基于LCA的水稻秸秆热解经济与环境效益分析 ——以江西省11个地级市为例

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当前中国已成为全球最大的原油和天然气进口国,这使得能源供应体系的风险不断增加。此外,我国于第七十五届联合国大会上提出的碳中和、碳达峰目标要求加快推进能源结构由化石能源向非化石能源转变。在此背景下,开发利用农业生物质资源的可再生能源生产技术是破解上述困境的重要举措。热解是一种国际公认的清洁有效的可再生能源生产技术,我国的农业生物质资源储量巨大,通过热解技术将其转化可利用的生物质能源,既能弥补能源缺口,又可有效实现碳中和目标。江西能源缺乏,煤矿枯竭,能源严重依赖外省输入,能源风险高,迫切需要来自内部的供应稳定的能源。同时江西农业条件良好,自古以来都是农业大省,作物种植量大,种类丰富,可为热解技术提供大量稳定供应的原料。因此,本文以江西省1 1个地级市为研究对象,选取水稻秸秆为原料,运用生命周期分析方法首次全面核算了江西各地市发展热解技术相关的生产加工环节(包括水稻种植和收获、运输和储存、工厂建设和热解操作、热解产品的使用四个环节)的碳排放、能源消耗和经济收益,利用ArcGis10.4.1绘图分析了四种热解技术(快热解、中间热解、慢热解和气化)对各地市的经济环境影响,在此基础上,运用敏感性分析法分析生产效率提高对各经济环境指标的影响大小。基于上述研究过程,本文得出以下结论:(1)中间热解技术是最适宜江西发展的热解技术,其经济环境效益均为最高,每年可为全省带来52亿元的经济净收益,生产相当于3.97千万t标准煤的电力,减少924万t CO2e(吨二氧化碳当量)排放。(2)生物炭燃烧发电的各经济环境影响比农地利用要高出许多。在碳减排效果上,两种用途的差距最高可达1358kg CO2e·t-1(相较于每吨秸秆而言);在能源消耗上,两种用途的最大差距为6442MJ·t-1;在经济收益上,两种用途的最大差距为1120¥·t-1。无论从经济或环境的角度出发,都更应将生物炭投入发电。(3)从每吨秸秆能产生的经济环境效益来看,九江和萍乡的热解效率最高;从总规模效益出发,城市的总效益受该市水稻种植规模影响,宜春和吉安的总效益最高。(4)决定碳减排效果和经济收益的环节是生物油发电,决定初级能源消耗的环节是生物炭发电,这说明在改进热解技术时应注意提高生物油和生物炭的产量及其热值含量。(5)生物炭燃烧发电比农地利用对生产效率的变化更加敏感,此外,九江、萍乡、赣州、上饶、宜春、吉安对生产效率变化相对不敏感,而南昌对生产效率的变化非常敏感,从敏感性分析的角度来说敏感性系数小的城市更适宜发展热解技术。在此研究基础上,本文提出了以下政策建议:(1)为了实现热解技术的盈利,在接下来建造热解厂时应选择经济效益更好的中间热解技术;(2)在热解厂选址时应考虑生产成本低、电力盈利高、生物质资源多的城市,比如九江、萍乡、吉安、宜春;(3)热解技术的改进应注重提高生物炭、生物油的产量和热值,例如在热解过程中加入催化剂,或者改变反应器的容量和类型;(4)在看到热解技术的前景后,下一步省政府应着手制定针对热解工厂的补贴政策,并对全省发展热解技术进行全局总体规划。
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