OpenLCA、GREET、R语言的生命周期评价方法、模型构建

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前沿

生命周期分析 (Life Cycle Analysis, LCA) 是评价一个产品系统生命周期整个阶段------从原材料的提取和加工,到产品生产、包装、市场营销、使用、再使用和产品维护,直至再循环和最终废物处置------的环境影响的工具。

一:生命周期评价理论及常用指标与分析方法

1.1 生命周期评价

1.2 生命周期评价的原则框架与要求指南

1.2.1 目的与范围的确定,包括系统边界、功能单位等;

1.2.1 清单分析,包括数据收集(物质能量输入、输出)、数据库等;

图 1 生命周期评估系统边界示例

1.3 生命周期分析的常用指标及分析方法

1.3.1 影响类型及分类,以及影响类型的计算(特征化);

1.3.2 包括不同评估方法的对比;

1.3.3 归一化、分组和加权;

图 2 不同评估方法所涵盖的影响类型

1.4 生命周期分 析结果的解释,包括重大问题识别、敏感性分析、结论建等。

图 3 生命周期评估Monte Carlo模拟示例

二:OpenLCA生命周期评估模型构建与分析

2.1 OpenLCA、下载与安装

2.2 OpenLCA的基本操作

2.2.1 OpenLCA的界面

2.2.2 数据库的下载与导入

2.2.3 创建用户自定义数据要素及相关的选项参数调整

2.2.4 结果计算

2.3.1 不同材质矿泉水瓶的生命周期评估模型构建与分析

  • 研究目标、系统边界、功能单元的确定

  • 矿泉水瓶生产系统的模型构建与数据输入

  • 模型计算以及不同参数结果的对比

  • 矿泉水瓶废弃环境影响的评估

图 5 生命周期评估结果

2.3.2 热电厂工艺改进及CCS对碳中和的贡献

  • 热电厂生命周期评估模型的构建及碳排放分析

  • 热电厂工艺改进后碳排放分析

  • 引入CCS技术后的减排分析

2.3.3 生物质固体颗粒加工厂优化选址对碳排放和能源消耗的影响

  • 固体颗粒生命周期评估模型的构建

  • 固体颗粒加工厂厂址的优化

  • 对比不同情景下固体颗粒生产的碳排放和能源消耗

图 6 加工厂厂址优化的示例

三:基于GREET气体排放、能源消耗计算及生命周期评估模型构建方法

3.1 GREET

对GREET的应用范围和发展历程进行简要

模拟多种交通工具与燃料燃烧的能源消耗和气体排放

3.2 下载与安装

GREET的主要模块、下载方法及安装技巧

3.3 软件基本操作技巧

3.3.1 软件操作界面

3.3.2 软件基本操作

  • 燃料生产和燃烧、交通工具气体排放的提取

  • 数据输入、管理、编辑

  • 生命周期评估模型的构建

图 7 原料运输途径模型设置实例

3.4.1 柳枝稷生产生物乙醇的温室气体排放

  • 确定研究目标和系统边界

  • 构建模型

  • 调整参数

  • 输出和整理结果

图 8 柳枝稷生产生物乙醇的生命周期评估模型

3.4.2 气候变化下柳枝稷产量变化对温室气体排放的影响

  • 不通过气候变化情景下,柳枝稷产量的提取(GAEZ模型)

  • 利用R语言处理NetCDF数据

  • 修改GREET内的参数,获得评估结果

  • 将评估结果绘制地图

四:生物质碳排放评估构建及基于R语言结果分析

4.1 生物质碳排放的特殊性

  • 生物质能源化利用的必要性

  • 生物质源碳排放的特殊性

4.2 生物质碳排放的评估框架的构建

  • 化石能源的GHG排放

  • 生物质源CO2的温室效应

  • 生物质再生长的抵消作用

  • 利用与未利用的固碳差异

  • 评估框架在R语言环境中的实现

  • 参数的设定

  • 森林再生长和剩余物分解的模拟(YASSO模型)

  • 调整R语言程序,运行获取结果

图 10 YASSO模型框架

  • 参数的设定

  • 餐厨垃圾分解的模拟(LandGEM模型)

  • 调整R语言程序,运行获取结果

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