聚光光伏光热-氢能多能耦合系统的全生命周期碳足迹评估及其低碳效益分析

《Renewable Energy》：Life-cycle carbon footprint assessment of a solar-power-to-X system based on concentrating photovoltaic/thermal hydrogen production

本文提出了一种基于聚光光伏/光热（CPC-PV/T）与质子交换膜电解槽（PEMEC）、质子交换膜燃料电池（PEMFC）集成的太阳能-多能转换（Power-to-X）系统。通过全生命周期碳足迹模型评估，系统在CPC-PV/T模式单位发电碳排放仅0.0181 kg CO2eq，PV/T-PEMEC模式制氢碳排放为0.986 kg CO2eq/kg H2，相比天然气发电系统全链条碳减排达89.3%–91.4%，展现了高效协同与低碳排放的显著优势。

　　

Section snippets

Power-to-X系统

本节概述了提出的P2X系统的耦合关系与系统流程。详细的（没错，就是字面意思）热力学建模和模型验证步骤可在在线补充材料的附录A中找到。

图1展示了这一热电联产的P2X系统，它集成了CPC-PV/T、PEMEC和PEMFC子系统，并辅以加湿器、泵和储罐等辅助部件。系统流程始于冷却水从供水管道输送至储罐……（此处省略具体流程描述，以保持生动简洁，同时聚焦核心集成理念）。这套设计的精妙之处在于，它像一条高效的“能量流水线”，将光、电、热、氢巧妙地串联起来。

Life-cycle analysis

本节阐述了生命周期评估（LCA）的基本概念以及P2X系统生命周期碳足迹的建模方法。简单来说，就是为这套绿色能源系统做一次全面的“碳排放体检”，从材料开采、设备制造到运行维护，算清每一笔环境账。

Results and discussions

基于北京的一个案例研究，本文分析了其年度运行性能，并计算了三种运行模式下的碳排放因子。此外，还根据不同应用场景评估了这三种模式的年度运行特性。研究结果如同打开了系统的“环保成绩单”，具体数据揭示了其在真实环境下的低碳表现。

Conclusions

本项研究提出了一种完全由太阳能驱动的P2X系统，它创新性地将CPC-PV/T模块与PEMFC-PEMEC单元集成在一起。研究人员设计了三种运行模式，以灵活适应波动的太阳辐射。并对系统进行了全面的生命周期碳足迹评估。主要结论如下：

在实际应用中，该系统年接收太阳辐射总量为1398258 W/m²。在CPC-PV/T模式下运行，其年发电量达到417601.61 kWh，并且……（此处省略具体数据，结论部分重点突出评估方法和核心发现，表明该系统是一个高效、低碳的多能协同解决方案）。