對馬來西亞水稻秸稈混用煤炭生命周期的評價

1、 畢業(yè)設(shè)計（論文）譯文及原稿譯文題目：對馬來西亞水稻秸稈混用煤炭生命周期的評價原稿題目：Life cycle assessment of rice straw co-firing with coal powergeneration in Malaysia原稿出處：Shafie S.M., Mahlia T.M.I.,Masjuki H.H.,Energy, 2013,57(3):284-294.浙江工業(yè)大學(xué)之江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 外文翻譯對馬來西亞水稻秸稈混用煤炭生命周期的評價引言 本文研究了使用水稻秸稈混合煤炭的措施，在馬來西亞煤電廠實施的經(jīng)濟(jì)可行性和實際可操作性，以及資金和物流的成本。水

2、稻秸稈混合燃燒對現(xiàn)有的燃煤電廠而言，是一項可以降低二氧化碳排放量，并且?guī)椭R來西亞擺脫對煤炭資源的依賴的技術(shù)。在一個像馬來西亞這樣的國家，擁有極其豐富的生物質(zhì)資源，利用生物質(zhì)秸稈煤炭也將有助于在國家燃料多樣化政策下，實現(xiàn)發(fā)展可再生能源的政府目標(biāo)。在這里我們對馬來西亞現(xiàn)有的燃煤電廠，使用的水稻秸稈混合煤炭中的水稻秸稈全生命周期進(jìn)行了環(huán)境、能量和經(jīng)濟(jì)方面的分析。在整個水稻秸稈混合煤炭的生命周期中，溫室氣體排放量與能源消耗分析，在基礎(chǔ)上決定了燃煤電廠產(chǎn)能的輸出。本文也分析了不同燃比條件下水稻秸稈的使用、運輸系統(tǒng)的費用以及解決二氧化碳排放的成本。我們發(fā)現(xiàn)，使用水稻秸稈混合煤炭在燃燒比較低的時候，減少溫

3、室氣體排放的效果是非常顯著的。1 介紹 隨著世界人口數(shù)量的增加，從產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)學(xué)方面看，我們需要將目前多樣化的能源模式轉(zhuǎn)向更多可持續(xù)再生的能源模式。在那些潛在的可持續(xù)再生的能源中，生物質(zhì)能源可能是世界上數(shù)量最多和可持續(xù)性最高的一類，每年大約有2200億噸烘烤干燥后的水稻秸稈產(chǎn)出。2011年世界水稻年產(chǎn)量為721.4噸，并且其中的90.48都來自亞洲國家。這就是說，2011年在稻田中產(chǎn)出的水稻秸稈有973.89噸之多。其中，僅有20被利用起來，而其余的都沒能被充分利用。1.1 水稻秸稈處理管理的發(fā)展 世界上每年約有80的水稻秸稈都因處置管理不當(dāng)而成為污染源。一直以來，水稻秸稈很少被作為可再生能源的來

4、源，在大多數(shù)亞洲國家最常見的處理方法是實行集中燃燒。表1列出了目前世界上各國的水稻秸稈處理方法。中國和加利福尼亞早就使用水稻秸稈作為熱量和動力能源。在中國江蘇省，一家正常規(guī)模的發(fā)電廠每產(chǎn)出12-25兆瓦電容量的電量，其中的50-60是以水稻秸稈作為燃料的?，F(xiàn)在，他們面臨的主要挑戰(zhàn)是水稻秸稈的經(jīng)濟(jì)、技術(shù)和組織的問題。在加利福尼亞，研究者集中于對利用水稻秸稈作為現(xiàn)有的生物質(zhì)鍋爐燃料的經(jīng)濟(jì)性研究。1.2 秸稈能源生產(chǎn)技術(shù)轉(zhuǎn)化 基于商業(yè)應(yīng)用，水稻秸稈直接燃燒和熱化學(xué)轉(zhuǎn)化用于發(fā)熱和發(fā)電是最有發(fā)展前景的技術(shù)。通常，通過參考文獻(xiàn)和研究資料證明，浸出水稻秸稈有顯著改善流化機(jī)床燃燒后的煤灰元素成分與熔融性的特點

5、。稻草混合煤炭的聚合問題發(fā)生在流化床燃燒室，這是對該問題進(jìn)行詳細(xì)的化學(xué)及巖石學(xué)研究報道的結(jié)果。名稱HA收獲面積(公頃)HHVCOAL 煤炭的熱值 (兆焦/千克)A活動水平HHVRS秸稈的熱值 (兆焦/千克)AS土地面積（平方千米） sC采集效率ADPP->CC 稻田到收集中心的平均距離 NPHRCOAL 凈煤電發(fā)電廠效率 (兆焦/千瓦時)NPHRRS, ALONE凈秸稈發(fā)電廠發(fā)電效率(兆焦/千瓦時)ADCC->MP 從收集中心到發(fā)電廠的平均距離PP水稻產(chǎn)量 (噸)ASP水稻秸稈平均產(chǎn)量（噸）PCRS購買秸稈的成本 (令吉/年)ASY平均秸稈產(chǎn)量（噸/公頃）QELEC發(fā)電量(千瓦時)

6、Cm.w碳分子量QELEC, CALONE 凈煤炭發(fā)電廠發(fā)電量 (千瓦時)CC資本費用(令吉)QRS, ALONE 凈秸稈發(fā)電廠發(fā)電量(千瓦時)CCOAL全國平均煤炭價格（令吉/公斤）CGHG等效二氧化碳排放價格 (令吉)RS-C秸稈采集Ci柴油含碳量 (碳質(zhì)量/柴油質(zhì)量)S能源類別CRS秸稈煤炭的成本 (令吉/千克)SY秸稈產(chǎn)量 (噸/平方千米)CTP運輸人員的成本 (令吉)SCTP車輛運輸?shù)木唧w成本 (令吉/千米)CTV運輸車輛的成本 (令吉)SGR秸稈還田CO2,m.w二氧化碳分子量TCRS秸稈運輸成本 (令吉)CO2, T拖拉機(jī)的二氧化碳排放量TCTL貨車總耗時 (小時)D柴油燃燒量

7、(升)TCTT卡車總耗時 (小時)DD柴油密度(千克/升)TCC->ECPP 從采集中心到發(fā)電廠的運輸DT遠(yuǎn)距離運輸?shù)某杀?(令吉)EP污染物排放 (甲烷或一氧化二氮)TPP->CC 從稻田到采集中心的運輸EGHG, CO秸稈煤炭的溫室氣體排放 (千克)EGHG, COALONE 煤炭燃燒的溫室氣體排放 (千克)WCOAL, ALONE 凈煤炭燃燒量 (千克)EF排放因數(shù)WCOAL, CO 秸稈煤炭燃燒量 (千克)EFCO2二氧化碳排放因數(shù)WRS, ALONE 直接燃燒稻草質(zhì)量 (千克)FA可用因數(shù)WRS, CO秸稈煤炭所用稻草質(zhì)量 (千克)FC燃料燃燒 (升)VCLORRY貨車載

8、重 (千克/車)FF農(nóng)田因數(shù)VCTRUCK卡車載重 (千克/車)FOi柴油餾分氧化1.3 秸稈煤炭 數(shù)據(jù)顯示，近年來的煤炭資源的消耗量在不斷上升，尤其是在發(fā)電方面的使用量。2000年到2008年，馬來西亞的煤炭使用量相對增加了80.12。并且在使用煤炭發(fā)電時，產(chǎn)出每千瓦時電量會排放1.1993千克的溫室氣體。馬來西亞的電力部門表示，在1976年到2008年間，馬來西亞的發(fā)電模式過高地依賴化石燃料，這是造成國家溫室效應(yīng)的最主要原因。 在發(fā)電廠同時使用生物質(zhì)煤炭與普通煤炭混合燃燒，似乎是大規(guī)模使用秸稈的情況下最經(jīng)濟(jì)的方式，也是提高生物質(zhì)能源利用率的最優(yōu)選擇，并且有助于環(huán)境保護(hù)。在世界各地，超過22

9、8個實例成功地證明了使用生物質(zhì)煤炭的優(yōu)點，這些項目大多數(shù)集中于芬蘭、美國、德國、英國和瑞典。然而，世界上目前正在進(jìn)行的生物質(zhì)煤炭項目（商業(yè)化項目）只有17個。表2列舉了目前以直接燃燒生物質(zhì)煤炭為主要燃料的商業(yè)化項目（正在進(jìn)行中）。燃燒生物質(zhì)煤炭有許多優(yōu)勢，比如說：提高鍋爐效率，降低成本和減少溫室氣體排放等。生物質(zhì)煤炭也能提高凈能量平衡，因為燃燒生物質(zhì)燃料能消耗較少的能源，從經(jīng)濟(jì)方面的分析，需要考慮的是煤炭的開采和運輸?shù)某杀締栴}。利用秸稈煤炭和普通煤炭混合燃燒也是一種降低成本的解決方法，這也可以在一定程度上減少對化石燃料資源的依賴。用于評估使用生物質(zhì)作為能源對環(huán)境影響的LCA方法越來越受到人們的

10、重視。大多數(shù)研究者認(rèn)同這是估量溫室氣體排放的最佳方式，并認(rèn)為這樣有助于改善環(huán)境。有許多學(xué)者認(rèn)為，使用LCA方法要在農(nóng)作物熱電聯(lián)產(chǎn)、木材廢料熱電廠等前提下。然而，一些學(xué)者早已在生物系統(tǒng)發(fā)電上應(yīng)用了LCA方法，不過因為使用時功能單元和系統(tǒng)邊界的定義不同，得到的結(jié)果也不盡相同。表3表明了LCA方法應(yīng)當(dāng)如何應(yīng)用到生物質(zhì)系統(tǒng)發(fā)電上。當(dāng)然，這也證明了不同研究方法所得到的結(jié)果之間的差異，也會因為研究目的不同和系統(tǒng)邊界覆蓋的不同造成。LCA的主要限制，是在研究過程中的任意一個假設(shè)的不同和分配方法選擇的不同，都會影響最終結(jié)果。表2 目前的直接共燒型的商業(yè)化項目（正在進(jìn)行中）國家工廠名稱鍋爐輸出(兆瓦) 共燒燃料

11、丹麥Ensted爐排40秸稈，木屑丹麥格林納熱電廠循環(huán)流化床鼓型18.6秸稈丹麥蘭訥斯熱電廠 爐排（拋煤機(jī)）52木屑芬蘭Kantvik熱電廠爐排4重燃料油，泥炭芬蘭洛赫亞熱電廠流化床22生物質(zhì)燃料, REF, 重燃料油芬蘭納坦利熱電廠PF 260生物質(zhì)燃料芬蘭波里軋機(jī)循環(huán)流化床鍋爐12生物質(zhì)燃料，重燃料油，LFO芬蘭薩洛電廠流化床16生物質(zhì)，泥炭，REF，重燃料油，LFO，BGA芬蘭Sakyla電廠爐排9重燃料油，LFO，泥炭芬蘭Linnankatu 電廠PF35重燃料油，LFO，生物質(zhì)燃料芬蘭瓦斯克爾良托電廠PF258重燃料油，生物質(zhì)燃料，LFO瑞典斯道拉恩索軋機(jī)循環(huán)流化床鍋爐9.6木材，樹

12、皮英國威爾士電力集團(tuán)PF363塑料，農(nóng)產(chǎn)品美國海灣電臺爐排44木材，碎橡膠，鐵路枕木美國塔科馬市蒸汽計劃流化床18木材，垃圾衍生燃料本文研究了在馬來西亞，有可用水稻秸稈供應(yīng)的現(xiàn)有的燃煤電廠中，秸稈共燒的生命周期。在水稻秸稈與煤混燒的情況下，對水稻的“從搖籃到墳?zāi)埂睆姆N植到收割的能量轉(zhuǎn)換以及煤礦的采集、運輸和發(fā)電等方面來評估（見圖1）。該研究的目的是：（1）證明使用水稻秸稈共燒的煤炭發(fā)電廠是最有前途的；（2）研究水稻秸稈生命周期中溫室氣體的排放及能源消耗；（3）評價水稻秸稈共燒對環(huán)境的影響；（4）分析水稻秸稈共燒對經(jīng)濟(jì)的潛在影響。圖1 水稻秸稈共燒生命周期圖2 測量資料表3顯示了，近五年（200

13、6-2010）馬來西亞五個地區(qū)的水稻平均生產(chǎn)信息。 十三個州平均分成五個地區(qū)，分別是：北部（玻璃市，吉打，檳城，霹靂）；中部（雪蘭莪，森美蘭，馬六甲）；南部（彭亨，柔佛）；東部（吉蘭丹，登嘉樓）；沙巴和砂拉越。其中，北部和中部地區(qū)是建造秸稈煤炭共燒煤電廠的最佳選擇，因為秸稈供給十分方便，而且匯水區(qū)的距離很近。表4顯示了2006年到2012年的平均水稻年產(chǎn)量，并列出了馬來西亞現(xiàn)有的煤電廠。水稻秸稈生產(chǎn)的電量用Eq計算。這份報告中使用高熱量單位是14.71兆焦/千克，NPHR水稻秸稈單獨燃燒的熱量是17.4兆焦/千瓦時。平均每消耗1107618噸水稻秸稈，只能產(chǎn)生936兆千瓦的電量。因為水稻秸稈所

14、能夠產(chǎn)生的電量很有限，所以不可能在曼絨火電廠單獨使用水稻秸稈。表3 LCA方法應(yīng)用到生物質(zhì)發(fā)電的文獻(xiàn)時間國家方法 總結(jié)作者1999德國10共燒秸稈和木材廢料用三種不同的系統(tǒng)來識別共燒環(huán)境的影響功能單元：1千瓦時結(jié)果：煤炭共燒對環(huán)境的影響每小時減少35-37克二氧化碳排放251999意大利合成氣和楊木比較合成氣和楊樹與常規(guī)化石燃料單獨燃燒對環(huán)境影響包括楊樹系統(tǒng)邊界，排除傳統(tǒng)化石燃料功能單元：1兆瓦時結(jié)果：110公斤/兆瓦時262004意大利合成氣和生物質(zhì)燃料LCA用于生物質(zhì)能源生產(chǎn)功能單元：1兆焦結(jié)果：170 千克二氧化碳每兆瓦時272005意大利IBGCC生物質(zhì)LCA 與合成氣LCA的比較分析

15、IBGCC的LCA適應(yīng)性結(jié)果生物質(zhì)功能單元：1兆焦結(jié)果：130 千克二氧化碳每兆瓦時282010西班牙燃燒楊木和芥末兩種農(nóng)作物能源與天然氣相比較系統(tǒng)邊界：種植，收獲，運輸，產(chǎn)生，處理功能單元：10兆瓦, 25兆瓦, 50兆瓦結(jié)果：用作產(chǎn)能時，楊木比芥末影響小282012法國熱電聯(lián)產(chǎn)和木材廢料比較產(chǎn)生2兆瓦到10兆瓦電能時熱電聯(lián)產(chǎn)和木材廢料的區(qū)別系統(tǒng)邊界：木材， 儲能發(fā)電功能單元： 1兆焦結(jié)果：產(chǎn)生10兆瓦電量情況下產(chǎn)生二氧化碳排放比2兆瓦少292013臺灣煤與煤共燒系統(tǒng)邊界：稻秸稈收集，直到煤炭共燒功能單元：1千瓦時結(jié)果：二氧化碳排放量為：10共燒時1.04千克/千瓦時，20共燒時0.99 千

16、克/千瓦時30表4 馬來西亞20062010年平均稻谷年產(chǎn)量及現(xiàn)有燃煤電廠區(qū)域收獲面積（公頃）水稻生產(chǎn)量（噸）平均秸稈產(chǎn)量 （噸/公頃）煤電廠容量北部371092.8 14768243.9797曼絨火電廠3×700兆瓦中部40869.2 203653.84.9831Jimah, Kapar2×700兆瓦，2×300 兆瓦, 2×500兆瓦南部2535.48794.22.5375丹戎賓電廠3×700兆瓦東部96169.6341694.4 3.4686 沙巴和砂拉越161644.8 3474392.1494 穆卡，Sejingkat, PPLS27

17、0兆瓦, 100兆瓦, 110兆瓦2.1 水稻秸稈制備的環(huán)境和能量評價溫室氣體排放量的評估，包括水稻秸稈的采集，運輸?shù)静莸氖占行模≒P->CC）和運輸?shù)浆F(xiàn)有的煤的活動發(fā)電廠（CC -> ECPP）。計算前，我們要假設(shè)每個區(qū)都有一個收集中心(CC)。采集中心位于每個區(qū)的中心，這樣便于測量稻田的牽引距離。表5顯示了兩地的平均水稻秸稈收集中心面積和平均牽引距離。我們設(shè)想，一輛卡車用一個1.5噸容量的卡車將稻草從水稻生產(chǎn)地區(qū)運到收集中心，因為在過去馬來西亞的水稻秸稈運輸車輛的承載力大多都在1到3噸之間。通常情況下，一輛卡車將水稻秸稈從收集中心運到發(fā)電廠，要花40分8秒的時間。水稻秸稈運輸

18、能耗計算：一輛載重1.5噸、標(biāo)準(zhǔn)能耗為4KML-1的卡車行駛40分8秒時間消耗燃料為5.5KML- 1，總耗能43.1MJ/L- 1。文獻(xiàn)中的資料可以確定能源消耗和溫室氣體排放。在馬來西亞，尚未實現(xiàn)以水稻秸稈作為發(fā)電的唯一原料。因此，分析報告使用了其他生物質(zhì)能源發(fā)電的數(shù)據(jù)，例如木材、農(nóng)業(yè)廢棄物等。我們假設(shè)玉米芯和稻草在鍋爐中燃燒后，排放因子與水稻秸稈是一樣的。在鍋爐燃燒煤炭的排放因子數(shù)據(jù)改編自美國環(huán)保局外部燃燒源的報告。表6列出了鍋爐燃燒秸稈的排放因子數(shù)據(jù)。表5 水稻秸稈收集中心區(qū)和中心區(qū)的平均牽引距離行政區(qū)區(qū)域面積（平方千米）收集中心平均面積（平方千米）區(qū)域路線 平均牽引距離（千米）玻璃市821821 北部PP->CC17.77吉打9500791.67彭亨753