CN114565260B - 基于区域压力指数的水上光伏发电材料水足迹确定方法 - Google Patents

基于区域压力指数的水上光伏发电材料水足迹确定方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于区域压力指数的水上光伏发电材料水足迹确定方法，构建了结合区域资源压力影响的水上光伏发电材料水足迹计算体系，可得到能够体现在不同地区生产水上光伏发电材料对于环境影响程度的水足迹值；并将生产区域的差异对水上光伏发电材料组件水足迹造成的影响纳入水足迹的核算中，解决了不同区域的水上光伏发电材料水足迹之间的比较的难题，能够直观地体现在不同生产区域进行的水上光伏发电材料组件的生产活动对淡水资源的不同影响，可根据在不同区域进行生产活动时水足迹的计算结果选择对淡水资源影响最小的区域进行特定生产活动，以达到节约水资源、减少水污染的目的。

Description

基于区域压力指数的水上光伏发电材料水足迹确定方法
技术领域
本发明属于生态环境技术领域，更具体地，涉及一种基于区域压力指数的水上光伏发电材料水足迹确定方法。
背景技术
水足迹(WaterFootprint)概念由Hoekstra在虚拟水理论研究的基础上提出的，用以描述人类活动对水资源系统的影响。具体到产品工业水足迹，是指产品在工业生产过程中所需要的水资源总量。水足迹是一个多维指标，在地理和时间上共同规定了总水足迹的所有组成部分，包括蓝水足迹、绿水足迹和灰水足迹，其中，蓝水足迹是指产品供应链上的蓝水资源(地表水和地下水)消耗量；绿水足迹指绿水资源(储存在土壤中的雨水，如土壤水分)的消耗量；灰水足迹则与污染量有关，可定义为根据现有环境水质标准同化污染物负荷所需消耗的淡水量。
目前针对水上光伏发电材料水足迹的研究大多是基于虚拟水理论，由此可见，如何构建水上光伏发电材料水足迹的核算体系以实现对光伏发电材料的生产过程中的水资源控制，减少水消耗、水污染，是当前亟待解决的问题。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于区域压力指数的水上光伏发电材料水足迹确定方法，得到能够体现在不同区域生产水上光伏发电材料对于环境影响程度的水足迹值，由此解决如何实现对光伏发电材料的生产过程中的水资源控制，以减少水消耗、水污染的问题。
为实现上述目的，按照本发明的第一方面，提供了一种基于区域压力指数的水上光伏发电材料水足迹确定方法，包括：
S1，确定所述水上光伏发电材料的各构件在所述区域内的区域材料资源压力指数CRPIi；
S2，确定所述区域内的区域水资源压力指数WRPI；
S3，根据公式PVWFi＝(WCi+WPi)*(CRPIi+WRPI+1)+TWFi计算在所述区域内生产所述水上光伏发电材料各构件的水足迹PVWF；
其中，WCi为生产第i种材料构件的直接水资源消耗量；
WPi为生产第i种材料构件的直接水环境污染量；
CRPIi为第i种材料构件在所述区域内的区域材料资源压力指数；
WRPI为所述区域内的区域水资源压力指数；
TWFi为将第i种材料构件从生产地运输到水上光伏发电建造地的运输耗水量；
n为水上光伏发电建材料构件的数量。
优选地，第i种材料构件在第j个区域内的区域材料资源压力指数CRPIij的计算公式为：
CRPIij＝POPij*SDRij；
其中，
Figure BDA0003519341030000021
SDRij＝VDij/OPij；1≤j≤m，m为参与比较的区域数量，m≥2；OPij为第j个区域第i种材料构件的产量，VDij为第j个区域第i种材料构件的需求量。
优选地，第j个区域内的区域水资源压力指数WRPI的计算公式为：
WRPIj＝WRCj*m1+RCj*m2；
其中，WRCj为第j个区域水资源总量得分，
Figure BDA0003519341030000022
PWj为第j个区域水资源总量；RCj为第j个区域年降水量得分，
Figure BDA0003519341030000031
RFj为第j个区域降水量，RF为全国平均降水量，m1和m2为权重系数。
优选地，步骤S3之前，还包括：制定用水清单，包括蓝水足迹、灰水足迹及运输水足迹。
优选地，所述蓝水足迹为生产各构件产生的直接水资源消耗量；灰水足迹为生产各构件产生的直接水资源污染量、运输水足迹为将材料构件从生产地运输到水上光伏建设地的耗水量。
优选地，CRPIij用于表征第i种材料构件在第j个区域内的资源匮乏程度；WRPIj用于表征为第j个区域内的水资源的匮乏程度。
按照本发明的第二方面，提供了一种基于区域压力指数的水上光伏发电材料水足迹确定系统，其特征在于，包括：计算机可读存储介质和处理器；
所述计算机可读存储介质用于存储可执行指令；
所述处理器用于读取所述计算机可读存储介质中存储的可执行指令，执行如第一方面所述的方法。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
1、理解和应用水足迹的关键是明确产品生产对于水资源、环境的影响，因此水足迹计算应考虑各组件不同的生产区域对于水资源的影响，基于上述考虑，针对目前水上光伏发电材料水足迹核算体系上的空白，本发明提供了一种结合区域资源压力影响的水上光伏发电材料水足迹计算体系，可得到能够体现在不同地区生产水上光伏发电材料对于环境影响程度的水足迹值；并将生产区域的差异对水上光伏发电材料组件水足迹造成的影响纳入水足迹的核算中，解决了不同区域的水上光伏发电材料水足迹之间的比较的难题，能够直观地体现在不同生产区域进行的水上光伏发电材料组件的生产活动对淡水资源的不同影响，可根据在不同区域进行生产活动时水足迹的计算结果选择对淡水资源影响最小的区域进行特定生产活动，以达到节约水资源、减少水污染的目的。
2、本发明针对地域性材料资源及水资源影响问题，分别提出并定义了区域材料资源压力指数CRPI和区域水资源压力指数WRPI的基本概念，并将其作为生产区域差异对于水上光伏发电材料组件水足迹计算造成影响的量化指标，构建了区域材料构件资源压力指数CRPI和区域水资源压力指数WRPI评价模型，并基于区域材料构件资源压力指数CRPI和区域水资源压力指数WRPI建立水上光伏发电材料组件水足迹核算体系，旨在通过核算获取相对客观、科学的水上光伏发电材料组件水足迹，以实现水资源控制，减少水消耗、水污染。
附图说明
图1为本发明提供的基于区域压力指数的水上光伏发电材料水足迹确定方法流程示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明实施例提供一种基于区域压力指数的水上光伏发电材料水足迹确定方法，如图1所示，包括：
S1，确定所述水上光伏发电材料的各构件在所述区域内的区域材料资源压力指数CRPIi。
进一步地，第i种材料构件在第j个区域内的区域材料资源压力指数CRPIij的计算公式为：
CRPIij＝POPij*SDRij (1)
其中，
Figure BDA0003519341030000051
SDRij＝VDij/OPij；1≤j≤m，m为参与比较的区域数量，m≥2；OPij为第j个区域第i种材料构件的产量，VDij为第j个区域第i种材料构件的需求量。
CRPIij用于表征第i种材料构件在第j个区域内的资源匮乏程度，CRPIij值越大，区域j的i材料资源就越匮乏。
具体地，对于某一特定的区域，其对于水上光伏发电所用的某种材料构件的生产量是一定的，将该区域某种材料构件占全国的产量份额作为绝对指标，结合该区域对于该种构件的需供比，可以得到该区域水上光伏发电材料构件的匮乏程度。区域材料资源压力指数CRPI就是用来表示区域水上光伏发电材料构件的匮乏程度，是体现材料构件是否短缺的一种量化指标。
区域构件资源压力指数评价模型的指标体系，如表1所示：
表1
Figure BDA0003519341030000052
根据公式(1)获得区域j的i材料构件资源压力指数CRPIj。CRPIij值越大，区域j的i材料资源就越匮乏；
S2，确定所述区域内的区域水资源压力指数WRPI。
进一步地，第j个区域内的区域水资源压力指数WRPI的计算公式为：
WRPIj＝WRCj*m1+RCj*m2 (2)
其中，WRCj为第j个区域水资源总量得分，
Figure BDA0003519341030000061
PWj为第j个区域水资源总量；RCj为第j个区域年降水量得分，
Figure BDA0003519341030000062
RFj为第j个区域降水量，RF为全国平均降水量，m1和m2为权重系数，m1为水资源总量得分在WRPI中的权重，m2为降水总量得分在WRPI中的权重。
WRPIj用于表征为第j个区域内的水资源的匮乏程度，WRPIj值越大，区域j的水资源压力就越大。
具体地，对于某一特定区域，其水资源拥有量及年降水量是稳定的，生产水上光伏发电材料构件对于该区域的水资源存在压力。区域水资源压力指数WRPI表达特定区域的水资源匮乏程度，主要包含区域水资源总量和降水量差异对于水资源压力影响的量化指标。
区域构件资源压力指数评价模型的指标体系如表2所示：
表2
Figure BDA0003519341030000063
根据公式(2)获得区域j的水资源压力指数WRPIj。WRPIj值越大，区域j的水资源就越匮乏；
S3，所述区域内生产所述水上光伏发电材料的水足迹PVWF的计算公式为：
PVWFi＝(WCi+WPi)*(CRPIi+WRPI+1)+TWFi (3)
根据公式(3)计算在所述区域内生产所述水上光伏发电材料各构件的水足迹PVWF；
其中，WCi为生产第i种材料构件的直接水资源消耗量；
WPi为生产第i种材料构件的直接水环境污染量；
CRPIi为第i种材料构件在所述区域内的区域材料资源压力指数；
WRPI为所述区域内的区域水资源压力指数；
TWFi为将第i种材料构件从生产地运输到水上光伏发电建造地的运输耗水量；
n为水上光伏发电建材料构件的数量。
进一步地，步骤S3之前，还包括：制定用水清单，包括蓝水足迹、灰水足迹及运输水足迹。
进一步地，所述蓝水足迹为生产各构件产生的直接水资源消耗量；灰水足迹为生产各构件产生的直接水资源污染量、运输水足迹为将材料构件从生产地运输到水上光伏建设地的耗水量。
具体地，制定用水清单，包括直接用水足迹和污染水足迹、运输水足迹以及建造运行维护过程中各工序的水足迹，即包括蓝水足迹(生产各构件产生的直接水资源消耗量)，灰水足迹(生产各构件产生的直接水资源污染量)、运输水足迹(将材料构件从生产地运输到水上光伏建设地的耗水量)；
基于CRPI和WRPI的水上光伏发电材料构件水足迹计算体系，基于区域材料构件资源压力指数CRPI和区域水资源压力指数WRPI，根据公式(3)计算水上光伏发电材料组件水足迹PVWF。
下面以一个具体的例子对本发明提供的方法进行进一步的说明。
以水上光伏发电材料构件水足迹为计算对象，水上光伏发电材料构件包括钢材、光伏面板及水泥，选取A、B、C三地分别作为三个生产区域，以体现地域性差异对于材料构件水足迹的影响，其中，考虑到水资源总量得分及降水总量得分的重要性，m1＝0.5，m2＝0.5，
第一步，选取A、B、C三地作为评价区域，获得区域构件资源压力指数，结果如表3所示。
表3
Figure BDA0003519341030000081
第二步，选取A、B、C三地作为评价区域，获得区域水资源压力指数，结果如表4所示。
表4
区域 WRC RC m<sub>1</sub> m<sub>2</sub> WRPI
A 0.09 0.1 0.5080 0.4920 0.095
B 0.04 0.2 0.5475 0.4525 0.112
C 0.08 -0.5 0.5492 0.4508 -0.182
第三步，首先制定用水清单。表5为水上光伏材料构件的原始水足迹，单位为kg/m3。
表5
Figure BDA0003519341030000082
Figure BDA0003519341030000091
然后计算结合运输水足迹并基于区域材料构件资源压力指数(CRPI)和区域水资源压力指数(WRPI)的水上光伏材料构件水足迹，见表6：
表6
Figure BDA0003519341030000092
通过实例计算，可以看出，基于CRPI和WRPI的水上光伏发电材料构件水足迹计算结果能够体现不同生产区域进行的生产活动对水资源的不同影响。其中，三种构件均在A区域进行生产时的水足迹值最低，因此，在生产三种构件时优先选择A区域，以降低对水资源的消耗及污染。此外，从上表可以看出运输水足迹对于水上光伏构件的生产水足迹核算有着比较大的影响，在选择构件的生产区域时应考虑产地距离的影响。
下面对本发明提供的基于区域压力指数的水上光伏发电材料水足迹确定系统进行描述。
本发明实施例提供一种基于区域压力指数的水上光伏发电材料水足迹确定系统，包括：计算机可读存储介质和处理器；
所述计算机可读存储介质用于存储可执行指令；
所述处理器用于读取所述计算机可读存储介质中存储的可执行指令，执行如上述任一实施例所述的方法。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于区域压力指数的水上光伏发电材料水足迹确定方法，其特征在于，包括：
S1，确定所述水上光伏发电材料的第i种材料构件在第j个区域内的区域材料资源压力指数CRPIij；
S2，确定第j个区域内的区域水资源压力指数WRPIj；
S3，根据公式
Figure DEST_PATH_IMAGE001
计算在第j个区域内生产所述水上光伏发电材料各构件的水足迹PVWFij；
其中，WCi为生产第i种材料构件的直接水资源消耗量；
WPi为生产第i种材料构件的直接水环境污染量；
TWFi为将第i种材料构件从生产地运输到水上光伏发电建造地的运输耗水量；
第i种材料构件在第j个区域内的区域材料资源压力指数CRPIij的计算公式为：
Figure 369473DEST_PATH_IMAGE002
；
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE003
；1≤j≤m，m为参与比较的区域数量，m≥2；OPij为第j个区域第i种材料构件的产量，VDij为第j个区域第i种材料构件的需求量；
第j个区域内的区域水资源压力指数
Figure 450996DEST_PATH_IMAGE004
的计算公式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE005
；
其中，WRCj为第j个区域水资源总量得分，
Figure 981466DEST_PATH_IMAGE006
，PWj为第j个区域水资源总量；RCj为第j个区域年降水量得分，
Figure DEST_PATH_IMAGE007
，RFj为第j个区域降水量，RF为全国平均降水量，m1和m2为权重系数。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S3之前，还包括：制定用水清单，包括蓝水足迹、灰水足迹及运输水足迹。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述蓝水足迹为生产各构件产生的直接水资源消耗量；灰水足迹为生产各构件产生的直接水资源污染量、运输水足迹为将材料构件从生产地运输到水上光伏建设地的耗水量。
4.如权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于， CRPIij用于表征第i种材料构件在第j个区域内的资源匮乏程度；WRPIj用于表征为第j个区域内的水资源的匮乏程度。
5.一种基于区域压力指数的水上光伏发电材料水足迹确定系统，其特征在于，包括：计算机可读存储介质和处理器；
所述计算机可读存储介质用于存储可执行指令；
所述处理器用于读取所述计算机可读存储介质中存储的可执行指令，执行如权利要求1-4任一项所述的方法。
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