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美研究结果:太阳能光热发电生命周期温室气体排放参考值为10gCO₂e/kWh

2021.03.19 来自:光热联盟

能源系统生命周期分析(LCA)可以帮助确定从“摇篮到坟墓”整个生命周期的环境负担,并促进能源技术的比较。美国国家可再生能源实验室对太阳能光伏发电全生命周期内温室气体排放进行了总结分析,研究人员审查并筛选了400项包括晶体硅和薄膜,光伏系统相关研究的已发表结果。通过调整统一化已发表的温室气体排放估算值发现:光伏发电系统全生命周期温室气体排放值约为40g CO₂eq/kWh,其中上游产业链排放占比约60%-70%。


另外,研究也分析对比了太阳能光热发电、风电、核电和燃煤系统的生命周期温室气体排放,其中,太阳能光热发电生命周期温室气体排放参考值最低,为10g CO₂e/kWh。



全文翻译如下:


过去三十年中,已经针对各种住宅和公用事业规模的太阳能光伏(PV)系统进行了数百次生命周期评估(LCA),并已发表评估结果。这些LCA产生了极为广泛的结果。这些结果的差异可归因于评估技术(即,不同的系统设计、商业系统与概念系统的区别、系统运行假设条件和随着时间的推移而进行的技术改进)以及所采用的LCA方法和假设条件的差异。美国国家可再生能源实验室(NREL)最近领导了生命周期评估(LCA)协调项目,这是一项有助于澄清已发表文献中不一致且相互矛盾的生命周期温室气体排放估算值,并提供更精确的光伏系统生命周期温室气体排放估算值的研究。分析人员开发并应用了一种系统方法来审查LCA文献,确定这些可变性的主要来源,并在可能的情况下,通过称为“和谐”(harmonized)的过程来减少生命周期内温室气体排放估算值的可变性。


分析人员审查并筛选了来自400项光伏系统(包括晶体硅(C-Si)(单晶硅和多晶硅)和薄膜(TF)(非晶硅[a-Si]、碲化镉[CdTe]和铜铟镓硒[CIGS]))相关研究的已发表结果。其中有十七项研究通过了筛选(提供了这些光伏技术生命周期内温室气体排放的46个估算值),并将这些研究纳入本分析中。通过调整已发表的温室气体排放估算值,并进行统一化,以使这些关键技术参数达到一致的值:





对选定的发电技术进行系统审查并“和谐”生命周期内温室气体排放估算值的结果摘要,重点关注光伏技术。



研究还将温室气体排放估算值与一致的系统边界,以及甲烷和一氧化二氮的全球变暖潜力相“和谐”。本研究中未考虑的其他潜在可变性来源包括晶体硅光伏系统的硅片厚度和硅型,以及晶体硅和薄膜光伏系统制造过程中使用的上游电力结构。


上图中将晶体硅和薄膜光伏发电系统的生命周期温室气体排放与其他发电技术进行了比较。这些结果表明:


•太阳能光伏系统整个生命周期内的温室气体排放与其他可再生能源和核能相似,但远低于煤电。


•“和谐”提高了晶体硅和薄膜光伏系统生命周期内温室气体排放估算值的精度,将四分位差(第75百分比值减去第25百分比值)的可变性降低了65%。


•“和谐”对每种技术的中间估算值影响很小,将中间值降低了约20%。两种光伏技术的中间值均低于50g CO₂e/kWh。


•晶体硅和薄膜光伏技术的生命周期内温室气体排放量大致相似;薄膜技术的估算值较少,限制了进行可靠比较的可能性。


在调查的“和谐”参数中,将报告的结果调整为一致的太阳辐照量假设值对降低晶体硅光伏技术估算的温室气体排放的可变性影响最大。太阳辐照量会直接影响光伏系统产生的电力,并且会因位置和季节、一天中的时间以及天气的变化而变化。在有关光伏技术的LCA文献中,假设的太阳辐照量范围为900至2200kWh/m²/yr。将这些值调整为1700kWh/m²/yr(欧洲南部地区的典型值)时,晶体硅光伏技术的生命周期内温室气体排放的四分位差可变性降低了48%。如果使用比1,700kWh/m²/yr更高的辐照量估算值(如美国西南部地区典型的2400kWh/m²/yr),则会相应地降低温室气体排放量。


对比单晶硅和多晶硅技术的其他分析,调整至一致的运行寿命也是降低“和谐”数据可变性的一个驱动因素。




相关线下活动:


第十一届光热发电中国聚焦大会2021(时间待定,中国北京)

第五届光热发电中东北非大会2021(时间待定,阿联酋迪拜)


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