基于生命周期評價的水力發電碳排放計算思路

摘 要：采用生命周期評價法對水力發電進行了生命周期劃分，提出以二氧化碳當量作為碳排放評價指標，研究分析了各階段的碳排放源并提出各階段碳排放計算思路。

關鍵詞：溫室氣體；水力發電；碳排放；生命周期評價

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.17.180

1 引言

近些年來，由于全球能源的過度消耗及碳排放量過度增加，全球氣候變暖現象越來越受到各國政府的重視。2016年4月22日，100多個國家齊聚聯合國簽署全球性的氣候新協議《巴黎協定》，旨在減少溫室氣體排放，增強對氣候變化的應對能力，作為碳排放大國，我國積極推動《巴黎協定》通過，并將減緩碳排放作為能源戰略調整的重要方向。根據《聯合國氣候變化框架公約》的定義，溫室氣體（GHG）是指“大氣中吸收和重新放出紅外輻射的自然和人為的氣態成分”，京都議定書中規定控制的主要的六種溫室氣體即為：二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）、氧化亞氮（N2O）、氫氟碳化合物（HFCs）、全氟碳化合物（PFCs）、六氟化硫（SF6）。目前，我國的碳排放量已居世界第二，其中電力生產行業的碳排放量達到41%，是我國最大的碳排放源。截止2016年底，水力發電占我國電力發電總量的21%，是我國電力發電產業中重要的一環，因此對水力發電碳排放進行量化計算顯得尤為重要。

2 生命周期評價

生命周期評價（Life cycle assessment， LCA）是一種對評價對象的物質消耗、能耗及環境排放進行環境影響評價的過程，包括評價對象的整個壽命周期過程，即從原材料的開采、加工到重新再生利用及最終處理。ISO14040將壽命周期評價的框架做了新的改動，分為互相關聯、不斷重復的四個步驟：目的和范圍的確定；清單分析；影響評價和結果解釋[1]。

水力發電的全生命周期主要包括：材料生產階段、運輸階段、建設階段、運營階段、終止階段。考慮到水電站的拆除的相關資料幾乎沒有，因此我們不考慮終止階段。

3 評價指標

聯合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC） 在第四次評估報告中，考慮到不同溫室氣體對地球溫室效應的貢獻程度不同，為統一度量整體溫室效應的結果，規定二氧化碳當量為度量溫室效應的基本單位。一種氣體的二氧化碳當量為這種氣體的噸數乘以其產生溫室效應的全球變暖潛能值（Global warming potential，GWP）。GWP表示某一種氣體的溫室變暖潛能值在百年時間里，該溫室氣體對應于相同效應的二氧化碳的變暖影響。二氧化碳的GWP為1，甲烷為25，氧化亞氮為310[2]。因此采用各種二氧化碳當量的總值作為碳排放的評價指標。

4 水力發電碳排放計算思路

4.1 材料生產階段

水力發電過程中材料生產階段主要是建筑材料的生產（水泥、鋼筋、混凝土澆筑等），這些建筑材料生產過程中，會使用相關機械，消耗柴油等能源，從而產生較大數量的溫室氣體[3]。消耗能源（柴油、汽油、電力等）的二氧化碳當量都可從IPCC指南或其他相關數據庫上查到相應數值。因此，材料生產階段的二氧化碳當量應先分別計算各種原材料數量與相應二氧化碳當量的乘積，最后將各種原材料的二氧化碳當量累加以得整個材料生產階段的碳排放總量。

4.2 運輸階段

材料生產之后需要運輸到指定工作場地進行相關建設，該過程的碳排放源主要是運輸車輛消耗的燃油，對于運輸過程較為單一的項目，燃油的總量一般通過運輸距離、運輸車輛的燃油類型以及單位距離的油耗來確定。因此，運輸階段的碳排放總量就是燃油總量與燃油二氧化碳當量的乘積。

4.3 建設階段

水力發電的建設階段主要包括水壩、水閘、溢洪道、引水建筑物、水力發電站等基礎設施的建設，該工程的碳排放源主要來自施工機械，例如挖掘機、推土機、空壓機等。為保證碳排放計算模型具有普遍性，結合相關的施工定額及機械定額可確定各施工機械的燃油總量。先分別計算各種燃油（柴油、汽油）的總量與二氧化碳當量的乘積以確定各種燃油的碳排放量，再累計各種燃油的碳排放量即可得總排放量。

4.4 運營階段

水庫蓄水導致原有的陸地生態系統變成湖泊或濕地，微生物分解腐爛生物從而釋放的CO2和CH4成為運營階段的碳排放主要來源。陳永根等人研究分析了我國八大湖泊的CO2排放情況，最終計算得出南四湖的CO2通量為663.36mg/（m2·d）[4]，考慮到水庫與湖泊間的相似性，以及微生物分解過程中CH4的量極少，可將此值作為水庫CO2通量的參考值，且僅考慮該過程CO2的排放，因此，運營階段的碳排放總量為CO2通量與水庫面積、水電站運營時間的乘積。

5 總結

（1）本文基于生命周期評價（LCA）方法，將水力發電工程分為四個生命周期階段，并根據IPCC指南確定評價指標以量化評價水力發電碳排放情況。通過具體分析四個生命周期階段，確定各階段的碳排放源，并提出各階段的碳排放量化計算思路。

（2）基于本文的計算思路，只需要根據水力發電工程的工程量清單，輸入相關數據，即可算出各階段的碳排放總量，從而針對關鍵過程做出節能減排措施。

參考文獻：

[1]ISO14044，Environmental management-life cycle assessment-reuirements and guidelines[S].Geneva：International Standard Organization，2006

[2]2006年IPCC國家溫室氣體清單指南，第二卷，能源[M].2006： 410-470.

[3]楊夢斐，李蘭.水力發電的生命周期溫室氣體排放[J].武漢大學學報（工學版），2013，46（01）：42-45.

[4]陳永根，李香華，胡志新等.中國八大湖泊冬季水-氣界面CO2通量[J].生態環境，2006，15（04）：665-669.

作者簡介：方偉（1982-），男，本科，電氣工程師，副主任。endprint