煤化工产业链的碳足迹计量及控制机制研究

发布时间：2020-08-08 19:44

【摘要】：优化以煤为主的能源结构和提高煤炭的清洁利用水平是必然选择。煤化工是煤炭洁净利用的重要方式,煤化工是否能够降低碳排放以及如何真正实现其降低碳排放的目标备受关注。因此,本文以基于系统科学和绿色SCM的视角,综合运用物流管理、经济学、环境生态学、高级运筹学等的相关理论及IPCC、PAS2050等协议所提供的研究方法,对我国煤化工产业链中碳足迹的计量和控制机制等问题进行了深入研究,构建了煤化工产业链网络结构优化模型,提出了我国煤化工产业链低碳模式和管理策略。首先,论文分析了当前全球气候和环境不断恶化的现状,指出了节能减排的紧迫性和必要性;并借此分析我国能源结构与消费方式中存在的碳排放问题。通过对所收集的大量数据的整理和分析可以看出,煤炭仍是我国现阶段的主体能源。为了掌握当前国内外煤炭供应链及其煤化工产业链发展过程中所面临的瓶颈问题,论文通过设计调研问卷,征询涉及煤化工企业的管理人员以及相关学者的意见;然后,利用主成分分析法对调查数据进行了因子分析,萃取出影响我国煤化工产业链低碳发展的关键因子。其中,随着我国能源结构转型和市场发展趋势,煤化工产品的需求量及其对煤炭的消费量在急剧上升,但是煤化工产业链上的碳足迹强度也随之加大。论文通过构建生态足迹中能源消费的碳足迹比例预测模型,预测能源消费碳足迹的变化强度及其与煤化工产业链发展的关联度。其次,在能量Exergy()生命周期评估(ELCA)、可持续性生命周期分析法(LCSA)基础上,论文对煤炭生产(开采、洗、选)、煤炭物流、煤化工生产、煤化工产品消费等子系统的GHG排放源进行辨识和建立排放量的预测模型,研究各子系统的碳排放因子核算方法和碳足迹计量模型。在对煤化工各子系统的碳排放因子核算方法和碳足迹计量模型等定量研究工作的基础上,论文再利用巴尖依斯基、DEA和双重红利等数学模型研究碳税、碳交易和碳标签在我国煤化工企业低碳生产和产品低碳消费的碳足迹控制技术机制和管理机制中的应用。最后,论文将煤化工产业链上碳足迹的外部不经济性带来的相关技术变量和低碳成本指标纳入企业内部化管理基础上,构建了煤化工产业链网络结构优化模型,提出了我国煤化工产业链低碳模式管理优化方案,以最大限度地降低我国煤化工产业链中GHG的排放量,缓解区域性碳足迹强度不断增大的趋势。因此,本文通过定量研究我国目前煤气化-CH3OH、煤气化-SNG-IGCC以及煤火用液化-间接液化等核心煤化工产业链中碳足迹的计量方法和控制机制,不仅为我国煤化工产业可持续发展提供新的理念,也是为我国制定和实施煤基能源低碳经济发展政策提供理论依据。论文的具体研究内容如下:第1章:绪论。分析当前全球因大量使用碳基能源导致气候与环境的恶化,尤其是煤炭消费主力之一的煤化工产业链中碳足迹强度变化速度,令各国政府感到节能减排的紧迫性和必要性。从而,论文提出需要解决的关键问题:第一是通过科学辨识出现代煤化工核心产业链上温室气体的排放源,研究出排放因子或相关排放系数的计量模型,给出碳足迹的度量、评估的定量研究方法;第二是探究出煤化工产业链上碳足迹控制的管理机制和技术,旨在全球低碳经济大背景下研究制定或完善当前我国碳交易、碳市场、碳标签等机制,并能与国际市场接轨,同时,也是从实践出发,通过完善相关控制机制以实现我国对于相关产业可操作性的低碳管理模式。在研读大量国内外相关研究文献之后,吸取现有的部分专业理论及研究思路,论文简要介绍了研究背景、研究的目的及意义、研究技术线路,为论文每一步研究工作的顺利展开,做出详细规划与准备。第2章:碳足迹与煤化工产业链低碳发展理论研究。为了分析影响煤化工产业可持续发展的因素,通过调查问卷收集、整理相关数据,采用主成分分析法分析出了影响煤化工产业发展的关键因素:化工技术、产业政策和环境承载力。论文进一步界定了碳足迹的涵义,并分析其在生态足迹中的比例;通过分析生物承载力构成指数(bcci),建立生态足迹中能源消费的碳足迹比例预测模型,以此研究碳足迹强度与煤化工产业链低碳发展的关联度,从而指出了我国煤化工产业链低碳发展模式的设计原则,也是为进一步分析和计量煤化工产业链的碳足迹作准备。第3章:基于elca-lcsa煤化工核心产业链碳脉与排放系统分析。借助lca、elca、lcsa和exergy等理论构建全生命周期内物质流、能量流在平衡状态时的转化效率数量模型,定量分析和评价煤基能源产品生命周期内的“负产出”对气候与环境的影响,明确了新型煤化工核心产业链内的碳脉机理;并在分析煤气化-ch3oh、煤气化-sng-igcc以及煤液化-间接液化等核心煤化工产业链中的c元素物质流的基础上,辨识出煤炭生产、煤炭物流、煤化工生产和消费等子系统的ghg排放源,为下一阶段研究煤化工核心产业链的碳足迹计量方法和控制机制等工作奠定基础。第4章:煤化工产业链的碳足迹计量方法研究。在明确煤化工核心产业链各子系统ghg排放源的基础上,利用pas2050:2008、iso14064、ghgprotocol和ipcc等国际指导性文件的相关研究方法,指出各种能源的单位能耗、转换率、碳氧化率、ghg排放因子的核算公式,并通过构建年产量预测模型,预测我国原煤未来的产能,为碳足迹计量方法研究提供依据。在相关排放因子核算方法的基础上,论文再通过构建煤化工核心产业链碳足迹计量的系统分析模型,按照全生命周期内的碳脉分别研究出煤炭生产、煤炭物流、煤化工生产、产品消费等子系统的碳足迹计量模型,而且通过事例模拟验证相关碳足迹计量模型的实用性。第5章:煤化工产业链的碳足迹控制机制研究。在煤化工核心产业链中各子系统碳足迹计量方法研究之后,论文再从两个方面去研究碳足迹控制机制,即技术机制和管理机制。技术控制机制研究主要包括,利用“卡曼涡街”原理研究提升煤层气的利用率,以达到减少煤炭在开采阶段温室气体排放量的目的;同时,通过设计水煤浆管道运输技术以实现绿色煤炭运输方式,研究煤炭物流过程节能减排的具体措施;利用dea模型,论文将研究增强生态承载力的碳汇能力,促进我国区域性碳收支账户的平衡,为降低区域性煤化工产业链上碳足迹控制技术机制提供了新的思路;利用循环经济发展理念,论文将研究通过建立新型煤化工多联产业群的方式,促进部分煤基产物的循环使用机会,以减小二次能源的排放因子,达到降低整个产业链温室气体排放量的目的;还研究利用碳捕获与封存等低碳技术,增强节能减排的效果。控制的管理机制研究主要包括,通过双重红利模型、piguotax等理论,分析碳税与碳交易、cdm项目等清洁发展机制对煤化工企业、下游消费者边际效益的影响程度,研究煤化工产业链上碳足迹控制的管理机制及建立煤化工产品碳标签的低碳消费机制;并通过事例模拟煤化工产业链上碳足迹的相关控制机制的应用效果。第6章:基于碳足迹煤化工产业链网络结构优化研究。将碳捕集、碳交易等成本作为相关企业生产或消费的约束条件,研究煤化工产业链网络结构优化的管理方法。通过利用高级运筹学等理论,论文构建煤化工产业链网络结构优化新模型,并以事例模拟在低碳经济模式下煤化工多联产业群优化重组情景,提出区域性资源型城市群可持续化发展的新模式。第7章:结论与展望。在定量与定性研究的基础上,针对需解决的关键问题提出研究结论与主要创新点,并客观总结出该项研究存在的不足之处,为待未来进一步研究工作打下更好的基础。
【学位授予单位】：中国矿业大学(北京)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：F426.21;X322

【参考文献】