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垃圾发电、风电、光伏项目节能减排计算方法及效果分析

放大字体  缩小字体 发布日期:2019-09-11 09:21:37   浏览次数:87
核心提示:2019年09月11日关于垃圾发电、风电、光伏项目节能减排计算方法及效果分析的最新消息:固废网讯:一、风电、光伏、垃圾发电项目节能效益分析(一)“能源”的定义和“节能”的本质能源是指“煤炭、石油、天然气、生物质能和电力、热力以及其他直接或者通过加工、转换而取得有用能的


固废网讯:一、风电、光伏、垃圾发电项目节能效益分析

(一)“能源”的定义和“节能”的本质能源是指“煤炭、石油、天然气、生物质能和电力、热力以及其他直接或者通过加工、转换而取得有用能的各种资源”¹。针对这一类资源要本着“节约与开发并举、把节约放在首位”的基本原则²。那么到底哪一类资源需要节约、哪一类资源需要开发?根据上述能源的定义,把能源细化分解为一次性能源和可再生能源两大类:1.一次性能源以煤炭、石油、天然气等化石类资源为代表。任何工业生产活动首先要以节约一次性能源为主要目标,以尽力延缓这类资源过快的消耗速度;2.可再生能源所涵盖的范围为风能、太阳能、水能、生物质能、地热能、海洋能等非化石能源³,针对这一类资源,国家界定的法律地位为:(1)“国家鼓励、支持开发和利用新能源、可再生能源”⁴;(2)“国家将可再生能源的开发利用列为能源发展的优先领域”并“鼓励各种所有制经济主体参与可再生能源的开发利用”⁵。由此可见,一次性能源要以节约为本,可再生能源要以开发利用为本,因为他能够减缓地球上所剩不多化石类资源的消耗速度,这才是节能的本质。

(二)风电、光伏、垃圾发电项目节能效益计算方法

风力发电、光伏发电、生活垃圾发电都属于可再生能源,其中,生活垃圾发电在国家《可再生能源产业发展指导目录》中归属于生物质能发电。这些发电方式节能效益是指他们替代一次性能源等值发电量所消耗的化石类资源总量,统一折合成的标煤(7000千卡/千克)消耗量⁶,也就是他们的节能量。基于以上能源替代思想,我们以年为统计周期,得出的“年节能量”计算方法为:

1.风电、光伏发电项目“年节能量”计算

公式1:年节能量(风电或光伏)=当年上网电量×当年全国煤电平均供电煤耗

公式中,“全国煤电平均供电煤耗”取值,可参考中电联每年公开发布的《中国电力行业年度发展报告》统计数据,例如:2019年发布的《报告》指出:“2018年,全国6000千瓦及以上火电厂平均供电标准煤耗307.6克/千瓦时”。

根据上述计算公式,以国内某企业风电、光伏总装机容量为例,计算出的2018全年节能量为97万吨(标煤)/年,如表1:

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表1 某企业风电光伏2018年全年节能贡献量

2.垃圾发电项目“年节能量”计算公式生活垃圾焚烧转换的电能,本身并没有消耗一次能源,其节能量计算方法也跟上述风电光伏一样,只是需要减去焚烧过程中消耗的一次能源量(折合后的标煤量),如:掺烧的煤炭(只针对循环流化床焚烧炉)、启机时消耗的柴油或天然气等。由此提出的垃圾发电项目节能计算公式如下:

公式2:年节能量(垃圾发电)=当年上网电量×当年全国煤电平均供电煤耗-垃圾发电过程所消耗一次能源折算成标煤的年耗量

公式中,“垃圾发电过程所消耗一次能源折算成标煤的年耗量”主要指的是“炉排炉”机组点火启机时消耗的柴油或天然气折合成的标煤年耗量;如果炉型为循环流化床时,还需要减去掺烧煤炭折合成的标煤年耗量。

根据上述计算公式,我们以国内某垃圾发电项目为例,计算出的2017全年节能量如下:

(1)全年节能贡献量计算国内某垃圾发电厂装有4×600吨/日的生活垃圾处理规模“炉排炉”生产线,每年节能量计算如下:

①该厂2017年一共处理垃圾95万吨,全年上网电量2.8亿千瓦时(相当于每吨垃圾上网电量为295千瓦时),等效代替的标煤发电消耗量为:

2.8亿千瓦时/年×0.3076千克/千瓦时=86128吨/年

②垃圾电厂在启机过程中需要消耗一定量的一次能源柴油或天然气,该厂以消耗柴油为主,全年消耗柴油量为82吨/年,《综合能耗计算通则》给定的柴油折标系数为:

1 kg(柴油)=1.4571 kgce(标煤)

那么以此折算后的标煤年耗量为:82×1.4571=119吨/年

③该厂焚烧炉的炉型为“炉排炉”,本身不掺烧煤炭,那么全年节能量为:

86128-119=86681吨/年=8.6万吨(标煤)/年

(2)吨垃圾节能量计算由上述结果计算出的垃圾发电厂吨垃圾节能量为:

8.6万吨(标煤)/年÷95万吨(垃圾)=0.09吨(标煤)/吨(垃圾)

二、风电、光伏、垃圾发电项目减排效果分析

节能和减排是两个概念,如前所述,“节能”指的是节约一次性能源;而“减排”指的是减少工业生产过程中污染物的排放量及温室气体的排放量,例如,在火电行业排放的烟气中,主要污染物有二氧化硫、氮氧化物,主要温室气体有二氧化碳等。需要说明的是,对于发电项目而言,判断一个项目是否减排,并不是指这个项目本身有没有排放,而是首先需要确立减排概念的“基准线”。这个“基准线”可以在参考清洁发展机制(CDM)《马拉喀什协定》关于“温室气体基准线”概念的基础上,拓展应用于所有污染物排放方面,即:“减排基准线”是一种假设的情景,合理地代表在没有这个项目活动时出现的污染物排放量和温室气体排放量。基于此,在判断风电、光伏、垃圾发电项目的减排效果时,首先假设没有这些项目时,人类需求的电力全部由燃烧煤炭的火力发电项目所提供,那么燃煤火力发电项目的污染物及温室气体排放强度即为“基准线”,而风电、光伏、垃圾发电排放量如果低于这个“基准线”水平,那么这些项目就有着确定的减排效果和潜在的减排收益。

(一)风电、光伏发电项目减排效果计算方法

风力发电、光伏发电生产过程本身不向外界排放任何污染物和温室气体(全生命周期的污染物和温室气体的排放主要集中在风电机组或光伏板等原材料的生产环节,但参考清洁发展机制(CDM)规则和程序,并不要求考虑上游活动产生的排放,而且这个排放量很小,例如风电项目碳排放强度约为6克/千瓦时7,所以这部分排放可以忽略不计)。这类可再生能源的减排量,广义上是指其发电量等量置换成煤炭发电时,向外界(大气环境、水环境、土壤环境等)排放的所有污染物和温室气体的质量。一般情况下,只考虑置换成煤炭发电烟气排放时二氧化硫(SO2)的减排量、氮氧化物(NOx)的减排量、以及温室气体二氧化碳(CO2)的减排量。

计算公式如下(以年为统计期):

1.风电、光伏项目年减排量计算公式

公式3:全年减排量(风电或光伏)=全年上网电量×煤电污染物(或温室气体)排放强度

其中,污染物(或温室气体)排放强度指的是度电污染物(或温室气体)排放量,这个数值也可从中电联每年更新的公开资料中提取,例如,中电联2019年《中国电力行业年度发展报告》公布的2018年全年煤电SO2、NOx、CO2排放强度如表2:

91.png

表2 2018年全年煤电烟气污染物排放强度(克/千瓦时)

2.国内某企业风电光伏总装机容量全年减排贡献量由上述公式计算的国内某企业目前装机容量的减排贡献量如表3:

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表3 某企业风电、光伏板块2018年全年减排贡献量(吨)

(二)垃圾发电项目减排效果计算方法

垃圾发电到底有没有污染物减排效果和温室气体减排效果?这要从垃圾发电项目自身的污染物、温室气体排放强度与煤电项目污染物、温室气体排放强度的对比差值进行衡量。

1.垃圾发电烟气排放污染物SO2、NOx的减排计算为便于分析和说明,我们仍以上述国内某厂4×600吨/日垃圾发电项目为例,分两种情况说明垃圾发电项目烟气排放SO2、NOx污染物排放强度。

(1)污染物按照国家标准顶格排放时:该厂2017全年上网电量2.8亿千瓦时、全年烟气排放总量为26亿Nm3,当该项目按照国家《生活垃圾焚烧污染物控制标准》(GB18485-2014)进行顶格排放时,即SO2排放限值为80mg/Nm3、NOx排放限值为250mg/Nm3时:全年SO2顶格排放量=80mg/Nm3×26亿Nm3=208吨SO2顶格排放强度(即度电SO2排放量)=208吨/2.8亿千瓦时=0.74克/千瓦时全年NOx顶格排放量=250mg/Nm3×26亿Nm3=650吨NOx顶格排放强度(即度电NOx排放量)=650吨/2.8亿千瓦时=2.32克/千瓦时通过上述计算结果可以看出:与煤电实际运行时的污染物排放强度相比,垃圾发电项目按国家标准顶格排放时,是没有减排效果的。(2)垃圾发电实际运行时全年污染物排放强度:该厂2017年实际运行时全年SO2排放量41.2吨、全年NOx排放量466.7吨,

那么:全年SO2排放强度=41.2吨/2.8亿千瓦时=0.15克/千瓦时

全年NOx排放强度=466.7吨/2.8亿千瓦时=1.67克/千瓦时

上述计算结果与煤电2018年6000千瓦以上煤电机组平均排放强度(SO2煤电排放强度0.2克/千瓦时、NOx煤电排放强度0.19克/千瓦时)相比,垃圾发电SO2排放具备一定的减排效果,

全年减排量为:(0.2克/千瓦时-0.15克/千瓦时)×2.8亿千瓦时=14吨/年而垃圾发电NOx排放不具备减排效果,

全年增排量为:(1.67克/千瓦时-0.19克/千瓦时)×2.8亿千瓦时=414吨/年

2.垃圾发电烟气排放温室气体CO2的减排计算

针对垃圾发电温室气体CO2的减排计算,我们首先建立公式如下:

公式4:R(垃圾发电CO2年减排量)=G×Q1-Q2+Q3

公式中:G为垃圾发电项目全年上网电量;

Q1为单位煤电发电量CO2的排放量(841克/千瓦时);

Q2为垃圾发电自身排放的CO2的质量;

Q3为生活垃圾露天填埋时产生的沼气量折算成CO2的排放量。

(1)Q2取值方法首先,确定垃圾电厂自身排放CO2的全年数值。由于垃圾发电国家标准中并没有给予CO2的排放限值,致使全国垃圾发电板块鲜有报导CO2的实际排放监测数据,我们只能根据文献给出的数据来参考:根据IPCC发布的一篇关于温室气体国家排放清单编制实践的指导文献,焚烧1吨生活垃圾CO2排放量在0.7~1.2吨之间8。本文取值为1吨(CO2)/吨垃圾,那么,仍以国内某垃圾电厂4×600吨/日处理规模2017全年实际运行为例,该厂全年处理垃圾量为95万吨,相当于自身排放温室气体CO2总量为95万吨(CO2)/年。

(2)Q3取值说明Q3的取值,基于这样一种前提:一个地方垃圾发电项目建设前,该地方的垃圾处理方式采取的是露天填埋方式,而且露天堆积区域没有设置沼气回收利用设施,产生的沼气(CH4)随意排向大气环境,而沼气是一种强度远超CO2的温室气体。1990年,联合国“政府间气候变化委员会”(Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC)引入了“全球变暖潜能”(Global Warming Potential,GWP)的概念,指某一单位质量的温室气体在一定时间内相对于CO2的累积辐射力。

我们由此可以确定并比较各种温室气体在温室效应方面的相对强度。

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表4 主要温室气体潜能值

根据磐石环境与能源研究所给出的数据,生活垃圾露天填埋产生的沼气排向大气环境后,折算成相当于排放CO2量为1.108吨(CO2)/吨垃圾9。也就是说,假设一个地方每年填埋95万吨的生活垃圾,沼气没有回收利用,

那么相当于每年向大气环境排放的沼气折算成的CO2排放量为:

Q3=95万吨/年×1.108=105万吨(CO2)/年

那么,当这个地方的生活垃圾处理方式由露天填埋改成垃圾焚烧发电后,沼气的排放不复存在,相应地由露天填埋时折算的CO2年排放总量变成了垃圾焚烧发电的碳减排贡献量,并参与到公式4的计算之中。

(3)由上述公式和数据计算的4×600吨/日垃圾发电厂全年CO2减排量为:

R(4×600吨/日垃圾发电CO2年减排量)=2.8亿千瓦时×841克/千瓦时-95万吨+105万吨10万吨(CO2)/年

(4)相当于吨垃圾温室气体减排量为:

10万吨(CO2)/95万吨(垃圾处理量)=0.11吨(CO2)/吨(垃圾)

3.关于垃圾发电碳减排效果的争议

一部分学者和文献认为垃圾发电板块不具备碳减排作用,笔者认为应该区别对待。正如前文所述,如果当地垃圾发电项目上马之前,其露天填埋场没有沼气回收利用设施,那么垃圾发电项目具备确定的碳减排作用和年减排总量;

如果当地露天填埋场已经安装了沼气回收利用设施,意味着作为温室气体的沼气并没有向大气环境排放,那么当地垃圾发电方式代替露天填埋方式后,垃圾发电的碳排放效果将表现为“增排”而不是“减排”,仍以4×600吨/日垃圾发电计算的CO2年增排量为:

2.8亿千瓦时×841克/千瓦时-95万吨=95万吨

三、结论

1.可再生能源板块的年节能量可用于项目所在地政府工业综合能耗指标的减值计算。                                       

例如:2017年,国内某省规模以上工业综合能耗1078.99万吨标煤10,当地2400吨/日处理规模垃圾发电生产线的年节能贡献值就达8.7万吨(标煤)/年,相当于能够为全省工业综合能耗拉低0.8%的贡献。

2.截至2018年底,风电、光伏板块的度电节能量可取值307.6克/千瓦时;垃圾发电板块以垃圾处理量计,每吨垃圾节能量为0.09吨(标煤)/吨(垃圾)。

3.企业投资、建设、运营具有节能属性的可再生能源项目,可利用国家政策,获得国家和地方政府的节能专项基金奖励,《中华人民共和国节约能源法》(2016年7月修订)第六十条规定“中央财政和省级地方财政安排节能专项资金,支持节能技术专项开发、节能技术和产品的示范与推广、重点节能工程的实施、节能宣传培训、信息服务和表彰奖励等”。

4.国家财政部2015年5月印发的《节能减排补助资金管理暂行办法》中,第二条显示“本办法所称节能减排专项资金,是指通过中央财政预算安排,用于支持节能减排方面的专项资金”。

5.风电、光伏发电同时具备确定的减排效能,这个效能可用于地方污染物总量的控制,对企业来讲,生产运营后可获得部分指标潜在的减排收益(有赖于国内污染物交易机制的逐步形成)。

6.垃圾发电代替无沼气回收设施的露天填埋方式时,在温室气体CO2方面有着确定的减排效能,垃圾减排强度约为0.11吨(CO2)/吨(垃圾),并能获得潜在的碳减排收益。

7.垃圾发电中,NOx排放在当前国标限值范围内,有一定程度的增排量,这个增排量不必引起恐慌,因为其发电占比极小,一般在地方的占比不超过1%,导致NOx排放的绝对量占比也极其微小。

8.垃圾发电板块针对SO2的排放水平,如果按照国标(GB18485-2014)顶格排放,其度电排放量(0.74克/千瓦时)超过2018年6000千瓦火电机组平均度电排放量(0.2克/千瓦时),就没有减排效能。但实际运行时SO2度电排放量(0.15克/千瓦时)远低于国标限值,在这种情况下,垃圾发电也具备确定的SO2减排效能,并能用于地方的污染物总量控制贡献中。9.垃圾发电板块的首要功能是促进生活垃圾的减量化,避免生活垃圾传统堆放、随意堆放、露天焚烧而占用和污染大量的土地、污染周边大气环境、地表水和地下水,不能因为可以控制的烟气污染物排放水平的高低而放弃垃圾发电技术的应用。

四、展望

节约能源作为我国的一项基本国策,其推行有着深刻而长远的意义,为科研工作者争取出更多的时间去寻找、去开发崭新的、足量的能源替代方式。由此可见,如果节约能源能够唤起世界范围内科研工作者以历史的危机感和紧迫感去积极寻找新能源的研究热情,而不是号召让人类返回到原始的生活方式、生产方式和交通方式,这才能够真正显示出节约能源带给人类的巨大魅力。广义来讲,新能源方式绝不仅指风能、太阳能、生物质能等的利用,因为这种能源利用方式相当有限,完全满足不了地球上将来可能达到100亿以上人口对于衣、食、住、行等等方面的需求。去寻找一种地球上含量丰富的、廉价的物质,例如:水(因为水分子里包含着两个氢原子和一个氧原子),通过简单的方法将其转换为可利用的能源。那么,人类未来的能源真就像地球上的海水一样取之不尽,用之不竭了。

参考文献:

[1] 《中华人民共和国节约能源法》第二条.

[2] 《中华人民共和国节约能源法》第四条.

[3] 《中华人民共和国可再生能源法》第二条.

[4] 《中华人民共和国节约能源法》第七条.

[5] 《中华人民共和国可再生能源法》第四条.

[6] 蔡贵珍,王莹,黄家文,徐成剑.风电工程节能减排环境效益计算方法探讨.人民长江.2009, 41(15):23-26.

[7] 孙伟,周磊.“十二五”时期我国发展绿色经济的对策思考.《湖北社会科学》.2012年第8期.

[8] Johnke, B. (1999). “Emissions from waste incineration”. Background paper for Expert meeting on good practice in inventory preparation : emissions from waste. IPCC/OECD/IEA National Greenhouse Gas Inventories Programme, (Unpublished TSU, Japan).

[9] 磐石环境与能源研究所.《错误的激励:中国生活垃圾焚烧发电与可再生能源电力补贴研究》.北京:2014.

[10] 海南省统计局资料管理中心.《2017年海南规模以上工业能耗情况分析》.

http://www.hainan.gov.cn/hn/zwgk/tjdc/hntj/dcfx/201801/t20180131_2541666.html.

原文首发于《电力决策与舆情参考》2019年7月12日第26期

风电、光伏、垃圾发电项目节能减排计算方法及效果分析王建军 秦建州(中电国际新能源控股有限公司)

原标题:风电、光伏、垃圾发电项目节能减排计算方法及效果分析

 
关键词: 节能减排 能源 中华人民共和国节约能源法 能源强度 光伏 新能源 可再生能源 项目分析 节能 环境保护 垃圾焚烧发电厂 千瓦时 环境污染 nox



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