安科瑞 劉秋霞
摘要：汽車碳排放是交通領(lǐng)域的主要碳排放來源，是社會碳控排的領(lǐng)域之一，降低汽車生產(chǎn)階段的碳排放量對于汽車行業(yè)降碳十分重要，建設(shè)低碳工廠是降低生產(chǎn)階段汽車碳排放量的關(guān)鍵措施。本文分析了汽車生產(chǎn)階段碳排放量的關(guān)鍵影響因素，從頂層設(shè)計、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、資源能源應(yīng)用和生產(chǎn)運營管理四個方面，提出了建設(shè)低碳工廠的六項主要措施，為汽車制造業(yè)低碳工廠的建設(shè)提供借鑒。
關(guān)鍵詞：汽車制造；低碳工廠；實施路徑
1.背景
自2020年9月22日，在第75屆大會上鄭重宣布中國“力爭2030年前二氧化碳排放達(dá)到峰值，努力爭取2060年前實現(xiàn)碳中和"以來，高度重視碳達(dá)峰、碳中和工作，明確要求扎實做好碳達(dá)峰、碳中和各項工作，并抓緊制定2030年前碳排放達(dá)峰行動方案。其中工業(yè)領(lǐng)域以推動產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化升級作為重要的節(jié)點，開展節(jié)能降碳各項工作，推進(jìn)工業(yè)領(lǐng)域低碳工藝革新和數(shù)字化轉(zhuǎn)型，提升服務(wù)業(yè)低碳發(fā)展水平。
交通運輸是化石能源消耗及溫室氣體排放的關(guān)鍵領(lǐng)域，近年來已成為我國溫室氣體排放增長較快的領(lǐng)域之一。在“雙碳"目標(biāo)背景下，交通運輸領(lǐng)域面臨嚴(yán)峻的減排壓力，推動交通領(lǐng)域碳排放達(dá)峰和深度減排對全社會實現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和意義重大。汽車碳排放是交通運輸領(lǐng)域的主要碳排放來源，是社會碳控排的領(lǐng)域之一。根據(jù)公開數(shù)據(jù)，汽車碳排放占我國交通領(lǐng)域碳排放80%以上，占全社會碳排放7.5%左右，汽車行業(yè)低碳發(fā)展對交通領(lǐng)域“雙碳"目標(biāo)的實現(xiàn)有重要影響。
根據(jù)國內(nèi)外的相關(guān)研究及標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，汽車碳排放一般是指將當(dāng)年汽車原材料獲取階段碳排放、生產(chǎn)階段碳排放和當(dāng)年全社會保有汽車使用階段碳排放。其中原材料獲取階段，是指資源的獲取和材料的生產(chǎn)階段，包括資源開采、加工提出、生產(chǎn)制造等過程的碳排放量，如汽車所用鋼材生產(chǎn)過程的碳排放量應(yīng)計入原材料獲取階段；生產(chǎn)階段是指汽車制造廠內(nèi)進(jìn)行整車制造過程的碳排放量，為減少碳排放量需要優(yōu)化生產(chǎn)工藝；汽車使用階段的碳排放量約占汽車碳排放的九成，通過發(fā)展清潔能源汽車可以有效降低該階段的碳排放量。考慮汽車碳排放量計算方法的復(fù)雜性和降低汽車碳排放措施的多樣性，本文主要討論生產(chǎn)階段的碳排放量。
2.汽車生產(chǎn)階段碳排放量的影響因素
中汽2021年發(fā)布的《乘用車生命周期碳排放核算技術(shù)規(guī)范》，對汽車生產(chǎn)階段的碳排放量計算方法進(jìn)行了說明，即生產(chǎn)階段的碳排放量是能源或燃料耗量碳排放量和焊接過程CO2逸散量的總和，具體計算公式如下：
CProduction=Σ（Er×CEFr+Er×NCVr×CEFr’）+Mco2（1）
式中：CProduction——整車生產(chǎn)階段碳排放量，單位為kgCO2e（千克二氧化碳當(dāng)量）；
Er——能源或燃料r的外購量，單位為kWh、m3或kg等；
CEFr——能源或燃料r生產(chǎn)的碳排放因子，單位為kgCO2e/kWh、kgCO2e/m3或kgCO2e/kg；
CEFr’——能源或燃料r使用的碳排放因子，單位為tCO2e/GJ（噸二氧化碳當(dāng)量每吉焦）
NCVr——能源或燃料r的平均低位發(fā)熱量。單位為GJ/t、GJ/104m3；
Mco2——焊接過程中產(chǎn)生的CO2逸散的量，單位為kgCO2e（千克二氧化碳當(dāng)量），計算式一般采用缺省值。
通過以上計算公式可以看出，影響汽車生產(chǎn)階段的碳排放量的關(guān)鍵因素有兩項，即生產(chǎn)過程中能源或燃料的使用量及其碳排放因子。為降低生產(chǎn)過程碳排放量，應(yīng)盡量減少過程中能源和燃料的使用量，并優(yōu)先選擇碳排放因子較小的清潔能源。
分析整車生產(chǎn)沖壓、焊裝、涂裝、總裝四大工藝過程，主要消耗的能源種類包括：電能、燃?xì)狻嚎s氣體、蒸汽、水，而其中的壓縮氣體和蒸汽的消耗量又可以通過空壓機的耗電量、電鍋爐的耗電量或者燃?xì)忮仩t的消耗量來進(jìn)行統(tǒng)計分析，因此降低生產(chǎn)過程碳排放量應(yīng)從減少電能和燃?xì)庥昧俊p少用水量和提升綠電比例等方面著手。
3.低碳工廠的實施路徑
工廠是汽車制造開展的空間和載體，建設(shè)低碳工廠是降低生產(chǎn)階段汽車碳排放量的關(guān)鍵措施。綜合考慮工廠設(shè)計、建設(shè)和運營的全過程，主要從頂層設(shè)計、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、資源能源應(yīng)用和生產(chǎn)運營管理等四個方面開展低碳工廠的建設(shè)。
頂層設(shè)計主要是指汽車工廠的總體設(shè)計理念和減少碳排放量的目標(biāo)設(shè)置，通過低碳理念使整個工廠的建設(shè)和運營；基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)包括汽車工廠的建筑物、構(gòu)筑物和相關(guān)設(shè)備等硬件設(shè)施和軟件設(shè)施的建設(shè)，低碳基礎(chǔ)設(shè)施是實現(xiàn)低碳工廠的具體支撐；資源能源應(yīng)用是指生產(chǎn)制造過程中具體應(yīng)用到的水、電、氣等各類資源和能源，通過限度得提升清潔能源的比例實現(xiàn)降低碳排放量的目標(biāo)；生產(chǎn)運營管理包括管理策略的制定和管理系統(tǒng)的建立，低碳工廠需借助智慧化的管理方式，提升生產(chǎn)效率和運營水平。具體的實施路徑如下：
3.1現(xiàn)狀碳核查及確定低碳目標(biāo)
確定碳排放量計算邊界，根據(jù)實際監(jiān)測數(shù)據(jù)（新建工廠參考同類工廠的檢測數(shù)據(jù)），形成碳排放量核查報告，掌握工廠現(xiàn)狀碳排放情況。對比行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、同類工廠數(shù)據(jù)及自身減排要求，確定低碳工廠目標(biāo)，一般以單位產(chǎn)品碳排放量作為目標(biāo)。建立碳排放量預(yù)測模型，確定預(yù)測周期及預(yù)測情景，進(jìn)行碳排放量模擬與預(yù)測。
圖1汽車生產(chǎn)階段碳排放核算邊界
3.2開展綠色工業(yè)建筑建設(shè)
按照我國《綠色工業(yè)建筑評價標(biāo)準(zhǔn)》GB/T50878、《綠色工廠評價通則》等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求，落實相關(guān)技術(shù)措施，建設(shè)綠色低碳廠。廠房在規(guī)劃設(shè)計、建設(shè)、運營全過程采用BIM技術(shù)，形成完善的建筑基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息模型。
圖2綠色工業(yè)建筑規(guī)劃設(shè)計要求
3.3采用低碳的設(shè)備設(shè)施
優(yōu)化生產(chǎn)工藝，提升生產(chǎn)設(shè)備的能效水平，并減少生產(chǎn)過程中污染物排放量。提升輔助生產(chǎn)設(shè)備設(shè)施的能效水平，優(yōu)化聯(lián)合動力站的規(guī)劃設(shè)計，空調(diào)設(shè)備、動力設(shè)備、空壓機、照明設(shè)施等均采用節(jié)能產(chǎn)品，具體措施包括：各公用設(shè)備能效比達(dá)到2級或以上等級，圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計滿足節(jié)能要求，采用節(jié)能燈具并進(jìn)行合理的照明控制，采暖空調(diào)系統(tǒng)形式、參數(shù)、分區(qū)設(shè)計合理、節(jié)能，對空調(diào)系統(tǒng)、工藝系統(tǒng)的余熱廢熱進(jìn)行回收利用等。同時，做好相關(guān)設(shè)備設(shè)施的節(jié)能運行調(diào)適工作，保證設(shè)備在狀態(tài)，以達(dá)到預(yù)定的能效比。
3.4使用綠色低碳的能源保障廠內(nèi)環(huán)境要求
汽車工廠大多全年連續(xù)運行，根據(jù)對北方某汽車生產(chǎn)企業(yè)調(diào)研，其廠房年均運行250天以上，每天連續(xù)24小時運行，其中采暖系統(tǒng)運行天數(shù)110天左右，空調(diào)系統(tǒng)運行天數(shù)80天左右，為維持廠內(nèi)熱、濕、光環(huán)境其能源消耗導(dǎo)致的碳排放量。因此需提升清潔能源、可再生能源應(yīng)用比例，引入綠色電力，系統(tǒng)性優(yōu)化工廠能源結(jié)構(gòu)。優(yōu)先利用廠房的屋面資源，設(shè)置太陽能光伏、太陽能熱水等可再生能源設(shè)施。提升非傳統(tǒng)水源、循環(huán)用水的應(yīng)用比例，限度減少自來水的使用量。空調(diào)末端利用熱回收系統(tǒng)，有效利用余熱和廢熱這種“綠色能源"可有效降低空調(diào)采暖耗能，減少碳排放量。
3.5優(yōu)化生產(chǎn)工藝
通過優(yōu)化生產(chǎn)工藝，為應(yīng)用低碳生產(chǎn)材料提供條件，同時降低生產(chǎn)過程中各類材料的耗損，提高各類生產(chǎn)廢棄物的回收利用率，是降低汽車工廠碳排放量的重要措施。根據(jù)研究發(fā)現(xiàn)在原材料制造過程中，鋁的生產(chǎn)過程及使用情況對全球變暖潛勢的影響很大，加大二次鋁應(yīng)用比例，并通過工藝優(yōu)化，降低金屬板材的截止率均可大幅降低碳排放水平。
3.6搭建智慧低碳運行管理平臺
對項目用電，如：空調(diào)系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、工藝、通風(fēng)除塵、其他用電；項目非電能包括生產(chǎn)生活給水、中水、采暖熱水、冷水、壓縮空氣入口等進(jìn)行分項計量，并將計量數(shù)據(jù)納入統(tǒng)一的低碳管理系統(tǒng)。設(shè)備設(shè)施采用變頻、群控等措施，根據(jù)負(fù)荷變化控制開啟臺數(shù)或設(shè)備的頻率，實現(xiàn)智慧運行，減少設(shè)備能耗。開展低碳節(jié)能診斷與智慧調(diào)控，保證低碳工廠處于的運行狀態(tài)。
3.7購買綠電或開展碳交易
根據(jù)“十三五"期間統(tǒng)計數(shù)據(jù)，汽車生產(chǎn)過程中的碳排放90%來自于電力導(dǎo)致的排放，通過上述措施無法減少的碳排放量，可以通過購買綠電或者開展碳交易的方式進(jìn)一步抵消工廠的碳排放量。通過綠電或交易，滿足生產(chǎn)清潔用能的需求，實現(xiàn)經(jīng)濟、社會、環(huán)境效益的高度統(tǒng)一。
4.Acrel-EIOT能源物聯(lián)網(wǎng)云平臺
4.1概述
Acrel-EIoT能源物聯(lián)網(wǎng)開放平臺是一套基于物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中臺，建立統(tǒng)一的上下行數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，為互聯(lián)網(wǎng)用戶提供能源物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)服務(wù)的平臺。用戶僅需購買安科瑞物聯(lián)網(wǎng)傳感器，選配網(wǎng)關(guān)，自行安裝后掃碼即可使用手機和電腦得到所需的行業(yè)數(shù)據(jù)服務(wù)。
該平臺提供數(shù)據(jù)駕駛艙、電氣安全監(jiān)測、電能質(zhì)量分析、用電管理、預(yù)付費管理、充電樁管理、智能照明管理、異常事件報警和記錄、運維管理等功能，并支持多平臺、多語言、多終端數(shù)據(jù)訪問。
4.2應(yīng)用場所
本平臺適用于公寓出租戶、連鎖小超市、小型工廠、樓管系統(tǒng)集成商、小型物業(yè)、智慧城市、變配電站、建筑樓宇、通信基站、工業(yè)能耗、智能燈塔、電力運維等領(lǐng)域。
4.3平臺結(jié)構(gòu)
4.4平臺功能
（1）電力集抄
電力集抄模塊可以實現(xiàn)對各種監(jiān)測數(shù)據(jù)的查詢、分析、預(yù)警及綜合展示，以保證配電室的環(huán)境友好。在智能化方面實現(xiàn)供配電監(jiān)控系統(tǒng)的遙測'、遙信、遙控控制，對系統(tǒng)進(jìn)行綜合檢測和統(tǒng)一管理；在數(shù)據(jù)資源管理方面，可以顯示或查詢供配電室內(nèi)各設(shè)備運行（包括歷史和實時參數(shù)，并根據(jù)實際情況進(jìn)行日報、月報和年報查詢或打印，提高工作效率，節(jié)約人力資源。
變壓器監(jiān)控配電圖
（2）能耗分析
能耗分析模塊采用自動化、信息化技術(shù)，實現(xiàn)從能源數(shù)據(jù)采集、過程監(jiān)控、能源介質(zhì)消耗分析、能耗管理等全過程的自動化、科學(xué)化管理，使能源管理、能源生產(chǎn)以及使用的全過程有機結(jié)合起來，運用*的數(shù)據(jù)處理與分析技術(shù)，進(jìn)行離線生產(chǎn)分析與管理，實現(xiàn)全廠能源系統(tǒng)的統(tǒng)一調(diào)度，優(yōu)化能源介質(zhì)平衡、有效利用能源，提高能源質(zhì)量、降低能源消耗，達(dá)到節(jié)能降耗和提升整體能源管理水平的目的。
能耗概況
（3）預(yù)付費管理
登陸管理：管理操作員賬戶及權(quán)限分配，查看系統(tǒng)日志等功能；
系統(tǒng)配置：對建筑、通訊管理機、儀表及默認(rèn)參數(shù)進(jìn)行配置；
用戶管理：對商鋪用戶執(zhí)行開戶、銷戶、遠(yuǎn)程分合閘、批量操作及記錄查詢等操作；
售電管理：對已開戶的表進(jìn)行遠(yuǎn)程售電、退電、沖正及記錄查詢等操作；
售水管理：對已開戶的表進(jìn)行遠(yuǎn)程售水、退水、記錄查詢等操作；
報表：提供售電、售水財務(wù)報表、用能報表、報警報表等查詢，本系統(tǒng)所有的報表及記錄查詢，都支持excel格式導(dǎo)出。
預(yù)付費看板
（4）充電樁管理
通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，對接入系統(tǒng)的充電樁站點和各個充電樁進(jìn)行不間斷地數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，同時對各類故障如充電機過溫保護、充電機輸入輸出過壓、欠壓、絕緣檢測故障等一系列故障進(jìn)行預(yù)警。云平臺包含了充電收費和充電樁運營的所有功能，包括城市級大屏、交易管理、財務(wù)管理、變壓器監(jiān)控、運營分析、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理等功能。
（5）智能照明
智能照明通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對安裝在城市各區(qū)域的室內(nèi)照明、城市路燈等照明回路的用電狀態(tài)進(jìn)行不間斷地數(shù)據(jù)監(jiān)測，也可以實現(xiàn)定時開關(guān)策略配置及后臺遠(yuǎn)程管理和移動管理等，降低路燈設(shè)施的維護難度和成本，提升管理水平，并達(dá)到一定節(jié)能減掛的效果。
監(jiān)控頁面
（6）安全用電
安全用電采用自主研發(fā)的剩余電流互感器、溫度傳感器、電氣火災(zāi)探測器，對引發(fā)電氣火災(zāi)的主要因素（導(dǎo)線溫度、電流和剩余電流）進(jìn)行不間斷的數(shù)據(jù)跟蹤與統(tǒng)計分析，并將發(fā)現(xiàn)的各種隱患信息及時推送給企業(yè)管理人員，指導(dǎo)企業(yè)實現(xiàn)時間的排查和治理，達(dá)到消除潛在電氣火災(zāi)安全隱患，實現(xiàn)“防患于未然"的目的。
智慧消防通過云平臺進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、挖掘和趨勢分析，幫助實現(xiàn)科學(xué)預(yù)警火災(zāi)、網(wǎng)格化管理、落實多元責(zé)任監(jiān)管等目標(biāo)。原先針對“九小場所"和危化品生產(chǎn)企業(yè)無法有效監(jiān)控的空白，適應(yīng)于所有公建和民建，實現(xiàn)了無人化值守智慧消防，實現(xiàn)智慧消防“自動化"、“智能化"、“系統(tǒng)化"、用電管理“精細(xì)化"的實際需求。
5.展望
隨著我國“雙碳"目標(biāo)實施進(jìn)度的不斷推進(jìn)，汽車行業(yè)的減碳要求將不斷提升，汽車制造業(yè)建設(shè)低碳工廠將成為必然要求。除上述關(guān)鍵措施外，低碳工廠的建設(shè)還應(yīng)關(guān)注以下內(nèi)容：
（1）與數(shù)字化工廠相結(jié)合，建立完善的汽車制造工廠碳排放預(yù)測模型，通過模型預(yù)測，把控碳排放關(guān)鍵環(huán)節(jié)，挖掘更大的減碳潛力。
（2）加強低碳工廠的系統(tǒng)化建設(shè)，進(jìn)一步優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)和能源配置，提升能源系統(tǒng)的利用效率，推進(jìn)低碳工廠向近零碳工廠、零碳工廠發(fā)展。
（3）注重綠色運維，形成完善的汽車制造工廠綠色運維機制，推進(jìn)工廠運行的標(biāo)準(zhǔn)化、低碳化。
（4）借助綠色金融等更多低碳市場工具，拓寬工廠降碳渠道。
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