基于生命周期评价的水力发电碳排放计算思路

摘 要：采用生命周期评价法对水力发电进行了生命周期划分，提出以二氧化碳当量作为碳排放评价指标，研究分析了各阶段的碳排放源并提出各阶段碳排放计算思路。

关键词：温室气体；水力发电；碳排放；生命周期评价

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

1 引言

近些年来，由于全球能源的过度消耗及碳排放量过度增加，全球气候变暖现象越来越受到各国政府的重视。2016年4月22日，100多个国家齐聚联合国签署全球性的气候新协议《巴黎协定》，旨在减少温室气体排放，增强对气候变化的应对能力，作为碳排放大国，我国积极推动《巴黎协定》通过，并将减缓碳排放作为能源战略调整的重要方向。根据《联合国气候变化框架公约》的定义，温室气体（GHG）是指“大气中吸收和重新放出红外辐射的自然和人为的气态成分”，京都议定书中规定控制的主要的六种温室气体即为：二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）、氧化亚氮（N2O）、氢氟碳化合物（HFCs）、全氟碳化合物（PFCs）、六氟化硫（SF6）。目前，我国的碳排放量已居世界第二，其中电力生产行业的碳排放量达到41%，是我国最大的碳排放源。截止2016年底，水力发电占我国电力发电总量的21%，是我国电力发电产业中重要的一环，因此对水力发电碳排放进行量化计算显得尤为重要。

2 生命周期评价

生命周期评价（Life cycle assessment， LCA）是一种对评价对象的物质消耗、能耗及环境排放进行环境影响评价的过程，包括评价对象的整个寿命周期过程，即从原材料的开采、加工到重新再生利用及最终处理。ISO14040将寿命周期评价的框架做了新的改动，分为互相关联、不断重复的四个步骤：目的和范围的确定；清单分析；影响评价和结果解释[1]。

水力发电的全生命周期主要包括：材料生产阶段、运输阶段、建设阶段、运营阶段、终止阶段。考虑到水电站的拆除的相关资料几乎没有，因此我们不考虑终止阶段。

3 评价指标

联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC） 在第四次评估报告中，考虑到不同温室气体对地球温室效应的贡献程度不同，为统一度量整体温室效应的结果，规定二氧化碳当量为度量温室效应的基本单位。一种气体的二氧化碳当量为这种气体的吨数乘以其产生温室效应的全球变暖潜能值（Global warming potential，GWP）。GWP表示某一种气体的温室变暖潜能值在百年时间里，该温室气体对应于相同效应的二氧化碳的变暖影响。二氧化碳的GWP为1，甲烷为25，氧化亚氮为310[2]。因此采用各种二氧化碳当量的总值作为碳排放的评价指标。

4 水力发电碳排放计算思路

4.1 材料生产阶段

水力發电过程中材料生产阶段主要是建筑材料的生产（水泥、钢筋、混凝土浇筑等），这些建筑材料生产过程中，会使用相关机械，消耗柴油等能源，从而产生较大数量的温室气体[3]。消耗能源（柴油、汽油、电力等）的二氧化碳当量都可从IPCC指南或其他相关数据库上查到相应数值。因此，材料生产阶段的二氧化碳当量应先分别计算各种原材料数量与相应二氧化碳当量的乘积，最后将各种原材料的二氧化碳当量累加以得整个材料生产阶段的碳排放总量。

4.2 运输阶段

材料生产之后需要运输到指定工作场地进行相关建设，该过程的碳排放源主要是运输车辆消耗的燃油，对于运输过程较为单一的项目，燃油的总量一般通过运输距离、运输车辆的燃油类型以及单位距离的油耗来确定。因此，运输阶段的碳排放总量就是燃油总量与燃油二氧化碳当量的乘积。

4.3 建设阶段

水力发电的建设阶段主要包括水坝、水闸、溢洪道、引水建筑物、水力发电站等基础设施的建设，该工程的碳排放源主要来自施工机械，例如挖掘机、推土机、空压机等。为保证碳排放计算模型具有普遍性，结合相关的施工定额及机械定额可确定各施工机械的燃油总量。先分别计算各种燃油（柴油、汽油）的总量与二氧化碳当量的乘积以确定各种燃油的碳排放量，再累计各种燃油的碳排放量即可得总排放量。

4.4 运营阶段

水库蓄水导致原有的陆地生态系统变成湖泊或湿地，微生物分解腐烂生物从而释放的CO2和CH4成为运营阶段的碳排放主要来源。陈永根等人研究分析了我国八大湖泊的CO2排放情况，最终计算得出南四湖的CO2通量为663.36mg/（m2·d）[4]，考虑到水库与湖泊间的相似性，以及微生物分解过程中CH4的量极少，可将此值作为水库CO2通量的参考值，且仅考虑该过程CO2的排放，因此，运营阶段的碳排放总量为CO2通量与水库面积、水电站运营时间的乘积。

5 总结

（1）本文基于生命周期评价（LCA）方法，将水力发电工程分为四个生命周期阶段，并根据IPCC指南确定评价指标以量化评价水力发电碳排放情况。通过具体分析四个生命周期阶段，确定各阶段的碳排放源，并提出各阶段的碳排放量化计算思路。

（2）基于本文的计算思路，只需要根据水力发电工程的工程量清单，输入相关数据，即可算出各阶段的碳排放总量，从而针对关键过程做出节能减排措施。

参考文献：

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

[2]2006年IPCC国家温室气体清单指南，第二卷，能源[M].2006： 410-470.

[3]杨梦斐，李兰.水力发电的生命周期温室气体排放[J].武汉大学学报（工学版），2013，46（01）：42-45.

[4]陈永根，李香华，胡志新等.中国八大湖泊冬季水-气界面CO2通量[J].生态环境，2006，15（04）：665-669.

作者简介：方伟（1982-），男，本科，电气工程师，副主任。endprint