多晶硅—光伏系统全生命周期碳排放研究

论文摘要

本文研究了多晶硅-光伏系统主要生产环节的碳排放,从改良西门子法生产多晶硅开始到电池组件生产结束。先以200吨多晶硅、1000吨多晶硅碇和5700万片多晶硅片以及280MW高效太阳能电池和光伏组件生产项目为案例,对多晶硅产业链上多晶硅生产、硅碇生产、多晶硅片生产、太阳能电池和光伏组件生产等主要环节直接和间接碳排放进行分析,得到在案例生产规模条件下碳排放数值,以及此规模下1MW多晶硅-光伏系统的碳排放数值；接着对照《多晶硅行业准入条件》对生产规模的要求,校正计算得到年产3000吨太阳能级多晶硅,生产工艺为改良西门子法的多晶硅-光伏系统主要生产环节的碳排放数值,以及此规模下的1MW多晶硅-光伏系统的碳排放数值及其1kW发电量的碳排放量；将以上计算结果与火力发电比较,得出其碳减排能力、碳回收期以及影响碳回收期的相关因素。结论如下：（1）多晶硅-光伏系统产业链由工业硅、多晶硅料、多晶硅碇、多晶硅片、多晶硅电池片、多晶硅光伏组件、光伏系统平衡组件等生产环节组成；多晶硅-光伏系统产生碳排放的环节包括：消耗能源产生的碳排放、消耗资源产生的碳排放、厂房建设产生的碳排放、设备生产产生的碳排放、运输过程产生的碳排放、处理废弃物产生的碳排放。（2）本文计算的案例中,全生命周期的碳排放量为752859.4吨,其中因消耗能源产生的碳排放量为538912吨,因消耗资源产生的碳排放量为173316吨,厂房建设产生的碳排放量为36833吨,设备生产产生的碳排放量为3623.5吨,处理废弃物、废水产生的碳排放量为174.9吨,分别占总碳排放量的71.58%、23.02%、4.89%、0.49%、0.02%。此规模下,1MW多晶硅-光伏系统全生命周期的碳排放量为2688.78吨。在由消耗能源产生的碳排放量中,多晶硅生产过程中消耗能源产生的碳排放量最大,占总碳排放量的91%；多晶铸锭和切片生产过程中消耗能源产生的碳排放量占总碳排放量的3.1%,多晶硅太阳能电池及光伏组件生产过程中消耗能源产生的碳排放量占总碳排放量的5.9%。（3）根据《多晶硅行业准入条件》,计算得到修正后的多晶硅-光伏系统全生命周期的碳排放量为1130202.47吨,其中因消耗能源产生的碳排放量为416135吨,因消耗资源产生的碳排放量为429567吨,厂房建设产生的碳排放量为277984吨,设备生产产生的碳排放量为6258.6吨,处理废弃物、废水产生的碳排放量为230.87吨,分别占总碳排放量的36.82%、38.01%、24.60%、0.55%、0.02%。对应的1MW多晶硅-光伏系统的碳排放为3054.6吨。（4）相对火力发电,以最佳倾角安装在常州朝南方向的1kW屋顶并网光伏系统的年发电量为2288kWh,年减排能力为：1418.56-3054.6/N。结果显示太阳能资源对碳回收期影响较显著,拉萨为1.7年,常州为2.1年,成都为4.7年,安装角度对碳回收期也有影响。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 文献综述
• 1.1 研究背景
• 1.2 多晶硅的国内外发展现状
• 1.2.1 多晶硅生产工艺及产业现状
• 1.2.2 多晶硅电池制作流程
• 1.3 光伏系统的评价方法
• 1.3.1 LCA方法的概念演绎
• 1.3.2 LCA方法的应用
• 1.3.3 太阳能光伏系统的全生命周期研究现状
• 1.4 小结
• 2 研究内容、方法和技术路线
• 2.1 研究内容
• 2.2 研究方法
• 2.3 技术路线
• 3 多晶硅光伏系统碳排放环节分析
• 3.1 多晶硅光伏系统
• 3.2 多晶硅-光伏系统碳排放环节
• 3.2.1 碳排放
• 3.2.2 资源能源分析
• 3.2.3 污染物排放分析
• 3.3 本章小结
• 4 碳排放模型的建立及相关系数的研究
• 4.1 建模方法
• 4.1.1 实测法
• 4.1.2 物料衡算法
• 4.1.3 排放系数法
• 4.1.4 模型法
• 4.1.5 生命周期法
• 4.1.6 决策树法
• 4.2 建模过程
• 4.2.1 建模思路
• 4.2.2 模型的建立
• 4.3 相关系数的研究
• 4.3.1 工业行业碳排放系数
• 4.3.2 车用燃料的碳排放系数
• 4.3.3 火力发电行业的碳排放系数
• 4.3.4 处理污染物的碳排放系数
• 4.4 本章小结
• 5 实例剖析
• 5.1 数据整理
• 5.1.1 年产200吨多晶硅企业概况
• 5.1.2 多晶硅碇及多晶硅片企业概况
• 5.1.3 多晶太阳能电池和光伏组件企业概况
• 5.2 计算条件
• 5.3 计算结果
• 5.3.1 消耗能源产生的碳排放量
• 5.3.2 消耗资源产生的碳排放量
• 5.3.3 厂房建设产生的碳排放量
• 5.3.4 运输环节的碳排放量
• 5.3.5 设备的碳排放量
• 5.3.6 固废及废水处理产生的碳排放量
• 5.3.7 小计
• 5.4 本章小结
• 6 参数校正
• 6.1 修正条件
• 6.2 校正后计算结果
• 6.2.1 消耗能源产生的碳排放量
• 6.2.2 消耗资源产生的碳排放量
• 6.2.3 厂房建设产生的碳排放量
• 6.2.4 运输环节的碳排放量
• 6.2.5 设备的碳排放量
• 6.2.6 固废及废水处理产生的碳排放量
• 6.2.7 小计
• 6.3 本章小结
• 7 多晶硅-光伏系统碳排放回收期的研究
• 7.1 基本方案的设定
• 7.2 光伏系统年发电量
• 7.3 光伏系统的年减排能力
• 7.4 光伏系统的碳排放回收期
• 7.5 碳排放回收期的敏感性分析
• 7.5.1 太阳能资源的敏感性分析
• 7.5.2 安装角度的敏感性分析
• 7.6 本章小结
• 8 结论与创新点
• 8.1 主要结论
• 8.2 创新点
• 8.3 有待进一步研究的问题
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文目录