中国多晶硅光伏系统生命周期评价

【摘要】：太阳能是一种取之不尽用之不竭的清洁能源,光伏发电技术在当前的能源与环境形势下具有广阔的发展前景,但是在光伏系统的整个从资源到产品的生命周期中也会消耗一定的能源,并产生环境排放。目前,国内在这方面并没有系统的研究,因此,本文将从生命周期分析的角度对我国光伏系统进行环境影响定量评估。 本研究通过实地调研、专家咨询、文献调查等方法,收集了现阶段中国多晶硅光伏系统生命周期的物耗、能耗和排放数据。在此基础上,采用GaBi数据库平台建立光伏系统生命周期评价模型,并辅助以PE和Ecoinvent数据库中原辅材料的生命周期数据,开展了我国多晶硅光伏系统生命周期评价研究。研究系统边界包括上游金属硅料和太阳能级硅料生产、中游硅锭和硅片生产、下游电池和组件生产等过程。本研究计算了系统生命周期的一次能源消耗(Primary Energy Demand, PED),采用CML2001方法定量评估了系统生命周期的酸化潜能(Acidification Potential, AP)、富营养化潜能(Eutrophication Potential, EP)、全球变暖潜能(Global Warming Potential, GWP)、人体毒性潜能(Human Toxicity Potential, HTP)、臭氧层消耗潜能(Ozone Layer Depletion Potential, ODP)和光化学氧化(Photochemical Ozone Creation Potential, POCP)等环境效应,并计算了多晶硅光伏系统的能量回收期(Energy Payback Time, EPBT)。另外,本研究比较了我国光伏发电与其他发电技术的环境效应,并且讨论了交通运输和安装地点对环境效应的影响情况。 结果表明,我国多晶硅光伏系统的一次能源需求是12.61MJ/Wp,能量回收期为2.1-5.7年,AP为1.04×10"2kg SO2-eq/Wp, EP为1.03×10-3kg PO43-eq/Wp, GWP是1.24kg CO2-eq/Wp,HTP为0.43kg DCB-eq/Wp,ODP是7.35×10-8kg R11-eq/Wp, POCP为6.55×10-4kg ethane-eq/Wpo从金属硅到太阳能级多晶硅料的生产加工过程是造成我国多晶硅光伏系统能源消耗和环境影响的重要阶段,主要由于该过程电耗较大,而我国的电力结构主要以煤电为主。因此,该阶段是中国光伏系统技术优化和节能改造的关键节点。与中国现有的主要发电形式相比,光伏发电是一种相对清洁的能源技术,其能源消耗和环境影响远小于中国电力结构中比重最大的燃煤发电技术。如果用多晶硅光伏发电技术完全替代2011年中国的燃煤发电份额,一次能源需求将减少3.98×1013MJ,其他环境效应减少量也很显著。考虑距离因素,组件运输产生的环境影响相对整个光伏系统来说较小,而安装地点的选择相对较为重要,应当选择太阳辐射资源丰富的地区,比如西藏自治区、青海东北部及甘肃西部边境等区域。 【关键词】：光伏系统 生命周期评价 能源需求 能量回收期 环境影响
【学位授予单位】：南京大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：X322;TM615
【目录】：

• 摘要6-8
• Abstract8-12
• 第一章 绪论12-25
• 1.1 研究背景12-16
• 1.2 研究目的和意义16-17
• 1.3 文献综述17-20
• 1.3.1 生命周期评价概述17
• 1.3.2 光伏系统生命周期环境效应研究进展17-20
• 1.4 研究内容20-21
• 1.4.1 多晶硅光伏系统生命周期评价20-21
• 1.4.2 光伏发电与其他发电系统的环境效应比较分析21
• 1.4.3 安装地点和交通运输的影响分析21
• 1.5 研究方法21-23
• 1.5.1 文献综述法21
• 1.5.2 实地调研21
• 1.5.3 专家咨询21-22
• 1.5.4 生命周期评价22
• 1.5.5 GaBi软件介绍22-23
• 1.6 技术路线23-25
• 第二章 多晶硅光伏系统生命周期评价模型25-44
• 2.1 研究目标25
• 2.2 研究对象25
• 2.3 系统边界25-26
• 2.4 功能单位26-27
• 2.5 数据来源27
• 2.6 清单分析27-42
• 2.6.1 工业硅(金属硅)生产27-28
• 2.6.2 太阳能级多晶硅生产28-31
• 2.6.3 多晶铸锭31-34
• 2.6.4 硅片切割34-37
• 2.6.5 电池制造37-41
• 2.6.6 组件生产41-42
• 2.7 影响评价42-44
• 第三章 中国多晶硅光伏系统生命周期评价44-53
• 3.1 能源效应44-47
• 3.1.1 一次能源消耗44-45
• 3.1.2 能量回收期45-47
• 3.2 环境效应47-53
• 3.2.1 酸化潜能(Acidification Potential,AP)47-48
• 3.2.2 富营养化潜能(Eutrophication Potential,EP)48-49
• 3.2.3 全球变暖潜能(Global Warming Potential,GWP)49-50
• 3.2.4 人体毒性潜能(Human Toxicity Potential,HTP)50-51
• 3.2.5 臭氧层消耗潜能(Ozone Layer Depletion Potential,ODP)51-52
• 3.2.6 光化学氧化潜能(Photochemical Ozone Creation Potential,POCP)52-53
• 第四章 不同发电技术的环境效应比较53-60
• 4.1 各种发电技术的能源和环境效应53-56
• 4.2 安装地点对光伏系统环境效应的影响56-58
• 4.3 交通运输对光伏系统环境效应的影响58-60
• 第五章 主要结论与展望60-62
• 5.1 主要结论60-61
• 5.2 研究不足和展望61-62
• 参考文献62-66
• 致谢66-67
• 攻读硕士学位期间的学术成果67-68

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