基于云服務平臺的家電產品碳足跡計算研究

劉 宇，潘曉勇，莊志紅，彭 玲

（四川長虹電器股份有限公司，四川 綿陽 621000）

0 引言

隨著全球變暖趨勢加劇，氣候變化導致的生態問題日益凸顯，而產生這一系列問題的根源是以CO2為代表的溫室氣體排放[1]。中國政府在2011年以“國發（2011）41號”文件的形式發布了《“十二五”控制溫室氣體排放工作方案》，要求加快建立溫室氣體排放統計核算體系、大力開展節能降耗，加快形成以低碳為特征的產業體系和生活方式[2]。家電產品作為人們生活不可或缺的一部分，如何評價其產品碳足跡，為企業環境績效改善提供依據，提升企業碳資產管理信息化水平，是當前和未來家電企業需要解決的難題之一。

針對家電企業產品碳足跡計算的需求，目前行業普遍采用的是由國際軟件GaBi、Simpro及國內eBalance等LCA生命周期碳足跡計算軟件等。上述軟件及相關技術在許多領域得到了應用，也對企業節能減排、節能減碳起到了一定的推動作用，但這些軟件都是單向或部分雙向的，并不能有效解決家電制造企業、供應商、經銷商、回收處理企業等之間信息的協同[3]，或者說只能解決部分的協同。

基于云服務平臺的家電產品碳足跡系統，整合了家電企業制造企業、供應商、經銷商、回收處理企業、政府監管部門等，有效地解決單個信息平臺的數據交換、計算、評價。

1 碳足跡及產品碳足跡定義

1.1 碳足跡及產品碳足跡定義

碳足跡概念最早在英國提出，用于測算個人、組織機構、活動、項目或產品產生的直接和間接的六種溫室氣體釋放量[4]。“產品碳足跡”是指某個產品在其整個生命周期內的各種GHG（溫室氣體）排放，即從原材料一直到生產（或提供服務）、分銷、使用和處置/再生利用等所有階段的 GHG 排放。 其范疇包括二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）、和氮氧化物（N2O）等溫室氣體[5]。

1.2 家電產品碳足跡計算

家電產品碳足跡的計算涉及到原材料開采、零部件制造、產品裝配、分銷運輸、銷售、使用、報廢回收這些過程，計算碳足跡必須把這些過程串聯起來，涉及到制造企業、內外部零部件供應商、運輸商、經銷商、回收處理企業等多個部門。

2 基于運服務平臺的碳足跡計算總體方案

碳足跡計算的云服務平臺，以家電產品整機制造企業為核心進行搭建。產品碳足跡計算涉及到零部件采購、整機制造、分銷、物流運輸、用戶使用、報廢回收處理、政府監管指導等業務協作，而零部件供應商和分銷商又與各自的供應商、物流運輸商、報廢回收商等形成業務協作，由此形成復雜而龐大的多核網狀產業鏈業務協作體系[6]。整機制造廠進入該系統后，通過授權，關聯自己的零部件供應商群、物流運輸商群、回收處理企業群、政府監管部門群，他們之間是1對多的關系，同時零部件供應商又可以追溯之下一級供應商，也是1對多的關系，形成了集群的供應鏈形態[7]。

圖1 云服務平臺的碳足跡計算系統方案圖Fig.1 Scheme of carbon footprint calculation system for cloud service platform

云服務平臺中內置的業務處理中心和數據信息交換中心處理碳足跡計算所需的數據建模、數據收集、數據上傳、數據審核、數據計算、輸出報告等業務過程，具有多層級網協同控制體系[8]。

3 通用碳足跡計算數學模型

碳足跡計算涉及處理的數據主要是物耗、能耗、資源消耗、排放信息、運輸信息、回收處理信息等資源，圖2為一個家電產品全生命周期的過程圖。

圖2 產品碳足跡生命周期過程Fig.2 Product carbon footprint life cycle

云服務平臺下進行碳足跡計算由云服務業務處理平臺進行，由于涉及到的產品類型眾多，基于此，構建了一套通用的碳足跡計算數學模型，滿足多產品類型的需求。該通用數學模型，涵蓋原材料獲取階段、制造階段、運輸階段、使用階段和回收階段的溫室氣體排放計算。數學模型[9]如公式（1）～（6）所示：

式中：G—某個產品的全生命周期碳排放量（kgCO2e）；Gs—原材料獲取階段的碳排放量（kgCO2e）；Gm—制造階段的碳排放量（kgCO2e）；Gt—運輸階段的碳排放量（kgCO2e；Gu—使用階段的碳排放量 （kgCO2e）；Gr—回收再利用階段的碳排放量kgCO2e）。

3.1 材料制造階段計算

該階段主要計算生產某個產品的組成原材料獲取過程中產生的溫室氣體以及消耗能源產生的間接碳排放。

計算公式如下：

式中：Gs—原材料獲取階段的碳排放量（kgCO2e）；n—組成產品原材料及未在最終產品中體現的各種輔料；Ei—第i種材料的質量（包括工藝廢損部分）（Kg）；EFi—第i種材料的碳排放因子；mj—制造過程中排放的第j種GHG氣體的質量（Kg）；CFj—第j種GHG氣體的碳排放因子。

3.2 制造和組裝階段碳排放計算

此階段碳排放是指生產產品基本組件的制造過程，以及不同零部件組裝過程中產生的碳排放，包含有直接碳排放和間接碳排放。

計算公式如下：

式中：Gm—制造階段的碳排放量 （kgCO2e）；Ei—制造過程中第i種能源的消耗量；EFi—第i種能源的碳排放因子；mj-制造過程中排放的第j種GHG氣體的質量，單位（Kg）；CFj—第 j種 GHG 氣體的碳排放因子。

3.3 運輸階段的碳排放計算

該階段的碳排放產生在產品運輸至產品經銷商的過程（暫不考慮廠內運輸物流和從經銷商到用戶這兩個階段的物流），計算公式如下：

式中：Gt—運輸階段的碳排放量 （kgCO2e）；M—單臺產品的毛重（t）；Dij—采用第i類運輸方式運輸到j地的運輸距離 （km）；Nij—采用第i類運輸方式運輸到j地的產品數量 （臺）；EFi—為表示第i種運輸方式的碳排放因子（kg-CO2e/t·km）；N—產品的總數量（臺）。

3.4 使用階段碳排放計算

該階段的碳排放主要來源于能量的消耗，這里能量消耗設為電能消耗。電力排放因子可考慮使用區域電網的具體情況選取，針對家電產品要考慮每天待機、開機的使用時間，計算公式如下：

式中：Gu—使用階段的碳排放量 （kgCO2e）；Y—產品的使用年限；W1—產品的開機功耗；W2—產品的待機功耗；H1—產品每天開機的時間；H2—產品機每天待機時間；EF—電力排放因子。

3.5 報廢回收再資源化階段碳排放計算

該階段包含拆卸、材料回收、零部件重用及再制造等處理過程，會消耗能源并排出溫室氣體，其碳排放計算公式如下：

式中：Gr—回收再利用階段的碳排放量（kgCO2e）；Ei—產品回收過程中消耗的第i類能源消耗量；EFi—第i類能源的碳排放因子；Cj—產品回收過程中排放的第j類溫室氣體量；CFj—第j種GHG氣體的碳排放因子。

4 應用云服務平臺進行計算

應用云服務平臺計算一款家電產品冰箱的碳足跡，平臺內置一系列數學算法[10]，通過通用碳足跡計算數學模型收集、整理、處理后的數據分別如表1所示。

基于通用碳足跡計算數學模型進行計算，得出冰箱產品的全生命周期各階段碳足跡表2所示，原材料碳足跡、生產各工序碳足跡碳足跡貢獻比分別如圖3、4所示。

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

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

圖3 原材料碳足跡排放貢獻比Fig.3 Contribution ratio of carbon footprint to raw materials

圖4 生產各工藝過程的碳排放百分比Fig.4 Carbon emissions per process

5 結束語

基于云服務平臺進行碳足跡計算是站在產品全生命周期角度從整個供應鏈的角度全面的評價了各零部件、各過程的碳足跡貢獻，由于平臺內核構建了通用的碳足跡數據計算模型，適應范圍極廣，為企業乃至行業開展碳足跡工作提供更有價值的參考，指導設計、制造、物流等供應鏈各個環節的改進提升，也提高了企業碳信息化的管理水平，促進了企業的發展。下一階段的研究重點將借助平臺和信息化手段對碳排放數據的大數據分析，為企業節能減排、節能減碳提供科學支撐服務。