餐厨垃圾产沼气发电生命周期与能源利用评价研究.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2024 年 01 月 27 日 作者简介：郭东（1981），男，汉族，陕西商洛人，本科，主要从事垃圾填埋气和餐厨垃圾气及煤层气等废弃有机物沼气清洁发电利用工作。-95-餐厨垃圾产沼气发电生命周期与能源利用评价研究 郭 东 广州市深发机电实业发展有限公司，广东 广州 510000 摘要：摘要：餐厨垃圾沼气发电是以餐饮业及居民生活中产生的有机废物为原料，经发电机组发电，实现可再生能源的一项环境友好型技术。该方法既可处理大量有机废物，又可实现能量资源的循环再利用，同时也可降低温室气体的排放量，是一种既环保又节能的新方法。基于此，本文简单讨论餐厨垃圾产沼气发电生命周期评价优势和问题，深入探讨评价要点，以供参考。关键词：关键词：餐厨垃圾；沼气发电；生命周期评价 中图分类号：中图分类号：TS-9 0 引言 餐厨垃圾产沼气发电的生命周期评价是一种综合的方法，涉及从废物收集和处理、沼气发电、能源利用到废弃物处置等多个环节，对于这种评价方法，除了要考虑发电过程中的效益和影响，还需要考虑整个生命周期过程中的资源消耗、能源效率、碳足迹以及其对环境和可持续发展的潜在贡献等因素。1 餐厨垃圾产沼气发电生命周期评价优势 通过对餐厨垃圾进行生物能源生产的研究，可以看出：一是可回收的能源。通过产生沼气产生电能，可以达到对餐厨垃圾的回收，生物气可以用来发电，也可以用来代替传统的能源，通过项目的实施，有望实现餐厨废弃物资源化，减少对传统矿物能源的依赖，达到可持续发展的目的。第二个目标是减少温室气体排放，利用厨房废弃物生产生物燃料，可以降低温室气体排放量，餐厨垃圾的堆置与填埋过程中会释放大量的温室气体，如甲烷，是全球最大的温室气体排放源，利用厨余废弃物制备沼气发电，可有效抑制沼气排放，降低大气污染，降低温室效应。第三，发展循环经济，促进经济发展，利用餐厨废弃物生产沼气发电，是一种可持续发展的新型能源，在对餐厨垃圾进行沼气发电的同时，对其进行了资源化处理，并对其进行了资源化处理，从而达到废物回收、减少肥料用量、减轻环境与资源压力的目的。第四，减少对环境的污染，利用餐厨废弃物产生的沼气进行发电，能够有效地减少对环境的污染，传统的生活方式会产生恶臭、渗滤液等污染物质，给周围的生活带来不利的影响，而将其转化为沼气发电，则能有效地降低填埋面积及带来的环境污染，推动我国可持续发展和进步。2 餐厨垃圾产沼气发电生命周期评价存在的问题 2.1 缺乏统一的评价指标 餐厨废弃物沼气发电是一种可持续发展的新能源方式，但目前尚无通用的评估方法。第一，没有一个统一的评估标准，研究结果表明，我国目前对我国城市生活垃圾的资源化利用效率还存在较大的问题，由于我国在这方面还没有一个统一的标准或指标，评价结果之间没有可比性，影响了评价的精度和科学性，由于没有一个统一的指标体系，各研究机构或研究人员使用的方法也不尽相同，从而造成了评价结果的可信性与可信度之间的差异。其次，没有从整体上进行考量，LCA 是一种综合的、综合的、经济的、社会的评价方法，目前对餐厨垃圾生物气发电全寿命周期评估研究，往往仅从温室气体减排、能效等几个角度进行分析，而忽略了其它潜在影响因素，这一限制使得评估成果仅能在一定程度上反映出其综合效益，而不能为其提供综合的决策支持。第三，资料存取与品质约束。餐厨垃圾 LCA 模型的建立离不开海量的数据支持，如何有效地获得这类数据还面临着一些困难，同时也面临着数据的可靠性与精确性的问题，由于不同地区、不同季节、不同区域的餐厨垃圾成分有很大差异，在不同的区域、不同的地区、不同的区域，其数据的采中国科技期刊数据库 工业 A-96-集与测定也比较困难，在 LCA 模型中，某些重要数据的缺失或不精确也会降低 LCA 评估结果的精度和可靠性。四是缺少一套不断更新的评估系统，随着餐厨垃圾沼气发电的工艺与管理方式的改进，以往的 LCA 方法已不能满足实际需要，目前的评估系统存在着不能实时反映新技术新模式对企业绩效的影响，评估结果的科学性与实用性受到限制。2.2 数据不完整与缺失问题 在现实生活中，因资料搜集困难、费用高、资料来源多样等原因，常常会出现资料不全或遗漏的情况，不同地区、不同管理组织、不同工程在采集资料时，所使用的方法与标准也各不相同，造成资料的不一致与不完整。餐厨垃圾沼气发电是一项涉及多个部门、多主体的复杂流程，其数据采集难度大，比如，由于地理位置、季节等因素的影响，餐饮垃圾的成分会发生很大的变化，必须对不同区域、不同时段的生活垃圾成分进行实时监控，这些资料在实际应用中往往难以获取，从而影响了评估结果的准确度与可信度。三是资料的不完全或缺少也会使评估结果更加全面、全面，在此基础上，提出了一种基于 LCA 模型的沼气发电系统的 LCA 模型，若缺少重要的数据，将限制评估结果的准确性，也不能完全反映餐厨垃圾沼气发电的实际状况。资料的不完备或缺失亦会对评估结果的可信性造成较大的影响，LCA 数据的准确、权威是 LCA研究的核心内容，其评估结果直接影响到整个 LCA 的决策，但若资料不全或缺少，则会对评估结果产生怀疑，影响评估结果的可信性，进而影响评估结果的可靠性。3 餐厨垃圾产沼气发电生命周期评价要点 3.1 环境影响评估 LCA（LCA）是一种从原材料取得、生产、使用到报废等各个环节，对其进行环境影响评价的一种手段，并以厨房废弃物产生的沼气作为研究对象，运用生命周期分析法对其进行环境效应评价。首先，在原料采集阶段，通过对餐厨废弃物的采集、加工，将其转化为生物燃料，这一过程对环境造成的影响主要体现在废弃物的收集与处置过程中可能会释放出大量的 CO2。其次，就是制作环节，对餐厨废弃物进行厌氧发酵，形成生物气，再由发电装置将其转换成电能，该阶段对大气环境的影响主要集中在厌氧发酵及发电装置的运行等方面，为利用阶段，利用沼气发电（见图 1)，降低了对常规能源如煤的依赖，在某种程度上减轻了空气污染，有助于提高环境品质，在此过程中，会对环境造成一定的影响，如：发电时的噪声、设备的维修与更新等。第三部分为处置环节，主要是对设施的处置及沼气残留物的处置，这一阶段的环境影响，是指在处置废弃物时，所产生的废弃物，或装置所含的危险物质，会对环境造成危害，在评价该过程的环境影响时，必须对各个阶段的环境影响进行细致的定量研究，从影响范围、程度、时间等方面进行综合评价。图 1 沼气发电示意图 3.2 资源利用评价 在对餐厨垃圾进行 LCA 评估的基础上，对其进行了评估，其核心是对资源进行合理的使用与管理，从而达到最经济，最环保，最可持续发展的目的，在原料取得阶段，以厨房废弃物为主，应该注重利用垃圾分类和回收等方式来获得这种可再生能源，从而最大限度地降低对新能源的投入，研究餐厨废弃物在运输与回收过程中的能耗与费用，以减少对环境的影响，在开采过程中，将天然气转换为生物气体，最后再用来发电。在此期间，应注重设备及工艺的选用，尤其是厌氧消化与发电装置的效能，装置效能越高，资源利用率越高，可增加沼气产量及发电量，还要注意设备的维修费用及使用寿命，以保证资源的长期、稳定使用，在使用过程中，产生的电能必须得到高效的分布与利用，本研究应著重于电网之配电策略与用电效能，特别是高峰与低谷期之用电管理，通过对电能的合理配置与利用，可以更好地实现对能源的有效利用，在处置过程中，还应考虑设备的老化及沼气残留物的处置问题，要注意如何安全、经济地处理这些设备，以降低其对环境的冲击，对产甲烷后的残留物进行二次开发，如作为化肥或其它可再生能源，从而达到更中国科技期刊数据库 工业 A-97-大范围的资源回收。3.3 经济效益评估 对于餐厨垃圾产沼气发电的生命周期评价，经济效益评估是必要的部分，它识别和量化了生命周期中的所有经济性投入和产出，形成一个全面的经济价值评价，在餐厨垃圾收集和处理阶段，这是经济成本的开始，其主要包括垃圾收运、处理设施建设以及运行维护的费用。对于大型城市而言，收集和处理餐厨垃圾可能需要大量的人力和物力投入，这也是应当纳入评估的重要经济因素，转化阶段是将餐厨垃圾通过厌氧发酵等技术处理，生成沼气，此过程对于厌氧发酵设备的投资、设施建设以及运行维护的费用，构成了经济成本，在评估时需要考虑。转化过程中沼气的产量、质量等也将直接影响评估结果，在沼气发电阶段，沼气通过发电设备转化为电能，这一阶段的经济效益评估主要包括发电设备的投资费用、运行及维护费用、电力的产出量和销售收益等，能源回收效率、发电设备的使用寿命、设备报废后的处理成本也需要纳入经济效益评估中，在整个生命周期结束后，处理上述所有阶段可能产生的废弃物或废水等成本也是一个重要的经济因素，应包含在评估中，获得经济效益的同时，还需要考虑市场经济条件如能源价格、政策补贴等可能变动的风险，这些都会对经济效益评估造成影响1。3.4 社会影响评估 在对餐厨垃圾产生生物能源的 LCA 过程中，社会影响评价是一个十分重要而又十分复杂的环节，其中包括就业、公共卫生、社区福利、环境公平等方面的影响，在原料获得阶段，垃圾的分类与回收具有增加社会就业的潜力2，比如垃圾处理，设备维修，新设备开发，这些都是可以创造就业机会的，当作业条件较差时，作业人员的身体会受到危害，有必要根据国家和当地的相关规定，加强作业人员的防护措施，在生产过程中，对废弃物进行生物化学处理，从而提高了社会的就业机会，如果这些生产设施对居住小区或者自然环境造成破坏，就会引发社会纠纷，在进行社会影响评价时，必须考虑到该设施的规划与建造会对该地区的社会及生态环境产生怎样的影响，利用阶段，利用沼气发电，既能降低对常规能源的依赖，又能产生一定的经济效益，这将为社区、企业创造经济效益，提高社会福利3，与传统能源如矿物燃料相比，生物气在大气中的排放量更小，有利于公共卫生，在处置过程中，如废旧设备的报废、废旧材料的处置等，都需要投入大量的人力，具有创造新岗位的潜力，但若处置不当，则会对混凝土、土壤及空气品质造成不良影响，进而危及社区居民及工作人员的身体健康。在此基础上，对全流程进行社会评价，并将公众参与、环保公平等问题纳入其中，社区居民等主体应当充分地参与到该工程的决策过程中，使该工程产生的各种利害关系能够公平地在社区成员中进行合理的分配4。3.5 碳足迹评价 在温室气体排放减少方面，碳足迹评价需要评估餐厨垃圾产沼气发电生命周期中的温室气体排放减少效果，餐厨垃圾产沼气发电是通过将有机废料进行厌氧发酵，产生沼气并用于发电，相比于传统的有机废料处理方法，如填埋或堆肥，餐厨垃圾产沼气发电能够有效地降低温室气体排放，尤其是甲烷气体的排放，甲烷是一种强效温室气体，它的全球暖化潜势比二氧化碳高数十倍，通过将有机废料转化为沼气并进行燃烧，可以有效减少甲烷的排放，并将其转化为二氧化碳和水，减少对气候的温室效应，碳足迹评价需要考虑餐厨垃圾产沼气发电过程中的温室气体排放量变化，以评估其对气候变化的减缓作用。餐厨垃圾产沼气发电是一种低碳能源发电方式，其利用有机废料产生沼气，降低对传统能源的依赖，减少对化石燃料的使用，通过推广餐厨垃圾产沼气发电，可以实现能源结构的转型，降低对化石燃料的需求，减少温室气体排放，从而适应和减缓气候变化的影响，碳足迹评价需要综合考虑餐厨垃圾产沼气发电在能源转型和低碳经济方面的作用，评估其对适应气候变化的益处，推动其可持续发展和进步。4 结束语 利用 LCA 方法对其进行全寿命周期分析，是评价其可持续发展与环境效应的关键，在此基础上，综合考虑全生命周期中各环节与指标，更加精准地评价餐厨垃圾沼气发电的效益与影响，为相关部门制定相关政策提供参考。中国科技期刊数据库 工业 A-98-参考文献 1刘永侠,宋培学,唐响超.水热炭对餐厨垃圾厌氧消化性能影响研究J.可再生能源,2023,41(10):1287-1293.2贾如月,胡术刚,耿姣.湖州市餐厨垃圾产沼气发电生命周期评价J.能源环境保护,2021,35(05):48-54.3 张 杰,陈 志 刚,顾 根 永.冷 热 电 三 联 供 系 统 在 餐 厨 垃 圾 处 理 项 目 中 的 应 用 研 究 J.分 布 式 能源,2021,6(01):62-66.4查罗男,孙岩斌,郭强.餐厨垃圾厌氧消化工程中沼气利用方式的选择以四川某项目为例J.绿色环保建材,2020(05):245-246.