摘要：以汽車制造車間中的涂裝車間為研究對(duì)象，開展車間碳排放量化分析，研究結(jié)果對(duì)于涂裝車間的綠色發(fā)展具有重要的意義。首先，提出了以生產(chǎn)系統(tǒng)為邊界的碳排放量化方法，建立了一種結(jié)合碳排放量化及碳效益評(píng)估的涂裝車間碳排放分析模型。其次，基于生態(tài)效率的概念提出的碳效益的概念，從質(zhì)量、產(chǎn)量、收益3個(gè)維度對(duì)碳排放分析進(jìn)行補(bǔ)充。最后，以具體企業(yè)數(shù)據(jù)為例進(jìn)行實(shí)例分析，得出核算結(jié)果，幫助企業(yè)改進(jìn)工藝、提高能源利用效率和減少污染物排放。

關(guān)鍵詞：涂裝車間；碳排放；量化；綠色；碳收益

中圖分類號(hào)：U461 收稿日期：2024-01-15

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2024.04.023

1 前言

汽車行業(yè)是我國國民經(jīng)濟(jì)支柱行業(yè)之一，我國汽車產(chǎn)銷總量已經(jīng)連續(xù)10多年穩(wěn)居全球第一[1]。然而汽車在使用過程中會(huì)排放大量尾氣，是溫室氣體的重要排放源[2]。對(duì)于碳排放問題，我國力爭于2030年前二氧化碳排放達(dá)到峰值[3]。本文以涂裝車間為研究對(duì)象，細(xì)化涂裝車間碳排放量化邊界后，整理并建立涂裝車間碳排放量化的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫與核算模型。從產(chǎn)量、質(zhì)量、成本3個(gè)角度對(duì)碳排放結(jié)果進(jìn)行分析，彌補(bǔ)單純以碳排放量為標(biāo)準(zhǔn)而脫離企業(yè)生產(chǎn)實(shí)際的缺陷。

2 涂裝車間碳排放量化建模機(jī)碳效益評(píng)估

2.1 涂裝車間碳排放邊界

對(duì)于涂裝車間來說，主要生產(chǎn)系統(tǒng)包括前處理、電泳、密封、中涂、面漆和后處理等工序[4]。輔助生產(chǎn)系統(tǒng)是指其他輔助生產(chǎn)過程和為生產(chǎn)提供服務(wù)的部分，如圖1所示。

2.2 碳排放量化的基本方法

針對(duì)不同對(duì)象的碳排放量化有不同的方法，如表1所示。

2.3 汽車涂裝車間碳排放量化模型

涂裝車間的總碳排放Ctotal即為各階段碳排放的總和：

式中，[Cothers]為輔助生產(chǎn)系統(tǒng)的碳排放；i為主要生產(chǎn)系統(tǒng)各工藝階段；[Cli]為工藝階段i的間接碳排放；[CDi]為工藝階段i的直接碳排放；[CWi]為工藝階段i處理污染物而產(chǎn)生的碳排放。

2.4 涂裝車間碳排放量化方法

2.4.1 各工藝階段簡介碳排放量化方法

計(jì)算間接碳排放量，需確定工藝階段i中物料或能源j的消耗量及其碳排放因子，工藝階段i的間接碳排放量可按下式計(jì)算：

式中，n為消耗的物料/能源種類數(shù)；[Eij]為工藝階段i中物料或能源j一年的消耗量，kg或m3；[CEFij]為第j種物料或能源的當(dāng)量碳排放因子，kgCO2e/kg或kgCO2e/m3。

2.4.2 各工藝階段直接碳排放量化方法

依據(jù)國標(biāo)GBT2589—2020[5]中提供的綜合能耗量化方法，工藝階段i直接碳排放CDi可由下式計(jì)算：

式中，[Qi]為各工藝階段的熱損耗，kJ/h；k為天然氣加熱系統(tǒng)的補(bǔ)償系數(shù)，一般取1.1～1.3；[Cn]為天然氣單位熱值的含碳量，tC/Tj；[On]為天然氣燃燒過程中碳的氧化效率。

2.4.3 各工藝階段污染物處理碳排放量化方法

a.廢水處理碳排放量化。

廢水的含碳?xì)怏w全部以甲烷的形式排出，各工藝階段的甲烷排放[EiCH4]估算公式：

式中，[Ei]為工藝階段的廢水排放量；[Si]為工藝階段i排放廢水的化學(xué)需氧量，mg/L；[Sstd]為地區(qū)污水排放標(biāo)準(zhǔn)中的COD值；MCF為甲烷的排放因子，kgCH4/kgCOD。再采用IPCC的核算方法將甲烷排放量轉(zhuǎn)化為二氧化碳排放當(dāng)量。

式中，[Cww]為廢水處理過程的碳排放；[GWP]為甲烷的全球暖化潛勢(shì)值。

b.廢氣處理碳排放量化。

在計(jì)算廢氣處理過程的碳排放時(shí)，主要考慮廢氣中的VOC燃燒后產(chǎn)生的碳排放，以及這一過程產(chǎn)生熱量所節(jié)約的能源的碳排放當(dāng)量：

式中，[Cwg]為廢氣處理過程的碳排放；[Ei]為工藝階段i的廢氣排放量；[Vi]為工藝階段i廢氣中VOC的濃度，mg/L；η為VOC去除效率；[CEFi]為處理揮發(fā)性有機(jī)物的碳排放因子；[er]為重新進(jìn)入生產(chǎn)系統(tǒng)的熱力碳排放當(dāng)量。

2.4.4 輔助生產(chǎn)系統(tǒng)碳排放量化方法

輔助生產(chǎn)系統(tǒng)一年的碳排放量Cothers可由下式計(jì)算：

式中，[Ee、Eg]為輔助生產(chǎn)系統(tǒng)一年的電力及天然氣消耗量，kW·h、m3；[CEFe]為電力的碳排放因子，kgCO2e/kW·h；[Hg]為天然氣的平均低位發(fā)熱值；[Cg]為天然氣單位熱值的含碳量；[Og]為天然氣燃燒過程中碳的氧化效率。

2.5 涂裝車間碳收益評(píng)估方法

a.質(zhì)量碳收益。

質(zhì)量碳效益的定義是在某一生產(chǎn)周期內(nèi)汽車涂裝一次合格率與涂裝車間碳排放量的比值。

式中，[CEm]為質(zhì)量碳效益；[FRR]為涂裝一次合格率；[Ctotal]為某一生產(chǎn)周期內(nèi)的碳排放量。

b.產(chǎn)量碳收益。

產(chǎn)量碳效益的定義是在某一生產(chǎn)周期內(nèi)涂裝車間的總產(chǎn)量與碳排放量的比值，具體公式如式所示。

式中，[CEy]為產(chǎn)量碳效益；[Y]為某一生產(chǎn)周期內(nèi)的車間產(chǎn)量。

c.收益碳收益。

收益碳效益的定義是在某一生產(chǎn)周期內(nèi)涂裝車間的總收益與碳排放量的比值，具體公式如下。

式中，[CEp]為收益碳效益；[P]為某一生產(chǎn)周期內(nèi)的車間收益；[Ctotal]為某一生產(chǎn)周期內(nèi)的碳排放量。

3 案例分析

對(duì)所研究的涂裝車間的生產(chǎn)情況、物料及能源消耗和廢棄物產(chǎn)生情況進(jìn)行調(diào)查分析如下：

a.涂裝車間年產(chǎn)20萬輛，凈節(jié)拍40JPH（臺(tái)/h），全年工作250天，兩班制生產(chǎn)，每天工作時(shí)間20 h。

b.涂裝工藝采用3C2B水性涂裝工藝加2 k清漆（原漆：稀釋劑：固化劑=2∶1∶1）。

c.噴漆廢氣通過轉(zhuǎn)輪+焚燒爐處理后排放，同時(shí)對(duì)熱量進(jìn)行回收，熱回收效率達(dá)50%。

3.1 涂裝車間碳排放量化

根據(jù)上述數(shù)據(jù)代入式（1）～式（7）可得到該涂裝車間一年的二氧化碳排放量及每輛車的涂裝碳排放當(dāng)量，如表2所示。

3.2 涂裝車間碳收益評(píng)估

在本次涂裝車間碳效益評(píng)估時(shí)，將生產(chǎn)周期定義為一天，記錄連續(xù)5個(gè)生產(chǎn)周期的產(chǎn)量、返修量、一次合格率、成本、收益、碳排放量等，產(chǎn)量、返修量及一次合格率來自于當(dāng)天的車間生產(chǎn)記錄，碳排放量計(jì)算按照本文介紹的碳排放量化方法計(jì)算，計(jì)算得到表3。將數(shù)據(jù)代入本文建立的涂裝車間碳收益評(píng)估方法可得各類型碳效益，結(jié)果如表4所示。

為了便于對(duì)比分析，需對(duì)所有結(jié)果進(jìn)行歸一化處理，故選擇極差化方法。公示如下：

式中，[yi]為處理后的數(shù)據(jù)；i為第i個(gè)生產(chǎn)周期；[xi]為處理前的數(shù)據(jù)；[X]為不同類型碳效益的結(jié)果集。

碳排放量及各類型碳收益分析對(duì)比如圖2所示。

4 結(jié)語

Cycle Time1的排放最低，但其收益碳效益不如Cycle Time3；Cycle Time4雖然產(chǎn)量較高但合格率低，所以它的質(zhì)量碳效益及收益碳效益都是最低的；Cycle Time5的產(chǎn)量高、合格率也較高。本文建立的各類型碳效益評(píng)估方法可作為涂裝車間減排降碳措施的評(píng)估指標(biāo)，助于解決涂裝車間生產(chǎn)過程中各種生產(chǎn)活動(dòng)產(chǎn)生的碳排放與經(jīng)濟(jì)效益的綜合考量問題。

參考文獻(xiàn)：

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[5]綜合能耗計(jì)算通則[S].

作者簡介：

孫碩，男，2002年生，碩士研究生在讀，研究方向?yàn)榫G色設(shè)計(jì)與制造。