太阳能级多晶硅的生命周期评价

【摘要】：太阳能级多晶硅是太阳能电池的核心原料,尤其组成的太阳能光伏系统可将太阳能通过光伏效应转换为电能。太阳能发电是物理过程,不产生环境污染物,属于清洁能源。太阳能级多晶硅也被视为环保产品,其产业链不断的发展壮大。但在太阳能级多晶硅的原材料制取、生产等过程中,不可避免的会产生环境污染物。同时,国内太阳能级多晶硅产业相关的环保技术政策和规范缺失,行业污染防治技术指南等还处于研究阶段。生命周期评价作为环境管理工具,被广泛的应用于工业产品的环境影响研究。因此,本文将生命周期评价技术方法运用于太阳能级多晶硅生命周期环境影响研究,旨在量化计算并评价其环境影响,为企业管理者和环保行政管理部门提供相关参考和建议。 首先,论文对国内太阳能级多晶硅的产业现状和生命周期评价的应用现状进行了分析,构建了太阳能级多晶硅的生命周期评价模型,确定了评价的技术框架。调查收集了太阳能级多晶硅生命周期各过程企业的实际生产数据,进行了生命周期数据清单分析,通过对具体清单数据的分析,将太阳能级多晶硅的生命周期主要环境影响归结为资源消耗、能源消耗、臭氧层破坏、全球变暖影响、酸化影响、水体富营养化影响、水质影响、气溶胶影响、固废排放(填埋空间消耗)和慢性公众健康影响共10个影响类别。 其次,论文确定了各类环境影响的特征化方法和计算模型。经过计算得出：1kg太阳能级多晶硅的生命周期环境影响为：资源消耗(RU)：4.02kg硅石；能源消耗(EN)：105.00kgce(标准煤)；全球变暖潜值(GWP)：102.00kg CO2；臭氧层消耗潜值(ODP)：0.0161kg CFC-11；酸化潜值(AP)：1.84kgSO2；水体富营养化潜值(EU)：0.007kgPOf；水质影响(WQ)：0.05kgCOD；气溶胶影响(PM)：0.00017kg粉尘；填埋空间消耗(SW)：0.00132m3；慢性公众健康影响(HTI)：112.00kg(非致癌有毒物)。同时,通过对太阳能级多晶硅生命周期各过程环境影响的数据分析,明确了太阳能级多晶硅生命周期各类环境影响的主要贡献过程。 再次,通过层次分析法(AHP),计算了各类环境影响的权重。经计算,各类环境影响的权重值分别为：资源消耗(RU)0.283,能源消耗(EN)0.206,全球变暖影响(GWP)0.144,水质影响(WQ)0.096,水体富营养化影响(EU)0.096,慢性公众健康影响(HTI)0.064,气溶胶影响(PM)0.044,酸化影响(AP)0.030,固体废弃物(SW)0.022,臭氧层消耗(ODP)0.016。并通过量化模型的运用,计算得lkg太阳能级多晶硅的生命周期综合环境影响为44.7。同时,论文运用相对环境影响评价模型,得出国内太阳能级多晶硅的生命周期各过程的环境影响排序为：太阳能电池片生产工业硅制取太阳能级多晶硅生产多晶硅片生产硅石开采太阳能电池组件生产。 最后,通过对太阳能级多晶硅生命周期的环境影响因素的分析,立足于环保,论文提出了太阳能级多晶硅产业链端各企业工艺技术和生产水平改进的建议措施：1)硅石开采过程,提高爆破效率,减少含氮、含硫炸药的使用,优化爆破除尘工艺；2)工业硅制取过程,提高还原剂的效率,减少或避免含硫、含氮还原剂的使用,优化硅石破碎筛选工艺；3)太阳能级多晶硅生产过程,改进生产工艺,建议使用锌还原法进行生产,并提高SiCl4的回收使用率,闭环生产；4)多晶硅片生产过程,提高铸锭工艺,增大出炉晶锭质量,提高切割水平；5)太阳能电池片生产过程,改进混酸种类及配比,优化银、铝浆的配料成分及比例；6)太阳能电池组件生产过程,优化层压工艺和焊锡工艺,选用化学性质稳定的封装材料,使用无铅焊锡；7)选用高效节能的机械设备并提高各过程的水循环利用率；8)合并工业硅生产和多晶硅精炼过程,减少温室气体的排放；9)从环境自净角度,优化产业布局。 【关键词】：太阳能级多晶硅 资源消耗 能源消耗 环境影响 生命周期评价
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：X322
【目录】：

• 摘要6-8
• Abstract8-15
• 第1章 绪论15-27
• 1.1 研究背景15-24
• 1.1.1 太阳能级多晶硅15-16
• 1.1.2 太阳能级多晶硅产业的发展16-17
• 1.1.3 生命周期评价发展概述17-19
• 1.1.4 生命周期评价的应用现状19-21
• 1.1.5 生命周期评价在太阳能级多晶硅产业链中的应用现状21-23
• 1.1.6 研究背景小结23-24
• 1.2 研究意义24
• 1.3 研究目的24-25
• 1.4 研究内容25
• 1.5 研究技术路线25-27
• 第2章 太阳能级多晶硅LCA技术框架27-46
• 2.1 LCA的涵义27-35
• 2.1.1 LCA的定义27
• 2.1.2 LCA的特点27-28
• 2.1.3 LCA的技术框架28-35
• 2.2 太阳能级多晶硅的生命周期过程35-41
• 2.2.1 原料过程36-37
• 2.2.2 生产过程37
• 2.2.3 使用过程37-40
• 2.2.4 回收过程40-41
• 2.3 太阳能级多晶硅的生命周期研究模型41-43
• 2.4 太阳能级多晶硅LCA目标和范围定义43-46
• 2.4.1 目标的确定43
• 2.4.2 范围的确定43-46
• 第3章 太阳能级多晶硅LCA清单数据分析46-63
• 3.1 硅石开采清单分析46-49
• 3.2 工业硅制取数据清单分析49-50
• 3.3 太阳能级多晶硅生产数据清单分析50
• 3.4 太阳能级多晶硅片数据清单分析50-54
• 3.5 太阳能电池片生产数据清单分析54-57
• 3.6 太阳能电池组件生产数据清单分析57-60
• 3.7 清单分析数据汇总60-63
• 第4章 太阳能级多晶硅生命周期影响评价63-86
• 4.1 分类63-66
• 4.1.1 分类方法63-65
• 4.1.2 分类结果65-66
• 4.1.3 分类结果解释66
• 4.2 特征化66-79
• 4.2.1 资源消耗67
• 4.2.2 能源消耗67-68
• 4.2.3 全球变暖影响68-69
• 4.2.4 臭氧层破坏69-70
• 4.2.5 酸化影响70-71
• 4.2.6 水体富营养化71-72
• 4.2.7 水质影响72-73
• 4.2.8 气溶胶影响73
• 4.2.9 固体废弃物排放73-74
• 4.2.10 慢性公众健康影响74-76
• 4.2.11 特征化结果76-78
• 4.2.12 特征化小结78-79
• 4.3 量化79-81
• 4.3.1 量化模型79-81
• 4.3.2 量化结果81
• 4.3.3 量化小结81
• 4.4 生命周期过程影响评价81-86
• 4.4.1 相对环境影响评价模型82
• 4.4.2 计算82-84
• 4.4.3 相对环境影响评价小结84-86
• 第5章 太阳能级多晶硅生命周期改善评价86-95
• 5.1 资源消耗分析86-87
• 5.2 能源消耗分析87-88
• 5.3 全球变暖影响分析88
• 5.4 臭氧层破坏分析88-89
• 5.5 酸化影响分析89-90
• 5.6 水体富营养化分析90
• 5.7 水质影响分析90
• 5.8 气溶胶影响分析90-91
• 5.9 固体废弃物排放分析91
• 5.10 慢性公众健康影响91
• 5.11 各过程的影响分析91-93
• 5.12 生命周期综合影响分析93-95
• 结论与展望95-98
• 结论95-96
• 展望96-98
• 致谢98-99
• 参考文献99-103
• 攻读硕士学位期间发表的论文及参加的科研项目103

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