液化天然气(LNG)不同应用情景的生命周期评价及优化分析

摘要

中国长期以煤炭为基础能源，但是煤炭的开发与利用过程会造成严重的环境影响。相比于煤炭和石油等化石燃料，天然气的应用效率更高，并且在相同热值或者同样产出的情况下，天然气的污染更小。相比于其他种类天然气，液化天然气(Liquefied Natural Gas，LNG)具有易储运、安全性高、热值大等特点，目前在全球范围的应用范围越来越广泛。虽然LNG属于清洁能源，但是其气化及运输阶段，尤其是LNG应用于不同途径时，CO2、NOx、SO2等污染物排放量的差异，会对环境造成不同程度的影响。本文将生命周期评价(Life Cycle Assessment，LCA)方法首先用于对比煤炭、石油和LNG三种能源生命周期的环境影响。然后深入评价LNG生命周期不同阶段、不同使用途径的环境影响，选择的环境影响类型为全球变暖潜值(GWP)、酸化潜值(AP)、富营养化潜值(EP)和光化学毒性潜值(POCP)。利用Gabi5.0软件中的敏感性分析确定输入的能源、原料和输出的污染物对最终环境影响的贡献程度。将LNG的环境影响和城市规划相结合，优化LNG不同应用途径的分配比例。论文研究内容如下:
　　(1)首先分析煤炭、石油和LNG从开采到使用阶段的环境影响，结果表明，煤炭的四种环境影响类型均最大;除了GWP外，AP、EP、POCP均是石油高于LNG。
　　(2)本文构建了LNG用于制氢(S1)、发电(S2)和车载燃料(S3)三种情景的生命周期清单，包括气化阶段、运输阶段和应用阶段输入的原料和能源以及输出的污染物。对LNG三种情景的气化阶段、运输阶段和应用阶段进行生命周期评价。结果表明，S1情景中，GWP、AP、EP和POCP标准化结果均是气化阶段大于应用阶段;S2情景中，GWP、AP、EP和POCP标准化结果均是应用阶段大于气化阶段;S3情景中，应用阶段产生的GWP标准化结果要大于气化阶段，而AP、EP和POCP标准化结果均是气化阶段大于应用阶段。三种情境下GWP、AP、EP和POCP标准化结果均是运输阶段最小。
　　(3)对LNG三种情景进行生命周期评价对比。结果表明，对三种情景影响最大的是GWP。对于GWP而言，S2和S3两种情景的贡献较大，而对于AP、EP和POCP三种环境影响类型，S2情景的影响最大。利用敏感性分析确定输入电力的生产供应对四种环境影响类型贡献最大，其次是排放的CO2和NOx的影响。
　　(4)在LNG环境影响的基础上，以城市规划为基础对LNG不同使用途径的分配比例进行优化，当输入的LNG25％用于制氢，73％用于发电，2％用于燃料的时候，GWP影响，同时总成本最小。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景、目的及意义

1．1．1 研究背景

1．1．2 研究目的

1．1．3 研究意义

1．2 液化天然气概况

1．2．1 液化天然气简介

1．2．2 液化天然气生产工艺流程

1．3 生命周期评价概述

1．3．1 生命周期评价定义

1．3．2 生命周期评价步骤

1．3．3 生命周期评价方法

1．3．4 生命周期评价的应用

1．3．5 生命周期评价软件

1．4 生命周期评价理论的研究进展

1．4．1 国内外生命周期评价的理论研究

1．4．2 生命周期评价在天然气领域的研究现状

1．5 论文框架及技术路线

1．5．1 论文框架

1．5．2 技术路线

2 液化天然气能源优势研究

2．1 研究目标和范围的确定

2．2 清单分析

2．3 影响评价及结果解释

2．4 本章小结

3 液化天然气的生命周期评价及优化

3．1 研究目标的确定

3．2 研究范围的确定

3．2．1 液化天然气气化阶段

3．2．2 液化天然气运输阶段

3．2．3 液化天然气应用阶段

3．3 清单分析

3．3．1 液化天然气各阶段输入物质及输出污染物

3．3．2 清单数据筛选与计算

3．4 影响评价及结果解释

3．4．1 液化天然气不同阶段的评价结果

3．4．2 液化天然气不同应用情景的评价结果

3．4．3 液化天然气不同情景的敏感性分析

3．5 液化天然气应用的优化分析

3．6 本章小结

4 结论与展望

4．1 结论

4．2 创新点

4．3 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢