安科瑞 劉秋霞
摘要：汽車碳排放是交通領域的主要碳排放來源，是社會碳控排的領域之一，降低汽車生產階段的碳排放量對于汽車行業降碳十分重要，建設低碳工廠是降低生產階段汽車碳排放量的關鍵措施。本文分析了汽車生產階段碳排放量的關鍵影響因素，從頂層設計、基礎設施建設、資源能源應用和生產運營管理四個方面，提出了建設低碳工廠的六項主要措施，為汽車制造業低碳工廠的建設提供借鑒。
關鍵詞：汽車制造；低碳工廠；實施路徑
1.背景
自2020年9月22日，主席在第75屆聯合國大會上鄭重宣布中國“力爭2030年前二氧化碳排放達到峰值，努力爭取2060年前實現碳中和"以來，黨中央、國務院高度重視碳達峰、碳中和工作，明確要求扎實做好碳達峰、碳中和各項工作，并抓緊制定2030年前碳排放達峰行動方案。其中工業領域以推動產業結構優化升級作為重要的節點，開展節能降碳各項工作，推進工業領域低碳工藝革新和數字化轉型，提升服務業低碳發展水平。
交通運輸是化石能源消耗及溫室氣體排放的關鍵領域，近年來已成為我國溫室氣體排放增長較快的領域之一。在“雙碳"目標背景下，交通運輸領域面臨嚴峻的減排壓力，推動交通領域碳排放達峰和深度減排對全社會實現碳達峰、碳中和意義重大。汽車碳排放是交通運輸領域的主要碳排放來源，是社會碳控排的領域之一。根據公開數據，汽車碳排放占我國交通領域碳排放80%以上，占全社會碳排放7.5%左右，汽車行業低碳發展對交通領域“雙碳"目標的實現有重要影響。
根據國內外的相關研究及標準規范，汽車碳排放一般是指將當年汽車原材料獲取階段碳排放、生產階段碳排放和當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階段，包括資源開采、加工提出、生產制造等過程的碳排放量，如汽車所用鋼材生產過程的碳排放量應計入原材料獲取階段；生產階段是指汽車制造廠內進行整車制造過程的碳排放量，為減少碳排放量需要優化生產工藝；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雜性和降低汽車碳排放措施的多樣性，本文主要討論生產階段的碳排放量。
2.汽車生產階段碳排放量的影響因素
中汽2021年發布的《乘用車生命周期碳排放核算技術規范》，對汽車生產階段的碳排放量計算方法進行了說明，即生產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——整車生產階段碳排放量，單位為kgCO2e（千克二氧化碳當量）；
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（噸二氧化碳當量每吉焦）
NCVr——能源或燃料r的平均低位發熱量。單位為GJ/t、GJ/104m3；
Mco2——焊接過程中產生的CO2逸散的量，單位為kgCO2e（千克二氧化碳當量），計算式一般采用缺省值。
通過以上計算公式可以看出，影響汽車生產階段的碳排放量的關鍵因素有兩項，即生產過程中能源或燃料的使用量及其碳排放因子。為降低生產過程碳排放量，應盡量減少過程中能源和燃料的使用量，并優先選擇碳排放因子較小的清潔能源。
分析整車生產沖壓、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、燃氣、壓縮氣體、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氣鍋爐的消耗量來進行統計分析，因此降低生產過程碳排放量應從減少電能和燃氣用量、減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，建設低碳工廠是降低生產階段汽車碳排放量的關鍵措施。綜合考慮工廠設計、建設和運營的全過程，主要從頂層設計、基礎設施建設、資源能源應用和生產運營管理等四個方面開展低碳工廠的建設。
頂層設計主要是指汽車工廠的總體設計理念和減少碳排放量的目標設置，通過低碳理念使整個工廠的建設和運營；基礎設施建設包括汽車工廠的建筑物、構筑物和相關設備等硬件設施和軟件設施的建設，低碳基礎設施是實現低碳工廠的具體支撐；資源能源應用是指生產制造過程中具體應用到的水、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降低碳排放量的目標；生產運營管理包括管理策略的制定和管理系統的建立，低碳工廠需借助智慧化的管理方式，提升生產效率和運營水平。具體的實施路徑如下：
3.1現狀碳核查及確定低碳目標
確定碳排放量計算邊界，根據實際監測數據（新建工廠參考同類工廠的檢測數據），形成碳排放量核查報告，掌握工廠現狀碳排放情況。對比行業標準、同類工廠數據及自身減排要求，確定低碳工廠目標，一般以單位產品碳排放量作為目標。建立碳排放量預測模型，確定預測周期及預測情景，進行碳排放量模擬與預測。
圖1汽車生產階段碳排放核算邊界
3.2開展綠色工業建筑建設
按照我國《綠色工業建筑評價標準》GB/T50878、《綠色工廠評價通則》等相關標準規范的要求，落實相關技術措施，建設綠色低碳廠。廠房在規劃設計、建設、運營全過程采用BIM技術，形成完善的建筑基礎數據信息模型。
圖2綠色工業建筑規劃設計要求
3.3采用低碳的設備設施
優化生產工藝，提升生產設備的能效水平，并減少生產過程中污染物排放量。提升輔助生產設備設施的能效水平，優化聯合動力站的規劃設計，空調設備、動力設備、空壓機、照明設施等均采用節能產品，具體措施包括：各公用設備能效比達到2級或以上等級，圍護結構設計滿足節能要求，采用節能燈具并進行合理的照明控制，采暖空調系統形式、參數、分區設計合理、節能，對空調系統、工藝系統的余熱廢熱進行回收利用等。同時，做好相關設備設施的節能運行調適工作，保證設備在狀態，以達到預定的能效比。
3.4使用綠色低碳的能源保障廠內環境要求
汽車工廠大多全年連續運行，根據對北方某汽車生產企業調研，其廠房年均運行250天以上，每天連續24小時運行，其中采暖系統運行天數110天左右，空調系統運行天數80天左右，為維持廠內熱、濕、光環境其能源消耗導致的碳排放量。因此需提升清潔能源、可再生能源應用比例，引入綠色電力，系統性優化工廠能源結構。優先利用廠房的屋面資源，設置太陽能光伏、太陽能熱水等可再生能源設施。提升非傳統水源、循環用水的應用比例，限度減少自來水的使用量。空調末端利用熱回收系統，有效利用余熱和廢熱這種“綠色能源"可有效降低空調采暖耗能，減少碳排放量。
3.5優化生產工藝
通過優化生產工藝，為應用低碳生產材料提供條件，同時降低生產過程中各類材料的耗損，提高各類生產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。根據研究發現在原材料制造過程中，鋁的生產過程及使用情況對全球變暖潛勢的影響很大，加大二次鋁應用比例，并通過工藝優化，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：空調系統、照明系統、工藝、通風除塵、其他用電；項目非電能包括生產生活給水、中水、采暖熱水、冷水、壓縮空氣入口等進行分項計量，并將計量數據納入統一的低碳管理系統。設備設施采用變頻、群控等措施，根據負荷變化控制開啟臺數或設備的頻率，實現智慧運行，減少設備能耗。開展低碳節能診斷與智慧調控，保證低碳工廠處于的運行狀態。
3.7購買綠電或開展碳交易
根據“十三五"期間統計數據，汽車生產過程中的碳排放90%來自于電力導致的排放，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一步抵消工廠的碳排放量。通過綠電或交易，滿足生產清潔用能的需求，實現經濟、社會、環境效益的高度統一。
4.Acrel-EIOT能源物聯網云平臺
4.1概述
Acrel-EIoT能源物聯網開放平臺是一套基于物聯網數據中臺，建立統一的上下行數據標準，為互聯網用戶提供能源物聯網數據服務的平臺。用戶僅需購買安科瑞物聯網傳感器，選配網關，自行安裝后掃碼即可使用手機和電腦得到所需的行業數據服務。
該平臺提供數據駕駛艙、電氣安全監測、電能質量分析、用電管理、預付費管理、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、多終端數據訪問。
4.2應用場所
本平臺適用于公寓出租戶、連鎖小超市、小型工廠、樓管系統集成商、小型物業、智慧城市、變配電站、建筑樓宇、通信基站、工業能耗、智能燈塔、電力運維等領域。
4.3平臺結構
4.4平臺功能
（1）電力集抄
電力集抄模塊可以實現對各種監測數據的查詢、分析、預警及綜合展示，以保證配電室的環境友好。在智能化方面實現供配電監控系統的遙測'、遙信、遙控控制，對系統進行綜合檢測和統一管理；在數據資源管理方面，可以顯示或查詢供配電室內各設備運行（包括歷史和實時參數，并根據實際情況進行日報、月報和年報查詢或打印，提高工作效率，節約人力資源。
變壓器監控配電圖
（2）能耗分析
能耗分析模塊采用自動化、信息化技術，實現從能源數據采集、過程監控、能源介質消耗分析、能耗管理等全過程的自動化、科學化管理，使能源管理、能源生產以及使用的全過程有機結合起來，運用先進的數據處理與分析技術，進行離線生產分析與管理，實現全廠能源系統的統一調度，優化能源介質平衡、有效利用能源，提高能源質量、降低能源消耗，達到節能降耗和提升整體能源管理水平的目的。
能耗概況
（3）預付費管理
登陸管理：管理操作員賬戶及權限分配，查看系統日志等功能；
系統配置：對建筑、通訊管理機、儀表及默認參數進行配置；
用戶管理：對商鋪用戶執行開戶、銷戶、遠程分合閘、批量操作及記錄查詢等操作；
售電管理：對已開戶的表進行遠程售電、退電、沖正及記錄查詢等操作；
售水管理：對已開戶的表進行遠程售水、退水、記錄查詢等操作；
報表：提供售電、售水財務報表、用能報表、報警報表等查詢，本系統所有的報表及記錄查詢，都支持excel格式導出。
預付費看板
（4）充電樁管理
通過物聯網技術，對接入系統的充電樁站點和各個充電樁進行不間斷地數據采集和監控，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行預警。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、財務管理、變壓器監控、運營分析、基礎數據管理等功能。
（5）智能照明
智能照明通過物聯網技術對安裝在城市各區域的室內照明、城市路燈等照明回路的用電狀態進行不間斷地數據監測，也可以實現定時開關策略配置及后臺遠程管理和移動管理等，降低路燈設施的維護難度和成本，提升管理水平，并達到一定節能減掛的效果。
監控頁面
（6）安全用電
安全用電采用自主研發的剩余電流互感器、溫度傳感器、電氣火災探測器，對引發電氣火災的主要因素（導線溫度、電流和剩余電流）進行不間斷的數據跟蹤與統計分析，并將發現的各種隱患信息及時推送給企業管理人員，指導企業實現時間的排查和治理，達到消除潛在電氣火災安全隱患，實現“防患于未然"的目的。
智慧消防通過云平臺進行數據分析、挖掘和趨勢分析，幫助實現科學預警火災、網格化管理、落實多元責任監管等目標。彌補了原先針對“九小場所"和危化品生產企業無法有效監控的空白，適應于所有公建和民建，實現了無人化值守智慧消防，實現智慧消防“自動化"、“智能化"、“系統化"、用電管理“精細化"的實際需求。
5.展望
隨著我國“雙碳"目標實施進度的不斷推進，汽車行業的減碳要求將不斷提升，汽車制造業建設低碳工廠將成為必然要求。除上述關鍵措施外，低碳工廠的建設還應關注以下內容：
（1）與數字化工廠相結合，建立完善的汽車制造工廠碳排放預測模型，通過模型預測，把控碳排放關鍵環節，挖掘更大的減碳潛力。
（2）加強低碳工廠的系統化建設，進一步優化能源結構和能源配置，提升能源系統的利用效率，推進低碳工廠向近零碳工廠、零碳工廠發展。
（3）注重綠色運維，形成完善的汽車制造工廠綠色運維機制，推進工廠運行的標準化、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。
參考文獻
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