建筑并网光伏系统生命周期环境影响研究

【摘要】：太阳能是一种清洁、高效的可再生能源。光伏发电作为太阳能利用的重要方式，经过最近三四十年的快速发展，技术和经济方面基本具备了规模化发展的条件，成为世界各国能源替代的重要选择。同时，随着可持续建筑理念的普及和发展，光伏系统作为易于与建筑结合的供能系统，其应用日趋广泛，不仅有效地补给建筑运行期间能源需求，也成为世界能源结构优化的重要组成部分。我国近年来光伏产业迅速发展，产业规模已经在国际上处于领先地位。然而作为新兴产业，其能源效率和生产过程中环境的影响需要经过科学的论证。 论文采用生命周期分析方法，对我国现阶段生产水平的建筑并网光伏系统从原料生产到废弃回收的全生命周期环境影响进行了系统研究。建立了较为完备的我国建筑并网光伏系统的生命周期清单。构建了基于终点破坏类型的建筑并网光伏系统生命周期环境影响模型，并对所建立的清单进行环境影响量化。以天津地区为例，对安装在不同建筑位置的1kWp建筑并网光伏系统生命周期的环境能源指数和环境影响进行模拟和计算。经论证，天津地区1kWp建筑并网光伏系统生命周期内消耗的能源能够通过自身光伏作用产生的能量在3-6年内回收。全生命周期产能为消耗能源的4-8倍，具有较好的能源效益。同时，与相同发电量的燃煤系统在同一环境影响评价模型下进行环境影响比较，建筑并网光伏系统与燃煤发电相比在能源耗竭和生态系统影响等方面具有较大优势。最后对天津地区某一多层建筑类型进行计算，安装并网光伏系统能够满足70%的居民非采暖用电负荷，在补偿建筑运行能耗方面具有一定作用。 【关键词】：生命周期分析 终点破坏类型 建筑并网光伏系统 能量回收期 环境影响评价
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：X820.3;TU-023
【目录】：

• 中文摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 第一章 绪论8-21
• 1.1 课题背景8-11
• 1.1.1 能源问题和可再生能源的发展8-10
• 1.1.2 建筑能耗和可持续建筑的供能系统10-11
• 1.1.3 研究目的11
• 1.2 建筑并网光伏系统的发展情况和存在问题11-17
• 1.2.1 光伏系统的产生和发展11-13
• 1.2.2 光伏系统生产和应用中存在的问题13-14
• 1.2.3 国内外相关问题的研究现状14-17
• 1.3 研究内容17
• 1.4 研究方法和技术路线17-19
• 1.4.1 研究方法17-18
• 1.4.2 技术路线18-19
• 1.5 论文创新点19-21
• 第二章 生命周期环境影响评价方法21-34
• 2.1 生命周期评价的原则和方法学框架22-26
• 2.1.1 目的与范围的确定阶段23
• 2.1.2 清单分析阶段23-25
• 2.1.3 影响评价阶段25-26
• 2.1.4 解释阶段26
• 2.2 生命周期研究评价进展26-32
• 2.2.1 生命周期评价方法学研究的进展27-30
• 2.2.2 生命周期评价的应用发展30-32
• 2.3 我国建筑并网光伏系统生命周期评价32-34
• 第三章 建筑并网光伏系统的生命周期清单34-64
• 3.1 目的和范围34-37
• 3.1.1 目的34
• 3.1.2 研究范围34-35
• 3.1.3 数据来源和统计方式35-37
• 3.2 清单分析37-56
• 3.2.1 硅砂到工业硅生产37-39
• 3.2.2 多晶硅提纯39-41
• 3.2.3 多晶硅铸锭和切割（硅片生产）41-43
• 3.2.4 光伏电池的制备43-45
• 3.2.5 光伏组件封装45-47
• 3.2.6 组成光伏系统47-48
• 3.2.7 光伏系统的使用阶段48-49
• 3.2.8 拆解回收阶段49-50
• 3.2.9 系统运输过程50-52
• 3.2.10 清单中其他材料的能耗和排放52-56
• 3.3 清单的数据处理56-64
• 3.3.1 并网光伏系统的生命周期能耗56-57
• 3.3.2 清单数据质量评估57-60
• 3.3.3 敏感性分析60-62
• 3.3.4 小结62-64
• 第四章 建筑并网光伏系统的生命周期环境影响评价64-88
• 4.1 影响类型的选择64-68
• 4.2 破坏因子的选择68-82
• 4.2.1 人类健康影响（HD）68-74
• 4.2.2 生态环境破坏（ED）74-78
• 4.2.3 资源消耗（RE）78-81
• 4.2.4 能源消耗(EE)81-82
• 4.3 归一化82-84
• 4.4 加权84-86
• 4.5 光伏系统生命周期环境影响评价86-88
• 第五章 建筑并网光伏系统能源和环境效益潜力研究（以天津地区为例）88-108
• 5.1 建筑并网光伏系统的能源发展潜力88-102
• 5.1.1 太阳辐照量与光伏系统的发电效率影响因素88-93
• 5.1.2 光伏系统在不同安装方式下的年发电量计算93-99
• 5.1.3 建筑并网光伏系统生命周期能量指标的研究99-102
• 5.2 建筑并网光伏系统的环境效益研究102-105
• 5.2.1 燃煤发电的环境影响103-104
• 5.2.2 建筑并网光伏系统与燃煤发电的环境影响比较104-105
• 5.3 并网光伏系统生命周期发电对建筑运行能耗补偿研究105-107
• 5.4 结果讨论107-108
• 第六章 结论与展望108-112
• 6.1 结论108-109
• 6.2 不足和改进109
• 6.3 展望109-112
• 参考文献112-121
• 附录121-129
• 发表论文和科研情况说明129-130
• 致谢130

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