一种基于生命周期评价的海上风电场环境影响评估方法与流程

1.本发明涉及生命周期评价领域，具体是涉及一种基于生命周期评价的海上风电场环境影响评估方法。


背景技术：

2.全球经济飞速发展，人们对能源的需求也与日俱增。由此引发的资源能源短缺与环境污染等问题受到了全世界的关注。能源危机已成为全世界需要共同面对的难题。为适应全球气候变化背景下的转型发展，我国需要大力发展清洁能源、加快能源结构调整。风电是风能的主要利用形式，具有成本低、清洁且效益显著的优势。此外，海上风电项目通常靠近经济比较发达的地区，即靠近用电负荷中心，风电更加容易进行并网消纳。
3.但海上风电场全生命周期中，不仅在材料生产阶段、施工过程直接或间接地消耗各种能源、资源、排放环境污染物，在其运营维护阶段以及废弃拆除过程也伴随着大量资源、能源的消耗和各种污染物的排放，要完整地反映这一系列过程对生态环境的影响，迫切需要一种科学、结果可靠、实用性强的综合量化评价方法。
4.生命周期评价方法作为一种定量评价产品或工艺系统整体环境负荷的环境管理工具，可以全面地分析考虑海上风电场生命周期过程中不同阶段、不同因素对环境的影响。目前，生命周期评价法在海上风电场领域的应用较少，因此，需要完善国内海上风电场的生产制造清单，量化分析海上风电场全生命周期各阶段资源能源消耗和环境影响，识别重点环境影响因子，对关键参数开展敏感性分析，为未来中国风电产业的可持续发展提供科学参考。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于针对海上风电场全生命周期中所带来的环境影响问题，提供用于客观、定量、综合对海上风电场资源能源消耗和环境影响进行评价，从而为风电产业可持续发展和清洁能源标准的设定做出贡献的一种基于生命周期评价的海上风电场环境影响评估方法。
6.本发明包括以下步骤：
7.1)确定评价的功能单位与系统边界，根据海上风电场生命周期涉及的重要阶段，将海上风电场整个生命周期过程分为n个阶段，其中，n的取值范围为3
‑
6；
8.2)结合实际情况，收集海上风电场生命周期不同阶段输入、输出的各种物料、能源投入和污染物排放清单数据；
9.3)采用过程清单分析方法对海上风电场生命周期环境影响因子进行汇编和量化，计算海上风电场生命周期的环境影响负荷；
10.4)对比分析海上风电场在生命周期不同阶段、不同环境影响类型所占环境影响总负荷值的比重，贡献越大则影响越大；
11.5)开展敏感性分析，以评估海上风电场全生命周期中不同参数变化引起的环境影
响变化率。
12.在步骤1)中，所述海上风电场生命周期涉及的重要阶段包括：风机生产与运输阶段、风电场建设阶段、运营维护阶段和废弃处置阶段；
13.所述风机生产与运输阶段包括：化工产品和金属等原材料的生产与运输，如玻璃纤维、环氧树脂、钢铁等；将原材料制造成叶轮、机舱、塔筒和电缆线等零部件，并运输至风电场区域等；
14.风电场建设阶段包括：建筑材料的生产与运输；风机设备吊装和固定；将建筑材料用于风机基础、海缆敷设、码头与道路、110kv升压站以及送出线路等方面的施工；所述建筑材料包括混凝土、砂石、钢筋等；
15.运营维护阶段包括:零部件更换和维修；耗油添加；往返风电场的维修材料与维修人员在内的交通运输等；
16.废弃处置阶段包括：风机组件拆解；废弃零部件处置；金属材料的回收处理等。
17.在步骤3)中，所述采用过程清单分析方法对海上风电场生命周期环境影响因子进行汇编和量化，计算海上风电场生命周期的环境影响负荷，进一步包括以下子步骤：
18.步骤3
‑
1：将步骤2)中收集的海上风电场生命周期资源能源投入、污染物排放清单数据划分到不同环境影响类型中；
19.步骤3
‑
2：针对每种环境影响类型，选择该环境影响类型中的一种污染物作为参照污染物，以该污染物的当量系数为1，其他污染物按照当量系数进行转换并汇总，得到每组环境影响类型的特征化结果；
20.步骤3
‑
3：对不同阶段每种环境影响类型特征化结果进行标准化处理，并按照各种环境影响类型的权重进行加权处理，得到海上风电场生命周期内不同阶段的环境影响潜值；
21.步骤3
‑
4：将所有阶段的环境影响类型潜值相加，得到海上风电场生命周期总环境影响负荷。
22.进一步地，在步骤3
‑
1中，所述环境影响类型包括：矿产资源消耗潜值、化石燃料消耗潜值、全球变暖潜值、酸化潜值、水体富营养化潜值、光化学烟雾潜值和臭氧层消耗潜值、人类毒性潜值、淡水生态毒性潜值、海洋生态毒性潜值、陆地生态毒性潜值中的至少一种。
23.在步骤5)中，所述开展敏感性分析以评估海上风电场全生命周期中不同参数变化引起的环境影响变化率包括：确定海上风电场全生命周期的环境影响主要来源，选取重要参数进行敏感性分析，探讨相同变化率下各参数变动结果中各环境影响类型的影响。
24.本发明以iso14040提供的生命周期评价技术框架为依据，采用单元过程清单分析方法对海上风电场生命周期环境影响进行量化，对海上风电场从风机生产与运输、风电场建设、运营维护到废弃处置等阶段的全生命周期中环境影响进行评价。采用本发明的海上风电场生命周期环境影响评价方法，可以定量、客观、综合的评价海上风电场生命周期中不同阶段的资源能源消耗和环境负荷，分析得到海上风电场的关键影响因子和环境影响类型，从而为我国风电产业可持续发展和清洁能源标准的设定提供科学参考。
附图说明
25.图1为本发明实施例海上风电场生命周期评价的系统边界。
具体实施方式
26.以下参考本发明优选实施例对本发明技术方案做进一步描述，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，这些实施例为示例性描述，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。
27.本发明包括以下步骤：
28.步骤1：确定评价的功能单位与系统边界，根据海上风电场生命周期涉及的重要阶段，将海上风电场整个生命周期过程分为n个阶段，其中，n的取值范围为3
‑
6；所述海上风电场生命周期涉及的重要阶段包括：风机生产与运输阶段、风电场建设阶段、运营维护阶段和废弃处置阶段；所述风机生产与运输阶段包括：化工产品和金属等原材料的生产与运输，如玻璃纤维、环氧树脂、钢铁等；将原材料制造成叶轮、机舱、塔筒和电缆线等零部件，并运输至风电场区域等；风电场建设阶段包括：建筑材料的生产与运输；风机设备吊装和固定；将建筑材料用于风机基础、海缆敷设、码头与道路、110kv升压站以及送出线路等方面的施工；所述建筑材料包括混凝土、砂石、钢筋等；运营维护阶段包括:零部件更换和维修；耗油添加；往返风电场的维修材料与维修人员在内的交通运输等；废弃处置阶段包括：风机组件拆解；废弃零部件处置；金属材料的回收处理等。
29.步骤2：结合实际情况，收集海上风电场生命周期不同阶段输入、输出的各种物料、能源投入和污染物排放清单数据；
30.步骤3：采用过程清单分析方法对海上风电场生命周期环境影响因子进行汇编和量化，计算海上风电场生命周期的环境影响负荷；
[0031]3‑
1：将步骤2)中收集的海上风电场生命周期资源能源投入、污染物排放清单数据划分到不同环境影响类型中；所述环境影响类型包括：矿产资源消耗潜值、化石燃料消耗潜值、全球变暖潜值、酸化潜值、水体富营养化潜值、光化学烟雾潜值和臭氧层消耗潜值、人类毒性潜值、淡水生态毒性潜值、海洋生态毒性潜值、陆地生态毒性潜值中的至少一种。环境影响类型及其单位见表1。
[0032]
表1 环境影响类型及其单位
[0033]
[0034]3‑
2：针对每种环境影响类型，选择该环境影响类型中的一种污染物作为参照污染物，以该污染物的当量系数为1，其他污染物按照当量系数进行转换并汇总，得到每组环境影响类型的特征化结果；
[0035]3‑
3：对不同阶段每种环境影响类型特征化结果进行标准化处理，并按照各种环境影响类型的权重进行加权处理，得到海上风电场生命周期内不同阶段的环境影响潜值；
[0036]3‑
4：将所有阶段的环境影响类型潜值相加，得到海上风电场生命周期总环境影响负荷。
[0037]
步骤4：对比分析海上风电场在生命周期不同阶段、不同环境影响类型所占环境影响总负荷值的比重，贡献越大则影响越大。
[0038]
步骤5：开展敏感性分析，以评估海上风电场全生命周期中不同参数变化引起的环境影响变化率；包括：确定海上风电场全生命周期的环境影响主要来源，选取重要参数进行敏感性分析，探讨相同变化率下各参数变动结果中各环境影响类型的影响。
[0039]
以下以福清兴化湾海上风电场的生命周期评价为例做详细说明，具体步骤如下：
[0040]
1.确定评价的功能单位与系统边界：
[0041]
选用海上风力发电1kwh作为功能单位。系统边界包括海上风电场从“摇篮”到“坟墓”的四个阶段：风机生产与运输阶段s1、风电场建设阶段s2、运营维护阶段s3和废弃处置阶段s4，并考虑上游能源、主要原料的生产，如图1所示。
[0042]
风机生产与运输阶段s1包括：化工产品和金属等原材料的生产与运输，如玻璃纤维、环氧树脂、钢铁等；将原材料制造成叶轮、机舱、塔筒和电缆线等零部件，并运输至风电场区域。
[0043]
风电场建设阶段s2包括：建筑材料(混凝土、砂石、钢筋等)的生产与运输；风机设备吊装和固定；将建筑材料用于风机基础、海缆敷设、码头与道路、110kv升压站以及送出线路等方面的施工。
[0044]
运营维护阶段s3包括:零部件更换和维修；耗油添加；往返风电场的维修材料与维修人员在内的交通运输。
[0045]
废弃处置阶段s4包括：风机组件拆解；废弃零部件处置；金属材料的回收处理等。
[0046]
2.列出海上风电场生命周期环境影响清单：
[0047]
通过对各阶段输入、输出的各种物料、能源和环境排放数据进行收集计算并分类汇总，得到海上风电场生命周期清单列表(表2所示)。
[0048]
表2 海上风电场生命周期清单表
[0049][0050]
3.量化海上风电场生命周期的环境影响负荷：
[0051]
选取矿产资源消耗、化石燃料消耗、全球变暖、水体富营养化、酸化、光化学烟雾、臭氧层消耗、人类毒性、海洋生态毒性、淡水生态毒性和陆地生态毒性11类环境影响类型。采用cml2001
‑
jan.2016模型对环境影响类型进行分类，并计算得到特征化结果(表3)。
[0052]
表3 海上风力发电1kwh全生命周期环境影响特征化结果
[0053][0054]
根据特征化结果，进行标准化，使其量化为同一标准下的无量纲物理量，并赋予各环境影响类型权重，得到各阶段以及总的环境影响负荷。
[0055]
其中，标准化计算如下式：
[0056]
n
i
＝s
i
/r
i
[0057]
式中：ni——第i种环境影响类型标准化结果；
[0058]
si——第i种环境影响类型特征化结果；
[0059]
ri——第i种环境影响类型所对应的基准值。
[0060]
进一步地，根据生命周期影响评价结果，对比分析功能单位下海上风电场在生命周期不同阶段、不同环境影响类型所占环境影响总负荷值的比重。
[0061]
4.开展敏感性分析：
[0062]
分析海上风电场全生命周期的环境影响主要来源，针对各重点参数进行敏感性分析，使每个项目投入增加1％，讨论对结果中各环境影响指标的影响(表4)。
[0063]
表4海上风电场各重点项目投入增加1％时的环境影响变化
[0064][0065]
本发明以iso14040提供的生命周期评价技术框架为依据，采用单元过程清单分析方法对海上风电场生命周期环境影响因子进行量化，对海上风电场从风机生产与运输、风电场建设、运营维护到废弃处置等阶段的全生命周期中资源能源消耗和环境影响进行评价。
[0066]
上述实施例仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。