Quantifying the mitigating effects and benefits from substituting wood biomass for coal in energy production in China

Aixin GENG; Wenqi PAN; Hongqiang YANG

doi:10.18402/resci.2020.03.12

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Resources Science
Vol. 42, Issue 3, 536 (2020)

Quantifying the mitigating effects and benefits from substituting wood biomass for coal in energy production in China

Aixin GENG^{1、1、2、2}, Wenqi PAN^{1、1、2、2}, and Hongqiang YANG^{1、1、2、2、3、3}

Author Affiliations

¹.College of Economics and Management, Nanjing Forestry University, Nanjing 210037, China

¹.南京林业大学经济管理学院,南京210037

².Research Center for Economics and Trade in Forest Products, NFGA, Nanjing 210037, China

².国家林业和草原局林产品经济贸易研究中心,南京210037

³.Center for the Yangtze River Delta’s Socioeconomic Development, Nanjing University, Nanjing 210093, China

³.南京大学长江三角洲经济社会发展研究中心,南京210093

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DOI: 10.18402/resci.2020.03.12 Cite this Article

Aixin GENG, Wenqi PAN, Hongqiang YANG. Quantifying the mitigating effects and benefits from substituting wood biomass for coal in energy production in China[J]. Resources Science, 2020, 42(3): 536 Copy Citation Text

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Fig. 1. 生物质能源转换技术与能源减排效率的国际研究趋势Figure 1

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Fig. 2. 生命周期分析系统边界和功能单元Figure 2

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Fig. 3. 木质颗粒和煤炭的生命周期能耗与温室气体排放Figure 3

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原料获取与燃料生产阶段		运输阶段				使用阶段
原料获取与燃料生产阶段		运输模式及比例^[31]/%	能源强度/（KJ/tkm）	运输距离/km	能源种类及比例/%	使用阶段
煤炭	开采效率97%^[31]洗选效率95%^[31]	铁路（75）	120^[37]	651^[36]	柴油（30^[37]）	供电标准煤耗3.125 kW·h/kg^[38]标准煤热值29.307 MJ/kg^[38]
		铁路（75）	120^[37]	651^[36]	电力（70^[37]）
		水路（17）	498^[39]	1477^[36]	燃料油（100^[32]）
		公路运输（8）	98^[39]	181^[36]	柴油（68^[32]）
		公路运输（8）	98^[39]	181^[36]	汽油（32^[32]）
木质颗粒燃料	采伐残余率25%^[22]成粒率75.8%^[22]	公路运输（100）	98^[39]	180^[22]	柴油（68^[32]）	供电消耗4.4 kW·h/kg^[40]木质颗粒热值18.84 MJ/kg^[40]

Table 2.

不同能源系统生命周期中的能源投入参数

	市场价格 /（RMB/t）		能源热值		能源效率/%
煤炭	2019年1月	559.4~589	供热供电	29.31 MJ/kg3.125 kW·h/kg	80
	2019年2月	587.4~607
	2019年3月	586~631.8
木质颗粒燃料	500~1300		供热供电	18.84 MJ/kg4.4 kW·h /kg	80

Table 3.

不同能源系统经济效益指标投入参数与数值

能源系统	单位	能源消耗/MJ	温室气体排放/g CO₂e	温室气体细分
能源系统	单位	能源消耗/MJ	温室气体排放/g CO₂e	CO₂	N₂O	CH₄
木质颗粒	t	425.11（柴油）	31.61×10³	31.51×10³	67.28	35.88
木质颗粒	t	334.08（电能）	31.61×10³	31.51×10³	67.28	35.88
	MJ	0.04	1.676	1.670	0.004	0.002
	kW·h	0.17	7.183	7.160	0.015	0.008
煤炭	t	1020	131.00×10³	121.00×10³		10.00×10³
	MJ	0.04	4.47	4.13		0.34
	kW·h	0.33	41.92	38.72		3.20

Table 4.

木质颗粒燃料和煤炭原料获取与燃料生产过程中的能耗与温室气体排放清单

能源系统	单位	能源消耗/MJ	温室气体排放/g CO₂e	温室气体细分
能源系统	单位	能源消耗/MJ	温室气体排放/g CO₂e	CO₂	N₂O	CH₄
木质颗粒	t	12.00（柴油）	1296.82	1280.00	11.06	5.76
	t	5.64（汽油）	1296.82	1280.00	11.06	5.76
	MJ	0.001	0.069	0.068	0.001	0.000
	kW·h	0.004	0.295	0.291	0.003	0.001
煤炭	t	18.54（柴油）	5271.68	5254.00	10.88	5.80
		49.72（燃料油）
		0.45（汽油）
		41.00（电能）
	MJ	0.006	0.180	0.180	0.000	0.000
	kW·h	0.020	1.685	1.680	0.003	0.002

Table 5.

木质颗粒燃料和煤炭运输过程中的能耗与温室气体排放清单

能源系统	单位			温室气体细分
能源系统	单位	假设	温室气体排放/g CO₂e	CO₂	N₂O	CH₄
木质颗粒	MJ	碳中性	2.375	0.000	1.325	1.050
	MJ	非碳中性	124.015	121.640	1.325	1.050
	kW·h	碳中性	10.169	0.000	5.673	4.496
	kW·h	非碳中性	531.999	520.830	5.673	4.496
煤炭	MJ	118.782		118.250	0.497	0.035
煤炭	kW·h	1018.54		1014.00	4.24	0.30

Table 6.

木质颗粒燃料和煤炭最终使用阶段的温室气体排放清单

影响因素	参数假设	敏感性分析
影响因素	参数假设		供热减排效率	供电减排效率	供热成本变化	供电成本变化
能源结构	木质颗粒燃料生命周期耗电+10%		+0.12%	+0.05%
	木质颗粒燃料生命周期耗能+10%		-0.14%	-0.07%
运输距离	木质颗粒燃料运输距离+10%		-0.03%	-0.01%
燃料使用效率	木质颗粒燃料最终使用效率+10%	碳中性假设	+0.18%	+0.09%	-15.90%	由正转负
燃料使用效率	木质颗粒燃料最终使用效率+10%	非碳中性假设	由负转正	+9.25%	-15.90%	由正转负
燃料热值	木质颗粒燃料热值+10%	碳中性假设	+0.32%		-15.90%
	木质颗粒燃料热值+10%	非碳中性假设	由负转正		-15.90%
	木质颗粒燃料供电效率+10%	碳中性假设		+0.15%		由正转负
	木质颗粒燃料供电效率+10%	非碳中性假设		+8.88%		由正转负
燃料价格	木质颗粒燃料价格+10%				+17.49%	+159%

Table 7.

木质颗粒燃料替代煤炭供能的温室气体减排与供能成本的敏感性分析

Aixin GENG, Wenqi PAN, Hongqiang YANG. Quantifying the mitigating effects and benefits from substituting wood biomass for coal in energy production in China[J]. Resources Science, 2020, 42(3): 536

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