基于云服务平台的家电产品碳足迹计算研究

刘 宇，潘晓勇，庄志红，彭 玲

（四川长虹电器股份有限公司，四川 绵阳 621000）

0 引言

随着全球变暖趋势加剧，气候变化导致的生态问题日益凸显，而产生这一系列问题的根源是以CO2为代表的温室气体排放[1]。中国政府在2011年以“国发（2011）41号”文件的形式发布了《“十二五”控制温室气体排放工作方案》，要求加快建立温室气体排放统计核算体系、大力开展节能降耗，加快形成以低碳为特征的产业体系和生活方式[2]。家电产品作为人们生活不可或缺的一部分，如何评价其产品碳足迹，为企业环境绩效改善提供依据，提升企业碳资产管理信息化水平，是当前和未来家电企业需要解决的难题之一。

针对家电企业产品碳足迹计算的需求，目前行业普遍采用的是由国际软件GaBi、Simpro及国内eBalance等LCA生命周期碳足迹计算软件等。上述软件及相关技术在许多领域得到了应用，也对企业节能减排、节能减碳起到了一定的推动作用，但这些软件都是单向或部分双向的，并不能有效解决家电制造企业、供应商、经销商、回收处理企业等之间信息的协同[3]，或者说只能解决部分的协同。

基于云服务平台的家电产品碳足迹系统，整合了家电企业制造企业、供应商、经销商、回收处理企业、政府监管部门等，有效地解决单个信息平台的数据交换、计算、评价。

1 碳足迹及产品碳足迹定义

1.1 碳足迹及产品碳足迹定义

碳足迹概念最早在英国提出，用于测算个人、组织机构、活动、项目或产品产生的直接和间接的六种温室气体释放量[4]。“产品碳足迹”是指某个产品在其整个生命周期内的各种GHG（温室气体）排放，即从原材料一直到生产（或提供服务）、分销、使用和处置/再生利用等所有阶段的 GHG 排放。 其范畴包括二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）、和氮氧化物（N2O）等温室气体[5]。

1.2 家电产品碳足迹计算

家电产品碳足迹的计算涉及到原材料开采、零部件制造、产品装配、分销运输、销售、使用、报废回收这些过程，计算碳足迹必须把这些过程串联起来，涉及到制造企业、内外部零部件供应商、运输商、经销商、回收处理企业等多个部门。

2 基于运服务平台的碳足迹计算总体方案

碳足迹计算的云服务平台，以家电产品整机制造企业为核心进行搭建。产品碳足迹计算涉及到零部件采购、整机制造、分销、物流运输、用户使用、报废回收处理、政府监管指导等业务协作，而零部件供应商和分销商又与各自的供应商、物流运输商、报废回收商等形成业务协作，由此形成复杂而庞大的多核网状产业链业务协作体系[6]。整机制造厂进入该系统后，通过授权，关联自己的零部件供应商群、物流运输商群、回收处理企业群、政府监管部门群，他们之间是1对多的关系，同时零部件供应商又可以追溯之下一级供应商，也是1对多的关系，形成了集群的供应链形态[7]。

图1 云服务平台的碳足迹计算系统方案图Fig.1 Scheme of carbon footprint calculation system for cloud service platform

云服务平台中内置的业务处理中心和数据信息交换中心处理碳足迹计算所需的数据建模、数据收集、数据上传、数据审核、数据计算、输出报告等业务过程，具有多层级网协同控制体系[8]。

3 通用碳足迹计算数学模型

碳足迹计算涉及处理的数据主要是物耗、能耗、资源消耗、排放信息、运输信息、回收处理信息等资源，图2为一个家电产品全生命周期的过程图。

图2 产品碳足迹生命周期过程Fig.2 Product carbon footprint life cycle

云服务平台下进行碳足迹计算由云服务业务处理平台进行，由于涉及到的产品类型众多，基于此，构建了一套通用的碳足迹计算数学模型，满足多产品类型的需求。该通用数学模型，涵盖原材料获取阶段、制造阶段、运输阶段、使用阶段和回收阶段的温室气体排放计算。数学模型[9]如公式（1）～（6）所示：

式中：G—某个产品的全生命周期碳排放量（kgCO2e）；Gs—原材料获取阶段的碳排放量（kgCO2e）；Gm—制造阶段的碳排放量（kgCO2e）；Gt—运输阶段的碳排放量（kgCO2e；Gu—使用阶段的碳排放量 （kgCO2e）；Gr—回收再利用阶段的碳排放量kgCO2e）。

3.1 材料制造阶段计算

该阶段主要计算生产某个产品的组成原材料获取过程中产生的温室气体以及消耗能源产生的间接碳排放。

计算公式如下：

式中：Gs—原材料获取阶段的碳排放量（kgCO2e）；n—组成产品原材料及未在最终产品中体现的各种辅料；Ei—第i种材料的质量（包括工艺废损部分）（Kg）；EFi—第i种材料的碳排放因子；mj—制造过程中排放的第j种GHG气体的质量（Kg）；CFj—第j种GHG气体的碳排放因子。

3.2 制造和组装阶段碳排放计算

此阶段碳排放是指生产产品基本组件的制造过程，以及不同零部件组装过程中产生的碳排放，包含有直接碳排放和间接碳排放。

计算公式如下：

式中：Gm—制造阶段的碳排放量 （kgCO2e）；Ei—制造过程中第i种能源的消耗量；EFi—第i种能源的碳排放因子；mj-制造过程中排放的第j种GHG气体的质量，单位（Kg）；CFj—第 j种 GHG 气体的碳排放因子。

3.3 运输阶段的碳排放计算

该阶段的碳排放产生在产品运输至产品经销商的过程（暂不考虑厂内运输物流和从经销商到用户这两个阶段的物流），计算公式如下：

式中：Gt—运输阶段的碳排放量 （kgCO2e）；M—单台产品的毛重（t）；Dij—采用第i类运输方式运输到j地的运输距离 （km）；Nij—采用第i类运输方式运输到j地的产品数量 （台）；EFi—为表示第i种运输方式的碳排放因子（kg-CO2e/t·km）；N—产品的总数量（台）。

3.4 使用阶段碳排放计算

该阶段的碳排放主要来源于能量的消耗，这里能量消耗设为电能消耗。电力排放因子可考虑使用区域电网的具体情况选取，针对家电产品要考虑每天待机、开机的使用时间，计算公式如下：

式中：Gu—使用阶段的碳排放量 （kgCO2e）；Y—产品的使用年限；W1—产品的开机功耗；W2—产品的待机功耗；H1—产品每天开机的时间；H2—产品机每天待机时间；EF—电力排放因子。

3.5 报废回收再资源化阶段碳排放计算

该阶段包含拆卸、材料回收、零部件重用及再制造等处理过程，会消耗能源并排出温室气体，其碳排放计算公式如下：

式中：Gr—回收再利用阶段的碳排放量（kgCO2e）；Ei—产品回收过程中消耗的第i类能源消耗量；EFi—第i类能源的碳排放因子；Cj—产品回收过程中排放的第j类温室气体量；CFj—第j种GHG气体的碳排放因子。

4 应用云服务平台进行计算

应用云服务平台计算一款家电产品冰箱的碳足迹，平台内置一系列数学算法[10]，通过通用碳足迹计算数学模型收集、整理、处理后的数据分别如表1所示。

基于通用碳足迹计算数学模型进行计算，得出冰箱产品的全生命周期各阶段碳足迹表2所示，原材料碳足迹、生产各工序碳足迹碳足迹贡献比分别如图3、4所示。

表1 冰箱零部件构成及原材料用量Tab.1 Components of refrigerators and raw materials consumption

表2 生命周期各阶段碳排放量Tab.2 Carbon emissions at different stages of life cycle

图3 原材料碳足迹排放贡献比Fig.3 Contribution ratio of carbon footprint to raw materials

图4 生产各工艺过程的碳排放百分比Fig.4 Carbon emissions per process

5 结束语

基于云服务平台进行碳足迹计算是站在产品全生命周期角度从整个供应链的角度全面的评价了各零部件、各过程的碳足迹贡献，由于平台内核构建了通用的碳足迹数据计算模型，适应范围极广，为企业乃至行业开展碳足迹工作提供更有价值的参考，指导设计、制造、物流等供应链各个环节的改进提升，也提高了企业碳信息化的管理水平，促进了企业的发展。下一阶段的研究重点将借助平台和信息化手段对碳排放数据的大数据分析，为企业节能减排、节能减碳提供科学支撑服务。