史東偉，趙慶建

（南京林業(yè)大學(xué) 經(jīng)濟管理學(xué)院 南京210037）

1 引言

我國是造紙工業(yè)大國，紙和紙板的生產(chǎn)量和消費量居世界前列。制漿造紙業(yè)是資源和能源消耗量大的重要基礎(chǔ)原材料產(chǎn)業(yè)[1]。2007年，我國已經(jīng)成為世界第一大排放國，2015 年，我國造紙及紙制品業(yè)CO2排放量約占輕工業(yè)CO2排放總量的18.46%[2]。目前，造紙行業(yè)“能耗高、污染大”的問題仍普遍存在，節(jié)能減排仍是造紙企業(yè)需要不斷推行和改進的工作重點[3-4]。

隨著信息化浪潮席卷全球，中國加快產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)改革，用信息化帶動工業(yè)化[5]。國內(nèi)造紙企業(yè)的信息化工作發(fā)展迅速，企業(yè)內(nèi)部已經(jīng)開始使用生產(chǎn)過程的自動控制系統(tǒng)（DCS,PLC）、質(zhì)量控制系統(tǒng)（QCS）、設(shè)備運行控制系統(tǒng)（MMC）和ERP等

[6]。國外的制漿造紙大型裝備制造商開發(fā)了具有不同功能的能量管理平臺，如：ABB 公司開發(fā)的ABB 能量管理系統(tǒng)、Metso 公司開發(fā)的能耗管理系統(tǒng)MetsoDNA和EKONO公司的能源優(yōu)化系統(tǒng)等[7]。上述能量管理系統(tǒng)都沒有從能量流演化角度對過程系統(tǒng)的用能進行本質(zhì)、定量的描述[8]，不能對整個造紙系統(tǒng)能量進行描述和改進。

迄今為止，國內(nèi)外很少有企業(yè)開發(fā)基于企業(yè)生產(chǎn)過程的能耗與碳排放計量軟件，對企業(yè)的能耗和碳排放進行信息化管理。鑒于此，本文對造紙企業(yè)的碳排放進行建模并實現(xiàn)信息化，具有積極的現(xiàn)實意義。

2 制漿造紙企業(yè)能耗與碳排放計量方法

林漿紙工業(yè)產(chǎn)品的生命周期過程包括森林撫育、木材收獲、備料、制漿、造紙、產(chǎn)品分銷和使用等多個階段[9-10]。生產(chǎn)經(jīng)營過程中使用的能源主要有電能和熱能，由煤炭和其他輔助燃料產(chǎn)生。生產(chǎn)加工階段主要包括備料、化機漿制漿、抄紙及涂布過程[11]。

本文參照《PAS 2050產(chǎn)品和服務(wù)生命周期溫室氣體排放評估規(guī)范化》中給出的方法，以CO2為基準(zhǔn)，按照其他各種溫室氣體在100年內(nèi)產(chǎn)生的全球暖化效應(yīng)，即全球增溫潛勢(Global Warming Potential，GWP)，折換成CO2當(dāng)量[12]。本文選擇三類溫室氣體（CO2、CH4、N2O）為核算對象[13]。表1 給出了這三類溫室氣體的100年內(nèi)全球增溫潛勢。

根據(jù)《溫室氣體議定書：企業(yè)核算和報告準(zhǔn)則》中對排放范疇的規(guī)定，林漿紙供應(yīng)鏈中的碳排放環(huán)節(jié)主要包括：電力、熱力使用造成的間接碳排放；工藝過程可能的揮發(fā)排放；可燃物（如重油、黑液等）燃燒造成的直接排放；廢水生物處理過程的排放?，F(xiàn)對不同類型的碳排放計算方法做具體介紹[14]。

①電力使用造成的碳排放。

核算電力使用所造成的間接碳排放時，采用消費屬地原則，按企業(yè)用電量和企業(yè)所在地區(qū)的碳排放系數(shù)進行碳排放的計算。

電力溫室氣體（Greenhouse,GHG）排放量核算公式為：

上述公式中，Ep為電力使用造成的CO2排放當(dāng)量；ADp為用電量；EEP.i為公司所在地區(qū)電網(wǎng)溫室氣體排放系數(shù)；GWPi為溫室氣體i的100年全球增溫潛勢值。

②熱力使用造成的碳排放。

核算熱力使用所造成的間接碳排放時，依然采用消費屬地原則，按企業(yè)熱力消耗量以及企業(yè)所在地區(qū)碳排放系數(shù)進行碳排放的計算。

熱力GHG 排放量核算公式為：

表1 溫室氣體100年全球增溫潛勢值

上述公式中，Ev為熱力使用造成的CO2排放當(dāng)量；ADv為蒸汽用量，以質(zhì)量計；Qp為蒸汽在壓力P下的熱焓值；EFv.i表示公司所在地區(qū)熱力導(dǎo)致的溫室氣體i的排放系數(shù)；GWPi為溫室氣體i的100年全球增溫潛勢值。

③輔助燃料（重油等）造成的碳排放。

堿回收輔助燃料多為重油，其燃燒排放GHG 的計算公式為：

上述公式中，Eh為重油燃燒產(chǎn)生的CO2當(dāng)量，ADh為重油燃燒量，EFh.i為重油燃燒產(chǎn)生溫室氣體i的排放系數(shù)；GWPi為溫室氣體i的100年全球增溫潛勢值。

3 碳排放軟件系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)

3.1 開發(fā)環(huán)境分析

系統(tǒng)開發(fā)平臺為Eclipse,操作系統(tǒng)環(huán)境是Windows 10，服務(wù)器采用Tomcat 7.0.52版本。

3.2 系統(tǒng)總體設(shè)計

制漿造紙企業(yè)碳排放管理軟件主要包括三個部分：基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理、碳流和碳排放計算和系統(tǒng)管理。系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖

3.3 系統(tǒng)實現(xiàn)

制漿造紙企業(yè)碳排放管理軟件實現(xiàn)了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理模塊、碳流和碳排放計算模塊和系統(tǒng)管理模塊。

根據(jù)斯道拉恩索林漿紙有限公司的規(guī)劃設(shè)計，公司年生產(chǎn)45萬t高檔包裝卡紙板、20萬t高檔書寫印刷紙、25萬t銅板紙和45萬t商品漿板。根據(jù)企業(yè)能耗和碳排放計量模型，系統(tǒng)自動計算出各生產(chǎn)過程的碳流和碳排放數(shù)量。

圖2為紙產(chǎn)品碳流計算結(jié)果。

圖2 紙產(chǎn)品碳流計算結(jié)果

圖3 為漿板生產(chǎn)過程碳流計算結(jié)果。

圖3 計算結(jié)果

圖4 為堿回收過程間接碳排放計算結(jié)果。圖5為制漿過程間接碳排放計算結(jié)果。

圖4 堿回收過程間接碳排放計算結(jié)果

圖5 制漿過程間接碳排放計算結(jié)果

4 總結(jié)

本文以造紙企業(yè)為研究對象，對其生產(chǎn)經(jīng)營過程中的碳流和碳排放進行計量，設(shè)計開發(fā)了造紙企業(yè)碳排放管理軟件?；诎咐髽I(yè)的實際生產(chǎn)運營數(shù)據(jù)，計算得到企業(yè)各生產(chǎn)過程的碳流和碳排放。本文開發(fā)的造紙企業(yè)碳排放管理軟件主要實現(xiàn)了企業(yè)主要環(huán)節(jié)的碳流和碳排放計算功能、基本數(shù)據(jù)的更新和查詢功能、能耗數(shù)據(jù)統(tǒng)計功能和系統(tǒng)管理功能。設(shè)計開發(fā)基于移動app的碳排放管理軟件，實現(xiàn)客戶端與移動端的數(shù)據(jù)互通是筆者今后努力的方向。