对马来西亚水稻秸秆混用煤炭生命周期的评价

1、 毕业设计（论文）译文及原稿译文题目：对马来西亚水稻秸秆混用煤炭生命周期的评价原稿题目：Life cycle assessment of rice straw co-firing with coal powergeneration in Malaysia原稿出处：Shafie S.M., Mahlia T.M.I.,Masjuki H.H.,Energy, 2013,57(3):284-294.浙江工业大学之江学院毕业设计（论文） 外文翻译对马来西亚水稻秸秆混用煤炭生命周期的评价引言 本文研究了使用水稻秸秆混合煤炭的措施，在马来西亚煤电厂实施的经济可行性和实际可操作性，以及资金和物流的成本。水

2、稻秸秆混合燃烧对现有的燃煤电厂而言，是一项可以降低二氧化碳排放量，并且帮助马来西亚摆脱对煤炭资源的依赖的技术。在一个像马来西亚这样的国家，拥有极其丰富的生物质资源，利用生物质秸秆煤炭也将有助于在国家燃料多样化政策下，实现发展可再生能源的政府目标。在这里我们对马来西亚现有的燃煤电厂，使用的水稻秸秆混合煤炭中的水稻秸秆全生命周期进行了环境、能量和经济方面的分析。在整个水稻秸秆混合煤炭的生命周期中，温室气体排放量与能源消耗分析，在基础上决定了燃煤电厂产能的输出。本文也分析了不同燃比条件下水稻秸秆的使用、运输系统的费用以及解决二氧化碳排放的成本。我们发现，使用水稻秸秆混合煤炭在燃烧比较低的时候，减少温

3、室气体排放的效果是非常显著的。1 介绍 随着世界人口数量的增加，从产业经济学方面看，我们需要将目前多样化的能源模式转向更多可持续再生的能源模式。在那些潜在的可持续再生的能源中，生物质能源可能是世界上数量最多和可持续性最高的一类，每年大约有2200亿吨烘烤干燥后的水稻秸秆产出。2011年世界水稻年产量为721.4吨，并且其中的90.48都来自亚洲国家。这就是说，2011年在稻田中产出的水稻秸秆有973.89吨之多。其中，仅有20被利用起来，而其余的都没能被充分利用。1.1 水稻秸秆处理管理的发展 世界上每年约有80的水稻秸秆都因处置管理不当而成为污染源。一直以来，水稻秸秆很少被作为可再生能源的来

4、源，在大多数亚洲国家最常见的处理方法是实行集中燃烧。表1列出了目前世界上各国的水稻秸秆处理方法。中国和加利福尼亚早就使用水稻秸秆作为热量和动力能源。在中国江苏省，一家正常规模的发电厂每产出12-25兆瓦电容量的电量，其中的50-60是以水稻秸秆作为燃料的。现在，他们面临的主要挑战是水稻秸秆的经济、技术和组织的问题。在加利福尼亚，研究者集中于对利用水稻秸秆作为现有的生物质锅炉燃料的经济性研究。1.2 秸秆能源生产技术转化 基于商业应用，水稻秸秆直接燃烧和热化学转化用于发热和发电是最有发展前景的技术。通常，通过参考文献和研究资料证明，浸出水稻秸秆有显著改善流化机床燃烧后的煤灰元素成分与熔融性的特点

5、。稻草混合煤炭的聚合问题发生在流化床燃烧室，这是对该问题进行详细的化学及岩石学研究报道的结果。名称HA收获面积(公顷)HHVCOAL 煤炭的热值 (兆焦/千克)A活动水平HHVRS秸秆的热值 (兆焦/千克)AS土地面积（平方千米） sC采集效率ADPP->CC 稻田到收集中心的平均距离 NPHRCOAL 净煤电发电厂效率 (兆焦/千瓦时)NPHRRS, ALONE净秸秆发电厂发电效率(兆焦/千瓦时)ADCC->MP 从收集中心到发电厂的平均距离PP水稻产量 (吨)ASP水稻秸秆平均产量（吨）PCRS购买秸秆的成本 (令吉/年)ASY平均秸秆产量（吨/公顷）QELEC发电量(千瓦时)

6、Cm.w碳分子量QELEC, CALONE 净煤炭发电厂发电量 (千瓦时)CC资本费用(令吉)QRS, ALONE 净秸秆发电厂发电量(千瓦时)CCOAL全国平均煤炭价格（令吉/公斤）CGHG等效二氧化碳排放价格 (令吉)RS-C秸秆采集Ci柴油含碳量 (碳质量/柴油质量)S能源类别CRS秸秆煤炭的成本 (令吉/千克)SY秸秆产量 (吨/平方千米)CTP运输人员的成本 (令吉)SCTP车辆运输的具体成本 (令吉/千米)CTV运输车辆的成本 (令吉)SGR秸秆还田CO2,m.w二氧化碳分子量TCRS秸秆运输成本 (令吉)CO2, T拖拉机的二氧化碳排放量TCTL货车总耗时 (小时)D柴油燃烧量

7、(升)TCTT卡车总耗时 (小时)DD柴油密度(千克/升)TCC->ECPP 从采集中心到发电厂的运输DT远距离运输的成本 (令吉)EP污染物排放 (甲烷或一氧化二氮)TPP->CC 从稻田到采集中心的运输EGHG, CO秸秆煤炭的温室气体排放 (千克)EGHG, COALONE 煤炭燃烧的温室气体排放 (千克)WCOAL, ALONE 净煤炭燃烧量 (千克)EF排放因数WCOAL, CO 秸秆煤炭燃烧量 (千克)EFCO2二氧化碳排放因数WRS, ALONE 直接燃烧稻草质量 (千克)FA可用因数WRS, CO秸秆煤炭所用稻草质量 (千克)FC燃料燃烧 (升)VCLORRY货车载

8、重 (千克/车)FF农田因数VCTRUCK卡车载重 (千克/车)FOi柴油馏分氧化1.3 秸秆煤炭 数据显示，近年来的煤炭资源的消耗量在不断上升，尤其是在发电方面的使用量。2000年到2008年，马来西亚的煤炭使用量相对增加了80.12。并且在使用煤炭发电时，产出每千瓦时电量会排放1.1993千克的温室气体。马来西亚的电力部门表示，在1976年到2008年间，马来西亚的发电模式过高地依赖化石燃料，这是造成国家温室效应的最主要原因。 在发电厂同时使用生物质煤炭与普通煤炭混合燃烧，似乎是大规模使用秸秆的情况下最经济的方式，也是提高生物质能源利用率的最优选择，并且有助于环境保护。在世界各地，超过22

9、8个实例成功地证明了使用生物质煤炭的优点，这些项目大多数集中于芬兰、美国、德国、英国和瑞典。然而，世界上目前正在进行的生物质煤炭项目（商业化项目）只有17个。表2列举了目前以直接燃烧生物质煤炭为主要燃料的商业化项目（正在进行中）。燃烧生物质煤炭有许多优势，比如说：提高锅炉效率，降低成本和减少温室气体排放等。生物质煤炭也能提高净能量平衡，因为燃烧生物质燃料能消耗较少的能源，从经济方面的分析，需要考虑的是煤炭的开采和运输的成本问题。利用秸秆煤炭和普通煤炭混合燃烧也是一种降低成本的解决方法，这也可以在一定程度上减少对化石燃料资源的依赖。用于评估使用生物质作为能源对环境影响的LCA方法越来越受到人们的

10、重视。大多数研究者认同这是估量温室气体排放的最佳方式，并认为这样有助于改善环境。有许多学者认为，使用LCA方法要在农作物热电联产、木材废料热电厂等前提下。然而，一些学者早已在生物系统发电上应用了LCA方法，不过因为使用时功能单元和系统边界的定义不同，得到的结果也不尽相同。表3表明了LCA方法应当如何应用到生物质系统发电上。当然，这也证明了不同研究方法所得到的结果之间的差异，也会因为研究目的不同和系统边界覆盖的不同造成。LCA的主要限制，是在研究过程中的任意一个假设的不同和分配方法选择的不同，都会影响最终结果。表2 目前的直接共烧型的商业化项目（正在进行中）国家工厂名称锅炉输出(兆瓦) 共烧燃料

11、丹麦Ensted炉排40秸秆，木屑丹麦格林纳热电厂循环流化床鼓型18.6秸秆丹麦兰讷斯热电厂 炉排（抛煤机）52木屑芬兰Kantvik热电厂炉排4重燃料油，泥炭芬兰洛赫亚热电厂流化床22生物质燃料, REF, 重燃料油芬兰纳坦利热电厂PF 260生物质燃料芬兰波里轧机循环流化床锅炉12生物质燃料，重燃料油，LFO芬兰萨洛电厂流化床16生物质，泥炭，REF，重燃料油，LFO，BGA芬兰Sakyla电厂炉排9重燃料油，LFO，泥炭芬兰Linnankatu 电厂PF35重燃料油，LFO，生物质燃料芬兰瓦斯克尔良托电厂PF258重燃料油，生物质燃料，LFO瑞典斯道拉恩索轧机循环流化床锅炉9.6木材，树

12、皮英国威尔士电力集团PF363塑料，农产品美国海湾电台炉排44木材，碎橡胶，铁路枕木美国塔科马市蒸汽计划流化床18木材，垃圾衍生燃料本文研究了在马来西亚，有可用水稻秸秆供应的现有的燃煤电厂中，秸秆共烧的生命周期。在水稻秸秆与煤混烧的情况下，对水稻的“从摇篮到坟墓”从种植到收割的能量转换以及煤矿的采集、运输和发电等方面来评估（见图1）。该研究的目的是：（1）证明使用水稻秸秆共烧的煤炭发电厂是最有前途的；（2）研究水稻秸秆生命周期中温室气体的排放及能源消耗；（3）评价水稻秸秆共烧对环境的影响；（4）分析水稻秸秆共烧对经济的潜在影响。图1 水稻秸秆共烧生命周期图2 测量资料表3显示了，近五年（200

13、6-2010）马来西亚五个地区的水稻平均生产信息。 十三个州平均分成五个地区，分别是：北部（玻璃市，吉打，槟城，霹雳）；中部（雪兰莪，森美兰，马六甲）；南部（彭亨，柔佛）；东部（吉兰丹，登嘉楼）；沙巴和砂拉越。其中，北部和中部地区是建造秸秆煤炭共烧煤电厂的最佳选择，因为秸秆供给十分方便，而且汇水区的距离很近。表4显示了2006年到2012年的平均水稻年产量，并列出了马来西亚现有的煤电厂。水稻秸秆生产的电量用Eq计算。这份报告中使用高热量单位是14.71兆焦/千克，NPHR水稻秸秆单独燃烧的热量是17.4兆焦/千瓦时。平均每消耗1107618吨水稻秸秆，只能产生936兆千瓦的电量。因为水稻秸秆所

14、能够产生的电量很有限，所以不可能在曼绒火电厂单独使用水稻秸秆。表3 LCA方法应用到生物质发电的文献时间国家方法 总结作者1999德国10共烧秸秆和木材废料用三种不同的系统来识别共烧环境的影响功能单元：1千瓦时结果：煤炭共烧对环境的影响每小时减少35-37克二氧化碳排放251999意大利合成气和杨木比较合成气和杨树与常规化石燃料单独燃烧对环境影响包括杨树系统边界，排除传统化石燃料功能单元：1兆瓦时结果：110公斤/兆瓦时262004意大利合成气和生物质燃料LCA用于生物质能源生产功能单元：1兆焦结果：170 千克二氧化碳每兆瓦时272005意大利IBGCC生物质LCA 与合成气LCA的比较分析

15、IBGCC的LCA适应性结果生物质功能单元：1兆焦结果：130 千克二氧化碳每兆瓦时282010西班牙燃烧杨木和芥末两种农作物能源与天然气相比较系统边界：种植，收获，运输，产生，处理功能单元：10兆瓦, 25兆瓦, 50兆瓦结果：用作产能时，杨木比芥末影响小282012法国热电联产和木材废料比较产生2兆瓦到10兆瓦电能时热电联产和木材废料的区别系统边界：木材， 储能发电功能单元： 1兆焦结果：产生10兆瓦电量情况下产生二氧化碳排放比2兆瓦少292013台湾煤与煤共烧系统边界：稻秸秆收集，直到煤炭共烧功能单元：1千瓦时结果：二氧化碳排放量为：10共烧时1.04千克/千瓦时，20共烧时0.99 千

16、克/千瓦时30表4 马来西亚20062010年平均稻谷年产量及现有燃煤电厂区域收获面积（公顷）水稻生产量（吨）平均秸秆产量 （吨/公顷）煤电厂容量北部371092.8 14768243.9797曼绒火电厂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丹戎宾电厂3×700兆瓦东部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 水稻秸秆制备的环境和能量评价温室气体排放量的评估，包括水稻秸秆的采集，运输稻草的收集中心（PP->CC）和运输到现有的煤的活动发电厂（CC -> ECPP）。计算前，我们要假设每个区都有一个收集中心(CC)。采集中心位于每个区的中心，这样便于测量稻田的牵引距离。表5显示了两地的平均水稻秸秆收集中心面积和平均牵引距离。我们设想，一辆卡车用一个1.5吨容量的卡车将稻草从水稻生产地区运到收集中心，因为在过去马来西亚的水稻秸秆运输车辆的承载力大多都在1到3吨之间。通常情况下，一辆卡车将水稻秸秆从收集中心运到发电厂，要花40分8秒的时间。水稻秸秆运输

18、能耗计算：一辆载重1.5吨、标准能耗为4KML-1的卡车行驶40分8秒时间消耗燃料为5.5KML- 1，总耗能43.1MJ/L- 1。文献中的资料可以确定能源消耗和温室气体排放。在马来西亚，尚未实现以水稻秸秆作为发电的唯一原料。因此，分析报告使用了其他生物质能源发电的数据，例如木材、农业废弃物等。我们假设玉米芯和稻草在锅炉中燃烧后，排放因子与水稻秸秆是一样的。在锅炉燃烧煤炭的排放因子数据改编自美国环保局外部燃烧源的报告。表6列出了锅炉燃烧秸秆的排放因子数据。表5 水稻秸秆收集中心区和中心区的平均牵引距离行政区区域面积（平方千米）收集中心平均面积（平方千米）区域路线 平均牵引距离（千米）玻璃市821821 北部PP->CC17.77吉打9500791.67彭亨753