何冠成，王繼偉，劉國(guó)榮*

（1.威凱檢測(cè)技術(shù)有限公司，廣州 510663； 2.廣東美的制冷設(shè)備有限公司，佛山 528311）

引言

2020年9月22日，習(xí)近平總書記在第75屆聯(lián)合國(guó)大會(huì)一般性辯論上的講話中提出，中國(guó)將提高國(guó)家自主貢獻(xiàn)力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭(zhēng)于2030年前達(dá)到峰值，努力爭(zhēng)取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和。國(guó)務(wù)院2021年10月24日發(fā)布《2030年前碳達(dá)峰行動(dòng)方案》，明確各地區(qū)、各領(lǐng)域、各行業(yè)目標(biāo)任務(wù)，加快實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)生活方式綠色變革，推動(dòng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展建立在資源高效利用和綠色低碳發(fā)展的基礎(chǔ)之上，確保如期實(shí)現(xiàn)2030年前碳達(dá)峰目標(biāo)。

國(guó)家統(tǒng)計(jì)局的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)二氧化碳排放的主要來(lái)源為能源活動(dòng)，其中發(fā)電、建材、鋼鐵、有色、石化、化工、造紙、民航是排放重點(diǎn)行業(yè)。裝備制造業(yè)不是碳排放重點(diǎn)行業(yè)，但是裝備制造消耗了大量的鋼鐵（16 %）、有色金屬、塑料等“高碳” 原材料，裝備制造業(yè)的產(chǎn)品在使用過(guò)程中消耗大量能源，在工業(yè)方面，能源消費(fèi)都是通過(guò)重點(diǎn)用能設(shè)備系統(tǒng)（工業(yè)鍋爐及窯爐、電機(jī)系統(tǒng)、變壓器等）實(shí)現(xiàn)的。在居民生活方面，能源消費(fèi)以消費(fèi)終端耗能產(chǎn)品如冰箱、空調(diào)、微波爐等的家用電器為主。重點(diǎn)裝備為其他重點(diǎn)碳排放行業(yè)提供能量轉(zhuǎn)化裝置，是工業(yè)領(lǐng)域和居民消費(fèi)“碳達(dá)峰、碳中和”的載體和抓手。

1 行業(yè)碳達(dá)峰

裝備制造業(yè)實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰，需要對(duì)相關(guān)企業(yè)及產(chǎn)品的碳排放進(jìn)行核算及科學(xué)評(píng)價(jià)。產(chǎn)品碳排放主要是依據(jù)ISO 14067標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，ISO 14067標(biāo)準(zhǔn)由國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織制定，于2013年正式發(fā)布，解決了產(chǎn)品“碳足跡”具體計(jì)算方法，行業(yè)大多數(shù)采用全生命周期評(píng)價(jià)法計(jì)算產(chǎn)品的碳排放總量(也稱碳足跡CPF)。產(chǎn)品CFP在歐洲地區(qū)的能源、農(nóng)業(yè)、輕工、建材等行業(yè)有廣泛的應(yīng)用，成衣、日用品、印刷品中往往都標(biāo)識(shí)產(chǎn)品CFP。

裝備制造業(yè)的產(chǎn)品如空調(diào)器、汽車、電機(jī)等，其使用階段的碳排放在產(chǎn)品CFP中占比很大，遠(yuǎn)大于其他階段碳排放的總和，有研究[1]表明，空調(diào)產(chǎn)品在其使用階段碳排放最多（約占總排放的95.06 %）。碳排放總量（CFP）未考慮產(chǎn)品或企業(yè)對(duì)社會(huì)的有效貢獻(xiàn)，不能反映低碳技術(shù)水平的高低。僅憑碳排放總量（CFP）的大小來(lái)評(píng)價(jià)行業(yè)是否實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰顯然不合理，忽略了社會(huì)發(fā)展的需求。評(píng)價(jià)裝備制造業(yè)碳達(dá)峰應(yīng)同時(shí)考慮碳排放量及其功能貢獻(xiàn)，因此裝備制造業(yè)需要找尋新的碳達(dá)峰指標(biāo)。

碳效比，即碳排放總量與其功能貢獻(xiàn)總和之比，表征實(shí)現(xiàn)某一功能單位所排放的二氧化碳當(dāng)量，是合適的評(píng)價(jià)指標(biāo)。使用產(chǎn)品碳效比，既可比較同類型不同規(guī)格的產(chǎn)品之間的碳排放強(qiáng)度，也可以比較同功能但不同類型的產(chǎn)品之間的碳排放強(qiáng)度。碳效比越大，實(shí)現(xiàn)相同功能貢獻(xiàn)的碳排放量越大，低碳技術(shù)水平越低。所以行業(yè)碳達(dá)峰可以理解為產(chǎn)品碳效比達(dá)峰、企業(yè)碳效比達(dá)峰。

碳足跡僅適合于評(píng)價(jià)功效難以量化的產(chǎn)品，而碳效比更適合于評(píng)價(jià)功效可以量化的產(chǎn)品，尤其是在使用階段持續(xù)用能的產(chǎn)品。原因如下：第一、非用能產(chǎn)品，出廠時(shí)的碳排放量基本確定，后續(xù)使用中基本不增加排放量，而用能產(chǎn)品出廠時(shí)的碳排放量占比小，使用階段的碳排放占比大。第二、用能產(chǎn)品生命周期的碳足跡絕對(duì)值很大，因?yàn)槿芷谠u(píng)價(jià)法，把產(chǎn)品使用階段中的碳排放量納入計(jì)算，碳排放總量很大，使用壽命長(zhǎng)的產(chǎn)品制造商不愿意標(biāo)注，也不方便標(biāo)注。另外還容易誤導(dǎo)使用者，以為出廠時(shí)產(chǎn)品碳排放量已經(jīng)很大，在使用時(shí)更不會(huì)注意節(jié)能減排。第三、用能產(chǎn)品的碳足跡與使用壽命的取值長(zhǎng)短直接成正比，比如產(chǎn)品使用壽命按5年、8年計(jì)算出來(lái)的碳足跡差異極大，不能公平評(píng)價(jià)不同產(chǎn)品和品牌的節(jié)能減排技術(shù)高低。第四、碳足跡只反映排放，不反映功效貢獻(xiàn)，而用能產(chǎn)品的功效貢獻(xiàn)與排放量密切相關(guān)或成正比。

本文以空調(diào)行業(yè)為實(shí)踐對(duì)象，對(duì)產(chǎn)品的碳排放、碳效比進(jìn)行核算，比較其異同。

2 空調(diào)行業(yè)產(chǎn)品碳效比的核算

2.1 范圍

對(duì)空調(diào)行業(yè)的產(chǎn)品碳效比進(jìn)行核算前，需要明確核算的范圍，包括對(duì)象、功能單位、系統(tǒng)邊界、碳效比的定義等。

核算對(duì)象一般為單臺(tái)套的產(chǎn)品，例如一套空調(diào)器、一臺(tái)除濕機(jī)。核算對(duì)象的信息應(yīng)包含產(chǎn)品名稱、型號(hào)、品牌、制造商、電參數(shù)、能效，外觀，必要時(shí)，還需要產(chǎn)品能效相關(guān)的檢測(cè)報(bào)告。

產(chǎn)品的功能單位通常根據(jù)產(chǎn)品的主要功能來(lái)定，以實(shí)現(xiàn)一定量的功能貢獻(xiàn)來(lái)衡量。例如，空調(diào)器的主要功能就是從房間轉(zhuǎn)移熱量，所以空調(diào)器的功能單位可以理解為“從房間轉(zhuǎn)移1kwh的熱量”

系統(tǒng)邊界可以按照產(chǎn)品全生命周期進(jìn)行，包括以下階段：“原材料獲取階段”、“生產(chǎn)階段”、“運(yùn)輸階段”、“使用階段”、“回收階段”，但空調(diào)行業(yè)的產(chǎn)品使用壽命都比較長(zhǎng)，一般為10年、15年，“回收階段”的數(shù)據(jù)不確定性比較大，所以系統(tǒng)邊界可以舍去“回收階段”的數(shù)據(jù)，如圖1所示。

圖1 碳足跡系統(tǒng)邊界圖

產(chǎn)品碳效比是指核算系統(tǒng)邊界內(nèi)，產(chǎn)品碳排放總量與功能貢獻(xiàn)總和之比。房間空氣調(diào)節(jié)器的碳效比就是房間空氣調(diào)節(jié)器轉(zhuǎn)移單位能量所排放的二氧化碳當(dāng)量，單位：kgCO2e/kWh，空調(diào)行業(yè)典型產(chǎn)品碳效比及其定義見(jiàn)表1。

表1 空調(diào)行業(yè)典型產(chǎn)品碳達(dá)峰指標(biāo)及說(shuō)明

2.2 碳排放的核算

2.2.1 原材料獲取階段

該階段為產(chǎn)品原材料在提取和制造過(guò)程中消耗的資源、能源所產(chǎn)生的碳排放。以產(chǎn)品物料清單（BOM表）為依托進(jìn)行采集，采集每個(gè)產(chǎn)品零部件對(duì)應(yīng)的材質(zhì)、質(zhì)量、數(shù)量等。原材料獲取階段的碳排放計(jì)算公式如式（1）：

式中：

CFPmaterial— 原材料獲取階段的碳排放總量，單位為：kgCO2e；

CFPi，material— 第i類原材料在提取和制造過(guò)程中所產(chǎn)生的碳排放量，單位為：kgCO2e；

n — 產(chǎn)品所含原材料的種類數(shù)。

2.2.2 生產(chǎn)階段

該階段應(yīng)包括但不限于以下過(guò)程的信息：

—— 產(chǎn)品零部件生產(chǎn)過(guò)程的資源、能源消耗；

—— 產(chǎn)品組裝過(guò)程的資源、能源消耗；

—— 產(chǎn)品零部件或整機(jī)在車間、工廠內(nèi)運(yùn)輸流轉(zhuǎn)的資源、能源消耗；

—— 提供必要生產(chǎn)工藝流程圖。

生產(chǎn)階段的碳排放計(jì)算公式如式（2）：

式中：

CFPproduce— 生產(chǎn)階段的碳排放總量，單位為：kgCO2e；

FCi，produce— 生產(chǎn)階段的第i類能源消耗量（如柴油、天然氣），單位為：kg或m3；

CEFi，produce— 第i類能源的碳排放系數(shù)，單位為：kgCO2e/kg或kgCO2e/m3；

n — 生產(chǎn)階段所消耗能源的種類數(shù)；

PCproduce— 生產(chǎn)階段的耗電量，單位為：kWh；

PEF — 電力排放因子，單位為：kgCO2e/kWh。

2.2.3 運(yùn)輸階段

該階段為產(chǎn)品整機(jī)從工廠到各地分銷商間運(yùn)輸過(guò)程的資源、能源消耗。運(yùn)輸階段的碳排放計(jì)算公式如式（3）：

式中：

CFPtransport— 運(yùn)輸階段的碳排放總量，單位為：kgCO2e；

FCi，transport— 運(yùn)輸階段的第i類能源消耗量（如柴油、天然氣），單位為：kg或m3；

n — 運(yùn)輸階段所消耗能源（如柴油、天然氣）的種類數(shù)；

CEFi，transport— 第i類能源的碳排放系數(shù)，單位為：kgCO2e/kg或kgCO2e/m3；

PCtransport— 運(yùn)輸階段的耗電量，單位為：kWh；

PEF — 電力排放因子，單位為：kgCO2e/kWh。

2.2.4 使用階段

使用階段產(chǎn)品產(chǎn)生的碳排放來(lái)源于電能消耗。依據(jù)產(chǎn)品性能、能效相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試，計(jì)算產(chǎn)品的全年耗電量APC，再根據(jù)該產(chǎn)品的使用壽命，確定其使用階段的總耗電量PCuse。

使用階段的碳排放計(jì)算公式如式（4）:

式中：

CFPuse— 使用階段的碳排放總量，單位為：kgCO2e；

PCuse— 使用階段的耗電量，單位為：kWh；

PEF — 電力排放因子，單位為：kgCO2e/kWh。

2.2.5 碳排放總量

產(chǎn)品碳排放總量計(jì)算公式如式（5）：

式中：

Ki— 碳排放因子，來(lái)自行業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)；

Hi— 能源消耗量，來(lái)自測(cè)試結(jié)果及審定核查機(jī)構(gòu)核實(shí)；

n— 消耗能源（如原材料階段、生產(chǎn)階段、運(yùn)輸階段）的階段數(shù)。

2.3 功能貢獻(xiàn)核算

產(chǎn)品的功能貢獻(xiàn)總和TFC是指在評(píng)價(jià)系統(tǒng)邊界內(nèi)產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)功能單位的總量，例如空調(diào)器的功能貢獻(xiàn)總和在使用壽命期間轉(zhuǎn)移能量的總和。計(jì)算功能貢獻(xiàn)總和TFC時(shí)，使用壽命應(yīng)與計(jì)算產(chǎn)品碳排放總量CFP時(shí)一致。

2.4 碳效比核算

2.4.1 產(chǎn)品碳效比核算

產(chǎn)品碳效比計(jì)算公式如式（6）:

式中：

CER— 碳效比，實(shí)現(xiàn)某一功能單位所排放的二氧化碳當(dāng)量；

CPF— 碳排放總量；

TFC— 功能貢獻(xiàn)總和。

2.4.2 碳效比核算案例

選取2套不同規(guī)格型號(hào)的空調(diào)器作為碳效比核算對(duì)象，空調(diào)器的信息如表2所示。

表2 房間空氣調(diào)節(jié)器信息參數(shù)

空調(diào)器的主要功能是從房間空氣中轉(zhuǎn)移熱量，功能貢獻(xiàn)以轉(zhuǎn)移熱量的多少來(lái)衡量，單位為kWh?？照{(diào)器的碳效比為統(tǒng)計(jì)周期內(nèi)空調(diào)器碳排放總量與功能貢獻(xiàn)總和之比，單位kgCO2e/kWh，其中空調(diào)器使用壽命按10年計(jì)算。

對(duì)2套空調(diào)器進(jìn)行碳排放、碳效比核算，核算結(jié)果如表3所示。

表3 房間空氣調(diào)節(jié)器碳效比核算結(jié)果

由產(chǎn)品參數(shù)可知，落地式空調(diào)器的制冷能力是掛壁式空調(diào)器的2.77倍，落地式空調(diào)器的用材（重量）是掛壁式空調(diào)器的2.57倍，落地式空調(diào)器的APF是掛壁式空調(diào)器的0.913倍。

從碳排放量CFP的角度來(lái)分析，從搖籃到出廠，落地式空調(diào)器的碳排放量是掛壁式空調(diào)器的1.54倍，從搖籃到報(bào)廢，落地式空調(diào)器的碳排放量是掛壁式空調(diào)器的2.94倍。

從碳效比CER的角度來(lái)分析，從搖籃到報(bào)廢，落地式空調(diào)器的功能貢獻(xiàn)總和是掛壁式空調(diào)器的2.77倍，落地式空調(diào)器的碳效比是掛壁式空調(diào)器的1.06倍，兩者的碳效比相當(dāng)。

根據(jù)核算數(shù)據(jù)，結(jié)合空調(diào)器實(shí)際使用場(chǎng)景可以推演碳排放，假設(shè)有一個(gè)熱負(fù)荷為7 200 W的房間需要購(gòu)置空調(diào)器，方案一是購(gòu)買1臺(tái)制冷量7 200 W的落地式空調(diào)器，方案二是購(gòu)買3臺(tái)制冷量2 400 W的掛壁式空調(diào)器。方案二初次投入的碳排放量比方案一高，但隨著使用時(shí)間延長(zhǎng)，空調(diào)器用能的排放占比逐漸增加，最終空調(diào)器使用壽命結(jié)束時(shí)，方案二碳排放總量比方案一低，兩個(gè)方案的功能貢獻(xiàn)相同，但碳排放總量與產(chǎn)品碳效比成反比。

3 結(jié)束語(yǔ)

我國(guó)裝備制造業(yè)實(shí)現(xiàn)碳中和之路任重道遠(yuǎn)，但實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰卻迫在眉睫。根據(jù)國(guó)際碳排放計(jì)算和管制的相關(guān)研究經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合我國(guó)裝備制造業(yè)的實(shí)際情況與特點(diǎn)，本文提出裝備制造業(yè)碳達(dá)峰的關(guān)鍵指標(biāo)“產(chǎn)品碳效比”與“企業(yè)碳效比”，并以空調(diào)行業(yè)實(shí)踐案例，對(duì)產(chǎn)品碳效比進(jìn)行核算，為行業(yè)碳達(dá)峰理論探索和技術(shù)路徑研究提供數(shù)據(jù)驗(yàn)證實(shí)例。