國內(nèi)外電動(dòng)機(jī)產(chǎn)品碳足跡核查方法比較分析

崔明琦 ，宋松林 ，吳啟震 ，徐國長

(福建省產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)研究院，福建 福州 350002)

1 引言

2013年2月18日，由國家發(fā)改委和認(rèn)監(jiān)委共同制定的《低碳產(chǎn)品認(rèn)證管理暫行辦法》發(fā)布實(shí)施，將中小型三相異步電動(dòng)機(jī)與3類建筑材料共計(jì)4種產(chǎn)品列入了《低碳產(chǎn)品認(rèn)證目錄（第一批）》，2014年5月27日，國家認(rèn)監(jiān)委發(fā)布了《國家認(rèn)監(jiān)委關(guān)于發(fā)布低碳產(chǎn)品認(rèn)證實(shí)施規(guī)則的公告》，正式發(fā)布了通用硅酸鹽水泥、平板玻璃、鋁合金建筑型材和中小型三相異步電動(dòng)機(jī)等四類產(chǎn)品的低碳認(rèn)證實(shí)施規(guī)則及相關(guān)技術(shù)規(guī)范，這標(biāo)志著我國低碳產(chǎn)品認(rèn)證制度進(jìn)入正式實(shí)施階段。文章以PAS2050:2011為依據(jù)，對(duì)電動(dòng)機(jī)碳足跡核查方法進(jìn)行理論研究，并與國內(nèi)現(xiàn)行技術(shù)規(guī)范要求對(duì)比，分析兩者間存在的差異及其原因。

2 碳足跡計(jì)算方法概述

在產(chǎn)品低碳認(rèn)證的整個(gè)過程中，一個(gè)最重要的環(huán)節(jié)是對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行碳排放評(píng)價(jià)分析，即碳足跡核算。目前國際上普遍采用英國標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)（BSI）發(fā)布的PAS 2050:2011(Specification for the assessment of the life cycle greenhouse gas emissions of goods and services)為主要依據(jù)，以生命周期評(píng)價(jià)法為產(chǎn)品制定碳足跡核查方案。

生命周期評(píng)價(jià)法包括產(chǎn)品或活動(dòng)從原材料加工、生產(chǎn)、運(yùn)輸、銷售、使用、再利用到最終處置的整個(gè)生命周期。通過建立產(chǎn)品的生命周期清單(Life Cycle Inventory LCI)，然后將產(chǎn)品生命周期過程中歸類于全球變暖的數(shù)據(jù)進(jìn)行特征化，最后通過計(jì)算得出產(chǎn)品的碳排放結(jié)果。具體評(píng)估方法可依據(jù)ISO14040（GB/T 24040-2008）進(jìn)行。

3 國內(nèi)外電動(dòng)機(jī)碳足跡核查方法比較分析

3.1 國際現(xiàn)行碳足跡核查方法

根據(jù)PAS2050規(guī)定，如果從某一方向向終端客戶提供各種輸入，則生命周期的系統(tǒng)邊界為從商業(yè)到消費(fèi)者的B to C模式，即從原材料采集到最終處理全過程；如果從某一方向向非終端客戶提供各種輸入，則系統(tǒng)邊界為從商業(yè)到商業(yè)的Bto B模式，即從原材料采集至運(yùn)輸?shù)椒墙K端客戶的全過程。由于中小型三相異步電動(dòng)機(jī)多為工業(yè)用電機(jī)，面對(duì)消費(fèi)者既可能是終端客戶，也可能是配套產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)或經(jīng)銷商，故本次研究采用B to C模式進(jìn)行分析。

按照理論分析，電動(dòng)機(jī)全生命周期內(nèi)碳排放應(yīng)至少包含原料/零部件引進(jìn)階段、產(chǎn)品制造階段、使用階段、運(yùn)輸階段及最終處理（回收）階段(如圖1)。將其他溫室氣體轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的CO2當(dāng)量（CO2e）后，分析各個(gè)階段可能導(dǎo)致碳排放的因素（活動(dòng)數(shù)據(jù)），然后進(jìn)行碳足跡計(jì)算。碳足跡值一般可用活動(dòng)數(shù)據(jù)與排放因子乘積的形式表示。排放因子(emission factor)，指活動(dòng)水平數(shù)據(jù)相對(duì)應(yīng)的系數(shù)，用于量化單位活動(dòng)水平的溫室氣體排放量，是碳足跡計(jì)算中最重要的數(shù)據(jù)，往往需要長期的統(tǒng)計(jì)積累。如電力的排放因子可以表示為CO2e/kWh,燃油的排放因子可以表示為CO2e/L等。國際上在此環(huán)節(jié)一般使用專業(yè)的碳足跡計(jì)算軟件，該類軟件包含不同地區(qū)從事各種生產(chǎn)活動(dòng)時(shí)的碳排放因子，通過制定核查方案、確定系統(tǒng)邊界，調(diào)用數(shù)據(jù)庫最終求取產(chǎn)品的碳足跡計(jì)算值，目前最廣泛使用的是由德國斯圖加特大學(xué) LBP 研究所和德國PE公司共同研發(fā)的Gabi，由荷蘭Leiden大學(xué)研發(fā)的SimaPro 等軟件。

圖1 三相異步電動(dòng)機(jī)B to C流程圖

3.2 三相異步電動(dòng)機(jī)碳足跡計(jì)算

由上述分析可知，若按照生命周期評(píng)價(jià)法對(duì)三相異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行B to C碳足跡核查，可擬用以下方法求?。?/p>

（1）原材料/元器件引進(jìn)階段

式中，=為原材料/元器件引進(jìn)階段GHG排放量，單位kgCO2e；

Ai為生產(chǎn)活動(dòng)中第i種材料質(zhì)量，單位kg；

EFi1為第i類材料排放因子，單位kgCO2e/kg。

（2）制造階段

式中，Eb為產(chǎn)品制造階段能源消耗的GHG排放量，單位kgCO2e；

Bi為生產(chǎn)活動(dòng)中第i種能源消耗量，單位kWh；

EFi2為第i類能源排放因子(如電網(wǎng)電力排放因子)，單位kgCO2e/kWh。

（3）使用階段

式中， 為產(chǎn)品使用階段能源消耗的GHG排放量，單位kgCO2e；

（4）運(yùn)輸階段

式中，Ed為產(chǎn)品運(yùn)輸階段能源消耗的GHG排放量，單位kgCO2e；

為第i類交通工具每公里的能源消耗量，單位kg/km；×為運(yùn)輸路程，單位km；

為第i類能源生產(chǎn)排放因子，單位kgCO2e/kg。

（5）報(bào)廢階段

式中，Ee=為產(chǎn)品報(bào)廢階段能源消耗的GHG排放量，單位kgCO2e；

Mi為處理第i類材料時(shí)的能源消耗量，單位kWh；

EFi5為第i類能源生產(chǎn)排放因子，單位kgCO2e/kWh；

EFj6為第j類材料生產(chǎn)排放因子，單位kgCO2e/kg。

則中小型三相異步電動(dòng)機(jī)碳足跡計(jì)算結(jié)果為：

3.3 國內(nèi)碳足跡評(píng)價(jià)方法

根據(jù)國內(nèi)現(xiàn)行的《低碳產(chǎn)品認(rèn)證實(shí)施規(guī)則 中小型三相異步電機(jī)》(CNCA-LC-0104：2014)及《中小型三相異步電動(dòng)機(jī)低碳產(chǎn)品評(píng)價(jià)方法及要求》(CQC4101-2014)，我國電動(dòng)機(jī)產(chǎn)品低碳認(rèn)證采取型式試驗(yàn)+現(xiàn)場核查+獲證后跟蹤檢查的認(rèn)證模式。對(duì)于其碳排放主要從兩個(gè)方面進(jìn)行核查：

（1）企業(yè)送樣至指定檢測機(jī)構(gòu)對(duì)樣機(jī)進(jìn)行型式試驗(yàn)，檢驗(yàn)項(xiàng)目為標(biāo)準(zhǔn)GB 14711、GB 18613規(guī)定的全部適用項(xiàng)目和相關(guān)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的功率因數(shù)規(guī)定值及容差要求。如能提供安全認(rèn)證證書及節(jié)能認(rèn)證證書，則認(rèn)為此項(xiàng)符合要求，無需進(jìn)行型式試驗(yàn)；

（2）按照相關(guān)公式歸算到電機(jī)每千瓦所使用的銅、鐵、鋁的二氧化碳當(dāng)量排放量（kgCO2e/kW），對(duì)碳排放結(jié)果進(jìn)行審核，并與《中小型三相異步電動(dòng)機(jī)低碳產(chǎn)品評(píng)價(jià)技術(shù)方法及要求》中規(guī)定的單位可比二氧化碳排放限值做對(duì)比，判定認(rèn)證產(chǎn)品是否在限值范圍內(nèi)。

3.4 國內(nèi)外碳足跡核查方法的差異

通過比較不難發(fā)現(xiàn)，我國現(xiàn)行碳足跡計(jì)算方法與PAS2050:2011中理論分析所依據(jù)的計(jì)算方法存在較大差異，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

（1）系統(tǒng)邊界確定。由CQC低碳認(rèn)證核查報(bào)告看到，我國電動(dòng)機(jī)生命周期系統(tǒng)邊界包括定轉(zhuǎn)子壓裝、線圈饒制，轉(zhuǎn)子鑄鋁三個(gè)工序。既不遵從B to C模式也不遵從B to B模式。根據(jù)PAS2050要求，在沒有現(xiàn)成核算方案時(shí)，可以根據(jù)具體情況自行制定PCR（產(chǎn)品認(rèn)證規(guī)則），忽略掉碳排放較小的環(huán)節(jié)。而從臺(tái)灣工研院一份依據(jù)PAS2050的馬達(dá)生命周期碳排放評(píng)估案例中，得出的結(jié)論是電機(jī)的使用階段約占整個(gè)生命周期的99.23%，原材料/元件約占0.087%，生產(chǎn)制造階段約占0.067%，所以在電動(dòng)機(jī)碳足跡計(jì)算中，是否可以完全忽略其他階段的碳排放，仍有待于進(jìn)一步研究探討。

（2）碳排放計(jì)算。從認(rèn)證單元碳排放量計(jì)算過程中發(fā)現(xiàn)，其計(jì)算值實(shí)際上應(yīng)是原材料引進(jìn)時(shí)的碳排放量。以漆包線為例：中小型三相異步電動(dòng)機(jī)生產(chǎn)過程消耗的原材料所產(chǎn)生的碳排放量主要包括定子線圈耗用的銅，

式中：

ECu——每臺(tái)中小型三相異步電動(dòng)機(jī)電磁線所消耗的銅所產(chǎn)生的碳排放量，單位：kgCO2e/kW；

MCu——每臺(tái)中小型三相異步電動(dòng)機(jī)所消耗的銅的質(zhì)量，單位：kg；

EFCu——每臺(tái)中小型三相異步電動(dòng)機(jī)所消耗的銅的碳排放因子，單位：kgCO2e/kg，默認(rèn)值為4.42kgCO2e/kg；

Cnrp——每臺(tái)中小型三相異步電動(dòng)機(jī)的額定功率，單位：kW。

由此可知，其計(jì)算值為中小型三相異步電動(dòng)機(jī)電磁線所消耗的銅所產(chǎn)生的碳排放量，而并非線圈饒制過程中的碳排放量。這與核查報(bào)告中排放邊界的描述有所出入。

若此環(huán)節(jié)實(shí)際計(jì)算的是原材料/元件的引進(jìn)階段的碳足跡，又忽略了由銅制成電磁線、由鐵制成硅鋼片這一過程的碳排放。而且作為主要元件機(jī)殼（鑄鐵）的碳排放也未被考慮。

（3）無實(shí)際制造階段的碳排放。電機(jī)制造階段的碳排放主要來自其生產(chǎn)系統(tǒng)與輔助生產(chǎn)系統(tǒng)的各種能源消耗。生產(chǎn)耗能包括：沖剪(如有)、鑄鋁、板焊(如有)、機(jī)加工、繞線、嵌線、浸漆、總裝配、試驗(yàn)等各工序所耗費(fèi)的電力和燃料的總和。輔助生產(chǎn)能耗包括：機(jī)修、供電、供水、供氣、制冷、儀修、庫房、廠內(nèi)原料場地、環(huán)境設(shè)施等部門所消耗的電力和燃料，以及為生產(chǎn)服務(wù)的廠內(nèi)運(yùn)輸工具、照明等所消耗的電力和燃料。

目前我國關(guān)于中小電機(jī)產(chǎn)品能源消耗的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)正在制定中，主要針對(duì)中小電機(jī)裝配階段，規(guī)定其能源消耗算法及限值。深入研究產(chǎn)品制造(裝配)階段的碳排放具有重要意義，不僅可以完善產(chǎn)品的生命周期碳足跡核查方案，明確產(chǎn)品制造過程中能源消耗計(jì)算方法與限值，還有助于督促制造業(yè)更新制造工藝，升級(jí)生產(chǎn)設(shè)備，有效實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。

（4）用節(jié)能認(rèn)證代替使用階段碳排放核查。由于電動(dòng)機(jī)是用能產(chǎn)品，使用階段的排放主要來自于電網(wǎng)發(fā)電，碳排放的高低與電動(dòng)機(jī)的效率有直接關(guān)系，由能效等級(jí)作為電機(jī)使用階段是否低碳的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)有一定道理。但對(duì)于該階段具體的碳足跡并沒有實(shí)際求出，低碳的概念仍然比較模糊。

由以上分析可知，我國電動(dòng)機(jī)產(chǎn)品碳足跡核算方法較為簡單，其中一個(gè)重要原因是尚未建立健全產(chǎn)品碳排放信息數(shù)據(jù)庫，缺少初級(jí)數(shù)據(jù)及相關(guān)活動(dòng)數(shù)據(jù)的排放因子，許多階段的碳排放核查便無法進(jìn)行。目前我國相關(guān)機(jī)構(gòu)正致力于碳排放因子的統(tǒng)計(jì)工作，并嘗試與外國機(jī)構(gòu)及國內(nèi)高校合作，將外國應(yīng)用的溫室氣體排放測算軟件的排放因子進(jìn)行本地化應(yīng)用，或可促進(jìn)建設(shè)國內(nèi)碳排放數(shù)據(jù)庫的進(jìn)程。

4 結(jié)語

嚴(yán)格按照國際技術(shù)規(guī)范進(jìn)行產(chǎn)品碳足跡核算是一個(gè)比較復(fù)雜的過程，需要投入較多的時(shí)間和人力，并且借助專門的碳足跡計(jì)算軟件，國際知名的第三方認(rèn)證機(jī)構(gòu)如TUV，SGS等，在依據(jù)PAS2050或ISO14067為產(chǎn)品進(jìn)行低碳認(rèn)證時(shí)，也往往需要較長的認(rèn)證周期，且費(fèi)用較高。我國低碳認(rèn)證技術(shù)還不夠成熟，在電動(dòng)機(jī)產(chǎn)品碳足跡核算方法、碳足跡清單編制要求、碳足跡基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集和質(zhì)量控制技術(shù)規(guī)范等方面，還需進(jìn)一步研究探討，使之在符合我國基本國情的前提下，更與國際認(rèn)證要求接軌。隨著對(duì)產(chǎn)品碳足跡計(jì)算研究的不斷深入與完善，中國的低碳認(rèn)證制度將得到更好更快的發(fā)展。

[1]PAS 2050:2011,Specifi cation for the assessment of the life cycle greenhouse gas emissions of goods and services[S].

[2]ISO/TS 14067:2013,Greenhouse gases-Carbon footprint of products - Requirements and guidelines for quantification and communication[S].

[3]GB/T 24040-2008,環(huán)境管理生命周期評(píng)價(jià)原則與框架[S].

[4]CNCA-LC-0104：2014,低碳產(chǎn)品認(rèn)證實(shí)施規(guī)則 中小型三相異步電動(dòng)機(jī)[S].