冶金法多晶硅及其光伏系统并网发电的生命周期评价研究

发布时间：2018-04-01 12:15

本文选题：冶金法　切入点：多晶硅　出处：《昆明理工大学》2017年博士论文

【摘要】：燃烧传统的化石燃料会带来气候变化、全球变暖、大气污染、酸雨等一系列的环境问题。在全球能源安全和气候变化问题日趋严峻的形势下,迫切需要发展可再生能源技术。太阳能发电已成为一种可以大规模发展和应用的可再生能源技术。太阳能级多晶硅是太阳能电池的核心材料,绿色太阳能背后的污染问题主要集中于多晶硅生产环节。工业硅不断提纯的过程不可避免会造成高能耗且产生环境污染物。生命周期评价是一种评价产品或过程在原材料采集、加工、生产、包装、运输、消费和回收以及最终处理等一个生命周期中所造成的环境影响的方法。国内外对硅光伏系统生命周期的能源和环境进行分析的相关研究越来越多,但研究对象多为改良西门子法或硅烷法多晶硅光伏系统,且没有完全涵盖全生命周期所有阶段。论文构建了比较冶金法和改良西门子法生产太阳能级多晶硅环境影响的生命周期评价模型,以及冶金法多晶硅光伏系统并网发电的全生命周期评价模型。确定了各类环境影响的分类方法、特征化方法和计算模型,计算了各类环境影响的权重系数。基于我国的环境状况,建立了本地化的影响评价方法和相关指标因子,加权计算了十二五节能减排综合指标(ECER-125)和专家调查法综合指标(ISCP2009)。对两种方法生产1kg太阳能级多晶硅锭的整个生产工艺中资源投入、能量消耗、环境排放和生命周期环境综合影响进行计算、分析和比较,得出二者影响环境的主要工序和环节,找出降低环境负荷的主要方向和途径。从光伏系统的生产、运输和安装,光伏电站的运行、维护和退役六个阶段对中国1MWp冶金法多晶硅光伏系统发电进行生命周期数据清单分析和环境影响评价。计算得到ECER-125综合指标为3.57×10~(-6),ISCP 2009综合指标为1.94×10~(-5)。在30年的生命周期内,总的一次能源消耗为1.41×10~7MJ,二氧化碳排放总量为913.8t,能量回收期3.06年。较全国平均电网电力共节约一次能源5.00×10~8MJ,节约工业用水1.20×10~8kg,减少CO_2等7类主要污染物总排放量4.23×10~7kg,节能减排环境效益非常明显。通过贡献分析,找出对综合环境影响贡献最大的过程阶段和环境影响类型,并追溯分析其产生的主要原因。通过清单数据质量分析,找出敏感性分析的侧重点。敏感性分析表明,铝制品的消耗导致最大的环境影响,光伏电站退役阶段通过重要材料的回收利用对结果有非常积极的影响。改进分析表明,光伏系统应采用更合理、更生态的优化设计。例如,应选择更节能环保的材料替代铝支架和铝边框,或设法增加铝的回收率。应竭力减少稀缺资源的使用量并设法增加其回收率。对比了太阳能级多晶硅两种生产方法的综合环境影响,与改良西门子法相比,冶金法具有明显的环境优势;比较了各种能源发电技术及国内外光伏发电的生命周期环境影响,在可再生能源中,本文冶金法多晶硅光伏系统发电的ECER-125综合环境影响最小,只占燃煤发电的3.33%,是其他几个国家非冶金法多晶硅光伏系统发电的56%～66%。研究所用数据主要来源于"十二五"时期的文献资料、相关实验和工厂实际生产,代表中国当时的技术水平,因此,研究结果是在特定时期的技术条件下得到的,具有历史阶段性。就现在而言,由于科学技术突飞猛进,相关数据一直在动态变化更新,相应的综合环境影响日新月异,节能减排指标也会愈加优异。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TM615;TM914.4

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