中国科学院沈阳应用生态研究所王娇月获国家专利权
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龙图腾网获悉中国科学院沈阳应用生态研究所申请的专利生物质多来源多路径能源转化利用节能降碳的核算方法与系统获国家发明授权专利权,本发明授权专利权由国家知识产权局授予,授权公告号为:CN117787809B 。
龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-05-30发布的发明授权授权公告中获悉:该发明授权的专利申请号/专利号为:202410050052.3,技术领域涉及:G06Q10/0639;该发明授权生物质多来源多路径能源转化利用节能降碳的核算方法与系统是由王娇月;邴龙飞;郗凤明;王诗云;尹岩;胡琴琴设计研发完成,并于2024-01-12向国家知识产权局提交的专利申请。
本生物质多来源多路径能源转化利用节能降碳的核算方法与系统在说明书摘要公布了:本发明为生物质多来源多路径能源转化利用节能降碳的核算方法与系统,属于节能降碳核算技术领域。针对目前生物质资源量核算种类有限及未对不同生物质类型多路径转化系统研究等问题,本发明提出:建立多来源的生物质资源量和能源利用量的数据库;根据能源转化路径将生物质能源利用量进行多路径能源转化利用,生产清洁能源产品;以生产的清洁能源产品替代传统化石能源,分别建立生物质能源转化利用全生命周期的节能核算体系和降碳核算体系,获得生物质能源转化清洁能源产品的节能量与碳减排量。本发明能估算不同区域、不同年份、不同类型的生物质能源化利用生产清洁能源产品的节能降碳量,对我国清洁能源替代化石能源碳减排量核算具有重要意义。
本发明授权生物质多来源多路径能源转化利用节能降碳的核算方法与系统在权利要求书中公布了:1.生物质多来源多路径能源转化利用节能降碳的核算方法,其特征在于,包括如下步骤:S1:建立多来源的生物质资源量和生物质能源利用量的数据库;所述生物质资源量包括11种,具体为:农业废弃物生物质、林业废弃物生物质、粪便、城市园林废弃物生物质、建筑有机废弃物生物质、废油、轻工业加工废弃物、生活垃圾生物质、污泥生物质、有机废水量和能源植物,生物质资源量为理论产生量,通过生物质资源量结合收集系数获得生物质资源收集量,再根据生物质能源利用比例,获得生物质能源利用量,其表达式分别为: (1); (2);其中,Bc为生物质资源收集量,Bc,i为i类型生物质资源收集量,Be,i为i类型生物质能源利用量,以热值表示,Pi为i类型生物质资源的产生量,Wi为i类型生物质资源的干物质含量,Ci为i类型生物质资源的收集系数,Hi为i类型生物质资源的平均低位热值,POi为i类型生物质能源利用质量;Ri为i类型生物质的能源利用比例,i为生物质类型;每种生物质资源量的计算如下:(1)农业废弃物生物质,包括农作物秸秆和农副产品加工废弃物两种类型,其生物质资源的产生量计算公式如下: (3);其中,Pa为农业废弃物生物质资源的产生量,Mt;Py为y类型农作物产量,Mt;ry1为y类型农作物的草谷比,无量纲;ry2为y类型农副产品加工的废弃物产出率,包括玉米芯、水稻壳、花生壳、棉花壳、甜菜渣、甘蔗渣,无量纲;(2)林业废弃物生物质,包括木材和竹材采伐剩余物,木材和竹材加工剩余物,森林抚育剩余物,苗木修枝、定杆及截杆剩余物,经济林平茬和四旁树修枝剩余物,薪柴林6种类型,其生物质资源的产生量计算公式如下: (4);其中,Pf为林业废弃物生物质资源量,Mt;Fk为木材和竹材采伐量,百万m3;dk为木材和竹材重量密度,tm3;rk为木材和竹材采伐废弃物产出率,无量纲;rrk为木材和竹材加工剩余物产生率,无量纲;Af为森林抚育面积,百万ha;dr为森林抚育剩余物产生率,tha;Fs为苗木数量,万根;rs为苗木修枝、定杆及截杆剩余物产生率,t根;At为经济林面积,百万ha;rt1为经济林平茬剩余物产生系数,tha;Pt为四旁树数量,百万根;dt为四旁树密度,t根;rt2为四旁树修枝剩余物产出率,无量纲;Penergy为薪柴林产量,百万m3;de为薪柴林密度,tm3;(3)粪便,包括排出的粪便和尿液两种类型,分为人口粪便、牲畜粪便和畜禽粪便三大类,由于城镇人口的粪便随排污系统一起进入污水处理厂进行处理,为了避免重复计算,人口粪便只是考虑农村人口产生的粪便,粪便生物质资源量计算公式如下: (5);其中,Pm为粪便产生量,Mt;So为o类型人口数量或牲畜或畜禽数存栏量,其中生猪、肉牛、肉鸡为出栏量,百万个;为饲养周期,天;Ydung,o为o类型人口或牲畜或畜禽的粪便产生率,t个天,无量纲;Yurine,o为o类型人口或牲畜或畜禽的尿液产生率,t个天,无量纲;(4)城市园林废弃物生物质,是城市园林修剪过程中产生的废弃物,其生物质资源的产生量计算公式如下: (6);其中,Pg为园林修剪废弃物产量,Mt;Ag为城市绿地面积,百万ha;rg为城市绿地修剪废弃物产出系数,tha;(5)建筑有机废弃物生物质,是建筑在建设、拆除与装修过程中产生的木质废弃物生物量,其生物质资源的产生量计算公式如下: (7);其中,Pwoody为建筑垃圾有机废弃物产量,Mt;A1c为建筑面积,百万m2;C1w为建筑建设过程垃圾产出系数,tm2;r1w为建筑建设过程垃圾木质材料比例,无量纲;Pde为建筑拆除面积比例,无量纲;C2w为建筑拆除过程垃圾产出系数,tm2;r2w为建筑拆除过程垃圾木质材料比例,无量纲;A2c为居民和商业建筑面积,百万m2;C3w为建筑装潢过程垃圾产出系数,tm2;r3w为建筑装潢过程垃圾木质材料比例,无量纲;(6)废油,包括地沟油、米糠油和酸性油,其生物质资源的产生量计算公式如下: (8);其中,Poil为废油产量,Mt;Pgutter为食用植物油消费量,Mt;rgutter为食用植物油废油产生比例,无量纲;Pacid为食用植物油产量,Mt;racid为酸性油产生比例,无量纲;Price为稻米产量,Mt;rrice为米糠油产生比例,无量纲;(7)轻工业加工废弃物,包括白酒、酱油、味精、纸浆、中药生产过程中产生的有机废弃物,其生物质资源的产生量计算公式如下: (9);其中,Pindustry为轻工业加工废弃物,Mt;Pin,p为p类型轻工业产品产量,Mt;rin,p为p类型轻工业加工废弃物产生比例,无量纲;(8)生活垃圾生物质,指生活垃圾的有机废弃物,其生物质资源的产生量计算公式如下: (10);其中,Ptrash为生活垃圾有机废弃物,Mt;Mtrash为生活垃圾收集与清运量,Mt;Ftrash为生活垃圾有机废弃物比例,无量纲;(9)污泥生物质,指污泥废弃物,其生物质资源的产生量计算公式如下: (11);其中,Pslag为污泥废弃物,Mt;Mslag为污泥产生量,Mt;(10)有机废水量,其生物质资源的产生量计算公式如下: (12);其中,Pwater为有机废水量,Mt;Mwager为有机废水产生量,Mt;(11)能源植物,指专门用于能源生产而种植的植物,遵循不与粮争地原则,通常这些能源植物种植在边际性土地,分为油料类植物,淀粉类植物,纤维素类植物,糖类植物,其生物质资源的产生量计算公式如下: (13);其中,Penergy,i为i类型能源植物产生量,Mt;Ai为i类型能源植物种植面积,百万ha;renergy,i为i类型能源植物产出系数,tha;S2:根据能源转化路径将生物质能源利用量进行多路径能源转化利用,生产清洁能源产品;所述清洁能源产品包括生物气、生物柴油、乙醇、生物炭、生物制氢、固体成型燃料、生物质发电;步骤S2中,将生物质能源利用量结合不同路径能源转化清洁能源产品的转化系数,得到生物质能源转化清洁能源产品的产量,公式如下: (14); (15);其中,EPi,k为i类型生物质资源生产k类型清洁能源产量,Hei,k为i类型生物质资源生产k类型清洁能源热值,Mei,k为i类型生物质资源生产k类型清洁能源产量,γi,k为i类型生物质资源用于生产k类型清洁能源的比例;POi为i类型生物质资源能源利用量,fi,k为i类型生物质资源生产k类型清洁能源产品的转化率;S3:根据生产的清洁能源产品替代传统化石能源,分别建立生物质能源转化利用全生命周期的节能核算体系和降碳核算体系,获得生物质能源转化清洁能源产品的节能量与碳减排量;步骤S3中,建立节能核算体系获得节能量的过程包括:基于生命周期评价方法,以清洁能源产品的全生命周期的能耗系数,获得生物质能源转化清洁能源产品的能耗量;以清洁能源产品替代传统化石能源,利用传统化石能源的能耗系数获得生物质清洁能源产品替代传统化石能源的能耗量,获得生物质能源转化清洁能源产品的节能量,节能量的计算公式如下: (16);其中,ESi,k为i类型生物质资源生产k类型清洁能源产品的节能量,EPi,k为i类型生物质资源生产k类型清洁能源产量,EIei,k为i类型生物质资源生产k类型清洁能源产品的全生命周期能耗,EItk为k类型清洁能源产品替代对应的传统化石能源的全生命周期能耗;影响节能量核算的几个参数分别用以下公式计算: (17); (18); (19);其中,Mtk为k类型清洁能源产品替代对应的传统化石能源的产量,Mt;Hei,k为i类型生物质资源生产k类型清洁能源热值,MJkg;Htk为k类型清洁能源产品替代对应的传统化石能源的热值,MJkg;Feg,k为k类型清洁能源产品替代对应的传统化石能源的原料开采阶段能耗,MJkg;Ftg,k为k类型清洁能源产品替代对应的传统化石能源的原料收集与运输阶段能耗,MJkg;Fpg,k为k类型清洁能源产品替代对应的传统化石能源的生产阶段能耗,MJkg;Fdg,k为k类型清洁能源产品替代对应的传统化石能源产品的运输阶段能耗,MJkg;Fee,k,i为i类型生物质资源生产k类型清洁能源产品原料种植阶段能耗,MJkg;Fte,k,i为i类型生物质资源生产k类型清洁能源产品原料收集与运输阶段能耗,MJkg;Fpe,k,i为i类型生物质资源生产k类型清洁能源产品生产阶段能耗,MJkg;Fde,k,i为i类型生物质资源生产k类型清洁能源产品的运输阶段能耗,MJkg;步骤S3中,建立降碳核算体系获得碳减排量的过程包括:基于生命周期评价方法,以清洁能源产品的全生命周期的碳排放系数,获得生物质能源转化清洁能源产品的碳排放量;以清洁能源产品替代传统化石能源,利用传统化石能源的碳排放系数获得生物质清洁能源产品替代传统化石能源的碳排放量,获得生物质能源转化清洁能源产品的碳减排量,碳减排量的计算公式如下: (20);其中,RGHGi,k为i类型生物质资源生产k类型清洁能源产品的碳减排量,GHGei,k为i类型生物质资源生产k类型清洁能源产品的全生命周期碳排放量,GHGtk为k类型清洁能源产品替代对应的传统化石能源的全生命周期碳排放量; (21); (22);其中,feg,k为k类型清洁能源产品替代对应的传统化石能源的原料开采阶段碳排放,kgkg;ftg,k为k类型清洁能源产品替代对应的传统化石能源的原料收集与运输阶段碳排放,kgkg;fpg,k为k类型清洁能源产品替代对应的传统化石能源的生产阶段碳排放,kgkg;fdg,k为k类型清洁能源产品替代对应的传统化石能源的产品运输阶段碳排放,kgkg;fug,k为k类型清洁能源产品替代对应的传统化石能源的使用阶段碳排放,kgkg;fee,k,i为i类型生物质资源生产k类型清洁能源产品原料种植阶段碳排放,kgkg;Fte,k,i为i类型生物质资源生产k类型清洁能源产品原料收集与运输阶段碳排放,kgkg;Fpe,k,i为i类型生物质资源生产k类型清洁能源产品生产阶段碳排放,kgkg;Fde,k,i为i类型生物质资源生产k类型清洁能源产品的运输阶段碳排放,kgkg;Fus,k,i为i类型生物质资源生产k类型清洁能源产品的使用阶段碳排放,kgkg。
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