生命周期节能减排评价方法介绍

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1、 生命周期节能减排评价方法简介 Introduction of life cycle energy conservation & emission reduction (ECER) assessment 生命周期节能减排评价方法（简称 ECER 方法） 由国家工信部组织的十一五科技支撑计划 “重点行业节能减排技术评估与应用研究”项目支持 由四川大学、清华大学研究提出 由成都亿科环境科技开发，在 eBalance 软件和CLCD 数据库中实现 2012 年 1 月 2 一、一、 节能减排评价节能减排评价方法方法中存在的问题中存在的问题 在“十一五”和“十二五” 国民经济与社会发展规划纲要中，提出

2、了具体而量化的全国节能减排政策目标， 为中国经济与环境的协调发展指定了约束性目标，对各行业和全社会的未来发展提出了明确的要求。 在实际落实和实现节能减排政策目标的过程中，无论是采用何种技术性措施，例如采用不同的产品生态设计、技术研发、清洁生产、绿色供应链管理等技术性方案、也无论采用何种政策性工具或市场化机制，都离不开对各种方案节能减排效果的量化评价。 但节能减排的评价方法一直存在着严重的局限性，亟待解决。 1）节能减排评价经常依赖于专家对各种方案的主观判断，缺乏量化评估，这无法保证所选方案切实符合节能减排目标，甚至有可能是误导的。 2）国家节能减排政策包含着多项量化的目标，因此在节能减排方案评

3、价中不应片面强调某方面的优点，而忽视了环境问题“可能在不同节能减排政策目标之间转移”这种非常普遍的情况，即一种方案往往是以某些方面为代价换得另一些方面的改进。例如火电烟气脱硫技术就是以额外的能耗和温室气体排放换得SO2的减少，三者都在节能减排的政策目标范围之内。如何确定这种减排方案的“代价”的合理性，需要全面全面的节能减排评价方法。 3）节能减排评价不应局限于孤立的生产过程，而忽略了上游原材料生产过程的影响，即忽略了环境问题“可能在不同生产阶段之间的转移”这种非常普遍的情况。理论上，当两种方案的原材料消耗不同时，如果不考虑上游原材料的生产过程，是不可能得出可信结论的。例如评价电动汽车而忽略电力

4、生产过程，评价太阳能发电而忽略太阳能电池的生产过程， 评价生物燃油而忽略种植和提炼过程等等，都是典型的例子。这也是全面全面的节能减排评价方法必须考虑的问题。 4）即便一种节能减排评价方法涵盖了原材料生产阶段、涵盖了与政策目标对应的各项环境指标，仍然存在着不同方案的各项指标相互冲突、因而无法得出明确结论的问题。因此还需要综合综合的评价方法，必须得到单一的综合指标，才能得出明确的结论。 3 二、二、 生命周期生命周期节能减排节能减排评估方法评估方法简介简介 针对上述节能减排评价方法中的局限性，我们研究并提出了生命周期节能减排评价方法（简称为 ECER 方法） 。 1. ECER 评价指标体系 （1

5、）评价指标的选择评价指标的选择 十二五国民经济与社会发展规划纲要 中规定了若干与节能减排相关的约束性指标（如表 1 所示） 。 表表 1 十二五节能减排十二五节能减排政策目标与基准值政策目标与基准值 主要的节能减排约束性指标 政策目标 可比政策目标（Ti） 2010 基准值（Ni） 单位 GDP 能耗减少 16% 16% 3.02E+12 kgce 单位工业增加值用水减少 30% 30% 1.44E+14 kg 单位 GDP 二氧化碳减少 17% 17% 8.30E+08 kg SO2排放总量减少 8% 34% 2.19E+10 kg COD 排放总量减少 8% 34% 1.24E+10 kg

6、 氨氮排放总量减少 10% 36% 1.15E+09 kg NOx排放总量减少 10% 36% 2.08E+10 kg 因此， 在 ECER 评估指标体系中设置了一一对应的 7 项生命周期指标 （A17） ，即各种方案的生命周期综合能耗（Comprehensive Energy Consumption, CEC） 、工业用水量、 二氧化碳排放 （CO2） 、 二氧化硫排放 （SO2） 、 化学需氧量排放 （COD） 、氨氮、氮氧化物（NOx） 。 （2）可比政策目标可比政策目标与与 2010 年基准值年基准值 由于一些政策目标定义是基于全国总量、另一些则基于单位 GDP，为保证可比性，统一将这

7、些政策目标换算为单位 GDP 目标，即“十二五期间单位 GDP减少率”（见表 1） ，其中 GDP 的增长率按十二五规划预计为 7%。 另外， 收集了中国 2010 年相应消耗或排放的总量 （见表 1） 。 其中煤、 石油、天然气的消耗量来自国民经济和社会发展统计公报；SO2和 COD 的排放数据为环保部公布数据；氨氮和工业用水量的数据来自中国环境统计年鉴；CO2和 NOx4 的排放数据来自国际应用系统分析研究所。 （3）ECER 综合指标定义综合指标定义 定义生命周期节能减排综合指标（ECER 指标）的计算公式如下： iiiiNTSA171 （1） 式中， Ai表示一种方案的生命周期综合能耗

8、、 工业用水量、 CO2、 SO2、 COD、氨氮和 NOx七项指标；Ti表示可比的节能减排政策目标；Ni为 2010 年对应指标的全国总量，即基准值。 当对比分析两种节能减排方案时，由（1）式可得出 ECER 综合指标的改进值为： iiiiiii NTS07100AA/)AA( （2） 式中，Ai0 和 Ai1分别代表基准方案和改进方案的各项指标，S 则为改进方案相对于基准方案的节能减排综合效果（正数代表改进，数值越大代表改进幅度越大；负数反之） 。 （2）式中各项含义解释如下：(Ai0 -i)/ A i0 表示改进方案的各项指标相对于基准方案的改进幅度（其中正数代表改进，数值越大代表改进幅

9、度越大；负数反之） ； 将其与可比政策目标 Ti相除， 代表各项目标的达标度评分 （正数情况下，1 代表正好达标，小于 1 代表不达标，大于 1 代表超额达标） ；Ai0/Ni是此方案的指标在全国总量中所占的比例，以此对达标度评分进行加权，以反映各项指标的重要性；最终，S 代表两种方案的 7 项节能减排指标的综合达标度评分，由此由此定量、全面、综合地对比分析定量、全面、综合地对比分析了了不同不同方案的节能减排效果方案的节能减排效果。 在（2）式中，当各项(Ai0 -i)/ A i0恰好等于 Ti相时，意味着改进方案各项指标的改进幅度刚好达到各项政策目标的要求， 此理想达标方案与基准方案的差值为

10、： iiiNS071A （3） 由此，可以为各种产品的基准方案设定节能减排达标要求。当单项节能减排方案不能达到要求的效果时， 企业可以组合使用多种方案技术， 并采用 ECER 指5 标评价此方案组合的效果。 2. ECER 评价步骤 采用 ECER 方法评价节能减排方案包括四个步骤： 1） 基准方案和对比方案选择基准方案和对比方案选择 基准方案和对比方案选择的目的首先是为了明确评价的基准和对象。 2） 生命周期模型建立生命周期模型建立与数据收集与数据收集 生命周期模型的建立与普通的 LCA 模型基本相同，但由于 ECER 所基于的政策目标是中国范围内的目标， 所以生命周期模型必须区分国内和国外

11、生产过程。发生在国外过程的消耗与排放，不应计入 ECER 指标。 调查基准方案与对比方案的清单数据， 包括现场的资源消耗与环境排放以及上游原材料的消耗数据。通过从数据库中导入上游原材料的背景数据，追溯技术或产品的整个生命周期。必须注意的是，背景数据库本身在数据库开发过程中也应该区分在中国国内和国外发生两种情况， 才能与政策目标的适用范围保持一致。 3） 指标计算结果与对比分析结论指标计算结果与对比分析结论 首先，可根据模型计算得到基准方案与对比方案的各项生命周期指标值，即生命周期的综合能耗、工业用水量、CO2、SO2、COD、氨氮和NOx的排放量。通过这一步的计算，涵盖了技术或产品的整个生命周

12、期，可避免环境问题在生命周期不同阶段之间的转移。 然后，根据公式（1）的 ECER 指标定义，可以将 7 项指标综合成一个单一指标，即节能减排综合指标。通过这一步的计算，可以解决各项节能减排指标常常互相冲突的问题。 下一步，将各对比方案的综合指标与基准方案对比，得到相对于基准方案的改进百分比，使得各项对比方案的改进结果更加直观。 最后，通过比较各对比方案的综合指标和改进百分比，可用于技术对比和技术目录的制订。 同时，还可计算出理想达标方案的各项指标值。理想达标方案是指将基准方案的 7 项生命周期指标均按政策目标的要求减少，即得到为理想达标方案的ECER 综合指标， 其与基准方案的差值如公式 （

13、3） 所示。 将理想达标方案的 ECER6 综合指标与基准方案对比，可以得到理想达标方案的改进百分比。将各对比方案的改进百分比与理想达标方案的改进百分比相比， 即可得出该方案是否达标的结论，为技术筛选提供支持。 4） 改进分析与改进建议改进分析与改进建议 通过贡献分析和敏感度分析可以为技术或产品进行改进分析并提供改进建议。其中，贡献分析是分析各过程（包括上游过程和现场过程）和各指标（七项节能减排指标）对综合指标的贡献。而敏感度分析则是分析各种消耗和排放对结果的影响大小。 上述分析步骤的示意图如图 1 所示。 在 eBalance 中的操作步骤请参看 “ECER功能操作简介” 3. ECER 分

14、析方法的应用 在得到 ECER 指标的基础上， 还可以与其他相关指标相结合， 分析更多的实际问题。例如，与各种经济指标相结合，可以分析各项方案的成本效益，例如计算单位投资的环境效益；与市场占有率的变化相结合，可以评估各项方案应用后的全行业节能减排潜力，而技术市场占有率的变化主要受技术适用性、投资成本等因素的影响，可采用情景分析的方法，设计技术市场占有率的变化情景，并分析相应的行业节能减排潜力。 另外，需要注意的是，当 ECER 在企业中应用时，必须结合企业现有的技术与设备状况、原材料及产品特点等因素，因此需要另行建立符合企业实际情况的LCA 模型并进行分析。 7 图图 1 节能减排节能减排方案

15、方案的的生命周期生命周期评价步骤评价步骤 对比方案对比方案 2 基准方案基准方案 同类同类技术对比： 以技术功能作为基准流 方 案方 案 选 择选 择生 命 周 期 模 型 建 立生 命 周 期 模 型 建 立指 标 计 算 与 分 析 对 比 结 论指 标 计 算 与 分 析 对 比 结 论基准方案与对比方案选择基准方案与对比方案选择 数据收集数据收集（两种数据来源） 从生产过程收集数据 从数据库导入背景数据 不同类不同类技术对比： 以产品作为基准流 理想达标方案理想达标方案 计算得到 生命周期 各项指标 值 计算得到 生命周期 各项指标 值 按政策目标削 减后的生命周 期各指标值 计算 E

16、CER 综合指标 计算 ECER 综合指标 计算 ECER 综合指标 对基准方 案的改进% 达标方案 改进% 结论：是否 达标？ 对比方案对比方案 1 计算得到 生命周期 各项指标 值 计算 ECER 综合指标 对基准方 案的改进% 结论：是否 达标？ 方案对比结论方案对比结论 改 进 分 析 与 改改 进 分 析 与 改进 建 议进 建 议贡贡献分析、 敏献分析、 敏 感度感度分析分析 8 4. 基础数据库与软件功能开发 在亿科环境科技开发的 LCA 软件（eBalance）中，可以支持上述 ECER 评估方法步骤，除生命周期建模、清单数据输入、LCA 计算与指标分析等主要功能外， 允许用户指定 LCA 模型中的某个单元过程是否是发生在中国国内的过程，由此区分国内与国外过程（ECER 方法只涉及国内过程部分） 。并且，eBalance预置了节能减排指标体系，包括中国 2010 年归一化基准值、权重因子等，在清单数据的基础上，可以计算特征化指标、归一化加权的节能减排综合指标，并