忽略c元素，单位为kgi0/kgi。
本实施例中，对于棉花秸秆气化技术的主反应排放项meg，由于秸秆原料中n、s两种污染物元素形成的最终污染物形态未知，因此根据表4视为最终生成so2与no2，主反应排放项meg计算过程如下：
对于棉花秸秆厌氧消化技术的主反应排放项mea，秸秆原料中n、s两种污染物元素形成的最终产物分别为n2与h2s，且其产率根据表3已知，因此其主反应排放项mea计算过程如下：
s5，根据上述核心计算参数和污染物排放影响因子表计算剩余物排放项re。
一些实施例中，剩余物排放项re以单位质量生物质向目标能源产品转化过程未经主反应转化的原料量乘以对应的排放因子算得。剩余物排放项re具体计算公式如下：
re＝(1-ct)×er
式中，er为未经主反应转化的生物质的排放影响因子，单位为kg生物质-1。且，er不明确时，er计算公式如下：
式中，cc为生物质原料中c元素的质量分数，单位为kgc/kg生物质；mc为c元素在co中的质量分数，单位为kgc/kgco；ec为co的排放影响因子，单位为kgco-1；ci为i元素在生物质原料中的质量分数，此处忽略c元素，单位为kgi0/kg生物质；mi为i元素以污染物形态存在时，i元素在该种污染物中的质量分数，若i元素存在多种化合物污染物，则以s2所述污染物排放因子表中存在的污染物为准，此处忽略c元素，单位为kgi0/kgi。
本实施例中，对于棉花秸秆气化技术的剩余物排放项reg，由于未明确规定剩余物排放影响因子，因此计算过程如下：
对于棉花秸秆厌氧消化技术的剩余物排放项rea，由于未明确规定剩余物排放影响因子，因此计算过程如下：
s6，根据碳减排项cr、主反应排放项me和剩余物排放项re计算综合环境影响因子ef。
一些实施例中，综合环境影响因子ef具体计算公式如下：
ef＝-cr+me+re
本实施例中，对于棉花秸秆气化技术环境影响因子efg，计算过程如下：
efg＝-crg+meg+reg
＝-0.054+0.059+0.020
＝0.025
对于棉花秸秆厌氧消化技术环境影响因子efa，计算过程如下：
efa＝-cra+mea+rea
＝-0.021+0.011+0.053
＝0.043
s7，对比不同生物质能利用技术所得到的综合环境影响因子值值的大小判断该生物质能利用技术对环境影响的强弱。
一些实施例中，该步骤表现为：
ef为正值代表该生物质能利用技术下污染物排放带来的负面环境影响大于其碳减排带来的正面环境影响，该技术整体表现出负面环境影响，且ef绝对值越大表示其负面环境影响越强；
ef为负值代表该生物质能利用技术下污染物排放带来的负面环境影响小于其碳减排带来的正面环境影响，该技术整体表现出正面环境影响，且ef绝对值越大表示其正面环境影响越强。
本实施例中，由上述计算结果，显然，棉花秸秆常规水蒸气气化利用技术与常规厌氧消化利用技术的环境影响因子ef均为正值，说明两种技术污染物排放所造成的环境负面影响均大于碳减排所造成的环境正面影响；常规水蒸气气化利用技术环境影响因子efg小于常规厌氧消化利用技术环境影响因子efa，说明相对而言常规水蒸气气化利用技术造成的环境负面影响小于常规厌氧消化利用技术造成的环境负面影响。
基于上述评估生物质能利用技术对环境影响的方法，本发明另一实施例还提供了一种评估生物质能利用技术对环境影响的装置，包括：
输入模块，输入所确定的不同生物质能利用技术的核心计算参数，包括该不同生物质能利用技术下对应的生物质原料转化率、目标能源产品的产率、目标能源产品的热值和转化副产物中不同元素的污染物含量；
数据存储模块，存储上述所确定的不同生物质能利用技术的核心计算参数，以及污染物排放影响因子表；
计算模块，根据上述数据存储模块中参数计算环境影响因子；
输出模块，对上述计算模块得到的环境影响因子进行评价得到不同生物质能利用技术对环境影响的强弱，并输出该评价结果。
基于以上实施例，本评估生物质能利用技术对环境影响的装置中：
输入模块输入上述表1、表2、表3所示的棉花秸秆元素组成以及针对该棉花秸秆的常规水蒸气气化利用技术和常规厌氧消化利用技术两种技术的核心技术参数；
数据存储模块存储上述输入参数，以及上述表4所述污染物排放因子表；
计算模块根据上述方法中流程完成环境影响因子的计算，在此不做赘述；
最后输出模块输出上述两种利用技术对环境影响的评估结果。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。