热沥青混合料CO2排放评价体系外文翻译资料

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热沥青混合料CO₂排放评价体系

博鹏，蔡春丽，尹光凯、李文英，詹耀文

长安大学高速公路学院，中国西安710064；西安公路学院，中国西安710065

摘要：公路建筑业在经济发展中起着重要作用，但也是碳排放的主要来源。因此，随着全球气候变化，节能和减少碳排放已成为公路建筑业的关键问题。然而，迄今为止，尚未建立一个高速公路建筑业的模式。因此，为实施公路低碳建设模型，本研究将沥青路面施工分为骨料堆放、骨料供应等阶段，并编制了能耗调查清单。一个合适的CO2排放计算模型被建立起来。基于碳排放计算模型，分析了各阶段的碳排放比例。采用层次分析法建立了具有判断矩阵的沥青路面施工体系，从而计算了各环节的权重系数。此外，集料加热、沥青加热、沥青混合料混合等阶段是沥青路面施工的关键阶段。这些阶段的碳排放约占碳排放总量的90%。量化并比较了各阶段的碳排放及其对环境的影响。然后提出了节能建设方案以及环境和社会经济效益。通过这些计划，可以大幅减少碳排放和成本。结果表明，碳排放量分别减少了32.30%和35.93%，而成本排放分别减少了18.58%和6.03%。所提出的节能减排方案可为发展低碳公路建设提供理论依据和技术支持。

关键词：沥青混合料；CO2排放；分析层次结构过程；节能减排

1.引言

温室效应对国家制度和社会经济有严重影响。交通工业是温室气体和空气污染排放的一个重要来源。因此，作为环境保护部明确提出的加快公路建设速度，它已成为发展低碳排放交替的重点产业之一。路面施工一般采用传统的热拌沥青，它会排放大量的CO2, CH4，和N2。该材料是高碳排放模型的一部分，被认为是公路工业碳排放灾区的一个组成部分，不利于低碳经济的发展。国际能源机构(IEA)报告称，CO2来自运输行业的排放量约占全球排放量的25%。交通运输造成的污染物和温室气体排放占中国排放总量的8%，中国的能源消耗也较大。因此，目前的努力重点是建立节能减排的机制。每年约有3.5亿吨原料材料每年用于国道的建设和维护，大约需要7times;106MJ能量来修建一条1公里的标准双烷沥青路。在丹麦，交通部门产生的二氧化碳排放量约占国内工业CO2排放总量的三分之一，约95%的排放量来自交通基础设施的建设和运营。

关于碳排放影响的众多研究，从公路运输行业已由国内外学者开展。Cass和Mukherjee对基于排放清单的路面材料设计进行了分析和比较，并提供了一种基于碳排放过程的计算方法，并用一个混凝土路面改造项目来说明该方法。Pan综合了能耗和排放清单，应用生命周期分析方法建立了碳排放计算模型。研究还介绍了公路节能减排措施。然而，国内外碳排放研究的模型主要集中在构建生命周期碳排放上。关于沥青路面施工对环境污染的研究尚未彻底进行。此外，碳排放评价和节能措施的研究最近才开始，针对性较弱。

本研究在对沥青混合料生产和施工中的能耗进行分析的基础上，建立了碳排放的计算模型和对碳排放的关键阶段和影响因素的分析。该方法将为沥青路面施工低碳技术的发展和低碳技术的选择提供理论支持。

2.沥青混合料碳源的研究

2.1.碳排放阶段的定义

公路是一种从能源和碳排放的投入或输出全面评价整个建设过程的产品。碳源或碳排放源是在路面系统边界内的路面结构中形成的，包括一系列中间产品和单元收集过程。通过数据采集，可以合理地识别出其影响程度和系统边界。

沥青路面施工分为沥青混合料生产和沥青混合料施工两部分。沥青混合料生产包括骨料堆放、骨料供应、沥青加热、骨料加热和混合料混合。沥青混合料的施工分为沥青混合料运输、沥青混合料铺装和沥青混合料压实。在本阶段碳源调查的基础上，对沥青混合料碳排放进行了统计计算。

2.2.碳源调查

热拌沥青具有良好的路面性能和满足各种路面结构层的要求，在我国得到了广泛的应用。通过公路边界的定义，对沥青路面施工进行了详细的调查，得到了各阶段的能耗，为计算模型和关键阶段的确定奠定了基础。生产、施工和碳流如图1所示。

（1）骨料堆叠

骨料由装载机在搅拌站的特定位置进行运输和堆放。在这一过程中消耗的主要能源是柴油。因此，研究的主要内容是装载机加载过程中骨料的能耗单位质量。

（2）骨料供应

在稀释过程中，骨料由装载机转移到冷骨料仓。所消耗的主要能源是装载机的燃油。因此，调查燃料消耗，沥青混合的生产能力

考虑了与装载机配置的站点，并在问卷中规定了每种装载机的包含。调查的主要目标是每单位时间内不同类型机器的工作量和燃料消耗量。

（3）骨料加热

从材料场输送的骨料具有特定的含水量，这需要一个干燥步骤。沥青混合物在高温下混合，因此骨料需要加热到高温(通常为160℃e190℃).干燥和加热的骨料是通过使用一个干燥鼓来实现的。主要的能源消耗是重油和天然气。因此，所研究的主要参数为单位时间能源消耗、单位时间匹配产量和沥青拌和站功率。

（4）沥青供应

在转移到混合罐之前，沥青粘合剂必须在沥青储罐中加热，以达到适当的温度，同时保持足够低的粘度。因此，将沥青粘合剂与干骨料混合是很好的。沥青粘合剂的加热主要通过热加热流体实现，加热温度一般在150℃至170℃之间。因此，本阶段研究的主要内容是单位时间的能源消耗。

（5）沥青混合料混合

沥青混合料搅拌主要包括材料提升骨料、筛选振动筛、骨料称重、共混等工艺。在这些过程中，电能是主要消耗，与沥青搅拌站的功率有关。因此，该阶段的主要参数是与产生功率对应的单位时间电能消耗。

（6）沥青混合料运输

混合沥青混合料最初应由运输车辆从搅拌场运输到铺路场，全部涉及柴油消耗。因此，在这一阶段，研究了运输车辆的负荷和相应的燃料消耗量。

（7）沥青混合料摊铺

摊铺机的使用取决于宽度、厚度、横坡度和纵向坡度。这种机器会消耗大量的燃料。因此，研究了本阶段摊铺机的单位时间消耗和展开量。

（8）沥青混合料碾压压实

沥青路面轧制是提高沥青路面综合性能的一种有效方法。在这个过程中，柴油是主要的能源来源。调查的主要内容为单位时间辊式油耗和单位时间工作量。

沥青混合料的整个生产和施工阶段是一个相互关联的过程。各阶段的生产条件应与沥青搅拌厂的能力相匹配，并作为通过直接或间接的方法研究能源消耗的起点。研究结果为沥青碳排放混合物的建立提供了支持。

2.3.沥青混合料碳排放的研究

选择陕西、云南、甘肃、湖南等省的高速公路进行高速公路碳排放调查。研究了公路建设各阶段的能耗类型和量。并对公路建设不同阶段的能耗进行了统计分析。表1为中国高速公路能耗调查结果。

3.沥青混合料碳排放量的计算

3.1.建立计算模型

沥青的生产和施工分为不同的阶段，各阶段的能耗也不同。这些能源还将产生不同类型的温室气体。计算模型的第一步是确定所测量的参数。碳排放因子由政府间气候变化专门委员会(IPCC)提供的用于计算各种能源消耗的碳排放。根据全球气候变化提出的全球和具有代表性的碳排放因子适用于我国高速公路的碳排放计算。它们如表2所示。

在碳排放因素的基础上，不同的温室气体，根据全球变暖的潜力(Gwp)，被转化为CO2同等产品。然后，利用CO2对碳排放量进行了计算和比较相等的东西Gwp如表3所示。

为了更好地统计，我们根据所选测量参数的直观需求，对碳排放的各个方面进行了比较。以1t沥青混合料生产和施工产生的碳排放作为比较对象。它可以客观地减少各环节的相互影响，提高数据的准确性。在本文中，CO2和由其他温室气体转化Gwp的CO2在本文中被认为是碳排放量。

每一种温室气体都被转化为二氧化碳等效于Gwp，并总结了所有温室气体的计算结果。等效的总排放量可以根据之前的计算方法计算出来。结合沥青混合料的生产和施工各阶段，最终确定了碳排放的量化模型。

3.2.高速公路碳排放问题调查

根据对中国高速公路的调查和计算模型，计算了道路沥青混合料生产和施工各阶段的碳排放量，得到了各高速公路的碳排放量。（图2）

计算结果表明，沥青混合料生产和施工的碳排放存在显著差异。总碳排放量与各种部门类型的能源。当能源类型不同时，总碳排放量有很大的差异。这一现象的主要原因是沥青混合料的生产和施工是复杂的过程。碳排放不仅与施工技术、机械、施工团队的使用寿命有关，还与燃料类型、施工管理等方面有关。当选择清洁能源作为燃料时，碳排放可以大大减少。总水分的减少有助于减少施工过程中的碳排放。

4.碳排放分析

由于沥青混合料的生产和施工涉及多个工艺，每个工艺都需要一个特定的装置，消耗不同类型的能源，碳排放量有很大的差异。通过对不同碳排放过程的分析，确定了碳排放的关键阶段，并为开发低碳减排技术和合理的碳排放控制方案提供了理论支持。

4.1.碳排放比例分析

沥青混合料的生产和施工过程包括桶内沥青加热、骨料加热等。这八个阶段的能量消耗各不相同。根据不同阶段消耗的不同能源，将10条高速公路分为A、B、C三类。A表示用煤加热的沥青加热过程和用重油加热的骨料加热过程。B用于重油沥青加热和骨料加热过程。C代表沥青加热和天然气骨料加热过程。根据计算模型和各阶段碳排放量的比较，得到碳排放量的比例，并以各类型的平均值作为代表（表4）。

以上分析表明，能源类型不同，但各阶段的碳排放比例相似。总加热占碳排放的最大比例，约占碳排放总量的67%。沥青加热约占碳排放总量的14%，而混合混合约占碳排放总量的11%。因此，骨料加热、沥青加热和混合混合占整个碳排放过程中碳排放的90%以上，这些过程对碳排放的影响最大。其余阶段对总碳排放量的影响较小。

4.2.碳排放量的重量计算

通过对沥青混合料生产施工各阶段碳排放量的计算和比较，确定了碳的情况

每个阶段的排放，并提供相应的权重。通过对权重函数的分析，可以直观地确定整个碳排放过程中的关键阶段，从而减少了信息偏差或缺乏比较所造成的影响。本文采用分析层次法计算了沥青混合料生产中各阶段的权重(Huangetal.，2010)。具体步骤如下。

步骤1：建立层次结构体系。该系统分为八个阶段，即总库存碳排放、总供应碳排放、总加热碳排放、沥青加热碳排放、混合混合过程中的碳排放、混合运输碳排放、混合铺装碳排放和混合材料滚动碳排放。

步骤2：根据碳排放的比例和尺度的重要性（表5），对元素组成的重要性进行两两比较，以确定各阶段的影响，建立88 矩阵。

步骤3：矩阵的最大特征值和特征向量。

矩阵的最大特征值可以通过微软的Excel来计算出来。

对矩阵的最大特征值进行了一致性检验：

因此，目标矩阵具有令人满意的一致性，并满足了分析层次结构过程的要求。结果是可信的。

步骤4：根据特征值计算各阶段碳排放的权重系数，如表6所示。

权重函数直接反映了各阶段的相对影响程度。由表6可知，骨料加热阶段重量最大，为0.4130，其次是沥青加热阶段重量为0.2335，然后为0.1522混合。其他阶段的重量较小，对碳排放的影响较小。骨料加热、沥青加热和混合物混合过程中的碳排放占总碳排放的很大比例。

4.3.关键阶段的碳排放量分析

根据以上分析，各能源类型不同，但各阶段的碳排放比例相似。总加热、沥青加热和混合物混合时的碳排放量占碳排放总量的90%以上。骨料加热约占67%，无桶沥青加热占14%，混合混合约占11%，其他阶段占不到10%。

根据重量函数分析，骨料加热、无桶沥青加热和混合阶段的重量分别为0.4130、0.2335和0.1522，占总重量之和（1.0）的很大比例（0.8）。因此，其他阶段的总重量都很小（0.2）。拥有大部分重量的阶段对碳排放有主导影响。

根据碳排放比例和重量函数的分析，鉴于不同类型的能源，有80%以上的碳排放在总加热、沥青加热、混合阶段产生，是沥青混合料生产和施工中碳排放的主要来源。因此，集料加热、沥青加热和混合混合被定义为沥青混合料碳排放的关键阶段。对碳排放关键阶段的分析在整个过程的碳排放研究中发挥了重要作用。

5.碳排放评价

从原料到完成沥青混合料的生产和施工包括各种施工过程。每个施工过程消耗大量的能量和不同类型的能量。得到了整个阶段和关键阶段的碳排放量，总碳排放量与关键阶段碳排放量的关系如图3所示。

图3表明，鉴于关键阶段碳排放总量与碳排放总量的趋势相似，可以通过评价关键阶段的碳排放，对沥青混合料施工和生产的碳排放进行评价。考虑到混合混合中的主要能源是工业电力，温室气体排放较少，能源消耗稳定，这类电力对总碳排放的影响较小。因此，对关键阶段的评价仅依赖于骨料加热和沥青加热。

图4表明，使用天然气的总加热阶段的碳排放量低于使用重油的阶段。燃烧清洁、高热值、燃烧效率高的天然气燃烧后碳排放较少。重油可以实现雾化燃烧(Caoetal.，2003)，但具有不完全燃烧。因此，重油比天然气释放更多的碳排放，从而产生相同数量的热量。

图5表示无桶沥青加热产生的碳排放。在沥青加热阶段，使用天然气产生的碳排放量达到最低值，其次是使用重油。使用煤炭所产生的碳排放量也达到了最大值。煤作为主要的化石燃料，其热值低，燃烧效率低。为了产生相同量的热量，煤的量需要柴油的1.34倍或天然气的2.04倍。煤的热值不稳定，对设备的依赖性较强。

在关键阶段的碳排放比较中，使用天然气排放的碳排放最少。天然气是生产和施工沥青混合料的最佳能源选择。用于取暖的重油的碳排放量第二少。如果没有天然气，则适合使用重油进行加热。在没有天然气和重油的情况下，煤可以用作取暖的燃料。

6.减排效果与经

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