基于企業(yè)能源實(shí)采數(shù)據(jù)的碳足跡評級體系建設(shè)探究

石 佳,嚴(yán)竹菁,賴昶志,朱 婷,吳 璽,3

(1.國網(wǎng)蘇州供電公司,江蘇 蘇州215004; 2.瑯潤達(dá)檢測科技有限公司,江蘇 蘇州215131;3.蘇州大學(xué),江蘇 蘇州 215006)

0 引言

隨著全球氣候問題日益嚴(yán)重,各國開始謀求以國際合作方式應(yīng)對氣候變化危害。2016年生效的《巴黎氣候變化協(xié)定》提出,全球各國盡快實(shí)現(xiàn)溫室氣體排放達(dá)到峰值,21世紀(jì)下半葉實(shí)現(xiàn)溫室氣體凈零排放的發(fā)展目標(biāo)[1]。我國在第75屆聯(lián)合國大會(huì)上提出“碳達(dá)峰、碳中和”的目標(biāo)[2]。作為協(xié)同各國碳減排的重要政策工具,碳邊境調(diào)節(jié)稅已成為歐盟等發(fā)達(dá)國家與地區(qū)避免“碳泄漏”、提升自身產(chǎn)業(yè)國際競爭力的重要手段[3]。

歐盟碳邊境調(diào)節(jié)機(jī)制(CBAM)、《新電池法》及美國清潔競爭法(CCA)相繼頒布,并已進(jìn)入實(shí)施階段。CBAM規(guī)定經(jīng)過三年報(bào)告過渡期,碳關(guān)稅征收范圍將由鋼鐵、水泥、化肥、鋁、電力與氫6個(gè)行業(yè)逐步擴(kuò)大至歐盟碳市場體系覆蓋的所有領(lǐng)域?！缎码姵胤ā穼ν斗艢W盟市場的所有電池提出了更高要求。CCA明確征收碳密集型產(chǎn)品的碳稅,涵蓋行業(yè)包括精煉石油產(chǎn)品、化石燃料、肥料、石化產(chǎn)品等13種。我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展正處于要素與投資驅(qū)動(dòng)型向創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)型轉(zhuǎn)換的變革期,成本優(yōu)勢依然是我國出口產(chǎn)品的核心競爭力之一,歐美碳關(guān)稅政策將使我國出口型企業(yè)面臨更大的轉(zhuǎn)型壓力。故我國亟需了解歐美碳關(guān)稅的適用范圍、碳稅計(jì)算方法、實(shí)施細(xì)則及碳核算過程中對數(shù)據(jù)的要求,以便在國際碳關(guān)稅博弈中贏得一席之地。

精準(zhǔn)科學(xué)的碳足跡核算是應(yīng)對歐美碳排放限制法案與實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的有效手段?；诖?在闡述歐美CBAM、《新電池法》、CCA法案內(nèi)容的基礎(chǔ)上,從工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)碳數(shù)據(jù)管理體系、工業(yè)企業(yè)產(chǎn)品碳足跡核算模型與工業(yè)企業(yè)碳足跡評價(jià)體系建立等三個(gè)方面出發(fā)開展研究,以為我國工業(yè)企業(yè)應(yīng)對歐美碳限制法案提供理論與技術(shù)支撐。

1 歐美碳限制法案及應(yīng)對之策

1.1 歐盟CBAM法案

歐盟CBAM的概念最早可追溯至2009年其提出的碳關(guān)稅計(jì)劃,該計(jì)劃旨在解決歐盟境內(nèi)的碳泄露問題,但因多個(gè)國家反對未能實(shí)施。隨著全球氣候問題不斷加劇,2019年12月,歐盟再次提出CBAM概念,旨在推動(dòng)歐盟碳排放交易體系(EU ETS)改革,消除相關(guān)方的反對意見,加強(qiáng)對歐盟企業(yè)碳排放的限制,提升其在全球氣候治理體系中的領(lǐng)導(dǎo)力與話語權(quán)。歐盟碳關(guān)稅計(jì)算規(guī)則如下[4]:

TaxCBAM=(TaxEU-Taxout)×(CEproduct-CEfree)

(1)

式中,TaxEU為EU ETS碳價(jià),指上一周歐盟碳排放權(quán)拍賣的周平均結(jié)算價(jià)格;Taxout為歐盟碳市場認(rèn)定下的出口國碳價(jià),目前我國國內(nèi)碳市場還沒有與歐盟碳市場銜接,出口國碳價(jià)為0;CEproduct為歐盟認(rèn)證下的產(chǎn)品碳排放量;CEfree為出口產(chǎn)品在歐盟碳市場中對應(yīng)的免費(fèi)配額。

可以看出,產(chǎn)品碳排放量是關(guān)鍵要素,出口國必須建立規(guī)范的碳排放核算體系,并實(shí)現(xiàn)與歐盟碳市場的雙邊互認(rèn)。為此,我國需擴(kuò)大碳市場的覆蓋范圍,以得到CBAM的碳稅豁免。目前,我國碳排放權(quán)交易市場的成交價(jià)明顯低于歐盟碳市場的碳價(jià)。2022年8月,歐盟碳價(jià)接近100歐元/t,而我國碳排放權(quán)交易市場碳價(jià)在40～60元/t浮動(dòng),遠(yuǎn)低于歐盟碳價(jià)格。這意味著即便我國對歐出口的商品已在國內(nèi)承擔(dān)了碳成本,但由于雙邊碳市場碳價(jià)不對等,歐盟進(jìn)口商仍需購買CBAM證書[5]。

1.2 歐盟《新電池法》法案

2020年12月10日,歐盟委員會(huì)發(fā)布了新電池法規(guī)提案(2020/353 COD),2022年1月1日起《新電池法》正式實(shí)施,逐步替代原電池指令(2006/66/EC),法律等級也由“指令”變?yōu)椤胺ㄒ?guī)”[6]?！缎码姵胤ā芬蟪隹跉W洲的電池提供有害物質(zhì)、碳足跡、再生原材料、電化學(xué)性能與耐用性、可拆卸與可替換性、安全、標(biāo)簽、廢棄物管理等信息[7],尤其是要求所有容量超過 2 kWh 的電動(dòng)汽車電池、LMT 電池與可充電工業(yè)電池都必須具有“清晰易讀且不可磨滅”的碳足跡聲明與標(biāo)簽,這對國內(nèi)眾多電池出口商的碳數(shù)據(jù)管理與碳足跡分析提出了新的挑戰(zhàn)。

1.3 美國《清潔競爭法案》

2022年6月,美國民主黨提交《清潔競爭法案》(CCA),要求以美國產(chǎn)品的平均碳含量為基準(zhǔn)線,對超出基準(zhǔn)線的進(jìn)口產(chǎn)品與美國產(chǎn)品均征收碳費(fèi)[8]。CCA政策包含以下信息:①碳含量基準(zhǔn)線。通過經(jīng)營數(shù)據(jù)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)、能耗數(shù)據(jù)與碳排數(shù)據(jù)確定。②對高碳美國產(chǎn)品與進(jìn)口產(chǎn)品均征收碳費(fèi)。③進(jìn)口產(chǎn)品征費(fèi)范圍向下游延伸。④確定進(jìn)口產(chǎn)品的碳含量。進(jìn)口產(chǎn)品的碳含量采用原產(chǎn)國的行業(yè)平均碳強(qiáng)度,若原產(chǎn)國的排放數(shù)據(jù)不可靠或無法驗(yàn)證,則采用該國整體經(jīng)濟(jì)的碳強(qiáng)度,而“來自透明經(jīng)濟(jì)體的生產(chǎn)者”可以使用自己的碳強(qiáng)度[9]。詳見圖1。

圖1 CCA政策解讀Fig.1 CCA policy interpretation

1.4 歐美碳限制法案的應(yīng)對之策

在“碳壁壘”悄然而起的背景下,我國依賴產(chǎn)品出口的工業(yè)企業(yè)必須在歐美碳關(guān)稅的封鎖中尋求新的發(fā)展機(jī)會(huì),在各進(jìn)口國碳關(guān)稅政策的層層壓力下保障企業(yè)穩(wěn)定生產(chǎn)。目前,我國企業(yè)的應(yīng)對基礎(chǔ)較弱,智慧低碳實(shí)踐多以產(chǎn)業(yè)園為主,在小范圍內(nèi)打造試點(diǎn)示范項(xiàng)目,產(chǎn)業(yè)鏈的數(shù)據(jù)完整性較差[10]。大規(guī)模數(shù)字化采集碳排放相關(guān)數(shù)據(jù)支撐碳足跡算法的可靠性是應(yīng)對歐美碳關(guān)稅政策、打破產(chǎn)業(yè)碳核算數(shù)字化困局的基礎(chǔ),但現(xiàn)階段不同領(lǐng)域企業(yè)、產(chǎn)業(yè)在碳數(shù)據(jù)信息化方面仍存在碳基線核算的邊界、口徑、方法等不統(tǒng)一,底層數(shù)據(jù)不可得、不可信、不完整等問題,上下游企業(yè)間存在明顯的信息壁壘。為有效應(yīng)對各國碳關(guān)稅政策的封鎖,以企業(yè)產(chǎn)品為基礎(chǔ)構(gòu)建碳足跡核算體系既可幫助我國企業(yè)實(shí)現(xiàn)能源與資源節(jié)約,又可提升其國際競爭實(shí)力[11]。

2 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的工業(yè)企業(yè)產(chǎn)品碳足跡核算模型

對于企業(yè)碳數(shù)據(jù)的采集,要采用自動(dòng)采集為主、數(shù)據(jù)錄入為輔的方式進(jìn)行。數(shù)據(jù)采集模塊應(yīng)與電表、水流量計(jì)、氣體流量計(jì)、溫度傳感器、MES系統(tǒng)及ERP系統(tǒng)相連,對企業(yè)化石燃料用量、購入電力用量、購入蒸汽用量、外供電力量、外供蒸汽量、光伏發(fā)電量進(jìn)行收集。數(shù)據(jù)采集模塊無法采集的數(shù)據(jù)則需采用臺賬輸入的方式進(jìn)行收集。

2.1 企業(yè)產(chǎn)品碳足跡核查流程

在完成企業(yè)碳數(shù)據(jù)的收集后對其進(jìn)行碳足跡核算,其步驟包括確定核算邊界、明確核算方法及原則、數(shù)據(jù)收集與計(jì)算碳排放量等。其中,對于化石燃料排放核算及購入電力排放核算需結(jié)合碳排放因子進(jìn)行計(jì)算[12]。詳見圖2。

圖2 碳足跡核算流程Fig.2 Carbon footprint accounting process

2.2 企業(yè)產(chǎn)品碳足跡核算方法

企業(yè)產(chǎn)品碳足跡的核算應(yīng)包括原料、制造、使用涉及的所有單元過程[13],計(jì)算公式如下:

(2)

式中,CFP為產(chǎn)品碳足跡,E原料為原材料溫室氣體排放量,E制造為產(chǎn)品制造階段溫室氣體排放量,E使用為產(chǎn)品使用階段溫室氣體排放量,E燃燒為單元過程燃料燃燒溫室氣體排放量,E外購電為單元過程電力消耗溫室氣體排放量,E外購熱為單元過程熱力消耗溫室氣體排放量,E過程為產(chǎn)品使用階段溫室氣體排放量,i為單元過程。

化石燃料燃燒溫室氣體排放量計(jì)算方法如下:

(3)

式中,ADi,j為單元過程i燃燒的第j種化石燃料燃燒的熱量,EFi,j為單元過程i燃燒的第j種化石燃料的排放因子。i為單元過程,j為化石燃料類型。

化石燃料活動(dòng)水平數(shù)據(jù)計(jì)算方法如下:

ADi,j=FCi,j×NCVi,j

(4)

式中,ADi,j為化石燃料的活動(dòng)水平數(shù)據(jù),FCi,j為化石燃料的消費(fèi)量,NCVi,j為化石燃料的低位熱值。i為單元過程,j為化石燃料類型。

化石燃料排放因子計(jì)算方法如下:

EFi=CCi×αi×ρ

(5)

式中,EFi為i燃料排放因子,CCi為i燃料單位熱值含碳量,αi為i燃料碳氧化率,ρ為CO2與碳的分子量之比,取值44/12,i為燃料類型。

電力消耗溫室氣體排放量計(jì)算方法如下:

(6)

式中,E外購電為單元過程電力消耗溫室氣體排放量,AD外購電,i為各電力消耗單元過程的電力消耗量,CEF電,i為各電力消耗單元過程的電力排放因子,i為單元過程。

熱力消耗溫室氣體排放量計(jì)算方法如下:

(7)

式中,E外購熱為單元過程熱力消耗溫室氣體排放量,AD外購熱,i為各熱力消耗單元過程的熱力消耗量,EF熱,i為各熱力消耗單元過程的熱力排放因子,i為單元過程。

生產(chǎn)過程溫室氣體排放計(jì)算方法如下:

(8)

式中,E過程為產(chǎn)品使用階段溫室氣體排放量,E泄露,i為第i種原料泄漏產(chǎn)生的溫室氣體排放量,E副產(chǎn)品,i,j為第i種原料產(chǎn)生的第j種副產(chǎn)品導(dǎo)致的溫室氣體排放量,E其他過程為其他生產(chǎn)過程產(chǎn)生的溫室氣體排放量。i為原料的種類,j為副產(chǎn)品的種類。

原料泄漏產(chǎn)生溫室氣體排放計(jì)算方法如下:

E泄露,i=(1-h)×FCi×(1-Ui)×(1-aidi)×GWPi

(9)

式中,h為儲存原料容器的原料殘余比例,FCi為原料i的使用量,Ui為原料i的利用率,ai為廢棄原料處理裝置中原料i的收集效率,di為廢棄原料處理裝置對原料i的去除效率,GWPi為原料i的全球變暖潛勢,i為原料種類。

副產(chǎn)品不完全收集產(chǎn)生溫室氣體排放的計(jì)算方法如下:

E副產(chǎn)品,i,j=(1-h)×BPi,j×FCi×(1-ajdj)×GWPj

(10)

式中,E副產(chǎn)品,i,j為原料i產(chǎn)生的副產(chǎn)品j的不完全收集導(dǎo)致的排放量,BPi,j為原料i產(chǎn)生的副產(chǎn)品j的轉(zhuǎn)化因子,FCi為原料i的使用量,aj為廢棄原料處理裝置中原料j的收集效率,dj為廢棄原料處理裝置對原料j的去除效率,GWPj為原料j的全球變暖潛勢。i為原料種類,j為副產(chǎn)品種類。

使用階段溫室氣體排放可根據(jù)產(chǎn)品各種使用狀態(tài)的能效、使用時(shí)間與使用壽命來計(jì)算與產(chǎn)品使用相關(guān)的溫室氣體排放量。

3 碳足跡評價(jià)體系的構(gòu)建

對基于以上方法計(jì)算出的產(chǎn)品碳足跡數(shù)據(jù)進(jìn)行有效綜合評級,才能判斷其在同類產(chǎn)品中的等級。產(chǎn)品碳足跡的評級體系尚未有標(biāo)準(zhǔn)化方法,工業(yè)企業(yè)在進(jìn)行碳足跡評價(jià)時(shí)缺乏統(tǒng)一的、可供參考的效法樣本?；诳赏貙哟畏治龇椒ㄅc可拓優(yōu)度評價(jià)方法構(gòu)建判斷矩陣,計(jì)算各評價(jià)指標(biāo)的具體權(quán)重,得出各指標(biāo)對應(yīng)的總權(quán)重,構(gòu)建產(chǎn)品碳足跡的評級體系。

3.1 經(jīng)典域與節(jié)域的確定

經(jīng)典域R是產(chǎn)品碳足跡在每個(gè)不同評價(jià)等級子過程碳排放量的取值范圍,可分為原料獲取、運(yùn)輸與生產(chǎn)制造等過程。產(chǎn)品碳足跡最終以一組數(shù)據(jù)展示碳排放量,結(jié)合正態(tài)分布,將(μ-3σ,μ+3σ)設(shè)置為取值范圍,確定產(chǎn)品生產(chǎn)過程碳足跡評價(jià)的不同等級[14]。根據(jù)設(shè)置的碳足跡取值范圍對樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選與剔除,確保樣本中產(chǎn)品的碳排放量都在取值區(qū)間內(nèi)。根據(jù)正態(tài)分布數(shù)值將產(chǎn)品生產(chǎn)過程碳足跡評價(jià)等級劃分為A、B、C、D四個(gè)等級,根據(jù)劃分的評價(jià)等級獲取產(chǎn)品每個(gè)工藝過程碳排放量的經(jīng)典域矩陣,根據(jù)產(chǎn)品生產(chǎn)過程碳足跡經(jīng)典域的確定及等級的劃分獲取每個(gè)特征值對應(yīng)的值域,得到節(jié)域模型,進(jìn)而確定節(jié)域。對經(jīng)典域、節(jié)域與待評價(jià)物元特征量值進(jìn)行歸一化處理[14],得到評價(jià)等級對應(yīng)的碳排量為A(0, 0.25)、B(0.25, 0.5)、C(0.5, 0.75)與D(0.75, 1),評價(jià)等級越接近A優(yōu)度越高。

3.2 影響因素權(quán)重的確定

對產(chǎn)品生產(chǎn)過程碳足跡進(jìn)行層次結(jié)構(gòu)劃分后構(gòu)建判斷矩陣A,求解最大特征值λmax及對應(yīng)的特征向量ω,一般采用特征根或求與方法進(jìn)行求解:

Aω=λmaxω

(11)

式中,λmax的值為n,所對應(yīng)的特征向量為ω,對其進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理后可得各要素的權(quán)重值。再使用指標(biāo)CI進(jìn)行一致性檢驗(yàn)[14],一般認(rèn)為結(jié)果在誤差范圍內(nèi)時(shí)CI≤0.1。判斷矩陣中的系數(shù),根據(jù)用戶的認(rèn)知進(jìn)行賦權(quán),通過分析影響因素間的相關(guān)性與沖突性綜合考慮影響因素的權(quán)重賦予[15]。通過計(jì)算沖突性ξi與相關(guān)系數(shù)σi得到權(quán)重ωi[14]:

(12)

3.3 關(guān)聯(lián)度與評價(jià)

根據(jù)可拓學(xué)中的關(guān)聯(lián)函數(shù)計(jì)算每個(gè)影響因素vi對最終碳排放量等級j評定的關(guān)聯(lián)度Kj(vi)[14]。計(jì)算得出每個(gè)等級影響因素的關(guān)聯(lián)度值,再將影響因素的權(quán)重與其關(guān)聯(lián)度相乘,計(jì)算公式為:

式中,ωi為各影響因素的權(quán)重值。

結(jié)合關(guān)聯(lián)函數(shù),得到產(chǎn)品各生產(chǎn)過程產(chǎn)生的碳排放量對最終產(chǎn)品碳足跡評價(jià)等級的關(guān)聯(lián)程度。通過計(jì)算得到加工工藝或使用過程的權(quán)重、關(guān)聯(lián)函數(shù)值,即可得到產(chǎn)品碳足跡與各個(gè)評價(jià)等級的關(guān)聯(lián)度,進(jìn)而獲得該產(chǎn)品的碳足跡評價(jià)等級,對不同企業(yè)生產(chǎn)的同類產(chǎn)品的碳足跡進(jìn)行橫向?qū)Ρ取?/p>

4 結(jié)論

梳理歐美碳限制法案對我國工業(yè)企業(yè)的挑戰(zhàn)及其應(yīng)對方式,建立實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的工業(yè)企業(yè)產(chǎn)品碳足跡核算模型與基于可拓層次分析的碳足跡評級體系;該體系能夠通過實(shí)時(shí)采集工業(yè)企業(yè)產(chǎn)品原料、生產(chǎn)與使用過程的能源消耗數(shù)據(jù),根據(jù)國際認(rèn)可的標(biāo)準(zhǔn)核算碳足跡,并為產(chǎn)品劃分碳足跡等級,便于工業(yè)企業(yè)衡量自身產(chǎn)品碳足跡等級的優(yōu)劣;也可為其申報(bào)碳關(guān)稅減免提供數(shù)據(jù)支撐,為我國企業(yè)產(chǎn)品出口消除阻礙,增強(qiáng)產(chǎn)品的國際競爭力。