某水电站基于生命周期方法的低碳建设对策分析.pdf

水电站设计 第 卷第 期年 月修回日期：作者简介：夏欣（），女，四川成都人，硕士，工程师，从事水利水电工程勘测设计工作。某水电站基于生命周期方法的低碳建设对策分析夏欣（中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川 成都 ）摘要：基于生命周期研究方法，以溪洛渡水电站建设实际情况的生命周期温室气体 为基准情形，进行了 种低碳建设情形的假定，并计算出 种不同情景下的生命周期碳排放情况。分析结果表明，采用低碳坝型、适量掺用粉煤灰以及减少建设原材料运距等措施，可以实现水电站低碳建设。关键词：碳排放；温室气体；低碳建设；溪洛渡水电站中图分类号：文献标志码：文章编号：（）前言目前，生命周期评价法在水电站建设环境影响评价方面的应用有一定的研究，并且用于不同坝型方案的生命周期温室气体排放比较。、等都采用基于生命周期评价方法开展了对水电站建设项目的环境影响评价分析。张社荣等 用生命周期评价方法开展了定量评估糯扎渡水电站在重力坝和堆石坝两种布置方案下的生命周期温室气体排放量的比较。溪洛渡水电站位于金沙江下游，采用混凝土双曲拱坝，坝高 ，装机容量 万 。水电站地处西南深山峡谷地区，自然环境脆弱，因此对工程区生态环境的要求更为严格。溪洛渡水电站完整生命周期碳排放对环境影响的范围主要包括建设耗材的生产及运输（水泥、钢材等）、机电设备制造与运输、水电站施工建设（土石方工程、混凝土工程等）、水电站运行及维护到最终废弃处置的整个过程。根据溪洛渡水电站工程量清单分析与测算，溪洛渡水电站每发 电量的生命周期环境温室气体排放量达到了 ，因此，有必要分析研究低碳建设的对策措施。因为溪洛渡水电站工程建设周期长达 年，在技术难度及综合效益方面都十分具有代表性，因此将以溪洛渡水电站为研究对象，分析水电站在生命周期内的低碳建设对策，评估水电站修建的碳减排潜力。水电站建设不同减排措施的主要计算成果 碳减排情景设计假定由于溪洛渡水电站每 发电量在其生命周期的环境温室气体排放量为 。其中，建设原材料生产的贡献值约为 ，是碳排放最多的一个环节，运营维护是第二大来源，占 ；其次为材料运输、施工过程和废弃处置，占比分别为 、和 。溪洛渡水电站生命周期各阶段碳排放占比如图 所示。图 溪洛渡水电站生命周期各阶段碳排放占比建设原材料的生产中又以水泥的贡献值最大，达到 ，其次为钢材和机电设备及金属结构，而粉煤灰、木材和炸药等建设原材料生产阶段的碳排放占比极小。各类建设原材料生产阶段碳排放占比如图 所示。由图 可以看出，建设原材料生产阶段尤其是水泥的用量，对水电站生命周期碳排放的影响较大；同时，材料运输阶段，运输距离也会产生一定影响；对于施工过程，一般采用常规施工方案，运营维护阶段是由水库中的微生物产生大量的 和 ，废弃处置阶段则是基于一定假设得到碳排放。本文重点关注建设原材料生产阶段和材料运输阶段的碳排放，并做进一步讨论，而对于施工过程、运营维护阶段及废弃处置阶段的碳排放不做重点阐述。图 各类建设原材料生产阶段碳排放占比依据上述说明，基于情景设计的基本概念，对溪洛渡水电站的低碳建设进行构想，分析达到低碳建设的多种可能性和需要采取的措施，主要手段是减少混凝土用量或采用其他材料代替水泥，以及减少材料运输距离。根据溪洛渡水电站的坝型、混凝土是否掺用粉煤灰及建设原材料的运距三个维度，假定以下 种合理可行的情景，如表 所示。表 情景设计序号采用坝型 是否掺粉煤灰 建设原材料采购地及运距 情景 拱坝是就近采购（）情景 重力坝是就近采购（）情景 土石坝就近采购（）情景 拱坝否就近采购（）情景 拱坝是成都及周边采购（）其中，情景 为基准情景，情景 都是在基准情景的基础上，改变某种条件及采取某种措施或措施组合，从而得到不同情景下的生命周期碳排放情况。基于不同情景假定碳排放量计算成果通过分析计算，可获得上述情景下溪洛渡水电站在其生命周期中假定碳排放及各子过程碳排放情况，如表 所示。表 各情景碳排放及各子过程碳排放单位：（）情景设计建设原材料生产材料运输施工过程运营维护水电站废弃处置合计情景 情景 情景 情景 情景 基于生命周期方法的水电站建设减排对策与初步分析 采用低碳坝型减排成果从情景 的碳排放结果得出，采用拱坝、重力坝和土石坝时的生命周期碳排放系数分别为 、和 ，如图 所示。针对同一工程坝址的大坝选型而言，重力坝是碳排放系数最高的坝型，拱坝次之，土石坝最低。图 情景 、情景 和情景 的生命周期碳排放量 情景 与情景 对比分析拱坝和重力坝的筑坝材料均为常态混凝土，本文假设混凝土配比相同。采用重力坝时的碳排放系数大于拱坝，这是由于重力坝需要依靠本身的重量来维持稳定，因而坝体混凝土用量大；而拱坝则借助拱效应通过坝肩将水压力传递给两岸山体，利用拱端基岩的反作用进行稳定支承，故坝体混凝土用量相对较省。情景 与情景 对比分析土石坝的碳排放系数最小，约为拱坝的 。土石坝主要采用当地土石材料进行填筑，混凝土用量较少。经测算，采用拱坝时，单方混凝土的碳排放为 ，而采用土石坝时，单方堆石料的碳排放为 。尽管相对拱坝而言，土石坝体型庞大，其坝体填筑量约为拱坝的 倍，但土石坝单方筑坝材料的碳排放系数约为拱坝的 。因此，采用土石坝时的生命周期碳排放优于拱坝。适量掺用粉煤灰的减排成果将情景 和情景 进行对比，在拱坝的混凝土中掺入粉煤灰可以使生命周期碳排放系数有一定程度的降低。生命周期各阶段排放量如图 所示。图 情景 和情景 生命周期排放量粉煤灰制造过程产生的温室气体为 ，水泥制造过程产生的温室气体为 ，几乎为粉煤灰的 倍。在确保混凝土结构安全的情况下，将一定数量的粉煤灰掺入混凝土，来代替一部分水泥，可以降低污染排放。减少原材料运距减排成果情景 的建设原材料由项目周边的西昌、宜宾、乐山及成都等地采购而来，其材料运距约 ；情景 为假设所有建设原材料均在成都采购，其运距均为 。情景与情景的建设原材料采购地及运距如表 所示。表 情景 和情景 的各种原材料运输距离材料名称采购地及运输距离 情景 情景 水泥乐山（）成都（）钢材成都（）粉煤灰宜宾（）木材西昌（）机电设备及金属结构成都（）当建设原材料均在运距更远的成都及周边地区采购时，该电站生命周期材料运输子过程碳排放由 增至 ，增加约 ，电站生命周期碳排放系数也由 增至 。可见，建设原材料的运输距离对水电站生命周期碳排放也会产生影响。结论依据溪洛渡水电站建设及生命周期能源消耗及污染物排放的情况，并采用情景设计假定分析方法对水电站低碳建设的对策措施进行了初步分析，获得以下结论。（）土石坝是水电站生命周期实现低碳建设效果最为显著的方式。以溪洛渡水电站为例，生命周期内土石坝坝型与拱坝坝型碳排放相比，可由 万 减少至 万，减少了约 万，其生命周期碳排放可减少 。（）适量掺用粉煤灰可以实现水电站低碳建设。以溪洛渡水电站为例，生命周期内掺用粉煤灰碳排放可由 万 减少至 万 ，其生命周期碳排放可减少 。（）减少建设原材料运距也是实现水电站低碳建设的有效手段。如果建设原材料均由 外的成都及周边地区购买，其材料运输阶段碳排放将由 万 增加至 万 ，生命周期碳排放增加约 。参考文献：，（）：，（），（）：，：，（）：张社荣，庞博慧，张宗亮 基于混合生命周期评价的不同坝型温室气体排放对比分析 环境科学学报，（）：（编辑：全力立）