在矿山废弃地上发展可再生能源的潜力——以辽宁省为例

在国内外碳减排压力和我国能源结构调整需求下,我国可再生能源的开发压力较大.矿山具有丰富的废弃土地,发展可再生能源的潜力巨大,在矿山废弃地上开发可再生能源对我国的能源战略具有重要意义.本研究以辽宁省矿山废弃地为例,提出矿山废弃地的生物质能与太阳能发展预案,估算辽宁省矿山废弃地的可再生能源发展潜力.结果表明:辽宁省1227.6 km2的矿山废弃地面积发展可再生能源的潜力较大,不同预案的潜力差异显著.预案1以光伏发电最大化为目标模式,总计可发电量为79.4 TWh,折标煤量32.1 Mt,碳减排量为79.1Mt CO2.预案2以生物质能源利用最大化为目标模式,光伏与生物质能总的发电量可达到31.2~33.1 TWh,折标煤量12.7~13.4 Mt,碳减排量为31.1~33.0 Mt CO2.预案3以矿山能源综合利用最大化为目标并兼顾生态修复的发展模式,光伏与生物质能总的发电量可达到62.3~63.7 TWh,折标煤量25.1~25.7 Mt,碳减排量为62.1~63.5 Mt CO2.3种预案的发电量在31.2~79.4 TWh,占辽宁省2016年总电力消费量的15.3%~38.9%,折标煤量12.7~32.1 Mt,碳减排量为31.1~79.1 Mt CO2.本研究对在矿山废弃地上发展可再生能源潜力及其替代化石能源能力的评估,对于碳减排、能源结构的调整以及矿山废弃地的生态修复具有重要的研究意义.     

生物炭施用的固碳减排潜力及农田效应

气候变暖及粮食安全是保证人类可持续发展的重要课题。生物炭具有较高的稳定性、较高碳含量等特点,能增加土壤碳储量,提高土壤物理及化学性质,提高农田产出,能应对高温胁迫及土壤退化双重压力,具有一举多赢的生态环境效益,在缓解温室效应及粮食危机方面展现出巨大的潜力。综合前人研究成果,分析了生物炭固碳减排潜力及农田效应影响因素(包括:生物炭原料、制备温度、施用量、土壤类型等)。综合固碳减排及提高产出两方面因素,提出了较合适的生物炭施用标准,即300—700℃制备的农林废弃物生物炭,且施用量不超过5%。对生物炭固碳减排及田间效应领域未来的研究方向进行了展望。     

红壤丘陵区林下灌木生物量估算模型的建立及其应用

以中国科学院千烟洲生态试验站林下常见的16种物种作为研究对象,构建了单一物种以植冠面积(Ac)为变量的二次方程和以植冠投影体积(Vc)为变量的乘幂方程来估算物种生物量,以及16种物种的混合模型来估算其生物量,并将最佳生物量估算模型应用于不同森林内灌木层生物量的估计.不同森林的灌木层生物量组成存在较大差异.以物种单一模型计算的落叶阔叶林、次生林、人工针叶林灌木层的生物量分别为4773、3175和733kg.hm-2;以物种混合模型估算的结果略低于单一模型,分别为3946、2772和840kg.hm-2.混合模型在未能对所有物种建立单一模型的情况下估算灌木层生物量时,具有简便、实用性的特点.     

配额目标约束下区域减排的最优控制率

研究了区域碳排放配额目标给定下,如何确定一个保障经济平稳增长的最优碳排放控制率问题。提出了一个最优减排率确定的计算流程,并且根据前瞻性原则、人口原则、GDP原则、GDP-人口原则、支付能力原则5种不同的碳排放配额分配原则,确定了中国大部分省市自治区可能的最优减排率。选取5个中国省区上海、山西,湖南、云南以及新疆作为案例地区,在计算得到这些地区的减排率的约束下,分析了在社会福利最大化的情况下各区域分配的配额获得的经济增长路径和能源碳排放路径。模拟结果发现,中国在各种减排约束下各区域的经济增长路径呈阶梯式下降的趋势。能源碳排放呈先升后降的整体趋势,各个省市自治区要实现2030年后不再增加碳排放。得出各东部省份在GDP原则分配的配额约束下减排控制率最小,西部省份在支付能力原则下减排控制率最小,而中部省份则在人口原则下减排控制率较小。5个原则中前瞻性原则适合中国推进的碳减排配额方法。     

低碳发展背景下北京市土地利用与生态系统服务多情景模拟研究

在全球气候变化的背景下,合理协调低碳减排与经济效益之间的关系,进而指导土地利用优化配置,对于推动经济社会低碳转型与生态系统服务价值的提升具有重要意义。通过耦合多目标规划(MOP)与斑块生成土地利用模拟模型(PLUS),针对北京市构建了自然演变、经济优先与低碳发展这3种未来发展情景,并对不同情景下2030年土地利用与生态系统服务价值进行模拟评估。在此基础上,进一步对北京市未来生态系统服务提升区域进行识别,将传统的多情景土地利用模拟研究进行了延伸与扩展。结果表明：(1)3种情景下的土地利用结构与空间布局存在差异,低碳发展情景下东南部平原区建设用地的扩张与耕地面积的减少趋势得到了有效控制,西北部山区的林地面积有较大幅度的增长。(2)低碳发展情景下的生态系统服务价值总量约为590亿元,高于另外两种情景,且从空间分布上来看,该情景下服务价值提升区域的面积也显著高于其他情景。(3)低碳发展情景下,北京市生态系统服务提升潜力较大的区域面积占比约7.98%、潜力中等区域的面积占比约26.57%,潜力较低区域的面积占比约65.45%。     

木质素准液体替代柴油交通运输燃料

自1930 年人类才开始对木质素进行研究,1980 年美国人提出建议将木质素直接与柴油混合替代柴油,但都没有在技术上解决木质素颗粒作为柴油替代燃料时木质素在柴油中的稳定分散和输送问题.也即由于一直没有寻找到合适的分散剂或乳化剂,微细粒状木质素作为含氧易燃高能燃料过去一直不能用作为现代发动机的动力燃料.本项目利用木质素高分散性和流动性的特点,通过新的分散介质和乳化技术,使木质素微细颗粒可以与柴油均匀混合作为一种介于液体和固体之间的准液体燃料,部分地替代柴油.仅按照10% 替代比例,每年可以为我国节约柴油近千万吨;且与燃料乙醇、生物柴油相比较,木质素作为准液体燃料,不消耗粮食、不占用耕地、不需要国家财政补贴.与过去传统的试图将木质素液化后利用木质素作为交通运输燃料的技术方法完全不同,在世界科技界几十年来木质素液化生成交通运输燃料技术一直没有获得成功的背景下,本技术是直接利用固体颗粒状木质素经过新的分散乳化技术均匀分散于柴油中获得一种准液体燃料作为交通运输燃料.委托江苏大学江苏省生物柴油动力机械应用工程中心所进行的测试表明,含9.2%( 质量分数) 木质素准液体柴油燃料降低了柴油机排气温度约40℃,排烟状态无明显区别,混合油中的木质素25.2g 可替代14.3g 柴油,按等效热值计算,25.2g 木质素热值相当于16g 柴油的热值,说明木质素在测试使用条件下在柴油机汽缸内充分燃烧并替代柴油燃烧做功.另外,木质素具有玻璃转化温度,不同于其他生物质粉体或煤粉等没有玻璃转化温度的固体材料,在120 ～ 190℃以上温度时其是柔软的,所以对发动机的磨损作用与液体燃料应无大的区别.     

安徽省温室气体排放趋势及减排路径研究

控制温室气体排放是我国积极应对全球气候变化的重要任务, 区域温室气体排放控制是实现国家减排目标的基本保障。通过建立安徽省温室气体排放量的指标体系, 计算安徽省2001-2010 年十年间各领域产生的温室气体, 并利用回归分析预测安徽省2015 年和2020 年温室气体排放量; 应用聚类分析方法将全省各地市温室气体排放类型进行划分, 利用地理信息系统(Arc GIS)软件分析碳排放空间格局。结果显示: 2001 年以来, 安徽省的温室气体排放量呈现逐年上升趋势, 至2010 年达到3.96 ×10⁸ t。单位GDP 碳排放量自2007 年开始呈现下降趋势, 表明碳减排的经济效益已有所提高。在各排放源类别中, 原煤消耗产生碳排放量最多, 且增势明显。区域格局分析表明, 马鞍山市为省内工业发达城市, 温室气体排放源主要为能源及工业领域, 排放量也较多, 温室气体排放地域差异显著。根据安徽省经济发展特点及温室气体排放特征有针对性提出的减排对策对于健全全省碳减排体系具有积极意义。     

绿洲灌区典型种植模式的水热利用与碳排放和能值分析

合理的种植模式可以提高资源利用效率,降低农业生产的生态环境风险,实现资源节约和增产增效的目的.本文运用能值分析的理论和方法,从资源利用、碳排放、经济效益、能值自给率和净能值产出率等方面对干旱灌区典型种植模式的生产效应进行综合分析与评价,以期为建立减投、减排、高产高效、可持续农田高效生产模式提供理论与实践依据.结果表明:集成免耕秸秆覆盖还田及地膜再利用的高效间作生产模式(NTSI)具有明显的增产效应,与地方传统间作(CTI)和单作玉米(CTM)相比,分别增产13.5%～16.9%和13.8%～17.1%.NTSI较CTI模式水分利用效率和光能利用率分别提高12.4%～17.2%和6.1%～8.1%.高效NTSI模式可降低系统碳排放、提高碳排放效率,与CTI和CTM相比,碳排放总量分别降低618～895和1804～2002 kg·hm^-2,降低幅度分别为12.1%～16.4%和28.6%～31.0%;相反,碳排放效率分别提高29.3%～40.1%和58.9%～71.4%.高效NTSI模式具有明显的资源减投潜力,与CTI和CTM相比,总投入分别降低1424～1431和501～1547 元·hm^-2,减投比例分别为12.6%～13.6%和4.9%～14.6%;总产值分别提高11.2%～11.8%和24.4%～36.3%(增加4309～4603和8439～11057元·hm^-2);纯收益分别增加19.6%～22.4%和40.1%～57.7%(增多5740～6027和9544～11558元·hm^-2).因而,NTSI模式具有较高的产投比和单方水效益,与CTI和CTM相比,产投比分别提高27.9%～29.0%和40.5%～45.6%;单方水效益提高幅度分别达到19.9%～23.2%和27.7%～39.3%.高效NTSI模式能值自给率达到57.2%,较CTI和CTM生产模式分别提高4.0%和12.2%,NTSI模式净能值产出率达到0.173,较CTI高10.0%,但比CTM低11.7%.从资源利用、碳减排、经济效益、可持续发展角度综合考虑,集成免耕秸秆覆盖还田及地膜两年利用的高效小麦间作玉米模式具有较高的经济活力,农业系统整体功能较好,运转效率较高,能值回报率较高,是适用于干旱绿洲灌区的资源减投、减排、高产高效的种植模式.     

碳中和视角下秸秆处置方式对碳源汇的贡献

探明农作物秸秆在不同处置方式下的碳源汇时空变化特征,对优化我国秸秆资源利用政策、实现碳减排最大化、实现碳中和目标具有重要意义。本研究以国家统计年鉴数据为基础,对我国31个省农作物秸秆不同处置下的碳排放、碳减排、碳增汇及其价值量的变化趋势进行研究。结果表明: 2008—2019年间,我国秸秆焚烧年均碳排放量为874万t CO₂e,2014年以来碳排放年均减少率为17.3%;能源化利用年均碳减排量为3982万t CO₂e,其中,秸秆生产固体成型燃料碳减排贡献最大,约占能源化碳减排总量的98%;秸秆还田碳汇量总体呈逐年上升趋势,年均碳汇量为2.71亿t CO₂e;我国秸秆处置存在碳生态盈余,净碳减排量年均增长率为9.8%,净碳减排强度及其价值量均呈增长趋势,2019年分别高达2.62 t·hm^-2和76.19元·hm^-2。我国秸秆年均碳排放、能源碳减排、秸秆还田碳汇以及净碳减排大致呈“东高西低”的空间分布规律,且地区差异及空间聚集性是三者的最主要外部特征。     

黄土高原植被建设及其对碳中和的意义与对策

黄土高原是我国“一带一路”建设的倡议地和天然的西部生态屏障,在“黄河高质量发展”和“双碳战略目标”重大国家战略背景下,黄土高原生态系统碳汇效应将迎来重大的转机和严峻的挑战。首先回顾了黄土高原植被建设的背景与历程,然后概括和总结了植被建设过程中固碳效应,针对黄土高原生态系统碳固定和排放过程,提出了一系列的增碳减排措施和对策,包括优化黄土高原植被建设和管理模式,加强科技顶层设计,提升植被建设的碳汇能力,并加快退耕还林/草的“碳交易”市场建设,健全法规规章标准和碳统计监测体系等;最后,对植被建设后期可能出现的问题和挑战进行了展望,为黄土高原乃至全国陆地生态系统实现“碳中和”战略目标提供重要的科技支撑。