基于目标距离法的锂离子动力电池环境影响评价.pdf
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1、第 45 卷 第 4 期2023 年 7 月环 境 影 响 评 价Environmental Impact AssessmentVol.45,No.4Jul.,2023收稿日期:2022-10-28作者简介:杨明赫(1999),男,河北沧州人,在读硕士研究生,主要研究方向为车辆结构分析与设计制造,E-mail 1061722408 通讯作者:李柏姝(1969),女,辽宁康平人,博士,主要研究方向 为 产 品 生 命 周 期 设 计,E-mail Libaishu1207 基于目标距离法的锂离子动力电池环境影响评价杨明赫,李柏姝,蒋莹莹沈阳理工大学汽车与交通学院,沈阳 110159摘要:为实现汽
2、车行业节能减排及绿色发展,应对锂离子动力电池进行环境影响评价。建立基于“中国政策目标距离”的生命周期环境影响评价体系,采用目标距离法确定环境影响评价指标的基准值和权重系数,并结合锂离子动力电池生命周期评价系统(LIB-LCA)对磷酸铁锂电池、镍钴锰酸锂电池、锰酸锂电池进行环境影响评价。结果表明:镍钴锰酸锂电池生命周期综合环境影响负荷最大,磷酸铁锂电池化石燃料与电力消耗最大,酸化和人体毒害是锂离子动力电池生命周期环境影响中主要的两种环境损害方式。关键词:目标距离法;锂离子动力电池;环境影响评价;全生命周期评价DOI:10.14068j.ceia.2023.04.008中图分类号:X820.3 文
3、献标识码:A 文章编号:2095-6444(2023)04-0035-05Environmental Impact Assessment of Lithium-ion Power Battery Based on Target Distance MethodYANG Minghe,LI Baishu,JIANG YingyingShenyang Ligong University,Shenyang 110159,ChinaAbstract:In order to achieve energy conservation,emission reduction and green developme
4、nt of the automobile industry,environmental of impact assessment of lithium-ion power batteries should be carried out.Through establishing a life cycle environmental impact assessment system based on Chinas policy target distance,the target distance method is used to determine the baseline value and
5、 weight coefficient of the environmental impact assessment index,and combined with LIB-LCA,the environmental impact assessment of lithium phosphate battery,lithium nickel cobalt manganate battery and lithium manganate battery was carried out.The evaluation results show that Lithium nickel cobalt man
6、ganate battery life cycle comprehensive environmental impact load is the largest,lithium phosphate battery fossil fuel and power consumption is the largest,acidification and human toxicity are the main environmental damage in the life cycle environmental impact of lithium ion power battery.Keywords:
7、target distance method;lithium-ion power battery;environmental impact assessment;full life cycle evaluation(LCA)我国于 2020 年提出 2030 年前实现碳达峰和2060 年前实现碳中和的愿景,体现了我国以实际行动践行负责任大国形象的减排理念。2018 年,我国对 中华人民共和国环境影响评价法 作出修正,在防治环境污染和生态破坏、防范环境风险、推进绿色低碳高质量发展等方面取得了良好效果1-2。随着我国电动汽车的市场占比不断增加,锂离子动力电池产量也在大幅度增长,虽然电动汽车占比的增
8、加能够有效降低汽车行业所引起的环境问题,但锂离子动力电池产量的增加以及生命周期内所引发的环境问题和能源消耗也不可忽视。近几年,针对锂离子动力电池全生命周期环境影响评价的研究不断丰富,合肥工业大学的张城3进行了电动汽车动力电池绿色设计研究,研究过程中对电动出租车动力电池全生命周期环境影响进行 环 境 影 响 评 价第 45 卷了评价,结果表明:动力电池生产阶段的环境影响较明显。厦门大学的肖胜权4采用目标距离法以万元 GDP 作为基准,采用开发的机电产品全生命周期评价系统进行了动力电池环境效益研究,最终认为NMC 电池更具发展潜力;长安大学的马金秋5利用GaBi 软件对匹配磷酸铁锂电池(LFP)、
9、镍钴锰酸锂电池(NMC)、锰酸锂电池(LMO)的纯电动汽车进行全生命周期评价(LCA)研究,研究结果表明:匹配LFP 电池的纯电动汽车资源耗竭环境影响综合值较高。结合文献分析,目前针对锂离子动力电池全生命周期评价的研究存在两方面的问题:一方面,在进行锂离子动力电池环境影响评价时所用方法及软件大多数都来自国外,不符合中国实际国情;另一方面,LCA 具有时效性,现有的基于中国国情的锂离子动力电池的环境影响评价研究时效已过,基础数据波动较大。为解决上述两方面问题,本文应用 SQL Server软件以及 Visiual Studio 软件中的 C#语言模块共同开发的锂离子动力电池全生命周期评价系统(L
10、IB-LCA)以及由目标距离法确定的环境影响评价指标的基准值和权重系数,根据所匹配的某款纯电动汽车使用需求,对锂离子动力电池进行环境影响评价,为实现汽车行业节能减排及绿色发展提供建议。1 锂离子动力电池生命周期评价方法1.1 目标距离法目标距离法是指某种环境影响的严重性用该影响当前水平与目标水平之间的距离来表征,目标可以采用科学目标、政治目标和管理目标6。中国科学院的杨建新等6、山东大学的于利伟7、厦门大学的肖胜权4以丹麦 EDIP 模型方法为基础,结合目标距离法建立了适用于我国的生命周期环境影响评价体系,但由于 LCA 存在时间和空间上的局限性,上述评价体系中的基础数据已经产生了较大变动,其
11、评价分析已不适应当前的环境现状。本文在上述评价体系的基础上,通过对国家政策、标准的解读以及行业报表统计数据的分析,以 2020 年为基准年、2025 年为目标年,搜集基础数据,建立了一套基于“中国政策目标距离”的生命周期环境影响评价体系。其中,基准年与目标年产生的各种环境影响物质的排放量数据来源于国家数据统计网站、政务部门发布的公报等。针对未查询到的数据,则根据国家提出的减排政策和减排目标,进行计算或合理估算。参考现有的特征化模型,特征化因子主要来自相关文献8-11。2020 年全国人口数量数据来自第七次全国人口普查公报。1.2 目标距离法环境影响评价体系的建立1.2.1 环境影响类型划分根据
12、我国的环境现状,分析锂离子动力电池生产工艺及过程中产生的排放,在保证数据可获得性高、可操作性强的前提下,将环境影响按照危害对象种类分为生态系统质量和能量使用两大类,构成一个层次清晰、逐级展开的分类体系。其中生态系统质量主要考虑了全球变暖潜势(GWP)、酸化潜势(AP)、光化学烟雾潜势(POCP)、人体毒害潜势(HTP)、烟尘和粉尘 5 种环境影响评价指标;能量使用主要考虑电力和资源消耗,资源消耗中主要考虑化石燃料的消耗。1.2.2 环境影响物质划分通过收集的锂离子动力电池生命周期内的环境影响物质种类清单以及上述环境影响评价指标,环境影响物质的划分见表 1。表 1 环境影响物质划分Table 1
13、 Division of environmental impact substances评价指标环境影响物质GWPCO2、N2O、CH4APSO2、NOxHTPCO、NOx、SO2POCPCO、VOC、NOx、CH4烟尘和粉尘PM2.5、PM10化石燃料煤、石油、天然气电力1.2.3 特征化、归一化及加权通过分类,将清单数据中的各种环境影响物质通过特征化因子计入相应的影响类型中去,得到各环境影响指标的总影响潜力,即特征化结果。采用 2020 年第七次全国人口普查数据12作为基准,计算相应的环境影响指标(化石能源、电力除外)归一化基准值。归一化结果表征所研究产品系统对基准区域同类影响总量的贡献。
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