基于關(guān)聯(lián)知識圖譜的典型工業(yè)領(lǐng)域碳排放評估方法研究

許 琦， 尹紹陽， 張興偉， 程 志， 李柯蓉， 徐長輝

（云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司曲靖供電局， 云南 曲靖 655000）

0 引言

隨著全球氣候變化和環(huán)境保護的重要性日益凸顯，碳排放問題已經(jīng)成為全球關(guān)注的焦點，在工業(yè)領(lǐng)域，碳排放問題也越來越受到關(guān)注[1-3]。為了更好地評估工業(yè)領(lǐng)域的碳排放情況，需要開發(fā)出一種基于關(guān)聯(lián)知識圖譜的典型工業(yè)領(lǐng)域碳排放評估方法[4]。基于關(guān)聯(lián)知識圖譜的典型工業(yè)領(lǐng)域碳排放評估方法是指通過對相關(guān)領(lǐng)域的知識進行整合和分析，建立起一個關(guān)聯(lián)知識圖譜，實現(xiàn)對工業(yè)領(lǐng)域的碳排放情況進行評估的一種方法。該方法可以將來自不同領(lǐng)域的知識進行整合和分析，形成一個知識圖譜，從而實現(xiàn)對工業(yè)領(lǐng)域的碳排放情況進行全面評估和分析[5-6]。這種方法可以幫助工業(yè)企業(yè)更好地了解自身的碳排放情況，采取措施進行管理和降低碳排放。

在實際應(yīng)用中，基于關(guān)聯(lián)知識圖譜的典型工業(yè)領(lǐng)域碳排放評估方法需要考慮多種因素。首先，需要建立一個完善的關(guān)聯(lián)知識圖譜，包括工業(yè)領(lǐng)域的各個方面的知識和信息。其次，還需要建立一個碳排放評估模型，將知識圖譜中的信息進行整合和分析，實現(xiàn)對工業(yè)領(lǐng)域的碳排放情況進行評估。最后，還需要加強對工業(yè)企業(yè)的管理和調(diào)控，推動企業(yè)降低碳排放，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展?；陉P(guān)聯(lián)知識圖譜的典型工業(yè)領(lǐng)域碳排放評估方法對于推動工業(yè)領(lǐng)域的碳排放管理和控制具有重要意義[7-8]。通過對工業(yè)領(lǐng)域的碳排放情況進行全面評估和分析，可以幫助企業(yè)更好地了解自身的碳排放情況，采取措施進行管理和降低碳排放，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。未來，隨著碳排放管理和控制的重要性不斷提高，基于關(guān)聯(lián)知識圖譜的典型工業(yè)領(lǐng)域碳排放評估方法將得到更廣泛的應(yīng)用和推廣。

1 典型工業(yè)領(lǐng)域碳調(diào)研分析

鋼鐵、黃磷、水泥、焦化和化工等工業(yè)領(lǐng)域是典型的高碳排放行業(yè)，它們的能源結(jié)構(gòu)和運行約束等因素對碳減排有重要影響。典型工業(yè)行業(yè)的調(diào)研和分析結(jié)果如表1 所示。

表1 典型工業(yè)行業(yè)的調(diào)研和分析結(jié)果

綜合表1 調(diào)研結(jié)果可以看出：工業(yè)領(lǐng)域的能源結(jié)構(gòu)、運行約束以及碳排放影響因素各不相同，需要制定相應(yīng)的碳減排措施，包括提高能源利用效率、轉(zhuǎn)型可再生能源、推廣低碳技術(shù)等。

2 碳資產(chǎn)管理體系搭建

碳資產(chǎn)管理體系是指建立并實施一套科學(xué)的、可持續(xù)的管理體系，用于管理和評估企業(yè)或組織的碳資產(chǎn)，為其低碳轉(zhuǎn)型和可持續(xù)發(fā)展提供支持。在實施碳資產(chǎn)管理體系的過程中，需要充分考慮企業(yè)或組織的實際情況，制定科學(xué)的管理方案，同時需要借鑒和吸收國內(nèi)外先進的管理經(jīng)驗和技術(shù)，以實現(xiàn)碳資產(chǎn)的最大化價值和可持續(xù)發(fā)展。碳資產(chǎn)管理體系的搭建如圖1 所示。

圖1 碳資產(chǎn)管理體系

其中，確定碳資產(chǎn)是企業(yè)或組織需要確定其在生產(chǎn)和經(jīng)營過程中所產(chǎn)生的碳資產(chǎn)；碳資產(chǎn)清單編制是企業(yè)或組織需要建立碳資產(chǎn)清單，記錄和量化其碳資產(chǎn)的來源和量級；碳資產(chǎn)評估是企業(yè)或組織需要對其碳資產(chǎn)進行評估，同時可以綜合考慮社會、環(huán)境等因素，建立適合企業(yè)或組織的評估體系；碳資產(chǎn)管理是企業(yè)或組織需要建立并實施碳資產(chǎn)管理體系；碳資產(chǎn)監(jiān)測與報告是企業(yè)或組織需要對其碳資產(chǎn)進行監(jiān)測和報告，以實現(xiàn)碳資產(chǎn)的可持續(xù)管理。

3 工業(yè)領(lǐng)域碳排放評估方法

3.1 研究典型工業(yè)用能系統(tǒng)碳排放基準(zhǔn)判定方法

研究典型工業(yè)用能系統(tǒng)碳排放基準(zhǔn)判定方法，重點研究用能行業(yè)“電力數(shù)據(jù)－能源消費數(shù)據(jù)－碳排放”的轉(zhuǎn)換關(guān)系。電力數(shù)據(jù)、能源消費數(shù)據(jù)和碳排放之間存在著緊密的轉(zhuǎn)換關(guān)系，主要表現(xiàn)為以下幾個方面：

1）電力數(shù)據(jù)與能源消費數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換關(guān)系：電力是能源消費的重要組成部分，因此電力數(shù)據(jù)與能源消費數(shù)據(jù)之間存在著緊密的轉(zhuǎn)換關(guān)系。一般來說，可以通過電力消費量乘以電力的熱值系數(shù)來計算能源消費數(shù)據(jù)。

2）能源消費數(shù)據(jù)與碳排放數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換關(guān)系：不同能源消耗所排放的二氧化碳量不同，因此能源消費數(shù)據(jù)與碳排放數(shù)據(jù)之間也存在著轉(zhuǎn)換關(guān)系。一般來說，可以通過能源消費量乘以該能源的碳排放系數(shù)來計算碳排放數(shù)據(jù)。

3）電力數(shù)據(jù)與碳排放數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換關(guān)系：由于電力的生產(chǎn)和消費都會產(chǎn)生碳排放，因此電力數(shù)據(jù)與碳排放數(shù)據(jù)之間也存在著轉(zhuǎn)換關(guān)系。一般來說，可以根據(jù)電力消費量和電力行業(yè)的碳排放系數(shù)來計算電力行業(yè)的碳排放量。

綜上所述，電力數(shù)據(jù)、能源消費數(shù)據(jù)和碳排放之間存在著復(fù)雜的轉(zhuǎn)換關(guān)系，需要根據(jù)不同的場景和目的進行靈活地轉(zhuǎn)換和計算。同時，還需要考慮數(shù)據(jù)的可靠性和準(zhǔn)確性，以保證轉(zhuǎn)換結(jié)果的科學(xué)性和實用性。文中針對“電力數(shù)據(jù)－能源消費數(shù)據(jù)－碳排放”的轉(zhuǎn)換關(guān)系研究從以下方面研究：

1）研究重點排放行業(yè)能源電力碳排放驅(qū)動因素分析方法，構(gòu)建影響因素量化分析模型。

首先對云南典型工業(yè)領(lǐng)域的碳排放開展研究工作，調(diào)研和分析鋼鐵、黃磷、水泥、焦化和化工等典型用戶的用能系統(tǒng)能源結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)中各環(huán)節(jié)的運行特性及運行約束，然后建立負荷運行特性模型，分析上述因素對碳減排的影響，挖掘用戶在生產(chǎn)過程中各環(huán)節(jié)的碳減排潛力。

2）基于確定性潮流的用戶側(cè)碳排放追蹤和核算方法研究。

首先采用改進的碳排放流分析模型，研究設(shè)計及電網(wǎng)損耗的碳排放流實用分析和碳排放核算方法，依托于潮流追蹤方法，基于負功率潮流追蹤的碳流追蹤開展研究工作，用于分析用戶側(cè)節(jié)點的碳排放強度和碳排放量，提出一種基于確定性潮流的用戶側(cè)碳排放追蹤和核算方法，建立區(qū)域的電力碳排放流軌跡分析模型。

3）重點用能行業(yè)“能源消費－碳排放”的關(guān)聯(lián)關(guān)系研究。

首先根據(jù)云南省的電力碳排放流軌跡數(shù)據(jù)，采用不同的知識提取方法對不同類型的數(shù)據(jù)進行提取，構(gòu)建該領(lǐng)域本體庫；然后根據(jù)能源消費與碳排放耦合特性數(shù)據(jù)的更新情況，結(jié)合數(shù)據(jù)層更新和模式層更新技術(shù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)圖譜的準(zhǔn)實時知識更新，完成知識圖譜的構(gòu)建和有效閉環(huán)管理；最后對云南省各重點用能單位的“能源消費－碳排放”的關(guān)聯(lián)關(guān)系開展研究。采用知識圖譜的數(shù)據(jù)探查技術(shù)，對不同種類的用能行業(yè)用戶的能源消耗情況進行監(jiān)督學(xué)習(xí)，對碳排放的關(guān)聯(lián)關(guān)系進行數(shù)據(jù)探查，從而研究重點用能行業(yè)“能源消費－碳排放”的關(guān)聯(lián)關(guān)系。

3.2 基于關(guān)聯(lián)知識圖譜的典型工業(yè)領(lǐng)域碳排放評估方法

在掌握典型工業(yè)用能系統(tǒng)用電數(shù)據(jù)以及碳排放量關(guān)聯(lián)知識圖譜的基礎(chǔ)上，基于典型工業(yè)用能系統(tǒng)碳排放基準(zhǔn)判定方法所構(gòu)建云南省典型工業(yè)用戶的“電力數(shù)據(jù)－能源消費數(shù)據(jù)－碳排放”的轉(zhuǎn)換關(guān)系，本課題構(gòu)建低碳技術(shù)減碳評估模型，實現(xiàn)對不同運行工況下的工業(yè)企業(yè)碳減排潛力的評估，并進一步挖掘工業(yè)能源碳數(shù)據(jù)價值及商業(yè)模式，最后搭建包括碳排放數(shù)據(jù)管理、配額管理兩方面的碳資產(chǎn)管理體系，輔助控排企業(yè)低碳轉(zhuǎn)型。

3.2.1 工業(yè)企業(yè)低碳技術(shù)碳減排潛力及評估模型

采用聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）碳排放核算方法和經(jīng)濟投入產(chǎn)出生命周期分析方法（EIO-LCA）模型，分別測算工業(yè)企業(yè)的直接碳排放強度和間接碳排放強度，構(gòu)建碳減排潛力模型，對工業(yè)企業(yè)的碳減排潛力進行等級劃分，深入剖析了產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與碳減排潛力的關(guān)系。

IPCC 使用生物量因子法估算生物量，生物量因子法中的計量參數(shù)包括生物量轉(zhuǎn)化與擴展因子BCEF（公式中表達為FBCE）、生物量擴展因子BEF（公式中表達為FBE）、根莖比R、積蓄量V木材基本密度WD（公式中表達為DW）：

EIO-LCA 中，這個系數(shù)是一個對角矩陣，這一變化可將由最終需求引起的環(huán)境影響分解到生產(chǎn)鏈的各個部門。該模型包括各部門產(chǎn)量對角矩陣，部門直接碳排放強度，直接投入系數(shù)A。

并借助矯正系數(shù)、對數(shù)平均的迪氏指數(shù)法（LMDI）方法測度省份/行業(yè)的碳減排有效性和貢獻性，包括碳排放量C、國內(nèi)生產(chǎn)總值Y、能源消耗量E。

遵循“（行業(yè)）碳減排有效性－（行業(yè)）碳減排綜合貢獻－（行業(yè)）碳減排有效性與綜合貢獻關(guān)系”的邏輯構(gòu)建用能企業(yè)碳減排成效評價框架，將高質(zhì)量發(fā)展理念融入工業(yè)碳減排成效框架，從而對用能企業(yè)碳排放強度下降過程中省份和行業(yè)的碳減排成效進行評價，以期達到“以評促建”的目的；并將低碳和高碳情景相對于基準(zhǔn)情景下的碳排放強度設(shè)為碳減排潛力和增排風(fēng)險，探討碳減排潛力大小及減排重點。

3.2.2 工業(yè)企業(yè)能源碳數(shù)據(jù)價值及商業(yè)價值挖掘

基于全國碳市場的建設(shè)和交易情況，構(gòu)建工業(yè)企業(yè)putty-clay vintage 收益模型，該模型從生產(chǎn)要素的角度出發(fā)，認為要素投入的增加可以相應(yīng)地提高最終產(chǎn)品的產(chǎn)量，年利潤函數(shù)為收入函數(shù)Ic分別扣除各種變動成本CV，c和CV，o，以及固定成本CF：

利用收益法測算出碳排放權(quán)交易價值的上限，用成本法得出碳排放權(quán)交易價值的下限，組合形成碳排放權(quán)合理的價值取值范圍，劃定碳排放權(quán)合理的價格區(qū)間，通過調(diào)控碳配額影響碳排放權(quán)的供給端，充分發(fā)揮市場的定價機制，從而影響交易市場的碳價，有利于相關(guān)企業(yè)更好地制定高效的生產(chǎn)計劃并開展碳減排工作。

3.2.3 工業(yè)企業(yè)碳資產(chǎn)管理體系

利用我國配額碳資產(chǎn)市場和減排碳資產(chǎn)市場的數(shù)據(jù)，以可持續(xù)發(fā)展原則、成本效益原則和價值最大化原則作為原則，應(yīng)用多變量自回歸模過程（VAR）模型和事件分析法，包括滯后階數(shù)p、截距項向量A0、系數(shù)矩陣A1、誤差項向量et。

圍繞企業(yè)價值創(chuàng)造這一主線，分別從“預(yù)算管理、運營管理、核算管理”三個核心環(huán)節(jié)對企業(yè)碳資產(chǎn)管理進行設(shè)計，構(gòu)建以價值創(chuàng)造為導(dǎo)向的碳資產(chǎn)管理體系，研究我國企業(yè)碳資產(chǎn)對企業(yè)價值產(chǎn)生的經(jīng)濟效應(yīng)及其影響因素，并在此基礎(chǔ)上提出了工業(yè)企業(yè)碳資產(chǎn)管理可行的實施路徑，從而輔助控排企業(yè)低碳轉(zhuǎn)型。

4 應(yīng)用效果

關(guān)聯(lián)知識圖譜是一種將各種不同領(lǐng)域的知識和信息進行整合和關(guān)聯(lián)的技術(shù)，可以幫助企業(yè)或組織在碳排放評估方面進行更加科學(xué)、準(zhǔn)確的決策。以下是幾種工業(yè)領(lǐng)域常用的碳排放評估方法及其與關(guān)聯(lián)知識圖譜的應(yīng)用效果：

1）工業(yè)生產(chǎn)碳排放評估方法：主要包括廢氣、廢水、廢渣、能耗等方面的碳排放評估。在此基礎(chǔ)上，可以利用關(guān)聯(lián)知識圖譜對工業(yè)生產(chǎn)過程中的能源流、物質(zhì)流、產(chǎn)出量等進行分析，找出碳排放的主要來源和影響因素，制定相應(yīng)的碳減排措施。

2）建筑行業(yè)碳排放評估方法：主要包括建筑能耗、建筑材料、建筑廢棄物等方面的碳排放評估。在此基礎(chǔ)上，可以利用關(guān)聯(lián)知識圖譜對建筑設(shè)計、建筑材料選擇、建筑廢棄物處理等方面進行分析，找出碳排放的主要來源和影響因素，制定相應(yīng)的碳減排措施。

3）農(nóng)業(yè)領(lǐng)域碳排放評估方法：主要包括農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、畜牧業(yè)、林業(yè)等方面的碳排放評估。在此基礎(chǔ)上，可以利用關(guān)聯(lián)知識圖譜對土壤、植被、畜禽養(yǎng)殖等方面進行分析，找出碳排放的主要來源和影響因素，制定相應(yīng)的碳減排措施。

綜上所述，關(guān)聯(lián)知識圖譜可以幫助企業(yè)或組織在碳排放評估方面進行更加全面、深入地分析和決策，為碳減排和可持續(xù)發(fā)展提供支持。

5 結(jié)語

典型工業(yè)領(lǐng)域碳排放評估是當(dāng)前環(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展的重要問題之一。為了更好地評估工業(yè)領(lǐng)域的碳排放情況，近年來，越來越多的學(xué)者和企業(yè)開始采用關(guān)聯(lián)知識圖譜的方法進行碳排放評估。通過對相關(guān)領(lǐng)域的知識進行整合和分析，建立關(guān)聯(lián)知識圖譜，實現(xiàn)對工業(yè)領(lǐng)域的碳排放情況進行評估和管理。

1）關(guān)聯(lián)知識圖譜的建立需要采用合適的知識圖譜構(gòu)建方法。常用的方法包括基于本體論的方法和基于機器學(xué)習(xí)的方法。本體論方法是指通過對領(lǐng)域本體進行建模，實現(xiàn)對領(lǐng)域相關(guān)知識的整合和表示。機器學(xué)習(xí)方法是指通過對領(lǐng)域相關(guān)數(shù)據(jù)進行學(xué)習(xí)和分析，實現(xiàn)對領(lǐng)域相關(guān)知識的自動構(gòu)建和表示。這些方法可以結(jié)合實際情況進行選擇和應(yīng)用。

2）在關(guān)聯(lián)知識圖譜的建立過程中，需要考慮多種因素。例如，需要選擇合適的數(shù)據(jù)源和數(shù)據(jù)處理方法，保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性；需要考慮知識的表達方式和表示方法，使其能夠滿足實際需求；需要考慮知識的更新和維護問題，保證知識圖譜的及時性和有效性。

3）關(guān)聯(lián)知識圖譜的應(yīng)用需要加強對工業(yè)企業(yè)的管理和調(diào)控。通過對工業(yè)領(lǐng)域的碳排放情況進行全面評估和分析，可以幫助企業(yè)更好地了解自身的碳排放情況，采取措施進行管理和降低碳排放，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。同時，政府和相關(guān)部門也需要加強對企業(yè)的監(jiān)管和引導(dǎo)，推動企業(yè)降低碳排放，實現(xiàn)環(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)。