生物质热解多联产系统生态热力学评价研究

摘要

在能源危机与气候变化日益加剧的今天，生物质作为一种重要的可再生能源，其研究和应用受到了广泛关注。生物质热解多联产技术即通过热解方法，将生物质转化为三态产物—生物质燃气、生物油以及生物炭，该技术能够实现多种产物的综合最优利用，在各种生物质利用技术中具有强劲的竞争力。但是生物质热解多联产系统在其建设、生产、运行等过程中，会不可避免的消耗化石能源，并造成温室气体排放，随着热解多联产技术的发展与广泛应用，探讨系统的生态环境效益是目前急需解决的问题，因此，本文以生态热力学的理论和方法为基础，对生物质热解多联产系统的温室气体排放、化石能源投入、可再生性、生态足迹和环境影响等进行系统的分析与评价。
　　本文首先系统总结生态热力学理论方法的研究进展，归纳和提炼温室气体排放、化石能源投入、生态足迹、环境效益评价等在生物质热解多联产系统中的应用。构建了生物质热解多联产系统生态热力学模型，展示了系统内部和穿越系统边界的能量流、物质流和信息流等，提出系统体现能、温室气体排放、能值、能值生态足迹的核算方法，建立全局评价指标体系。
　　论文选取了目前正在广泛应用的两种生物质热解多联产技术——固定床干馏釜热解多联产技术和移动床热解多联产技术为案例，建立了系统从农业种植、建造施工、设备安装调试、运行维护的系统投入产出清单，逐步开展了包括体现能核算、温室气体排放核算、能值核算以及能值生态足迹核算在内的生态热力学核算：
　　（1）系统核算了固定床和移动床热解多联产系统的体现能消耗，客观的评价其可再生性，同时与其他生物质能利用系统以及传统燃煤电厂进行了对比，研究结果表明，生物质热解多联产系统具有较好的可再生性，移动床热解系统优势更为显著。
　　（2）系统核算了固定床和移动床热解多联产系统的体现温室气体排放，计算系统的温室气体排放强度，并建立系统碳循环分析模型，分析降低系统温室气体排放的途径。结果表明，与固定床系统相比，生物质移动床热解系统具有更好的低碳效应，通过生物炭还田可以有效降低系统的净温室气体排放量。
　　（3）从能值和能值生态足迹方面对固定床和移动床热解系统的整体生态效益进行统一的综合评估，辨别影响评价指标的主导因素。研究结果表明，移动床热解系统具有更好的可持续性，电力消耗过高是影响固定床热解多联产系统可持续性的主要因素。

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1 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 生物质热解多联产技术研究进展

1.3 生态热力学研究方法研究进展

1.4 本文研究内容

2 生物质热解多联产系统生态热力学计算方法

2.1 生物质热解多联产系统概况

2.2 生物质热解多联产系统生态热力学模型

2.3 能量分析法与不可再生性指数

2.4 温室气体排放计算方法

2.5 能值分析方法

2.6 基于能值的生态足迹方法

2.7 本章小结

3 生物质热解多联产系统的体现能与温室气体排放分析

3.1生物质热解多联产系统的体现能与温室气体排放核算

3.2 生物质热解多联产系统的体现能与可再生性分析

3.3 生物质热解多联产系统的温室气体排放分析

3.4 生物质热解多联产系统的碳循环分析

3.5 情景分析

3.6 本章小结

4 生物质热解多联产系统的能值分析

4.1 引言

4.2 生物质热解多联产系统的能值系统图

4.3 生物质热解多联产系统能值核算

4.4 生物质热解多联产系统的能值评价指标

4.5 基于能值的生物质热解多联产系统生态足迹分析

4.6 本章小结

5 总结与展望

5.1 主要工作与结论

5.2 后续工作与展望

致谢

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间发表的论文