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      • 基车用  燃料  生命  周期  能源消耗  

      煤基车用燃料的生命周期能源消耗

        文件类型：PDF/Adobe Acrobat   文件大小：6202字节
      内容摘要：
      !第"#卷第$期煤!!炭!!学!!报%&'("#!)&($!
      !*++,年#+月-./0)12.3456)14.127.4689:.;>>"(*++,)+$=+,,*=+
      煤基车用燃料的生命周期能源消耗
      与温室气体排放分析
      张!亮,黄!震
      (上海交通大学燃烧与环境技术中心,上海!*+++"+)
      摘!要:利用生命周期评价方法,以中国的能源生产和运输为背景,对汽油,柴油,甲醇汽油和
      二甲醚这 种煤基车用燃料配合不同车辆发动机技术的全生命周期能源消耗和温室气体排放进行
      了研究,得出:煤基车用燃料全生命周期所消耗的一次能源与排出的温室气体超过,+@发生在
      上游阶段,特别是燃料阶段;车辆的燃料经济性对全生命周期指标影响较大;从总量来看,二甲
      醚是较好的选择,柴油次之,汽油路线则是最差的, 但考虑到车辆技术的明显区别,汽油和甲醇
      汽油仍然存在应用的可能性(
      关键词:煤基车用燃料;生命周期评价;温室气体排放;一次能源消耗
      中图分类号:9A+#>!!!文献标识码:1
      收稿日期:*++,=+"=**
      !!作者简介:张!亮(#>B$=),男,四川广元人,博士研究生(9C':+*#=, +BD+>$,8=EFG':'C&HIJK*++ LK&<EFG'M;&E
      !"#$%&'&()$')*+%+$**"*,-%+("&./01'("#"2-,**"3(.&*-#&*&
      */'&&'("()+(#$45#&*26*3'+$*).*$&
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      !5&1,#+1:QG<K'GRC;S;'CFTTCTTECH<EC<K&U&'&PS,<KCVWGEFWSCHCWPS;&HTXEV<G&HFHUPWCCHK&XTCPFTCT
      (O5OT)CEGTTG&H&R;&F'YZFTCU[CKG;'CRXC'TGH;'XUGHPPFT&'GHC,UGCTC',EC<KFH&'YPFT&'GHCFHUUGEC<KS'C<KCW
      (\]8)^CWCFHF'SJCUFHU;&EVFWCUF<<KCZF;_PW&XHU&R4KGHF(9KC;&H;'XTG&HTFWCFTR&''&^T:FVVW&'GEF<C
      ,+@&RVWGEFWSCHCWPSXTCFHUO5OTCEGTTG&H&R<KCTC;&F'YZFTCU[CKG;'CRXC'T&;;XWGHXVT<WCFE,CTVC;GF''SF<
      <KCRXC'VW&UX;<G&HVKFTC;<KC[CKG;'C'TRXC'C;&H&ESKFTGEV&W<FH<GHR'XCH;C&H'GRC;S;'CFHF'STGT;FE&HPR&XW
      ;&F'YZFTCURXC'VF<K^FST,\]8GTFZC<<CW;K&G;C<KFH&<KCWT^G<K<KC'CFT<VWGEFWSCHCWPS;&HTXEV<G&HFHUO5OT
      CEGTTG&H,UGCTC'GT<KCTC;&HU,FHUPFT&'GHCGT<KC^&WT<,ZX<PFT&'GHCFHUEC<KFH&'YPFT&'GHCT<G''KF[CFVV'G;F<G&H
      V&TTGZG'G<SZC;FXTC&R&Z[G&XTUGRRCWCH;C&R[CKG;'C<C;KH&'&PGCT(
      7*%8(,2&:;&F'YZFTCU[CKG;'CRXC';'GRC;S;'CFTTCTTECH<;O5OTCEGTTG&H;VWGEFWSCHCWPS;&HTXEV<G&H
      !!随着我国汽车保有量的快速增加,成品油需求日益旺盛,而国际原油价格又居高不下,对我国的能源
      安全形成巨大挑战(我国的能源生产结构明显呈现"富煤贫油"的特点,这决定了在今后较长的一段时
      间内我国的能源消耗仍将以煤为主(所以,煤基燃料极有可能成为今后车用替代燃料研究与开发的重点(
      就目前状况而言,可以被车辆使用的煤基燃料主要包括汽油,柴油,甲醇和二甲醚(前"者并不要求过多
      的车辆技术改进,而关于二甲醚车辆的研究开发亦日趋成熟,这些燃料都存在着规模应用的可能,因此很
      万方数据
      第!期张"亮等:煤基车用燃料的生命周期能源消耗与温室气体排放分析
      有必要对这些燃料路线进行综合分析与比较#
      本文考察了相应的生产工艺,结合我国的能源生产与运输特点,建立了煤基车用燃料的全生命周期分
      析模型,以计算和比较各路线的一次能源消耗与温室气体排放#
      !"生命周期评价原理
      生命周期评价是指从全局角度出发,对研究对象在其生命周期全过程,从获取原材料,生产,使用直
      至最终处置,所消耗的资源与产生的环境影响进行研究#生命周期评价方法得到了各类国际组织的普遍认
      同,可以帮助人们对所从事各类活动的资源消耗和环境影响有一个全面综合的了解,以便寻求机会采取对
      策,减轻对环境的影响[$]#
      图$"煤基车用燃料的生命周期
      %&'($")&*+,-,.+/*,/0.102+34+5&,.+*6+.2
      #"煤基车用燃料的生命周期
      车用燃料的生命周期可以分为7个阶段,依次为原
      料阶段,燃料阶段和车辆阶段,可将前两个阶段统称为
      燃料的上游阶段,后一个阶段称为燃料的下游阶段#
      在煤基车用燃料当中,甲醇一般是与汽油掺混使用
      的,所以本文对甲醇体积含量为8!9的甲醇汽油
      (:8!)进行分析,这样就得到了煤基车用燃料所经历的
      主要环节(图$)#此外,各个环节除去加工转换所必需
      的原料能源,还不可避免地消耗一些一次或二次能源,
      称为工艺能源,这些能源自身也存在着加工转换的过程,所以有必要对这些工艺能源的上游阶段进行生命
      周期分析,才能形成封闭的系统(图;)#
      图;"工艺能源子系统
      %&'(;"+ /*@A/,+22+B+A'-
      $"车辆技术
      由于各种燃料所适用的车辆技术并不完全一致,可按车辆行驶$CCD 为评价基准#按照常规情形,
      汽油可以用于传统的采用火花点燃式发动机技术的车辆(<E:&/B),:8!则用于灵活燃料汽车
      表!"各种车辆的能量消耗与温室气体排放因子[#]
      %&'()!"*+),-./0)&+12320)450056+7&896,067:);58()0
      燃料种类汽油甲醇汽油柴油二甲醚
      车辆技术<E<E(%%F)GEHEGEHE
      能量消耗IJK ($CCD )L$C(778$C(7;;CC(;CM!C(;CM!
      温室气体排放I' ($CCD )L$;M77;;;M88$!N8O$M;7N
      (&/BP&>53&A+,>&BR+,>&/B),相应的
      能量消耗与温室气体排放因子见表$#
      ""从表$可见,随着发动机技术的改进,
      发动机的热效率不断提高,车辆的单位行驶
      里程燃料消耗依次得到改善,而温室气体的
      排放量也逐步下降,但两者的改善程度并不
      一致,主要是由燃料含碳量的不同造成的#
      7NN
      万方数据
      煤!!炭!!学!!报"##$年第%&卷
      !"燃料的生产
      煤炭生产甲醇和二甲醚主要由煤炭气化,甲醇合成与二甲醚合成工序构成'调研发现,在采用壳牌煤
      气化工艺的前提下,每生产&(#)甲醇需要消耗&(%)煤炭和*##+, -电力,每生产&(#)二甲醚需要消
      耗&(*)甲醇和"#+, -电力'煤制汽柴油是指以煤炭为原料经气化和费.托(/.0:/123-45.056723-)
      合成以及提炼工艺制得的车用燃料'文献[%,*]对此过程进行了详细的描述,文献[8]给出了相应的
      技术指标'实际生产过程所产生温室气体主要为9:
      ",绝大部分产生于9:变换工艺和燃料煤的燃烧'若
      按照产品的质量进行分配,就可以得到每生产&;<燃料所需要消耗的煤炭和电力,再根据9元素守恒,
      可认为除去燃料产品中的9元素,原料煤和燃料煤中的其它9元素均转化为9:
      "
      进入大气'
      表#"煤基车用燃料生产环节的直接能源消耗与温室气体排放
      $%&'(#")*+(,-(.(+/012(%.34542(6*22*7.%-,7%'8
      &%2(36(-9%.7'%.3):;<+731,-*7.2-%/(
      生产过程!!煤.汽油煤.柴油煤.甲醇煤.二甲醚
      煤炭=;8%>&(> 8#
      电力=;&>#(#>8$
      当量9:
      "
      =@ ;>%$*&$%%$# >8%A A*$A
      表"列出了转换后的煤基车用燃
      料生产环节的直接能源消耗与温室气
      体排放,可发现汽油,柴油,甲醇和
      二甲醚的生产环节直接能源转换效率
      依次为*&(8B,*%(*B,8*( B和
      8%( B,前两者明显低于后两者,且
      温室气体排量也显著增加'由此看
      来,就直接的能源消耗与温室气体排
      放而言,煤制汽,柴油路线的效果并不如煤制甲醇和二甲醚,但由于能源消耗结构不同,所以有必要进行
      全生命周期分析'
      ="能源开采与运输
      煤炭与原油开采的工艺能源消耗可以参照我国历年来的统计年鉴[$]得到'能源运输方式包括铁路,
      公路和水路运输,而各种运输方式的运输比例,平均运程以及能源消耗可由各统计源[$C ]得到'结合各种
      能源使用装置的排放因子,可以得到这两个环节各自输出单位产品所消耗的工艺能源和排出的温室气体数
      量'再结合工艺能源子系统的计算结果,就可以得到各环节的生命周期一次能源消耗'值得注意的是,在
      煤炭开采过程中会伴生大量煤层气[A,&#],其主要成分为9D
      *,目前缺乏有效的收集和利用手段,可将这些
      排放计入煤炭开采所造成的温室气体排放'又由于缺乏甲醇和二甲醚的运输状况数据,本文假定这两种燃
      料的运输与全国平均情况一致'
      >"结果与讨论
      图%为各煤基车用燃料路线的全生命周期一次能源消耗和温室气体排放的情况,可发现汽油和E 8
      路线的显著高于柴油和二甲醚路线'此外,柴油路线的一次能源消耗和温室气体排放也明显大于二甲醚路
      线'
      图%!煤基车用燃料的全生命周期一次能源消耗和温室气体排放
      /1@(%!F1G43H3I4751JK5H4L45@H36L2MJ7)16LKLN;D;24J12216L6G36KIOPK24NQ4-13I4GM4I2
      *$$
      万方数据
      第!期张"亮等:煤基车用燃料的生命周期能源消耗与温室气体排放分析
      图#为各阶段生命周期相关指标的情况$可发现原料阶段的能源消耗与温室气体排放处于很低的水
      平,一次能源消耗最多占总量的%&'(,而温室气体排放也没超过总量的#&)($若将原料阶段与燃料阶
      段的数值相加,可发现上游阶段的一次能源消耗与温室气体排放将超过总量的*)($这些情况说明在开
      发煤基燃料时,不仅应当注意它们的应用研究,更应该考虑上游阶段所造成的影响$
      图#"煤基车用燃料的各阶段生命周期一次能源消耗和温室气体排放
      +,-&#".,/01213045,67520805-2198:;64 >:06,::,989/1973@A7:0=B0C,130/;03:,8=,//0508<4C7:0:
      !"结""论
      研究结果表明:上游阶段的一次能源消耗与温室气体排放超过生命周期总量的*)(,特别是燃料阶
      段的比重相当高;车辆的燃料经济性对全生命周期指标影响较大,尽管所考虑的#种燃料在生命周期上游
      阶段的指标差距并不明显,但由于发动机技术的区别,导致汽油和DE!路线明显处于劣势;从能源消耗
      与温室气体排放角度考虑,在本文所涉及的煤基燃料中,二甲醚是较好的选择,柴油次之,而汽油路线所
      消耗的能源最多,产生的温室气体也最多,但考虑到FG发动机和HGIG发动机的适用场合并不完全一致,
      汽油和DE!在今后一段时间仍然存在应用的可能$
      发展煤基车用替代燃料,必须从全局的角度出发,对各种路线进行综合考量,尽量避免决策失误$从
      本文的分析来看,二甲醚将具有很好的发展前景,对缓解我国能源安全和改善城市大气污染意义重大$
      参考文献:
      [%]"GFJ%#)#)$K8B,598608<736787-0608<@3,/0121307::0::608RKKS%&!@<578:495<78<7<,98/;03@1213069=03B93;60%:60<C9=939-2,=0B0394608<,;:078=50:;3<:[D]$H08@
      <05/95S578:495<7<,98R0:0751C,K805-2F2:<06:I,B,:,98,T5-9880U7<,9873.7A957<952,%'''$
      [V]"+0=0573K805-2S01C8939-2H08<05,W&F$$I0475<608<9/K805-2$X7:03,80=0:,-8Y019896,1:/957=B7810=/,:1C05@<594:1C
      <01C8939-2[R]$Z,<05873=UHC9,,FC03=98[\57605,F76;03FS76$F,6;37<,9869=03:78==0:,-8:/957=B7810=/,:1C05@<594:1C<01C8939-2
      [T]$H9733,];0/71<,9878=-7:198B05:,98198<571<95:50B,0L198/050810[H]$Z,<<:A;5-C:ZT,%''!$O'^V%$
      [!]"李大尚$煤制油工艺技术分析与评价[[]$煤化工,O))V(%):%N^OV$
      [*]"中华人民共和国国家统计局$中国统计年鉴O))V[D]$北京:中国统计出版社,O))V$
      [N]"中国交通年鉴社$中国交通年鉴O))V[D]$北京:中国交通年鉴社,O))V$
      [E]"中国交通年鉴社$中国交通年鉴O)))[D]$北京:中国交通年鉴社,O)))$
      [']"刘文革,张斌川,刘"馨,等$中国煤矿区甲烷零排放[[]$中国煤层气,O))!,O(O):*^'$
      [%)]"刘文革,余小素$我国煤矿区煤层气发电技术及潜力分析[[]$中国电力,O))#,VN(#):%N^O)$
      !**
      万方数据

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