劉 宇，潘曉勇，莊志紅，彭 玲

（四川長(zhǎng)虹電器股份有限公司，四川 綿陽(yáng) 621000）

0 引言

隨著全球變暖趨勢(shì)加劇，氣候變化導(dǎo)致的生態(tài)問(wèn)題日益凸顯，而產(chǎn)生這一系列問(wèn)題的根源是以CO2為代表的溫室氣體排放[1]。中國(guó)政府在2011年以“國(guó)發(fā)（2011）41號(hào)”文件的形式發(fā)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(tǒng)計(jì)核算體系、大力開展節(jié)能降耗，加快形成以低碳為特征的產(chǎn)業(yè)體系和生活方式[2]。家電產(chǎn)品作為人們生活不可或缺的一部分，如何評(píng)價(jià)其產(chǎn)品碳足跡，為企業(yè)環(huán)境績(jī)效改善提供依據(jù)，提升企業(yè)碳資產(chǎn)管理信息化水平，是當(dāng)前和未來(lái)家電企業(yè)需要解決的難題之一。

針對(duì)家電企業(yè)產(chǎn)品碳足跡計(jì)算的需求，目前行業(yè)普遍采用的是由國(guó)際軟件GaBi、Simpro及國(guó)內(nèi)eBalance等LCA生命周期碳足跡計(jì)算軟件等。上述軟件及相關(guān)技術(shù)在許多領(lǐng)域得到了應(yīng)用，也對(duì)企業(yè)節(jié)能減排、節(jié)能減碳起到了一定的推動(dòng)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(yè)、供應(yīng)商、經(jīng)銷商、回收處理企業(yè)等之間信息的協(xié)同[3]，或者說(shuō)只能解決部分的協(xié)同。

基于云服務(wù)平臺(tái)的家電產(chǎn)品碳足跡系統(tǒng)，整合了家電企業(yè)制造企業(yè)、供應(yīng)商、經(jīng)銷商、回收處理企業(yè)、政府監(jiān)管部門等，有效地解決單個(gè)信息平臺(tái)的數(shù)據(jù)交換、計(jì)算、評(píng)價(jià)。

1 碳足跡及產(chǎn)品碳足跡定義

1.1 碳足跡及產(chǎn)品碳足跡定義

碳足跡概念最早在英國(guó)提出，用于測(cè)算個(gè)人、組織機(jī)構(gòu)、活動(dòng)、項(xiàng)目或產(chǎn)品產(chǎn)生的直接和間接的六種溫室氣體釋放量[4]?！爱a(chǎn)品碳足跡”是指某個(gè)產(chǎn)品在其整個(gè)生命周期內(nèi)的各種GHG（溫室氣體）排放，即從原材料一直到生產(chǎn)（或提供服務(wù)）、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(chǎn)品碳足跡計(jì)算

家電產(chǎn)品碳足跡的計(jì)算涉及到原材料開采、零部件制造、產(chǎn)品裝配、分銷運(yùn)輸、銷售、使用、報(bào)廢回收這些過(guò)程，計(jì)算碳足跡必須把這些過(guò)程串聯(lián)起來(lái)，涉及到制造企業(yè)、內(nèi)外部零部件供應(yīng)商、運(yùn)輸商、經(jīng)銷商、回收處理企業(yè)等多個(gè)部門。

2 基于運(yùn)服務(wù)平臺(tái)的碳足跡計(jì)算總體方案

碳足跡計(jì)算的云服務(wù)平臺(tái)，以家電產(chǎn)品整機(jī)制造企業(yè)為核心進(jìn)行搭建。產(chǎn)品碳足跡計(jì)算涉及到零部件采購(gòu)、整機(jī)制造、分銷、物流運(yùn)輸、用戶使用、報(bào)廢回收處理、政府監(jiān)管指導(dǎo)等業(yè)務(wù)協(xié)作，而零部件供應(yīng)商和分銷商又與各自的供應(yīng)商、物流運(yùn)輸商、報(bào)廢回收商等形成業(yè)務(wù)協(xié)作，由此形成復(fù)雜而龐大的多核網(wǎng)狀產(chǎn)業(yè)鏈業(yè)務(wù)協(xié)作體系[6]。整機(jī)制造廠進(jìn)入該系統(tǒng)后，通過(guò)授權(quán)，關(guān)聯(lián)自己的零部件供應(yīng)商群、物流運(yùn)輸商群、回收處理企業(yè)群、政府監(jiān)管部門群，他們之間是1對(duì)多的關(guān)系，同時(shí)零部件供應(yīng)商又可以追溯之下一級(jí)供應(yīng)商，也是1對(duì)多的關(guān)系，形成了集群的供應(yīng)鏈形態(tài)[7]。

圖1 云服務(wù)平臺(tái)的碳足跡計(jì)算系統(tǒng)方案圖Fig.1 Scheme of carbon footprint calculation system for cloud service platform

云服務(wù)平臺(tái)中內(nèi)置的業(yè)務(wù)處理中心和數(shù)據(jù)信息交換中心處理碳足跡計(jì)算所需的數(shù)據(jù)建模、數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)上傳、數(shù)據(jù)審核、數(shù)據(jù)計(jì)算、輸出報(bào)告等業(yè)務(wù)過(guò)程，具有多層級(jí)網(wǎng)協(xié)同控制體系[8]。

3 通用碳足跡計(jì)算數(shù)學(xué)模型

碳足跡計(jì)算涉及處理的數(shù)據(jù)主要是物耗、能耗、資源消耗、排放信息、運(yùn)輸信息、回收處理信息等資源，圖2為一個(gè)家電產(chǎn)品全生命周期的過(guò)程圖。

圖2 產(chǎn)品碳足跡生命周期過(guò)程Fig.2 Product carbon footprint life cycle

云服務(wù)平臺(tái)下進(jìn)行碳足跡計(jì)算由云服務(wù)業(yè)務(wù)處理平臺(tái)進(jìn)行，由于涉及到的產(chǎn)品類型眾多，基于此，構(gòu)建了一套通用的碳足跡計(jì)算數(shù)學(xué)模型，滿足多產(chǎn)品類型的需求。該通用數(shù)學(xué)模型，涵蓋原材料獲取階段、制造階段、運(yùn)輸階段、使用階段和回收階段的溫室氣體排放計(jì)算。數(shù)學(xué)模型[9]如公式（1）～（6）所示：

式中：G—某個(gè)產(chǎn)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(yùn)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(jì)算

該階段主要計(jì)算生產(chǎn)某個(gè)產(chǎn)品的組成原材料獲取過(guò)程中產(chǎn)生的溫室氣體以及消耗能源產(chǎn)生的間接碳排放。

計(jì)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(chǎn)品原材料及未在最終產(chǎn)品中體現(xiàn)的各種輔料；Ei—第i種材料的質(zhì)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(guò)程中排放的第j種GHG氣體的質(zhì)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(jì)算

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

計(jì)算公式如下：

式中：Gm—制造階段的碳排放量 （kgCO2e）；Ei—制造過(guò)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(guò)程中排放的第j種GHG氣體的質(zhì)量，單位（Kg）；CFj—第 j種 GHG 氣體的碳排放因子。

3.3 運(yùn)輸階段的碳排放計(jì)算

該階段的碳排放產(chǎn)生在產(chǎn)品運(yùn)輸至產(chǎn)品經(jīng)銷商的過(guò)程（暫不考慮廠內(nèi)運(yùn)輸物流和從經(jīng)銷商到用戶這兩個(gè)階段的物流），計(jì)算公式如下：

式中：Gt—運(yùn)輸階段的碳排放量 （kgCO2e）；M—單臺(tái)產(chǎn)品的毛重（t）；Dij—采用第i類運(yùn)輸方式運(yùn)輸?shù)絡(luò)地的運(yùn)輸距離 （km）；Nij—采用第i類運(yùn)輸方式運(yùn)輸?shù)絡(luò)地的產(chǎn)品數(shù)量 （臺(tái)）；EFi—為表示第i種運(yùn)輸方式的碳排放因子（kg-CO2e/t·km）；N—產(chǎn)品的總數(shù)量（臺(tái)）。

3.4 使用階段碳排放計(jì)算

該階段的碳排放主要來(lái)源于能量的消耗，這里能量消耗設(shè)為電能消耗。電力排放因子可考慮使用區(qū)域電網(wǎng)的具體情況選取，針對(duì)家電產(chǎn)品要考慮每天待機(jī)、開機(jī)的使用時(shí)間，計(jì)算公式如下：

式中：Gu—使用階段的碳排放量 （kgCO2e）；Y—產(chǎn)品的使用年限；W1—產(chǎn)品的開機(jī)功耗；W2—產(chǎn)品的待機(jī)功耗；H1—產(chǎn)品每天開機(jī)的時(shí)間；H2—產(chǎn)品機(jī)每天待機(jī)時(shí)間；EF—電力排放因子。

3.5 報(bào)廢回收再資源化階段碳排放計(jì)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(guò)程，會(huì)消耗能源并排出溫室氣體，其碳排放計(jì)算公式如下：

式中：Gr—回收再利用階段的碳排放量（kgCO2e）；Ei—產(chǎn)品回收過(guò)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(chǎn)品回收過(guò)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(yīng)用云服務(wù)平臺(tái)進(jìn)行計(jì)算

應(yīng)用云服務(wù)平臺(tái)計(jì)算一款家電產(chǎn)品冰箱的碳足跡，平臺(tái)內(nèi)置一系列數(shù)學(xué)算法[10]，通過(guò)通用碳足跡計(jì)算數(shù)學(xué)模型收集、整理、處理后的數(shù)據(jù)分別如表1所示。

基于通用碳足跡計(jì)算數(shù)學(xué)模型進(jìn)行計(jì)算，得出冰箱產(chǎn)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(chǎn)各工序碳足跡碳足跡貢獻(xiàn)比分別如圖3、4所示。

表1 冰箱零部件構(gòu)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(xiàn)比Fig.3 Contribution ratio of carbon footprint to raw materials

圖4 生產(chǎn)各工藝過(guò)程的碳排放百分比Fig.4 Carbon emissions per process

5 結(jié)束語(yǔ)

基于云服務(wù)平臺(tái)進(jìn)行碳足跡計(jì)算是站在產(chǎn)品全生命周期角度從整個(gè)供應(yīng)鏈的角度全面的評(píng)價(jià)了各零部件、各過(guò)程的碳足跡貢獻(xiàn)，由于平臺(tái)內(nèi)核構(gòu)建了通用的碳足跡數(shù)據(jù)計(jì)算模型，適應(yīng)范圍極廣，為企業(yè)乃至行業(yè)開展碳足跡工作提供更有價(jià)值的參考，指導(dǎo)設(shè)計(jì)、制造、物流等供應(yīng)鏈各個(gè)環(huán)節(jié)的改進(jìn)提升，也提高了企業(yè)碳信息化的管理水平，促進(jìn)了企業(yè)的發(fā)展。下一階段的研究重點(diǎn)將借助平臺(tái)和信息化手段對(duì)碳排放數(shù)據(jù)的大數(shù)據(jù)分析，為企業(yè)節(jié)能減排、節(jié)能減碳提供科學(xué)支撐服務(wù)。