大中型沼气工程的CO2减排量和减排成本的估计方法

中国的沼气工程取得了令世界认同的成果。沼气工程的实施不仅有经济效益,社会效益和当地环境生态效益,也具有减少CO₂排放的效果。因此,发展沼气工程也是一种减少CO₂排放的途径。

本文针对大中型沼气工程,提出CO₂减排量和减排成本的估计方法,并通过一个案例说明方法的应用。

1　减排量的估计方法

为了估计CO₂减排量,首先必须明确减排是相对什么而言的,因此,必须辩明基准线(baseline)。根据所要分析的对象的不同,基准线是不同的。这与系统边界的确定有关。基准线的概念类似于项目评价的增量分析所指的“有无分析”中的无的概念。在进行增量分析时,需要确定“有项目”和“无项目”。增量是相对于某一基准而言的,这一基准是无项目。同样,减排也是相对于某一基准的,这一基准称为基准线。

系统边界指的是所研究的问题的边界。以沼气工程为例,为了确定沼气工程的基准线,我们划定了如图1所示的系统边界。

该系统利用一定数量的人力,粪便,脱硫剂,电力,煤炭,包装材料生产了沼气,沼肥和沼液;沼肥和沼液卖给系统外的用户;沼气供炊事使用。系统中排放CO₂的环节是沼气燃烧过程。整个系统排放的其他废弃物包括:前处理系统环节排放的固体废弃物,后处理系统排放的废水,炊事用户排放的其他气体(如SO₂, NO_x等),以及各个环节的废热排放。

在系统边界确定之后,基准线的辩明就有了共同讨论的基础。对于沼气工程来讲,其减少CO₂排放主要是由于炊事用户使用了沼气之后不再使用液化气或煤炭而引起的。

典型调查的结果表明,对于大多数的城市居民来讲,如果他们不使用沼气的话,他们就使用液化气。因此,我们把使用某一数量的液化气作为使用沼气的基准线。

进一步,我们分析生产沼气的CO₂减排。沼气的生产过程伴随着能源的使用,主要使用的能源是煤炭和电力。沼气生产过程的基准线确定为购买液化气。

因此,发展沼气工程替代液化气在整个项目寿命期内的CO₂减排量可以通过下列公式表示,

CEA= CEAU+ CEAP

CEAU= EMISUL- EMISUB

= ∑i(FL× QLi- FB× QBi)

= ∑i[ FL× QBi×(EFFB EFFL)×(HVB HVL)- FB× QBi]= ∑i[ FL×(EFFB EFFL)×(HVB HVL)- FB]× QBi

CEAP= EMISPL- EMISPB= 0- ∑i(FC× QCi+ FE× QEi)

式中,CEA是发展沼气工程替代液化气的CO₂减排量,单位为t;CEAU和CEAP分别是使用过程中和生产过程中的CO₂减排量,单位为t;EMISUL和EMISPL分别是液化气在使用过程中和生产过程中的CO₂排放量,单位为t, EMISPL等于零是由于在这里我们做了简化的处理,认为沼气生产过程的基准线为购买液化气,没有考虑所购买的液化气在生产过程中的CO₂排放;

EMISUB和 EMISPB分别是沼气在使用过程中和生产过程中的CO₂排放量,单位为t;

FL和FB分别是液化气和沼气在使用过程中的CO₂排放系数,其意义是单位吨标煤的能源使用量的CO₂排放量;

QLi和QBi分别是各年份液化气和沼气所使用的数量,单位为TCE;

QCi和QEi是沼气生产过程中各年份使用的煤炭和电力的数量,单位为TCE;

FC和FE是沼气生产过程中使用的煤炭和电力的CO₂排放系数;

EFFL和EFFB分别是液化气和沼气的使用热效率。

HVB是沼气的热值;

HVL是液化气的热值。

2　减排成本的估计

与减排量的估计相同,减排成本的估计也需要界定基准线和系统边界。对于同样的一个项目来讲,估计减排成本所界定的基准线和系统边界与估计减排量所界定的基准线和系统边界应该是一样的。因此,发展沼气工程替代液化气的CO₂减排成本可以通过下列公式表示,

CCEA= NPC UB- NPCUL= NPC UB-(INVL+ ∑i(PL× QLi))

NPC UB = ∑i((INVBi+ OPERCi- PBL×QBLi- PBF× QBFi) (1+ r)i

式中:

CCEA是发展沼气工程替代液化气的CO₂减排成本;

NPC UB是在项目寿命期内为了获得炊事过程使用的沼气的成本现值之和;

NPCUL是在项目寿命期内为了获得炊事过程使用的液化气的成本现值之和;

INVL是液化气用户为了使用液化气所需的初始投资;

INVBi是沼气工程在各年份的投资;

OPERCi是沼气工程在各年份的运行成本;

PBL和PBF是沼气工程所生产的沼液和沼肥的售价;

QBLi和QBFi是沼气工程所生产的沼液和沼肥的各年份的数量;

r是折现率。

3　案例和讨论

我们把上述所构造的方法应用于计算我国某沼气站的CO₂减排量和减排成本。项目寿命期取20年。该沼气站的数据列于表1。将数据代入上述公式计算,结果表明,此沼气站在其20年的寿命期内共减少的CO₂排放量9 619 t,每吨CO₂的减排成本为352元。

从上面的计算结果可以看出,本文所构造的方法能够用来估计沼气工程所带来的CO₂减排量及相应的减排成本。在实际估计中,数据的获取比较容易。