馮新新, 左 濤, 孫 寧, 謝 杰, 高春雨, 畢于運(yùn), 王亞靜**

(1.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所 北京 100081; 2.北京市農(nóng)林科學(xué)院信息技術(shù)研究中心/農(nóng)芯科技(北京)有限責(zé)任公司 北京 100097; 3.臨洮縣新源環(huán)?？萍加邢薰?臨洮 730500)

碳達(dá)峰碳中和是新時(shí)期我國重要的發(fā)展戰(zhàn)略,從日本、美國等發(fā)達(dá)國家的經(jīng)驗(yàn)來看, 控制能源消費(fèi)總量、優(yōu)化消費(fèi)結(jié)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)碳減排的最主要途徑。我國北方地區(qū)冬季取暖長期以煤炭為主, 大量化石能源的燃燒造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染, 加之化石能源的有限性和不可再生性, 促使人們發(fā)展新型清潔能源, 加快能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級(jí), 逐步推進(jìn)清潔取暖。生物質(zhì)能資源豐富、清潔、可持續(xù), 其總量占可再生能源供應(yīng)總量的75%。我國農(nóng)作物秸稈種類多、分布廣、產(chǎn)量大, 是農(nóng)業(yè)生物質(zhì)資源的重要組成部分。2018年我國秸稈量約9.8億t (折合約4億t標(biāo)準(zhǔn)煤),但秸稈原料松散、體積大、運(yùn)輸不便、燃燒特性差等缺點(diǎn), 導(dǎo)致約2億t秸稈得不到有效利用, 被焚燒或廢棄在田間地頭, 造成了極大的資源浪費(fèi), 同時(shí)污染了環(huán)境。秸稈固化成型燃料將秸稈進(jìn)行粉碎干燥、擠壓成型, 具有體積小、貯存運(yùn)輸方便、能量密度和熱效率高等特性, 可顯著提升秸稈的燃燒性能。秸稈成型燃料集中供暖工程可消納大量秸稈資源, 既解決了困擾農(nóng)民的秸稈處理問題, 避免秸稈廢棄造成的環(huán)境污染, 同時(shí)又充分利用了生物質(zhì)資源, 實(shí)現(xiàn)了能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化?！丁笆奈濉比珖r(nóng)業(yè)綠色發(fā)展規(guī)劃》指出, 要促進(jìn)秸稈燃料化, 有序發(fā)展以秸稈為原料的生物質(zhì)能, 因地制宜發(fā)展秸稈固化、生物炭等燃料化產(chǎn)業(yè), 逐步改善農(nóng)村能源結(jié)構(gòu)。

目前, 我國對(duì)秸稈成型燃料溫室氣體減排的研究側(cè)重于秸稈成型燃料在中小型鍋爐中的燃燒特性和能源環(huán)境效益分析。張雙奇等基于北方地區(qū)農(nóng)村采暖散煤消耗量及秸稈露天焚燒比例的實(shí)地調(diào)研結(jié)果, 從資源數(shù)量的角度驗(yàn)證了將露天焚燒的秸稈加工為秸稈成型燃料并用于替代北方農(nóng)村地區(qū)采暖散煤使用的可行性, 并定量計(jì)算了替代后產(chǎn)生的能源環(huán)境影響, 得出了散煤消耗的減少量和污染物減排量。張愛祥等從清潔能源替代原煤作為小型鍋爐燃料的角度, 研究了小型燃生物質(zhì)鍋爐的節(jié)能減排效果, 測(cè)試結(jié)果表明燃生物質(zhì)鍋爐的SO、NO排放濃度明顯較低, 可以實(shí)現(xiàn)從源頭上減少鍋爐污染物的排放。趙航對(duì)中小燃煤工業(yè)鍋爐的節(jié)能減排途徑進(jìn)行了細(xì)致研究和討論, 得出用清潔燃料替代、先進(jìn)的鍋爐使用技術(shù)、改善煤炭質(zhì)量及集中供暖4種方式都可實(shí)現(xiàn)減排的結(jié)論。謝小天用生命周期評(píng)價(jià)法研究了生物質(zhì)成型燃料不同技術(shù)路線的環(huán)境效益, 得到了生物質(zhì)成型燃料生命周期總環(huán)境影響指數(shù)以及不同技術(shù)選擇對(duì)其的影響, 為生物質(zhì)成型燃料生產(chǎn)技術(shù)路線選擇與優(yōu)化提供了參考?？傮w來看, 目前關(guān)于秸稈成型燃料溫室氣體減排研究還比較少, 且以簡單的參數(shù)估算為主, 定量估算方法體系鮮見涉及。此外, 過去公開發(fā)表的文獻(xiàn)主要以秸稈露天焚燒而非自然腐解為基準(zhǔn)線計(jì)算溫室氣體減排量。本文重點(diǎn)基于秸稈自然腐解基準(zhǔn)線, 構(gòu)建秸稈成型燃料集中供暖工程溫室氣體減排量計(jì)量方法, 并采用該方法定量估算典型工程溫室氣體減排量, 為我國秸稈成型燃料集中供暖工程減排量估算提供理論依據(jù)與方法支撐。

1 秸稈成型燃料集中供暖工程溫室氣體減排量估算方法

秸稈成型燃料集中供暖工程是通過對(duì)廢棄秸稈進(jìn)行收集打包運(yùn)輸?shù)浇斩挸尚图庸c(diǎn)進(jìn)行粉碎干燥、擠壓成型, 然后將加工后的秸稈成型燃料運(yùn)輸?shù)巾?xiàng)目發(fā)生現(xiàn)場(chǎng)(供暖點(diǎn))投放到鍋爐中進(jìn)行燃燒供暖,最終將燃燒產(chǎn)物灰渣作為鉀肥用于還田的過程。本研究計(jì)算方法參考和借鑒《聯(lián)合國氣候變化框架公約》(UNFCCC)方法學(xué)、政府間氣候變化專門委員會(huì)(IPCC)《國家溫室氣體清單編制指南》、清潔發(fā)展機(jī)制(CDM)方法學(xué)以及生命周期評(píng)價(jià)(LCA)法,在明確秸稈成型燃料集中供暖工程項(xiàng)目邊界的前提下, 以廢棄秸稈自然腐解為基準(zhǔn)線, 依次計(jì)算無項(xiàng)目實(shí)施背景下的基準(zhǔn)線排放量、因項(xiàng)目運(yùn)行導(dǎo)致的排放量以及工程泄漏排放量, 最終得到秸稈成型燃料集中供暖工程的溫室氣體凈減排量。

1.1 項(xiàng)目邊界

該工程項(xiàng)目邊界主要包括: 本工程不存在時(shí)廢棄秸稈的棄置點(diǎn); 將廢棄秸稈運(yùn)輸?shù)浇斩挸尚图庸S的路徑; 成型過程所用的粉碎機(jī)、壓塊機(jī)以及集中供暖過程所用的鍋爐等產(chǎn)生化石燃料消耗和電力消耗的設(shè)施; 將成型燃料運(yùn)輸?shù)焦┡c(diǎn)的路徑; 成型燃料用于供暖的地點(diǎn)。項(xiàng)目邊界范圍內(nèi)的主要溫室氣體排放源和排放氣體如表1所示。

表1 秸稈成型燃料集中供暖工程項(xiàng)目邊界內(nèi)主要溫室氣體排放源Table 1 Major greenhouse gas emission sources within the straw briquette central heating project boundary

1.2 基準(zhǔn)線排放量計(jì)算方法

基準(zhǔn)線代表在沒有擬議的項(xiàng)目活動(dòng)發(fā)生時(shí)的背景情況。本文中基準(zhǔn)線排放指的是不實(shí)施秸稈成型燃料集中供暖工程項(xiàng)目情景下的背景排放，計(jì)算公式為:

式中: G E為秸稈成型燃料集中供暖工程基準(zhǔn)線排放量; G E為農(nóng)作物秸稈自然腐解產(chǎn)生的溫室氣體排放; G E為秸稈成型燃料集中供暖工程提供的凈熱量等值消耗的煤炭產(chǎn)生的溫室氣體排放;GE為秸稈成型燃料供暖燃燒產(chǎn)生的灰渣還田替代的鉀肥生產(chǎn)耗能產(chǎn)生的溫室氣體排放。以上均以CO當(dāng)量計(jì), t。

1.2.1 秸稈自然腐解基準(zhǔn)線排放

本文將農(nóng)作物秸稈自然腐解情景下的溫室氣體排放量作為秸稈成型燃料集中供暖工程的原料基準(zhǔn)線排放量, 計(jì)算公式為:

式中: E F為秸稈自然腐解時(shí)的溫室氣體排放系數(shù)(t·t); W為 秸稈原料含水率(%); N為秸稈原料數(shù)量(t); G WP為CH的全球增溫潛勢(shì)值; E F為秸稈自然腐解產(chǎn)生的CH排放因子(t·t); G WP為NO的全球增溫潛勢(shì)值; E F為秸稈自然腐解產(chǎn)生的NO排放因子(t·t)。

全球增溫潛勢(shì)(GWP)是指在一定時(shí)間尺度上,將CO、CH和NO 3種溫室氣體排放對(duì)全球形成的溫室效應(yīng)折算為CO當(dāng)量進(jìn)行統(tǒng)一計(jì)量。根據(jù)IPCC第五次最新報(bào)告, 在過去的100年增溫尺度上, CH與NO的增溫系數(shù)分別為CO的28倍和265倍。

1.2.2 秸稈成型燃料替代排放

秸稈成型燃料替代排放量是指假設(shè)未實(shí)施秸稈成型燃料集中供暖工程時(shí), 與秸稈成型燃料燃燒供暖提供同等熱量所耗化石燃料產(chǎn)生的溫室氣體排放。計(jì)算公式為:

式中: H G為工程實(shí)施過程中秸稈成型燃料燃燒產(chǎn)生的供熱量(GJ); E F為替代的煤炭(以標(biāo)煤計(jì))的CO當(dāng)量排放因子(t·GJ); η為燃煤鍋爐的平均凈供熱效率(%); FB為消耗的秸稈成型燃料數(shù)量(t);NCV為消耗的秸稈成型燃料的平均凈熱值(GJ·t);η為燃燒秸稈成型燃料的鍋爐平均凈供熱效率(%)。

1.2.3 灰渣替代化肥生產(chǎn)耗能排放

化肥生產(chǎn)需要消耗化石能源。秸稈成型燃料燃燒供暖后的產(chǎn)物灰渣可用于還田替代鉀肥, 因此減少了化肥生產(chǎn)耗能產(chǎn)生的溫室氣體排放。工程產(chǎn)物灰渣的替代排放量是指生產(chǎn)等量的鉀肥需要消耗的化石能源的溫室氣體排放量, 計(jì)算公式為:

式中: FB為工程產(chǎn)物灰渣中鉀肥(KO)總質(zhì)量(t),EF為鉀肥生產(chǎn)耗能的CO當(dāng)量排放因子(t·t)。

1.3 項(xiàng)目排放量計(jì)算方法

秸稈成型燃料集中供暖工程的項(xiàng)目排放量是指將秸稈原料運(yùn)輸?shù)巾?xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)點(diǎn)的運(yùn)輸環(huán)節(jié)所耗化石燃料、秸稈成型燃料生產(chǎn)環(huán)節(jié)所耗電能以及燃料利用環(huán)節(jié)燃燒供暖產(chǎn)生的溫室氣體排放。計(jì)算公式為:

式中: PE為秸稈成型燃料集中供暖工程項(xiàng)目排放總量, G E為從場(chǎng)外運(yùn)輸秸稈到項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)供暖燃燒的運(yùn)輸過程消耗的化石燃料產(chǎn)生的溫室氣體排放, G E為項(xiàng)目實(shí)施導(dǎo)致的電力消耗產(chǎn)生的溫室氣體排放,GE為利用秸稈成型燃料燃燒供暖產(chǎn)生的溫室氣體排放。以上均以CO當(dāng)量計(jì), t。

1.3.1 運(yùn)輸過程消耗化石燃料產(chǎn)生溫室氣體排放

參考CDM方法學(xué)中的國家溫室氣體自愿減排方法學(xué)《CM-073-V01供熱鍋爐使用生物質(zhì)成型燃料替代化石燃料》, 該項(xiàng)目運(yùn)輸過程的排放量(GE)主要包括: 將廢棄的秸稈原料運(yùn)輸至秸稈成型加工點(diǎn)以及將加工完的秸稈成型燃料運(yùn)輸至供暖點(diǎn)兩個(gè)階段消耗的化石燃料產(chǎn)生的溫室氣體排放。計(jì)算公式如下:

式中: A T為將秸稈原料由田間地頭運(yùn)輸至成型加工點(diǎn)的農(nóng)用車輛的平均載荷(t); D為將秸稈原料由田間地頭運(yùn)輸至成型加工點(diǎn)的平均往返距離(km);EF為運(yùn)輸秸稈原料的農(nóng)用車輛的CO排放因子,以CO當(dāng)量計(jì), t·km; A T為將成型燃料由成型加工點(diǎn)運(yùn)輸至供暖點(diǎn)的中重型貨車的平均載荷(t); D為將成型燃料由成型加工點(diǎn)運(yùn)輸至供暖點(diǎn)的平均往返距離(km); EF為運(yùn)輸成型燃料的中重型貨車的CO排放因子, 以CO當(dāng)量計(jì), t·km。

1.3.2 工程運(yùn)行消耗電能溫室氣體排放

秸稈成型燃料加工成型需要消耗一定的電能(主要為秸稈壓縮成型過程使用的破碎機(jī)和壓塊機(jī)的耗電)。工程運(yùn)行消耗電能溫室氣體排放(GE)是指該區(qū)域所在電網(wǎng)生產(chǎn)同等電能產(chǎn)生的溫室氣體排放。借鑒CDM方法學(xué)可知, 該值即為該工程消耗的電量乘以所在區(qū)域相應(yīng)的電網(wǎng)排放因子。計(jì)算公式為:

式中: N為 工程運(yùn)行消耗的電量總量(MWh),EF為工程運(yùn)行所在區(qū)域電網(wǎng)的CO排放因子(t·MWh)。

1.3.3 產(chǎn)品利用排放

產(chǎn)品利用排放量(GE)指秸稈成型燃料燃燒供暖產(chǎn)生的溫室氣體排放。計(jì)算公式為:

式中: E F為鍋爐燃燒秸稈成型燃料的CO當(dāng)量排放因子(t·t); EF為鍋爐燃燒秸稈成型燃料的CH排放因子(t·t); E F為鍋爐燃燒秸稈成型燃料的NO排放因子(t·t)。

1.4 工程泄漏排放量計(jì)算方法

根據(jù)CDM方法學(xué)可知, 工程泄漏排放量指因工程活動(dòng)實(shí)施導(dǎo)致的化石燃料額外消耗的排放, 或生物質(zhì)廢棄物從其他用途轉(zhuǎn)為工程活動(dòng)所用而產(chǎn)生的排放。本研究在項(xiàng)目活動(dòng)中已考慮過鍋爐的熱效率, 不考慮供暖管道的熱量損失情況, 因此泄漏量LE為0。

1.5 工程溫室氣體凈減排量計(jì)算方法

根據(jù)上文構(gòu)建的估算方法, 秸稈成型燃料集中供暖工程溫室氣體凈減排量等于工程基準(zhǔn)線排放量減去項(xiàng)目排放量及泄漏量。計(jì)算公式為:

2 甘肅臨洮縣秸稈成型燃料集中供暖工程簡介及數(shù)據(jù)獲取

2.1 研究對(duì)象簡介

臨洮縣新源環(huán)?？萍加邢薰鞠群笸顿Y建設(shè)生物質(zhì)清潔集中供暖示范點(diǎn)5處, 分別位于甘肅省臨洮縣新添鎮(zhèn)、八里鋪鎮(zhèn)、峽口鎮(zhèn)、漫灣鄉(xiāng)、康家集鄉(xiāng)政府辦公樓。項(xiàng)目總投資160余萬元, 5個(gè)供暖示范點(diǎn)均采用玉米秸稈成型燃料替代燃煤進(jìn)行集中供暖, 從2019年10月7日到2020年4月20日一個(gè)供暖季期間大約消耗玉米秸稈成型燃料1130 t, 可解決5處政府辦公樓共2.17萬m的供暖問題, 具體如表2所示。

表2 甘肅省臨洮縣5個(gè)秸稈成型燃料集中供暖試點(diǎn)具體情況Table 2 Specific situation of five straw briquette fuel based central heating pilot projects in Lintao County, Gansu Province

整個(gè)工藝流程包括秸稈原料獲取階段、壓縮加工成型階段和燃料燃燒利用3個(gè)階段, 項(xiàng)目針對(duì)生物質(zhì)鍋爐配有專門除塵脫硝系統(tǒng)。具體技術(shù)利用過程如圖1所示。

圖1 臨洮縣秸稈成型燃料集中供暖工程工藝流程Fig.1 Process flow of Lintao straw briquette fuel central heating project

2.2 工程數(shù)據(jù)獲取

計(jì)算過程中所需的參數(shù)和數(shù)據(jù)主要通過試驗(yàn)測(cè)定、項(xiàng)目實(shí)測(cè)、文獻(xiàn)總結(jié)與公式計(jì)算等途徑獲取。具體數(shù)據(jù)來源如表3所示。

表3 秸稈成型燃料集中供暖工程溫室氣體減排量估算涉及參數(shù)及說明Table 3 Parameters and description of greenhouse gas emission reduction of straw briquette fuel central heating project

3 計(jì)算結(jié)果與分析

以臨洮縣的秸稈成型燃料集中供暖工程為例,對(duì)該工程2019年10月7日到2020年4月20日供暖期間的溫室氣體減排量進(jìn)行分析, 分別計(jì)算該工程的基準(zhǔn)線排放量、項(xiàng)目排放量, 最終得到該工程溫室氣體的凈減排量。

3.1 工程基準(zhǔn)線排放量

1)秸稈自然腐解基準(zhǔn)線排放量

該基準(zhǔn)線數(shù)據(jù)是由作者課題組模擬玉米秸稈堆放在田間空地情景的周年試驗(yàn), 對(duì)露天堆放的玉米秸稈發(fā)生自然腐解產(chǎn)生的主要溫室氣體進(jìn)行周年排放量的測(cè)定, 并進(jìn)行計(jì)算分析得到的。玉米(干基)秸稈自然腐解產(chǎn)生的CH和NO排放因子分別為2.32×10t·t和1.36×10t·t。根據(jù)實(shí)地調(diào)研, 本文研究的廢棄在地頭、溝渠、路邊的玉米秸稈含水率(W)在30%左右, 因此消耗1130 t玉米秸稈成型燃料(包含水分及其他雜質(zhì)合計(jì)約20%)相當(dāng)于消耗了秸稈原料1291 t。根據(jù)式(2)可計(jì)算得到, 5個(gè)秸稈成型燃料集中供暖試點(diǎn)自然腐解基準(zhǔn)線的溫室氣體排放總量為38.45 t CO(表4)。

2)秸稈成型燃料替代排放量

根據(jù)實(shí)地調(diào)研可得, 燃燒秸稈成型燃料的供熱設(shè)備的凈供熱效率(η)約為75%。經(jīng)查閱文獻(xiàn)可得, 替代的燃燒煤炭的供熱設(shè)備的平均凈供熱效率(η)為72%。由庫麗霞等可知, 風(fēng)干后的玉米秸稈的熱值為17183 kJ·kg, 即17.183 GJ·t。結(jié)合實(shí)地調(diào)研,該項(xiàng)目所用秸稈成型燃料大約含雜質(zhì)(水分、土分等)約20%, 可得該項(xiàng)目玉米秸稈成型燃料熱值實(shí)際約為13.746 GJ·t。結(jié)合玉米秸稈成型燃料熱值以及《綜合能耗計(jì)算通則》GB/T 2589-2020中標(biāo)煤的熱值29.3076 GJ·t, 根據(jù)式(4)可計(jì)算得到, 5個(gè)秸稈成型燃料集中供暖試點(diǎn)玉米秸稈成型燃料替代煤炭的總數(shù)量為552.08 t, 替代煤炭所減少的排放量為1569.76 t CO(表4)。

3)灰渣替代化肥生產(chǎn)耗能排放量

通過調(diào)研和查閱文獻(xiàn)可知, 玉米秸稈成型燃料燃燼率通常在96%左右, 則其燃燒產(chǎn)生的草木灰大約為總質(zhì)量的4%。生物質(zhì)鍋爐灰渣中KO含量為10%左右。根據(jù)式(6)可計(jì)算得到, 5個(gè)試點(diǎn)供暖季產(chǎn)生的灰渣替代鉀肥數(shù)量為4.57 t KO, 替代鉀肥所減少的化肥生產(chǎn)耗能排放量為1.87 t CO。具體如表4所示。

4)基準(zhǔn)線排放量計(jì)算結(jié)果匯總

根據(jù)式(1) 計(jì)算可知, 臨洮縣玉米秸稈成型燃料集中供暖工程的基準(zhǔn)線排放總量為1610.08 t CO(表4)。其中, 秸稈自然腐解基準(zhǔn)線排放量為38.45 t CO, 占基準(zhǔn)線排放的2.39%; 秸稈成型燃料替代排放量為1569.76 t CO, 占基準(zhǔn)線排放的97.50%; 鉀肥替代排放量為1.87 t CO, 占基準(zhǔn)線排放的0.11%。

表4 甘肅臨洮縣5個(gè)秸稈成型燃料集中供暖試點(diǎn)基準(zhǔn)線溫室氣體排放量匯總Table 4 Summary of baseline greenhouse gas emissions of 5 straw briquette fuel central heating pilot projects in Lintao County,Gansu Province

3.2 工程運(yùn)行排放量

1)運(yùn)輸過程消耗化石燃料溫室氣體排放量

玉米秸稈原料運(yùn)輸階段采用的是農(nóng)用運(yùn)輸車,平均載荷(A T)約為2 t, 秸稈加工后成型燃料運(yùn)輸階段, 采用中重型貨車, 平均載荷(A T)約為5 t, 根據(jù)式(8)計(jì)算可以得到, 運(yùn)輸環(huán)節(jié)的溫室氣體總排放量為10.01 t CO, 具體如表5所示。

2)工程運(yùn)行消耗電力溫室氣體排放量

通過實(shí)地調(diào)研可知, 生產(chǎn)1 t秸稈成型燃料大約需耗電60 kWh, 因此工程運(yùn)行過程總的耗電量( N)為67.8 MWh。根據(jù)式(9)計(jì)算可以得到項(xiàng)目運(yùn)行消耗電力的溫室氣體排放總量為63.16 t CO, 具體如表5所示。

3)產(chǎn)品利用排放量

經(jīng)文獻(xiàn)數(shù)據(jù)庫查找和檢索, 未能找到利用鍋爐燃燒秸稈成型燃料產(chǎn)生CH的排放因子(E F)和NO的排放因子(E F), 故采用IPCC中固體生物質(zhì)燃料的CH排放因子和NO排放因子結(jié)合其熱值進(jìn)行估算。針對(duì) E F, 為保守估計(jì)減排量, 根據(jù)《CM-073-V01供熱鍋爐使用生物質(zhì)廢棄物替代化石燃料》方法學(xué), 在上述基礎(chǔ)上還需乘以CH排放因子的保守系數(shù)1.37, 因此得到 EF為6.41×10t·t; 針對(duì) E F, 供暖點(diǎn)為使生物質(zhì)鍋爐的煙氣排放達(dá)標(biāo), 會(huì)采用“脫硝除塵”方式進(jìn)行煙氣除塵,因此本文在IPCC給出的值的基礎(chǔ)上排除生物質(zhì)鍋爐脫銷部分。現(xiàn)階段, 我國主要采用低氮燃燒方式降低生物質(zhì)鍋爐NO排放。通過實(shí)地調(diào)研與文獻(xiàn)分析可知, NO控制效率一般在40%左右, 則最終可得E F為3.74×10t·t。結(jié)合CH和NO的增溫潛勢(shì), 根據(jù)式(11)計(jì)算可以得到, 鍋爐燃燒秸稈成型燃料的CO當(dāng)量排放因子E F為0.027 87 t·t。

結(jié)合式(10)和(11)計(jì)算可以得到, 5個(gè)項(xiàng)目點(diǎn)的產(chǎn)品利用排放總量為31.50 t CO, 具體如表5所示。

4)項(xiàng)目總排放量

綜上, 根據(jù)式(7)計(jì)算可以得到, 臨洮縣5個(gè)秸稈成型燃料集中供暖試點(diǎn)項(xiàng)目過程能耗的總排放量約為104.67 t CO, 5個(gè)供暖項(xiàng)目點(diǎn)的具體情況可見表5。其中, 項(xiàng)目運(yùn)輸過程消耗化石燃料的排放量為10.01 t CO, 占項(xiàng)目排放量的9.56%; 項(xiàng)目運(yùn)行消耗電力的排放量為63.16 t CO, 占項(xiàng)目排放量的60.34%; 產(chǎn)品利用排放量為31.50 t CO, 占項(xiàng)目排放量的30.10%。

表5 甘肅省臨洮縣5個(gè)秸稈成型燃料集中供暖試點(diǎn)項(xiàng)目溫室氣體排放量匯總Table 5 Summary of project greenhouse gas emissions of five straw briquette central heating pilot projects in Lintao County, Gansu Province t(CO2)

3.3 工程溫室氣體凈減排量

根據(jù)式(12), 可得2019年10月到2020年4月一個(gè)供暖季, 臨洮縣5個(gè)秸稈成型燃料集中供暖試點(diǎn)的凈減排總量為1505.41 t CO, 其中新添鎮(zhèn)政府辦公樓凈減排量最高, 為481.23 t CO, 八里鋪鎮(zhèn)政府辦公樓凈減排量最低, 為187.36 t CO(表6)。

表6 甘肅省臨洮縣5個(gè)秸稈成型燃料集中供暖試點(diǎn)凈溫室氣體減排量Table 6 Net greenhouse gas emissions reduction of five straw briquette central heating pilot projects in Lintao County, Gansu Province t(CO2)

由表6和表7可知, 臨洮縣秸稈成型燃料集中供暖工程基準(zhǔn)線排放量為1610.08 t CO, 項(xiàng)目排放量為104.67 t CO, 凈減排量為1505.41 t CO, 約相當(dāng)于529.45 t標(biāo)準(zhǔn)煤的CO排放量, 是項(xiàng)目運(yùn)行排放量的14.4倍。計(jì)算表明, 每消耗1 t秸稈原料, 將會(huì)減少1.17 t CO排放, 每生產(chǎn)利用1 t秸稈成型燃料, 將會(huì)減少1.33 t CO排放。

表7 臨洮縣秸稈成型燃料集中供暖工程溫室氣體減排量Table 7 Greenhouse gas emission reduction of central heating project with straw briquette fuel in Lintao County t(CO2)

4 結(jié)論與討論

本研究參考UNFCCC方法學(xué)、IPCC清單法和CDM方法學(xué), 以農(nóng)作物秸稈自然腐解為基準(zhǔn)線, 建立了秸稈成型燃料集中供暖工程溫室氣體減排量計(jì)量方法。該計(jì)量方法包括項(xiàng)目邊界、基準(zhǔn)線排放、項(xiàng)目排放、泄漏排放等方面。基準(zhǔn)線排放包括秸稈自然腐解、替代化石燃料供暖產(chǎn)生的排放以及燃燒產(chǎn)物灰渣還田替代的鉀肥生產(chǎn)耗能排放; 項(xiàng)目排放包括工程運(yùn)輸活動(dòng)、秸稈加工成型電力能耗和成型燃料供暖產(chǎn)生的排放。該方法豐富了秸稈成型燃料集中供暖工程溫室氣體減排估算方法學(xué)體系, 對(duì)其他秸稈綜合利用方式的溫室氣體減排估算具有一定參考價(jià)值, 對(duì)推廣生物質(zhì)清潔取暖、推動(dòng)秸稈資源的綜合利用以及響應(yīng)國家節(jié)能減排政策號(hào)召等意義重大。

以甘肅省臨洮縣新源環(huán)保科技有限公司秸稈成型燃料集中供暖工程案例為對(duì)象, 利用構(gòu)建的方法學(xué)體系, 計(jì)算得出基準(zhǔn)線排放量為1610.08 t CO, 其中秸稈成型燃料替代化石燃料排放占97.50%; 項(xiàng)目排放量為104.67 t CO, 其中秸稈加工成型的電力能耗排放最多, 占項(xiàng)目排放的60.34%以上。工程凈減排量為1505.41 t CO, 約相當(dāng)于529.45 t標(biāo)煤的CO排放量, 表明實(shí)施秸稈成型燃料集中供暖工程具有明顯減排效果。這也與已有的研究結(jié)果基本相符, 充分說明了利用秸稈成型燃料等生物質(zhì)能源替代燃煤用于清潔供暖、減少溫室氣體排放的可行性。

在我國秸稈禁燒力度不斷加強(qiáng)的政策背景下,秸稈露天焚燒現(xiàn)象已顯著減少, 但秸稈被隨意廢棄于道路兩側(cè)、曬場(chǎng)等場(chǎng)所的現(xiàn)象卻相對(duì)較為嚴(yán)重。相比于現(xiàn)有以秸稈無控焚燒為基準(zhǔn)線的研究, 本文以秸稈露天堆放自然腐解為基準(zhǔn)線更能夠?qū)?shí)際情境下秸稈成型燃料利用的減排效果進(jìn)行準(zhǔn)確評(píng)估。同時(shí), 集中供暖是我國北方地區(qū)冬季采暖的主要方式, 以秸稈成型燃料為代表的生物質(zhì)能源集中供暖已成為北方地區(qū)清潔供暖的重要途徑之一。本文構(gòu)建了以廢棄秸稈為原料的秸稈成型燃料集中供暖溫室氣體減排潛力估算方法體系, 并通過典型案例開展了定量評(píng)估, 為以秸稈為主要原料的生物質(zhì)清潔供暖技術(shù)的推廣及其政策制定和產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了理論依據(jù)和方法支撐。此外, 通過專家咨詢和相關(guān)文獻(xiàn)查閱, 本文對(duì)甘肅省臨洮縣秸稈成型燃料集中供暖工程案例的部分參數(shù)進(jìn)行了適當(dāng)?shù)膬?yōu)化調(diào)整, 力求估算過程盡可能反映實(shí)際情況。

秸稈成型燃料集中供暖溫室氣體減排量估算涉及參數(shù)眾多, 個(gè)別參數(shù)取值缺少標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)來源。本文在構(gòu)建減排量估算方法體系時(shí), 相關(guān)的溫室氣體排放因子等關(guān)鍵參數(shù)通過試驗(yàn)或權(quán)威文獻(xiàn)數(shù)據(jù)考證獲取。后續(xù)需要進(jìn)一步對(duì)相關(guān)參數(shù)開展更深入和系統(tǒng)的研究。此外, 在我國承諾實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和的背景下, 未來還應(yīng)加強(qiáng)在秸稈綜合利用碳減排政策及其制度體系等方面的研究。