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可持续发展校园的关联环境足迹量化分析——基于耦合分析视角

2019-10-17 12:00 来源: 华水资源环境与碳排放研究 |作者: 朱瑞明

原文题目:Quantificationof interlinked environmental footprints on a sustainable university campus: Anexus analysis perspective
作者:YifanGu, Hongtao Wang, Jin Xu, Ying Wang, Xin Wang, Zoe P. Robinsonb, Fengting Lia, JiangWu, Jianguo Tan, Xing Zhi
单位:同济大学环境科学与工程学院污?#31350;?#21046;与资源化国家重点实验室
期刊:AppliedEnergy
日期:2019年4月
摘要:制定包含能源、水资源、碳排放的不同环境部门定量分析耦合路径对于促进区域尺度下的综合性可持续管理至关重要。大学自身可被视为小型区域,它提供了区域尺度的数据,并通过教育、学术研究?#32422;?#36130;产运作为全球可持续发展做出贡献。本研究基于不同环境足迹组合构建了一个耦合概念分析框架,并通过校园运营和食品采购对小型区域的水循环、能源和气候间的相互作用进行评价。以英国基尔大学(Keele University)为例,2015~2016学年的总能源足迹、总碳足迹和总水足迹分别是42202MWh、14393t碳当量和532415m3。本研究通过对关联环境足迹量化分析,探索了基尔大学的水、能源、废物处理、食品采购和相应的碳排放之间的耦合关系。根据耦合分析结果和区域环境效益最大化研究,提出以下政策建议:实施能源控制系统;最大化利用风能和太阳能发电;食品采购中增加蔬菜的选择;?#21344;?#25152;有厨余垃圾进行厌氧处理。这些结果可以为政策制定者和参与者在制定其他大学或者区域尺度下的可持续发展决策提供参考。
关键词:环境影响;耦合分析;能源足迹;水足迹;碳足迹;可持续发展校园
研究边界与理论框架

图1 研究系统边界


图2耦合分析框架

结果分析


图3 2015~2016学年基尔大学(a)直接能源足迹;(b)供水和废水处理的能源足迹;(c)废物处理部门的能源足迹回收

2015~2016学年,基尔大学总直接能源足迹为42817兆瓦时,主要包括11973兆瓦时的电网电能消耗和28595兆瓦时的电网气能消耗。为减少2015~2016学年的电网电能需求,安装了150千瓦的太阳能光伏发电机组,发电量为119276千瓦时。此外,一台60千瓦的生物质锅炉?#24230;?#36816;?#26657;?#21457;电量为46726千瓦时。处理校园供水290925m3用能163兆瓦时,处理2015~2016学年产生的废水247879m3用能187兆瓦时。655.8吨废弃物进行回收处理,34.18吨?#32479;?#22403;圾进行厌氧消化,回收能源12.25兆瓦时,621.65吨一般垃圾焚烧处理,回收能源952.62兆瓦时。


图4 2015~2016学年基尔大学碳足迹构成

天然气与电力网络碳足迹最高,为6654和5229吨碳当量。范围三:  食物采购部门中肉类重量占比30.43%,但碳足迹占比88.98%;  水果蔬菜碳足迹最低;干货冷冻和肉类重量相当但碳足迹远低于肉类。


图5 2015~2016学年基尔大学(a)直接水足迹;(b)能源水足迹;(c)食物水足迹

获取水资源290925m3,排除废水247897m3,丢失30000 m3。能源水足迹>食物水足迹>直接水足迹。食物水足迹占比73.53%:  肉类?#26657;?#29275;肉汉堡>鸡肉>牛肉;  水果蔬菜重量高于肉类,但水足迹低于肉类,占比3.54%;  干货冷冻食品水足迹强度较高:蔬菜油、玉米卷饼最高。

图6 2015~2016学年基尔大学(a)能源-水-碳关系;(b)食品-水-能源关系和相应的碳排放

能-水-碳耦合
290925m3的供水需要163MWh的能量输入,163MWh能量对应3845m3的淡水,在此过程中排放了100 tCO2e。校园内需水足迹297118m3,能耗42817mWh,排放二氧化碳11284t(占总碳足迹的78.4%),说明校园内直接能耗与碳足迹有很强的相关性。247879m3废水处理188mWh的能量输入,对应4405m3的淡水,该过程排放了175tCO2e。(tCO2e表?#24452;?#30899;当量)
食物-水-能耦合
中央餐饮部采购的前40名食物?#26657;?#26377;122.92t的二氧化碳排放量为484t,消耗了214046m3的水;34.18t的食物垃圾用于厌氧消化,回收了12.25MWh的能源,节省了5.54 tCO2e。(由于数据限制,食品生产的能源?#24230;?#26410;统计)

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