一种重点工业企业碳排放核算与碳流追踪方法

技术领域

本发明属于碳排放核算技术领域，具体涉及一种重点工业企业碳排放核算与碳流追踪方法。

背景技术

工业企业是推进工业领域绿色低碳发展的重要微观主体。

现有技术中，碳排放核算作为一种评估企业或国家温室气体排放的方法，具有以下缺点：

1.精度有限：由于数据来源和计算方法等因素的限制，碳排放核算的精度相对较低，可能存在一定的误差和不确定性。

2.系统性不足：碳排放核算只能反映企业或国家的总体排放情况，对于不同部门和领域的具体排放情况难以进行深入分析。

3.监测难度较大：企业或国家需要定期监测温室气体的排放情况，而监测难度较大，可能存在一定的漏报和误报情况。

4.缺乏约束力：碳排放核算只是一种评估方法，缺乏强制性和约束力，可能存在企业或国家“弄虚作假”的情况。

而国内外对工业企业的碳排放核算精度相对较低，数据可得性差，难以大范围推广应用的主要原因如下：

1.多种排放源和排放途径：比如工业企业的生产过程涉及多个环节和工序，存在着多种不同的排放源和排放途径，如高炉、转炉、烧结等，这些排放源的数量庞大、复杂性高，会对排放核算带来困难。

2.排放因素复杂多样：工业企业的排放因素非常复杂，包括燃料类型、燃烧方式、生产工艺、原材料品种和质量等，这些因素的不同组合会导致排放的差异，增加了排放核算的难度。

3.数据缺乏和质量问题：工业企业的排放核算需要收集和整理大量数据，包括原材料的化学成分、能源消耗、设备参数等信息，而这些数据存在着缺乏和质量问题，会对排放核算的准确性产生影响。

4.监测和测量技术限制：工业企业的一些排放源难以实现连续在线监测，需要通过现场抽样等方式进行测量，这些方法的局限性和误差会影响排放核算的精度。

现有技术中的碳流追踪则是指跟踪特定碳排放源或特定碳物质的流向，以确定其碳排放量。这种方法需要在时间和空间上对碳物质的流动进行追踪和记录，通常用于评估个体企业或产品的碳排放量。碳流追踪通常是定性的、细致的，可以为企业制定碳排放减排计划提供指导意见。

碳流追踪是通过追踪物质和能源的流动路径，计算出不同环节的温室气体排放量。相较于碳排放核算，其主要优点包括：

1.精度高：通过对物质和能量流动路径的全面追踪，可以提高碳排放计算的精度，特别是对于大型复杂的生产系统，碳流追踪的精度更高。

2.可追溯性强：通过追踪物质和能源的流动路径，可以准确地确定温室气体的排放来源，使得排放数据的可追溯性更高。

3.意义更为深远：通过对物质和能量流动路径的追踪，可以更好地掌握整个产业链条的碳排放情况，为制定更为科学的碳减排政策提供支持。

但其缺陷也很明显，具体如下：

1.数据获取难度大：碳流追踪需要追踪物质和能源的流动路径，需要获取到每一个流动路径的数据，数据获取难度相对较大。

2.追踪过程中可能会遗漏：由于碳流追踪需要对所有物质和能源的流动路径进行追踪，可能会存在遗漏的情况，从而影响计算结果的准确性。

3.计算复杂度高：相对于碳排放核算，碳流追踪需要对更多的数据进行处理和计算，计算复杂度相对较高，对于计算能力较弱的系统，可能存在一定的压力。

碳排放核算方法和碳流追踪方法各有特色，将其结合可以弥补各自方法存在的不足，提高碳排放核算精度和可信度。对电力、钢铁、有色、建材、石化、化工、建筑等重点工业行业和重点行业产品的原材料、半成品和成品的碳排放进行有效的核算也成了目前亟需拓展的研究方向，也是助力发展低碳能源产业的研究龙头。且当前国内碳排放核算体系数据更新偏慢、核算口径不一、基础排放因子滞后等一系列问题也开始凸显。排放因子是碳排放统计核算的重要参数。每个行业的核算边界与核算方法存在差异，难以从整体对重点工业企业的碳排放做出合理的计算。此外，在工业生产过程中，产品会消耗其他区域或其他部门的中间产品和服务等从而带来了隐含碳排放，这部分碳排放往往难以进行有效的核算和精确的追踪。

为此，亟须提出对一定区域内重点工业企业碳排放核算原则、核算边界以及具体核算的方法。

发明内容

本发明提出了一种重点工业企业碳排放核算与碳流追踪方法。不仅可以实现对区域内所含重点工业企业的碳排放核算，还能对重点工业产品的原材料、半成品和成品的碳排放进行有效的核算，可解决了隐含碳排放跨区域流动核算和追踪难题。

为了解决以上问题，本发明技术方案为：

一种重点工业企业碳排放核算与碳流追踪方法，该方法为以下步骤：

S1、确定核算边界和排放源；

以工业的碳排放量为基准，核算主体为某区域内重点工业企业；

核算边界为工业企业的直接碳排放和间接碳排放，如表3所示，反映工业产品生产全过程的碳排放，实现碳流追踪；

对于工业碳排放是以其生产系统的温室气体排放为核算边界；按照不同行业生产产品的生产全周期，分别核算不同生产阶段的碳排放，最后求得总排放的原则；

表3对工业企业排放范围的定义

S2、统计重点工业企业能源消耗量；

在核算和报告期内，统计工业企业能源消耗量；

主要包括化石燃料的消耗量、工业生产过程(包括生产原料的使用量、产品的生产量)、购入和流出的电量、热力使用量、生产过程产出的废弃物(包括工业污水排放量、固体废弃物质量)。

S3、计算化石燃料燃烧碳排放量；

(1)统计核算区域内化石能源消耗数量，并将其换算成热量计量单位：

热量＝能源消耗量×换算系数；

(2)计算含碳量：

燃烧燃料含碳量＝热量×化石燃料碳排放因子；

(3)计算重点工业碳排放量：

实际碳排放量＝含碳量×氧化率；

S4、计算工业生产过程碳排放量E

计算工业生产过程碳排放量的流程如下：

(1)确定计算范围：需要明确计算的是一个企业、一个产品或者一个过程，以此来确定计算的范围和所需数据；

(2)数据收集：需要收集和整理相关数据，包括能源消耗量、化学品使用量、原材料消耗量等等；

(3)确定排放因子：根据不同排放源和行业，选择合适的排放因子用于计算二氧化碳排放量，排放因子是指单位活动或消耗的物质所产生的二氧化碳排放量；

(4)计算二氧化碳排放量：根据收集到的数据和排放因子，计算二氧化碳排放量；

(5)数据分析和结果呈现：对计算结果进行分析，可以对不同过程和行业的排放量进行对比，以便制定有效的碳减排措施；

S5、计算核算区域内购入电力产生的碳排放E

式中：

EF

S6、计算核算区域内热力使用产生的碳排放E

式中：

EF

S7、逆流潮流追踪计算核算区域内工业污水处理产生的碳排放量E

E

式中：

AD

COD

B

MCF

S8、计算核算区域固体废弃物焚烧产生的碳排放量E

E

式中：

AD

η为固体废弃物焚烧处理率；

EF

式中：

E

A为工业企业所在地固体废弃物焚烧总量，kg；

CF

OF

I为焚烧处理的废弃物的各类组成成分；

S9、重点工业企业完全碳排放系数核算；

计算重点工业企业总的碳排放量需要考虑以下的碳排放源头：

1.直接排放：主要包括燃料燃烧、化学过程、固体废弃物处理等直接排放活动所产生的CO2等温室气体的排放量；

2.间接排放：主要包括电力消费所导致的间接排放，如电力生产过程中产生的温室气体排放等；

3.能源消耗：重点工业企业需要考虑其能源消耗情况，包括能源类型、消耗量等，不同类型的能源消耗会产生不同量的温室气体排放；

4.生产过程中使用的化学品：生产过程中使用的一些化学品也会产生温室气体的排放，例如氟氯碳化物等；

5.产品的使用、废弃处理等环节：重点工业企业需要考虑其产品的使用过程中所导致的温室气体排放，以及产品废弃处理过程中所产生的温室气体排放；

综上所述，计算重点工业企业总的碳排放量需要考虑直接排放、间接排放，能源消耗是其中最为重要的方面；

以下公式为多种碳排放具象化表达：

E

式中：

k为核算区域内第k个重点工业企业；E

同时利用列昂惕夫逆矩阵(I-A)

本发明利用K＝(k

式中：

x

e

直接排放强度矩阵可以通过以下公式计算得到：

D＝K(I-A)

式中：

D＝(d

总体而言通过以上公式对历史碳排放数据进行汇总计算得到总体碳排放量；再基于列昂惕夫逆矩阵计算得到直接排放系数矩阵和完全排放强度矩阵，由此实现对单独生产单位的碳排放溯源和碳排放定量计算；并且利用溯源得到的碳排放各项系数矩阵建立直接碳排放系数和完全碳排放系数数据库，为日后分析碳排放规律和减排工作提供数据支持；

S10、利用DEA方法开展各地区碳排放流动分析；

假设有n个决策单元，每个决策单元都有m种投入和s种产出，这样就形成了多指标投入与产出的评价体系；每一个决策单元(DMU)都有一个效率评价指数，效率评价指标公式为：

x

Y

效率指标h

DEA有效是指在多投入和多产出情况下，相对于其他评价单元，其效率评价指标取得最优值，取得最佳经济效率；

关注某地具体产业，利用以下公式进行细化：

C

式中：

K

F

C

在C

相应的，j区域碳排放中受r区域最终需求拉动的部分，即随区域间交易从r区域流动到s区域的碳排放量；

相应地，s区域的碳排放受到r区域最终需求的拉动流入至其他区域；即随区域间交易从r区域流动到s区域的碳排放量；

由此可得，在区域间贸易中由J区域流入r区域的碳排放量可由以下公式计算：

T

当T

反之，当T

当T

当T

进一步的，S2中统计工业企业能源消耗量具体分为：

主要包括化石燃料的消耗量(包括煤、石油、天然气)、工业生产过程(包括生产原料的使用量、产品的生产量)、购入和流出的电量、热力使用量、生产过程产出的废弃物(包括工业污水排放量、固体废弃物质量)；

工业企业的碳排放核算主要分为化石燃料燃烧排放、能源作为原材料的排放、生产过程排放、购入电力和热力所产生的排放、以及输出电力热力产生的排放。

进一步的，S3中换算系数表如表1所示：

表1能量转换系数表(TJ/Gg·Mm

。

进一步的，S3中IPCC化石燃料排放系数及碳氧化因子表如表2所示：

表2 IPCC化石燃料排放系数及碳氧化因子表

E

式中：

EF

FC

α

β

式中：

E为第i种化石燃料碳排放量；EF

进一步的，S4中工业园碳流核算方式公式如下：

E＝E

式中：

E为工业园区温室气体排放总量，单位为吨CO

E

E

E

E

进一步的，S4中工业产品生碳排放量公式如下：

式中：

AD

CF为原料j的含碳量；

P

CF

Q

CF

本发明的有益效果如下：

(1)本发明方法通过确定核算边界和排放源，通过统计重点工业企业能源消耗量与生产中原料与产品，将显性的碳排放区分为化石燃料燃烧碳排放量、工业生产过程碳排放量、区域内购入电力产生的碳排放。显性的碳排放的性质包括：1.直接排放：是指由燃料的能量消耗过程中直接产生的二氧化碳排放。2.易于计算：显性的碳排放是比较容易测量和计算的，因为其来源是明确的。3.不易受到不确定性影响：显性的碳排放的计算基于已知的能源消耗量和排放因子，不像隐性的排放会受到许多不确定因素的影响。

显性的碳排放是指由能源消耗和工业生产等直接排放到大气中的二氧化碳排放。其计算公式通常是根据能源消耗量和产生的二氧化碳排放因子来计算，具体公式为：

其中，CO

隐性碳排放指的是在产品或服务的生产和消费过程中所产生的不可避免的碳排放，如原材料采购、物流运输、产品使用和废弃处理等过程中所产生的碳排放。与显性碳排放相比，隐性碳排放的量往往更难以测量和估算。

将隐性的碳排放区分为区域内工业污水处理产生的碳排放量；区域固体废弃物焚烧产生的碳排放量，将以上显性与隐性的碳排放合计得出重点工业企业总的碳排放量。

隐性碳排放的计算通常会考虑以下几个方面：

1.生产过程能耗法：根据产业生产的每个环节的能耗数据，计算在生产过程中所消耗的隐性碳排放。

2.基于产业链的方法：考虑产业链上所有企业的能源消耗和物流运输等隐性碳排放，通过建立产业链模型进行计算。

3.输入输出模型法：通过对经济活动进行输入输出分析，计算能源消耗、排放物排放等隐性碳排放量。

4.径流分析法：通过分析生产过程中能源的消耗、物流的运输等因素，计算隐性碳排放。

隐性碳排放的计算较为复杂，在实际应用中也可以结合多种方法进行综合分析，并进行充分的数据验证和模型优化。

综上可见：

(1)显性碳排放计算与隐形碳排放计算将两者优势综合考虑，既保证了显性碳排放计算方式的确定性，又可在全局综合对碳排放和碳流动方向考量。达到在计算上更加简便同时又可不忽略任何一条碳流动踪迹的研究效果。

(2)目前已有的对碳流的研究成果更多地偏向于对显性碳流踪迹的研究，而对隐性碳流追踪技术的研究相对较少。本发明引入了重点工业企业的隐性碳排放指标，并对其进行了算式定义，利用DEA方法和运用碳排放弹性系数评价。

(3)本发明的主要创新点在于将一定区域内石化、化工、建材、钢铁、有色、等重点工业行业的企业以及其产品生产做为整体进行碳排放核算，同时解决了隐含碳排放无法追踪的问题。本发明对重点工业行业的碳排放核算的定义为：工业生产过程中通过燃烧化石能源向环境排放二氧化碳的直接碳排放；包括生产产品时消耗其他地区和部门或服务造成的隐含碳排放以及产品出售和消费服务导致的碳排放工业产品的间接碳排放；反应了产品生产全周期的完全碳排放。

附图说明

图1为一种重点工业企业碳排放核算与碳流追踪方法中碳排放核算与碳流追踪边界设定示意图。

图2为基于DEA的碳足迹数据路径构建流程图

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。

实施例1

一种重点工业企业碳排放核算与碳流追踪方法，该方法包括以下步骤：

S1、确定核算边界和排放源。

本实施例以工业的碳排放量为基准。核算主体为重点工业企业。

核算边界为工业企业的直接碳排放和间接碳排放，如表3所示，反映工业产品生产全过程的碳排放，实现碳流追踪；

表3对工业企业排放范围的定义

由于工业企业产生的温室气体主要是CO

S2、统计重点工业企业能源消耗量。

在核算和报告期内，统计工业企业能源消耗量。

主要分为化石燃料燃烧排放、能源作为原材料的排放、生产过程排放、购入电力和热力所产生的排放、以及输出电力热力产生的排放。

S3、计算化石燃料燃烧碳排放量。

(1)统计核算区域内化石能源消耗数量，并将其换算成热量计量单位：

热量＝能源消耗量×换算系数；

换算系数表如表1所示。

表1能量转换系数表(TJ/Gg·Mm

(2)计算含碳量：

燃烧燃料含碳量＝热量×化石燃料碳排放因子。

(3)计算重点工业碳排放量：

实际碳排放量＝含碳量×氧化率；

IPCC化石燃料排放系数及碳氧化因子表如表2所示。

表2 IPCC化石燃料排放系数及碳氧化因子表

E

式中：

EF

FC

α

β

式中，E为第i种化石燃料碳排放量；EF

S4、计算工业生产过程碳排放量E

计算工业生产过程碳排放量的流程一般如下：

1.确定计算范围：需要明确计算的是一个企业、一个产品或者一个过程，以此来确定计算的范围和所需数据。

2.数据收集：需要收集和整理相关数据，包括能源消耗量、化学品使用量、原材料消耗量等等。

3.确定排放因子：根据不同排放源和行业，选择合适的排放因子用于计算二氧化碳排放量。排放因子是指单位活动或消耗的物质所产生的二氧化碳排放量。

4.计算二氧化碳排放量：根据收集到的数据和排放因子，计算二氧化碳排放量。

5.数据分析和结果呈现：对计算结果进行分析，可以对不同过程和行业的排放量进行对比，以便制定有效的碳减排措施。

工业园碳流核算方式公式如下：

E＝E

式中：

E为工业园区温室气体排放总量，单位为吨CO

E

E

E

需要注意的是，计算过程中需要考虑不同排放源和行业的特点，以及相关政策和标准的要求。同时，数据收集和排放因子的选择也需要准确和合理，以保证计算结果的可靠性和准确性。

工业产品生碳排放量公式如下：

式中：

AD

CF为原料j的含碳量；

P

CF

Q

CF

S5、计算核算区域内购入电力产生的碳排放E

式中：

EF

S6、计算核算区域内热力使用产生的碳排放E

式中：

EF

S7、逆流潮流追踪计算核算区域内工业污水处理产生的碳排放量E

E

式中：

AD

COD

B

MCF

S8、计算核算区域固体废弃物焚烧产生的碳排放量E

E

式中：

AD

η为固体废弃物焚烧处理率；

EF

式中：

E

A为工业企业所在地固体废弃物焚烧总量，kg；

CF

OF

I为焚烧处理的废弃物的各类组成成分。

S9、重点工业企业完全碳排放系数核算。

计算重点工业企业总的碳排放量需要考虑多个方面的碳排放源头：

1.直接排放：主要包括燃料燃烧、化学过程、固体废弃物处理等直接排放活动所产生的CO2等温室气体的排放量。

2.间接排放：主要包括电力消费所导致的间接排放，如电力生产过程中产生的温室气体排放等。

3.能源消耗：重点工业企业需要考虑其能源消耗情况，包括能源类型、消耗量等。不同类型的能源消耗会产生不同量的温室气体排放。

4.生产过程中使用的化学品：生产过程中使用的一些化学品也会产生温室气体的排放，例如氟氯碳化物等。

5.产品的使用、废弃处理等环节：重点工业企业需要考虑其产品的使用过程中所导致的温室气体排放，以及产品废弃处理过程中所产生的温室气体排放。

综上所述，计算重点工业企业总的碳排放量需要考虑多个方面，其中直接排放、间接排放和能源消耗是其中最为重要的方面。以下公式为多种碳排放具象化表达：

E

式中：

k为核算区域内第k个重点工业企业；E

同时利用列昂惕夫逆矩阵(I-A)

式中：

x

e

直接排放强度矩阵可以通过以下公式计算得到：

D＝K(I-A)

式中：

D＝(d

总体而言通过以上公式对历史碳排放数据进行汇总计算得到总体碳排放量；再基于列昂惕夫逆矩阵计算得到直接排放系数矩阵和完全排放强度矩阵，由此实现对单独生产单位的碳排放溯源和碳排放定量计算。并且利用溯源得到的碳排放各项系数矩阵建立直接碳排放系数和完全碳排放系数数据库，为日后分析碳排放规律和减排工作提供数据支持。

S10、利用DEA方法开展各地区碳排放流动分析

假设有n个决策单元，每个决策单元都有m种投入和s种产出，这样就形成了多指标投入与产出的评价体系。每一个决策单元(DMU)都有一个效率评价指数，效率评价指标公式为：

x

我国各地区的碳排放水平差异较大，且这种差异程度与经济发展程度有较大关系。各省当地产业结构造就不同的直接碳排放系数和直接碳排放强度。如第三产业与第一产业相对直接碳排放系数较低，但第一产业直接碳排放强度更低；第二产业为主的省份则在直接碳排放强度和直接碳排放系数两个指标均较高。

关注当地某具体产业，利用下公式可以进行细化：

C

式中：

K

F

C

在C

相应地，s区域的碳排放受到r区域最终需求的拉动流入至其他区域；即随区域间交易从r区域流动到s区域的碳排放量为由此可得，在区域间贸易中由J区域流入r区域的碳排放量可由以下公式计算：

T

当T

S11、结果应用：

对重点工业企业实现碳排放核算与碳流追踪，配合前述步骤中的结果，提高了碳流计算的准确性与全面性，有效解决了隐含碳排放难以准确计量的问题，具有一定的实用价值与参考意义。