燃煤发电生命周期评价体系的构建

摘 要：为了有效地分析与改善燃煤发电的环境影响，需要建立一套科学的体系，以便对燃煤发电进行较为全面的环境影响分析。通过目标与范围确定、清单分析、影响评价、资源消耗成本与外部环境成本核算、结果解释等五个部分，拓展了燃煤发电生命周期评价体系，为燃煤发电环境影响以及由环境影响而带来的成本问题提供了新的分析思路，并有利于促进燃煤发电的可持续发展。

关键词：燃煤发电 生命周期评价 环境影响 资源消耗成本 外部环境成本

中图分类号:F206 文献标识码:A

文章编号:1004-4914（2010）12-013-04

煤炭与电力是世界经济发展的能源基础，燃煤发电在世界能源生产中占有重要地位。煤炭的生产与发电对环境造成了严重的污染，不仅对人类的生存造成了严重的危害，而且不利于燃煤发电的可持续发展。对燃煤发电的整个生命周期过程进行较为全面与科学的环境影响分析，以便采取针对性的措施，达到减少环境影响，优化资源投入，降低环境成本的目的，从而提高煤电企业环境效益、经济效益与社会效益。

燃煤发电的环境影响的研究已经有一定的显著成效，但是大多数的研究或者侧重于燃煤发电某个生产环节，或者侧重于燃煤发电的某类环境影响，或者只涉及传统的环境影响分析或经济成本分析，缺乏从燃 煤发电的生命周期角度做较为全面的系统分析。而煤炭的开采、洗选、运输与发电等各个阶段都会对环境造成严重的影响，因此需要对这些生产阶段的环境影响进行较为全面的分析。生命周期评价则是一种确定、评价以及改进一个工艺的环境影响的系统方法。同时，外部环境成本理论的发展也为燃煤发电环境影响的成本核算提供了依据。通过对燃煤发电进行更为全面的生命周期评价，可以从环境层面与经济层面对燃煤发电所造成的环境影响进行更为深入的分析。

本文在生命周期评价方法与相关成本理论的基础上，结合燃煤发电的实际情况，构建了燃煤发电生命周期评价体系，该体系包括五个部分：燃煤发电生命周期评价的目的与范围确定；燃煤发电生命周期清单分析，燃煤发电生命周期影响评价；燃煤发电生命周期资源消耗成本与外部环境成本核算；燃煤发电生命周期结果解释。

一、燃煤发电生命周期评价体系的构建原则

燃煤发电生命周期评价体系的构建需要遵循一定的原则，具体原则如下：系统性与全面性。燃煤发电生命周期评价应当系统地、全面地覆盖从煤炭的开采到燃煤发电废弃物处理的整个过程的环境因素。时间范围的合理性。要根据燃煤发电生命周期评价的目的和范围，合理确定研究的时间跨度。透明性。燃煤发电生命周期评价的研究范围、假设、数据来源、研究方法与结果均应当具有透明性，以便进行交流与调整。开放性。燃煤发电生命周期评价的方法论要力求新颖，力求与最新的科学技术相结合。灵活性。评价体系应具有一定的灵活性，能够根据燃煤发电的具体情况做出适当的调整。

二、燃煤发电LCA的框架

生命周期评价（Life Cycle Assessment, LCA）是一种评价产品（包括服务）或活动从原材料开采与提炼开始，到产品制造、运销、使用、报废和最终处置全过程环境影响的方法。国际环境毒理学与化学学会（SETAC）将LCA的技术框架分为4个部分：定义目标与确定范围（Goal and Scope Definition）、清单分析（Inventory Analysis）、影响评价（Impact Assessment）与改善评价（Improvement Assessment）。国际标准化组织（ISO）在此基础上并且在ISO14040标准中对SETAC的定义做了一些改动，把LCA实施步骤分为目的与范围确定（ISO14041），清单分析（ISO14041），影响评价（ISO14042）和结果解释（ISO14043）四个部分。

在LCA的生命周期清单分析中，资源消耗应当包括材料、燃料、动力等生产要素，而用这些生产要素的量分别乘以它们的单价便分别得到它们所占的成本，这部分成本被计入生产的内部成本。

在产品的整个生命周期中，由于企业的经济活动对环境产生了影响，从而造成了损失，其中并未由受益的企业所承担的那部分损失被称作产品生命周期外部环境成本，而根据外部环境成本理论，产品生命周期环境成本就可用式（1）计算得到。

式中：LCEC――产品生命周期环境成本；i――环境负荷种类；ELi――某种环境负荷量；UECi――该种环境负荷的单位成本。

根据燃煤发电的实际情况，确定燃煤发电LCA的目标与范围，在收集资料的基础上进行清单分析，然后再进行影响评价，同时在燃煤发电生命周期清单分析与环境干扰因子分类的基础上再对燃煤发电的资源消耗成本与外部环境成本进行核算，最后进行结果解释,从而能够对燃煤发电生命周期内的环境影响、资源消耗、外部环境成本进行更为深入的分析。LCA是一种较好的环境管理工具，本文将参考ISO规定的LCA框架结合内部成本理论与外部环境成本理论对燃煤发电环境影响进行拓展性的研究，建立燃煤发电LCA的框架，见图1。

三、燃煤发电LCA体系的构建

1.燃煤发电LCA的目的与范围确定。燃煤发电LCA的目的主要有两方面：一方面，在传统LCA的基础上增加相应的成本分析，进一步拓展与完善LCA在燃煤发电环境影响评价中的应用；另一方面，分析燃煤发电在整个生命周期中对环境造成的影响，以及由环境影响产生的资源消耗成本与外部环境成本，从而对燃煤发电的环境影响作出较为全面的分析。

根据燃煤发电的特点以及燃煤发电环境影响的实际情况，结合相关文献，本文把燃煤发电的生命周期分为五个阶段：煤炭的开采、煤炭的洗选、煤炭的运输、发电、废物处理及排放，见图2。

原则上，应该选择一个功能单位电量的生命周期作为研究的时间范围，但是考虑到燃煤发电的持续性生产特点以及获取数据的正常水平，在实际的数据收集与计算中，首先整理出燃煤发电一年内的数据，然后再计算出一个功能单位电量的生命周期内的平均水平数值。同时，把受燃煤发电企业生产环境影响的周边区域（视具体研究区域而定）作为研究的地理区域范围。

为了便于计算，在数据计算时，应分别对燃煤发电生命周期各阶段的数据进行计算。在煤炭的开采、洗选与运输阶段采用1t煤作为生命周期评价功能单位，而在发电与废物处理及排放阶段采用1GJ电力作为生命周期评价功能单位。然后，按照能量转换效率将各功能单位换算与合并，最后，整体上以1GJ电力作为燃煤发电LCA的功能单位。

2.燃煤发电生命周期清单分析。燃煤发电生命周期清单分析就是针对燃煤发电生命周期阶段的资源（包括物质与能源，下同）输入与输出以及环境干扰因子的输出进行客观量化的过程。数据质量涉及到评价所使用到的数据的来源及其可信度，它将影响到分析结果的质量。在具体的资料收集过程中，通过对相关输入与输出数据的收集，进行一定的计算，建立以功能单位为基础的输入与输出。针对燃煤发电生命周期的不同阶段，将生命周期分为若干个子系统，不仅要对每个子系统的资源输入与输出进行考察，而且要对环境干扰因子的输出进行核算，形成定量化的结果。对于有效的数据进行规范化处理，以便在下面的步骤中进行统一计算。对于无效的数据，需要适当地调整处理的方法，使其达到有效。对于不可测或缺失的数据，可以根据研究的目的与范围参照相关规范、标准、年鉴或其它的相关资料，从而选取或估算合理的数值作为补充。对收集到的各类环境干扰因子数据进行整理，列出生命周期清单。图3所示为燃煤发电生命周期清单分析的简化程序。

结合参考文献、实地调研及专家咨询，可以对燃煤发电生命周期中的主要环境干扰因子进行归纳，见表1。

由于燃煤发电生命周期各阶段的生产较为复杂，且环境影响因素较多，因此清单分析是一个循环往复的过程，可能在取得一部分数据之后，对系统有了新的认识，发现了原有数据的局限性或欠缺，这就需要对原有数据进行修改或弥补，甚至返回对研究目的与范围进行修改。

3.燃煤发电生命周期影响评价。燃煤发电生命周期影响评价就是根据清单分析所提供的资源消耗的数据以及环境影响输出因子的数据对燃煤发电所造成的各类环境影响进行定性或定量排序。ISO、SETAC与美国环保局（EPA）把影响评价分为三个步骤：分类、特征化和量化。根据EPA的研究，首先确定各类燃煤发电环境干扰因子对环境的影响程度，即当量因子，然后再对环境影响进行定量的分析。图4所示为燃煤发电生命周期影响评价的简化程序。

（1）分类。在清单分析过后，就需要对环境干扰因子进行归类。本文参考了联合国环境规划署（UNEP）、SETAC和中科院生态环境研究中心对LCA中的影响类型所做的划分，同时结合燃煤发电的生产特点，根据研究的目的、范围以及清单分析，选择资源消耗、全球变暖、光化学臭氧合成、酸化、健康危害、烟尘和灰尘、富营养化、水体重金属污染、固体废弃物与噪声作为燃煤发电的生命周期阶段的主要环境影响类型。根据选择的环境影响类型对燃煤发电生命周期的环境干扰因子进行分类，见表2。

（2）特征化。本文将采用较为常用的“环境问题”当量因子法作为特征化的计算方法。燃煤发电的每种环境影响类型（包括资源消耗）都有与之相对应的若干环境干扰因子，而这些环境干扰因子对其贡献的总和用环境影响潜值来表示，见公式（2）：

式中：

i――燃煤发电生命周期的第i种环境干扰因子；j――燃煤发电生命周期的第j种环境影响类型；EP（j）――燃煤发电生命周期的第j种环境影响类型的环境影响潜值；EP（j）i――燃煤发电生命周期的第i种环境干扰因子对第j种环境影响类型的贡献；Q（j）i――燃煤发电生命周期的第j种环境影响类型所包含的第i种环境干扰因子的排放量或消耗量；EF（j）i――燃煤发电生命周期的第j种环境影响类型所包含的第i种环境干扰因子的当量因子。

（3）量化。量化阶段分为标准化与加权两个部分。

①标准化。在标准化的过程中，首先选取某一年全社会人均资源消耗量和人均潜在的环境影响贡献分别作为标准化基准，然后对燃煤发电的各种环境影响类型的环境影响潜值进行标准化计算，见公式（3）：

式中：j――燃煤发电生命周期的第j种环境影响类型；NP（j）――燃煤发电生命周期的第j种环境影响类型的标准化环境影响潜值；T――单位电量的生命周期；R（j）――基准年的第j种环境影响类型的标准基准；EP（j）――燃煤发电的第j种环境影响类型的环境影响潜值。

②加权。由于燃煤发电的各种环境影响类型对环境的影响程度不同，这就需要给各种环境类型确定一个相对的权重，然后再对其标准化环境影响潜值进行加权计算，见公式（4）。可以采用专家评判打分法结合层次分析法确定燃煤发电生命周期中各种环境影响类型的权重。

式中：j――燃煤发电生命周期的第j种环境影响类型；WP（j）――燃煤发电生命周期的第j种环境影响类型的加权环境影响潜值；WF（j）――燃煤发电生命周期的第j种环境影响类型的权重；NP（j）――燃煤发电生命周期的第j种环境影响类型的标准化环境影响潜值；T――单位电量的生命周期；R（j）――基准年的第j种环境影响类型的标准基准；EP（j）――燃煤发电生命周期的第j种环境影响类型的环境影响潜值。

4.燃煤发电生命周期资源消耗成本与外部环境成本核算。在燃煤发电生命周期清单分析与环境干扰因子分类的基础上对燃煤发电的生命周期资源消耗成本与外部成本进行核算，从而进一步分析燃煤发电生命周期阶段各类资源消耗成本以及各类环境影响给企业带来的外部环境成本。（1）燃煤发电的生命周期成本划分。根据产品成本理论以及产品生命周期环境成本的理论，本文将燃煤发电生命周期环境影响类型中的资源消耗成本划归为企业的内部成本，而将其它的各类环境影响所造成的企业外部损失划归为外部环境成本。在实际的成本核算中，资源消耗成本已经计入燃煤发电成本，而外部环境成本并没有计入燃煤发电成本。（2）燃煤发电的资源消耗成本核算。根据清单分析的结果，可以得到燃煤发电各阶段各类资源的消耗量，于是以各类资源的实际消耗量乘以相应的价格便得到各类资源的消耗成本，见公式（5）~（7）：

式中：

i――燃煤发电生命周期的第i种资源类型；j――燃煤发电生命周期的第j阶段；n――燃煤发电生命周期的资源种类总数；m――燃煤发电生命周期的阶段划分总数；Q'（j）i――燃煤发电生命周期第j阶段的第i种资源的消耗量；P'（j）i――燃煤发电生命周期第j阶段的第i种资源的价格；C'（i）――燃煤发电生命周期第i种资源的消耗成本；C'（j）――燃煤发电生命周期的第j阶段的资源消耗成本；C'――燃煤发电生命周期资源消耗总成本。

（3）燃煤发电的生命周期外部环境成本核算。由前面的清单分析可以得到其它各类环境干扰响因子的排放量，于是将某类环境干扰因子的排放量乘以该种环境干扰因子的单位成本，便得到该类环境干扰因子的外部环境成本，再按照影响评价的环境干扰因子分类进行综合，最后得到燃煤发电生命周期各阶段的各种环境影响类型的环境成本，各阶段的外部环境成本，整个生命周期各种环境影响类型的环境成本，燃煤发电生命周期外部环境总成本，见公式（8）~（11）。当然，为了实现外部环境成本的核算，还需要知道环境干扰因子的单位成本，这就需要根据现在国际上的标准与国内的标准，再结合实际情况进行确定。

式中：

λ――燃煤发电生命周期的第λ种环境影响类型；i――燃煤发电生命周期的第λ种环境影响类型所包含的第i类环境干扰因子；j――燃煤发电生命周期的第j阶段；nλ――燃煤发电生命周期的第λ种环境影响所包含的环境干扰因子种类数；m――燃煤发电生命周期的阶段划分总数；θ――燃煤发电生命周期的环境影响类型总数；Q(λ)(j)i――燃煤发电生命周期第j阶段的第λ种环境影响类型所包含的第i种环境干扰因子的排放量；P(λ)(j)i――燃煤发电生命周期第j阶段的第λ种环境影响类型所包含的第i种环境干扰因子的单位成本；C(λ)(j)――燃煤发电生命周期第j阶段的第λ种环境影响类型对应的外部环境成本；C(j)――燃煤发电生命周期第j阶段的外部环境成本；C(λ)――燃煤发电生命周期第λ种环境影响类型对应的外部环境成本；C'――燃煤发电生命周期外部环境总成本。

5.燃煤发电生命周期结果解释。燃煤发电生命周期结果解释就是在前面几部分的基础上进行三个方面的工作，即：识别、评估与报告，具体内容如下。

（1）识别。基于前面几个阶段的工作，对存在的重大问题进行识别。在燃煤发电的生命周期内分析各类资源消耗量、各类环境影响、各类资源消耗成本与各类外部环境成本的具体情况，以较为直观的图表形式表示出来，对识别的重点进行分析与阐述。

（2）评估。对燃煤发电LCA整个过程的完整性、敏感性和一致性进行评估。通过使用一份检查单来检查燃煤发电的生命周期清单分析、生命周期影响评价、资源消耗成本与外部环境成本核算等阶段所需的信息和数据是否完整。若信息与数据缺失，且影响研究的目的与范围，则对前面的步骤加以调整。为了检验燃煤发电LCA前面几个步骤的分析结果是否受到数据分配方法或参数的影响，通常需要对结果进行灵敏度分析。不仅如此，为了检查燃煤发电生命周期各个阶段的假设、方法、模型与数据是否保持一致，还需要对它们进行一致性检验，而且对于具有重大区别的情况还要考虑它们的有效性以及对结论的影响。

（3）报告。根据前面的分析结果，提出符合燃煤发电LCA的研究目的与范围的结论，最终形成完整、公正与透明的研究报告。该报告将作为改善措施的提出依据。

四、结论

本文对燃煤发电LCA体系进行了构建，该体系不仅包括了燃煤发电的环境影响分析，而且在生命周期清单分析与环境干扰因子分类的基础上给出了燃煤发电资源消耗成本与外部环境成本的计算模型。该体系是对传统的燃煤发电环境影响分析较为科学与全面的拓展，通过该体系不仅能够分析燃煤发电对环境造成的影响，而且可以分析由燃煤发电环境影响而产生的成本问题。燃煤发电企业与政府有关部门可以以此为依据制定针对性措施以提高燃煤发电的环境效益、经济效益与社会效益。

[基金项目：山西省软科学项目（2009042007）]

参考文献:

1.周鹏.煤矸石电厂环评中若干特殊问题解决方法探讨[J].煤炭工程2008(12)

2.王京芳,陶建宏,张蓉.基于生命周期的企业环境成本核算研究及实例分析[J].科技进步与对策,2008(8)

3.晓斌,张阿玲,陈贵峰.中国洁净煤发电的生命周期清单分析[J].洁净煤技术,2005(2)

4.王寿兵,吴峰,刘晶茹.产业生态学[M].北京:化学工业出版社,2005

（作者单位：王汉斌，武民军,太原理工大学经济管理学院 山西太原 030024；唐杰,武汉大学法学院 湖北武汉 430072）

（责编：贾伟）