CN106651722A - 一种工业碳排放监控***及核算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种工业碳排放监控***及核算方法，所述***包括碳排放数据采集模块、碳排放核算模块、数据存储模块、移动监控与查询模块、统计分析模块以及服务器。所述方法包括基础用能数据采集步骤、基于投入产出法的碳排放核算步骤、移动监控和/或查询步骤和统计分析步骤。本发明可以高效快速采集核算工业企业碳排放量，实时反映企业碳排放情况，通过投入产出法计算的碳排放数据将能源和非能源成分***涵盖在内，能够真实反映企业能耗、碳排放情况，及时诊断和分析数据。
Description
技术领域
本发明涉及一种工业碳排放监控***及核算方法。
背景技术
碳排放是关于温室气体排放的一个总称，是指煤炭、天然气、石油等化石能源燃烧活动和工业生产过程以及土地利用、土地利用变化与林业活动产生的温室气体排放，以及因使用外购的电力和热力等所导致的温室气体排放。“十三五”控制温室气体排放工作方案中提出，到2020年，单位国内生产总值二氧化碳排放比2015年下降18％，碳排放总量得到有效控制。这对我国节能减排工作提出了更高更紧迫的要求。
与此同时，碳交易是为减少全球二氧化碳排放而设计的市场机制。1997年12月通过的《公约》第一个附加协议《京都议定书》，将市场机制作为解决二氧化碳为代表的温室气体减排问题的新路径，从而形成了二氧化碳排放权的交易，简称碳交易。目前，政府大力推行市场化碳排放交易。中国自2013年起，全国碳排放权交易市场启动运行。在北京、上海、天津、重庆、湖北、广东和深圳等七省市开展碳交易试点。这对于工业企业的节能减排工作提出了更高的要求。例如，大型发电集团单位供电二氧化碳排放控制在550g CO2/kW·h。工业企业也越来越重视碳排放管理工作，然而众多工业企业在政策驱使下盲目开展碳排放管理工作，对碳排放的管理工作未能起到良好的效果。
现有的工业企业碳排放核算报告的编制模式一般是将现有的排放数据收集汇总，然后进行碳排放核算，最终得到碳排放量，进行碳排放报告。第三方审查机构在需要的时候进行现场实地调研，收集数据，撰写报告。对于工业企业内部各个环节的能源和非能源投入的核算也缺乏***的计算方法和认识。目前的碳排放核算过程存在时间周期长，效率低，收集数据困难的缺点。
投入产出法——也称投入产出分析，是利用数学和计算机研究经济活动中各产业(行业)之间、各企业之间、企业内部各工序之间或各产品之间投入量与产出量平衡关系的一门科学(一种方法)。1936年，由美国Leontief(里昂杰夫)提出，最初称投入产出法，后称投入产出分析、投入产出经济学等。二战时，投入产出法得到重视。1941年，美国总统罗斯福决定生产5万架战斗机。当时军工部在计划这项任务时，只考虑到生产飞机需要铝，生产铝需要用电，没想到输送电需要铜线。结果，当5万架飞机投产时，铜线用光了，美国政府只好动用白银，制作输配电的导线。这件事使美国如梦方醒。于是，投入产出分析工作得到了前所未有的重视。我国在60年代初的一段时间里，曾对投入产出法进行过研究。最近几年，这项工作又重新得到各方面的重视。一些单位已经或正在编制国家、地区、企业的投入产出表，同时进行初步的投入分析工作。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明基于投入产出法，提供一种工业碳排放监控***及核算方法，所述监控***及核算方法可以整体监控及核算工业生产各个环节能源部分碳排放量和非能源部分间接碳排放量，通过移动终端实时反映企业的碳排放情况，具有结果准确性高，效率高，速度快的优点。本发明采用的技术方案为：
一种工业碳排放监控***，包括碳排放数据采集模块、碳排放核算模块、数据存储模块、移动监控与查询模块、统计分析模块以及服务器；
所述数据采集模块用于对工业部门的基础用能数据进行采集、查询及实时监测；
所述碳排放核算模块采用投入产出法对工业部门的基础用能数据进行汇总，并对碳排放情况进行实时核算；
所述数据存储模块用于将所述碳排放核算模块核算得到的工业部门碳排放数据进行实时存储；
所述移动监控与查询模块用于调用所述数据存储模块的信息以查看碳排放的历史数据，和用于连接所述数据采集模块实时监控企业部门当前的碳排放情况；
所述统计分析模块外设工作站，用于对碳排放的历史数据进行分析汇总，并对工业部门生产过程的能耗进行分析；
所述服务器为所述数据核算与数据存储模块的服务终端，用于实现服务器内计算资源的调用。
一种工业碳排放核算方法，是采用上述***，包括以下步骤：
基础用能数据采集步骤，包括确定企业部门数量、企业的自产产品和外购产品质量、企业自产产品的最终质量Y和获得自产产品最终质量所需消耗的外购产品质量V数据，以及确定基础用能数据的碳排放折算系数，将数据导入数据采集模块；
碳排放核算步骤，通过基于投入产出法的碳排放核算模块对企业各个部门的碳排放量进行核算，包括：
(1)获得企业自产产品对自产产品的直接消耗系数矩阵A以及自产产品对外购产品的直接消耗系数矩阵D；
(2)核算企业外购产品的总碳排放值Q；
(3)获得企业自产产品对自产产品的完全消耗系数矩阵BA以及自产产品对外购产品的完全消耗系数矩阵BD；
(4)核算总产品产量的列向量X以及外购产品数量的列向量U；
(5)核算自产产品碳排放量E；
(6)将步骤(1)～(5)的数据以动态投入产出表的格式输出至服务器和数据存贮模块；
移动监控和/或查询步骤，将移动监控与查询模块连接数据采集模块来实时监控企业部门当前的碳排放情况，和/或调用数据存储模块的动态投入产出表来查看碳排放的历史数据；
统计分析步骤，对碳排放数据进行统计、分析，以及对企业主要项目、主要工序、主要产品的碳排放超标预警和数据对比。
本发明的有益效果为：本发明可以高效快速采集核算工业企业碳排放量，实时反映企业碳排放情况，通过投入产出法计算的碳排放数据将能源和非能源成分***涵盖在内，能够真实反映企业能耗、碳排放情况，及时诊断和分析数据，进而对工序内和工序间存在碳排放严重的部分进行重点关注，为节能降耗工作的开展提供精准目标，对工业方案的制定更具指导意义。比如产品A的生产过程中，汽油的碳排放数据最高，而天然气的碳排放指标低于汽油，那么天然气可作为汽油的潜在替代能源，技术人员在可操作的条件下通过节能技术改造，改变A的生产过程中的能源消耗结构，从而达到节能降耗的目的。
附图说明
图1为本发明的工业碳排放监控***硬件配置图。
图2为本发明实施例中企业自产产品对自产产品及自产产品对外购产品的直接消耗系数关系图。
图3为本发明实施例中企业自产产品对自产产品及自产产品对外购产品的完全消耗系数关系图，假定自产产品为三种：1、2、3。
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施例对本发明做进一步详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
本发明提供一种工业碳排放监控***，所述***硬件配置图如图1所示，包括碳排放数据采集模块、碳排放核算模块、数据存储模块、移动监控与查询模块、统计分析模块以及服务器；所述碳排放数据采集模块依次连接所述碳排放核算模块和所述数据存储模块，所述碳排放核算模块和所述数据存储模块分别连接所述服务器，所述数据存储模块还连接所述移动监控与查询模块和所述统计分析模块；所述碳排放数据采集模块的配置数量根据工业部门数量设定。
所述数据采集模块用于对工业部门的基础用能数据进行采集、查询及实时监测。
所述碳排放核算模块采用投入产出法对工业部门的基础用能数据进行汇总，并对碳排放情况进行实时核算。
所述数据存储模块用于将所述碳排放核算模块核算得到的工业部门碳排放数据进行实时存储。
所述移动监控与查询模块用于调用所述数据存储模块的信息以查看碳排放的历史数据，和用于连接所述数据采集模块实时监控企业部门当前的碳排放情况。
所述统计分析模块外设工作站，用于对碳排放的历史数据进行分析汇总，并对工业部门生产过程的能耗进行分析。
所述服务器为所述数据核算与数据存储模块的服务终端，用于实现服务器内计算资源的调用。
一种工业碳排放核算方法，包括以下步骤：
第一步，基础用能数据(包括自来水、电能、天然气、液化石油、汽油)采集步骤，包括确定企业部门数量、企业的自产产品和外购产品质量、企业自产产品的最终质量Y和获得自产产品最终质量所需消耗的外购产品质量V数据，以及确定基础用能数据的碳排放折算系数，将数据导入数据采集模块；
每个企业都由若干个生产工序组成，每个工序都生产一定数量的产品，也都消耗一定数量的能源和非能源产品。这些产品按用途和去向不同可分为以下几类：
①自产产品——企业自己生产的产品；
②外购产品——企业从其它部门购入的产品；
③中间产品——企业生产过程中消耗的自产产品；
④最终产品——企业生产进入市场的商品；
⑤总产品——企业生产的产品总量；
就某一产品而言，总产品＝中间产品+最终产品；
第二步，碳排放核算步骤，通过基于投入产出法的碳排放核算模块对企业各个部门的碳排放量进行核算，包括：
(1)获得企业自产产品对自产产品的直接消耗系数矩阵A以及自产产品对外购产品的直接消耗系数矩阵D；
假定某企业有3个生产车间，每个车间生产1种产品，产品的编号为1，2，3；各车间既消耗外购的能源产品，也消耗外购的非能源产品。假定外购产品数量为2，这些产品的编号为1’，2’，各车间还消耗本车间和其它车间生产的产品；
1)自产产品对自产产品的直接消耗系数aij；
aij——第j车间生产单位产品对第i车间产品的消耗量(或生产单位产品j的数量)即，aij＝xij/xj(i，j＝1，2，3)；
式中，xj——第j种产品的产品产量；xij——为了生产产品xj所消耗第i种产品的总量。将所有的aij合在一起，并用矩阵表示，则有：
2)自产产品对外购产品的直接消耗系数di‘j；
di‘j＝ui‘j/xj(i’＝1’，2’；j＝1，2，3)[2]；
式中，ui‘j——生产产品j所消耗外购产品i′的总量，di‘j——生产单位产品j对外购产品i‘的消耗量；
将所有的di‘j组合在一起，并用矩阵D2×3表示，则有：
图2提供了企业自产产品对自产产品及自产产品对外购产品的直接消耗系数关系图；
(2)核算企业外购产品的总碳排放值Q；
公式[4]中q为每个外购产品的碳排放值；
当外购产品为碳质能源产品时：q＝M外×C％×44/12，其中M外为外购产品质量，kg；C为能源产品的含碳量，％；
当外购产品为m为非碳质能源产品时：q＝M外×r，其中r为非碳质能源基础用能数据碳排放量折算系数；
(3)获得企业自产产品对自产产品的完全消耗系数矩阵BA以及自产产品对外购产品的完全消耗系数矩阵BD；
假定自产产品1、2、3对自产产品1的完全消耗系数分别为b11、b12、b13，因此产品1对产品1的各次间接消耗之和为：b11a11+b12a21+b13a31[5]，其中b11a11：通过产品1对产品1的各次间接消耗；b12a21：通过产品2对产品1的各次间接消耗；b13a31：通过产品3对产品1的各次间接消耗；
产品1对产品1的完全消耗系数b11为：b11＝a11+b11a11+b12a21+b13a31[6]；
同理得，产品1对产品2的完全消耗系数b21为：b21＝a21+b21a11+b22a21+b23a31[7]；
产品1对产品3的完全消耗系数b31为：b31＝a31+b31a11+b32a21+b33a31[8]；
即：
即：B＝A+BA[10]，其中A——自产产品对自产产品的直接消耗系数矩阵；B——自产产品对自产产品的完全消耗系数矩阵；I——单位矩阵；
整理后得到：B(I-A)＝A＝I-(I-A) [11]；
BA＝(I-A)-1-I [12]；
即：BD＝D+BDA[14]，其中D——自产产品对外购产品的直接消耗系数矩阵；
整理后得到：BD(I-A)＝D [15]；
BD＝D(I-A)-1 [16]；
由公式[12]和[16]计算得到完全消耗系数BA，BD；
图3提供了企业自产产品对自产产品及自产产品对外购产品的完全消耗系数关系图；
(4)核算总产品产量的列向量X以及外购产品数量的列向量U；
U＝DX+V [17]；
公式[17]中X为总产品产量的列向量，V为向外转借的能源或非能源产品数量的列向量，由企业规划部门给出；
X的计算公式为：X＝(I-A)-1Y [19]；
Y为最终产品产量的列向量，由企业规划部门给出；
(5)核算自产产品碳排放量E；
E＝ATE+DTQ [23]；
E＝[D(I-A)-1]TQ [24]；
E＝BD TQ [25]；
(6)将步骤(1)～(5)的数据以动态投入产出表(如表1所示)的格式输出至服务器和数据存贮模块；
表1基于投入产出法的工业企业碳排放量计算表
第三步，移动监控和/或查询步骤，将移动监控与查询模块连接数据采集模块来实时监控企业部门当前的碳排放情况，和/或调用数据存储模块的动态投入产出表来查看碳排放的历史数据；
第四步，统计分析步骤，对碳排放数据进行统计、分析，以及对企业主要项目、主要工序、主要产品的碳排放超标预警和数据对比。
下面以某工业企业为实例，作详细的数据分析说明，该企业有两道连续生产工序，工序1生产的产品可以作为工序2的原料进一步深加工为企业的最终产品，也可以直接作为企业的最终产品。碳排放核算过程如下：
第一，传感器采集工序1和工序2各部门基础数据，确定碳排放量原始数据，采集物体基本信息，用于确定物体碳排放的原始数据；采集的基础数据包括自产产品及外购产品所需碳质能源和非碳质能源，以及物体的基本标识信息；传感器通过传感器网关将采集的物体原始信息，碳排放原始数据传送至服务器；非碳质能源主要包括水、电等耗能物质，基础用能数据碳排放量折算系数采用国家***核算中心最新发布值；
第二，碳排放测算步骤，通过所述碳排放测算模块对碳排放量进行核算；
产品的碳排放值核算方法如下：
1)自产产品对自产产品的完全消耗系数；
BA＝(I-A)-1-I；
2)自产产品对外购产品的完全消耗系数；
BD＝D(I-A)-1；
3)总产品数量X；
X＝(I-A)-1Y；
4)外购产品数量U；
U＝DX；
外购煤183.12kg，重油15044.34kg，耗电15131.814kW·h，工业水249.492m3，产品195938.4kg；
5)产品碳排放值E；
E＝BD TQ；
产品A的碳排放值为1154.1156kg CO2，产品B的碳排放值为1264.378kg CO2，产品的碳排放值为13.544kg CO2；
根据测量的基础生产数据，得到该企业一天的投入产出表如表2所示：
表2该企业一天的投入产出表
第三，数据查询步骤，分析产品A、B、C碳排放值随时间的变化趋势，将原始采集数据通过数据查询模块按照工序查询任意级别任意时间段的碳排放数据及设备运行状态；
第四，实时监控步骤，将企业的碳排放状态数据，能源消耗数据及设备运行状态及时反馈给上层，以监控企业设备状态以及能耗、碳排放趋势；
第五，统计分析步骤，用以实现碳排放数据统计、数据查询统计分析，对生产过程的主要项目、主要工序以及主要产品，自定义设定能耗管理指标预警值，通过分析设备的运行状态参数，发现问题即时处理；***可以根据自定义时间段，生成各监测点的各种能耗数据的曲线或图表，进而对企业的各个工序能耗以及碳排放情况，制定合理的解决方案和发展措施。如，烟气余热回收，水的循环利用及废物回收利用等。
Claims (2)
1.一种工业碳排放监控***，其特征在于包括以下步骤：包括碳排放数据采集模块、碳排放核算模块、数据存储模块、移动监控与查询模块、统计分析模块以及服务器；
所述数据采集模块用于对工业部门的基础用能数据进行采集、查询及实时监测；
所述碳排放核算模块采用投入产出法对工业部门的基础用能数据进行汇总，并对碳排放情况进行实时核算；
所述数据存储模块用于将所述碳排放核算模块核算得到的工业部门碳排放数据进行实时存储；
所述移动监控与查询模块用于调用所述数据存储模块的信息以查看碳排放的历史数据，和用于连接所述数据采集模块实时监控企业部门当前的碳排放情况；
所述统计分析模块外设工作站，用于对碳排放的历史数据进行分析汇总，并对工业部门生产过程的能耗进行分析；
所述服务器为所述数据核算与数据存储模块的服务终端，用于实现服务器内计算资源的调用。
2.一种工业碳排放核算方法，是采用权利要求1所述***，其特征在于包括以下步骤：
基础用能数据采集步骤，包括确定企业部门数量、企业的自产产品和外购产品质量、企业自产产品的最终质量Y和获得自产产品最终质量所需消耗的外购产品质量V数据，以及确定基础用能数据的碳排放折算系数，将数据导入数据采集模块；
碳排放核算步骤，通过基于投入产出法的碳排放核算模块对企业各个部门的碳排放量进行核算，包括：
（1）获得企业自产产品对自产产品的直接消耗系数矩阵A以及自产产品对外购产品的直接消耗系数矩阵D；
（2）核算企业外购产品的总碳排放值Q；
（3）获得企业自产产品对自产产品的完全消耗系数矩阵BA以及自产产品对外购产品的完全消耗系数矩阵BD；
（4）核算总产品产量的列向量X以及外购产品数量的列向量U；
（5）核算自产产品碳排放量E；
（6）将步骤（1）~（5）的数据以动态投入产出表的格式输出至服务器和数据存贮模块；
移动监控和/或查询步骤，将移动监控与查询模块连接数据采集模块来实时监控企业部门当前的碳排放情况，和/或调用数据存储模块的动态投入产出表来查看碳排放的历史数据；
统计分析步骤，对碳排放数据进行统计、分析，以及对企业主要项目、主要工序、主要产品的碳排放超标预警和数据对比。
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