基于生命周期法的煤电碳足迹评估

基于生命周期法的煤电碳足迹评估

随着全球气候变化问题日益严峻，碳排放成为世界各国关注的焦点。作为碳排放的主要来源之一，燃煤发电行业的碳足迹评估显得尤为重要。本文基于生命周期评价法（LCA），对河北省某燃煤电厂进行了碳足迹评估，从上游和核心两个环节分析了燃煤机组的电力碳足迹及影响因素，为煤电减碳提供了数据支撑和思路方向。

评价方法

生命周期法

生命周期法是一种“自下而上”的碳足迹评价方法，评价的内容包括产品或服务在原材料开采、生产、加工、储运、使用和废弃处理等过程中的温室气体排放。一个完整的LCA过程应至少包括目标与范围的界定、清单分析、影响评价和结果解释4个步骤。

图1 燃煤发电碳足迹生命周期评价流程

目标与范围的界定

功能单位的选取考虑了以下因素：

1. 根据《环境管理 生命周期评价 原则与框架》(GB/T 24040—2008)，功能单位的首要目的是为相关的输入和输出提供参考，应当保证结果的可比性。
2. 功能单位及研究边界需要基于研究目标确定，本研究目标为核算燃煤发电产品的碳足迹，以挖掘煤电生命周期减碳潜力，为电力行业碳双控提供数据支持。
3. 以往的燃煤发电生命周期评价案例中，发电产品的功能单位对象一般选取机组的发电量或供电量，数量为1 kW·h。

基于以上原因以及本案例所能收集到的数据种类，确定本案例中功能单位选取为整个燃煤发电厂生产的1 kW·h供电量。

排放清单

根据排放方式不同，温室气体排放可以分为直接排放和间接排放。因此，依据物质流和能量流，对上游环节和核心环节分别进行直接排放和间接排放分析。

图4 燃煤发电产品生命周期碳排放清单

上游环节主要涉及的排放可以分为煤炭供给、辅料供给2个过程。核心环节主要涉及的排放可以分为运行发电、废物处理2个过程。

结果与分析

数据来源

排放计算数据包括现场数据和背景数据2种。现场数据主要包涵企业的生产数据，背景数据来自数据库、相关文献和已发布的标准指南等。

与其他文献的结果对比分析

根据碳足迹的计算结果，2022年的燃煤电厂发电产品的上网电量碳足迹总量为7.4×106 tCO2e。本案例电厂的供热比为0.244，在对燃煤发电输出的电热产品基于供热比进行热电分摊后，得到整个燃煤电厂的单位上网电量碳足迹结果为0.932 kgCO2e/(kW·h)。

通过文献结果的对比分析，本文对边界清单划分的严谨性和完整性具有独特的优势，对中国电厂碳足迹评估的方法标准化具有较大贡献。

过程排放分析

综合排放清单和碳足迹的计算结果，针对边界过程进行排放对比分析，得到燃煤发电生命周期过程排放结果。

图5 燃煤发电生命周期过程排放分析

由图5和图6得出以下分析结论：在上游环节中，煤炭开采造成的间接排放占上游环节碳足迹绝大部分，辅料生产部分碳足迹占比不足3%；在核心环节中，煤炭燃烧造成的直接排放占核心环节碳足迹绝大部分，废物利用部分碳足迹绝对值占比超过2%。整体来看，直接排放是燃煤发电生命周期的主要碳排放方式，占据总碳足迹的99%，其中煤炭燃烧造成的直接排放占绝大部分，占比在79%左右，其次是煤炭开采造成的直接排放，占比超过20%。

与碳核查的对比

燃煤发电的碳排放核查和碳足迹评估的排放组成高度重合，均以直接燃烧为主。因此，碳排放核查和碳足迹结果的特征应该有相似之处，但机组参数对结果的影响也存在细节上的不同。

结论

1. 燃煤发电的碳足迹主要集中在核心阶段的燃烧直接排放，占总碳足迹的80%左右，但并不是通常认为的95%以上。这是由于煤炭开采环节存在大量耗能和逸散排放，煤炭在上游过程的碳排放量不容忽视。
2. 通过文献的结果对比，降低燃烧直接排放是电厂降低碳足迹的有效手段。通过CCUS等技术手段可以有效降低直接排放，推进现有的CCUS技术发展，通过在建设初期提供政策补贴、推进CO2的商业化利用等方式降低电厂的经济性损失，提高CCUS的普及率，可以有效降低电厂的直接碳排放。
3. 燃煤发电的碳足迹降低不只依赖常规的电厂降碳手段。由于上游环节的煤炭相关排放也具有较高占比，建议未来的政策方向加强上游约束，通过碳标签等方式推进煤炭生产相关企业的降碳工作，以达到电力生产全产业链降碳的目的。