中国电科院刘超:电力装备全生命周期产品碳足迹评价初探及实践-中国储能网
2023 09/26 15:49:54
来源:中国储能网

中国电科院刘超:电力装备全生命周期产品碳足迹评价初探及实践

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作者:中国储能网新闻中心

  中国储能网讯:9月10-11日,由中国化学与物理电源行业协会、南方科技大学碳中和能源研究院、南方电网能源发展研究院联合100余家机构共同支持的碳中和能源高峰论坛暨第三届中国国际新型储能技术及工程应用大会在深圳召开。此次大会主题是“绿色、经济、安全、发展”。

  来自行业主管机构、国内外驻华机构、科研单位、电网企业、发电企业、系统集成商、金融机构等不同领域的600余家产业链企业,1317位嘉宾参加了本届大会。

  11日上午,中国电力科学研究院电力系统碳中和研究中心低碳电力技术与评估研究室主任刘超受邀在“全生命周期碳足迹分析与应用技术专场”分享了主题报告,主题为《电力装备全生命周期产品碳足迹评价初探及实践》。

  刘超:中国电科院,可能很多专家和领导比较熟悉,是国家电网公司的二级单位。2020年习主席提出“双碳”后,国网公司在中国电科院成立了电力系统碳中和研究中心,这个属于中国电科院的二级机构,专门开展新型电力系统和双碳的研究工作。以上是我们中心的基本情况。

  我们中心从2020年成立到现在,支撑公司总部出台新型电力系统实施方案,包括“双碳”的实施方案以及国网公司遴选的六大示范区。还支撑总部专门成立的电力低碳专题工作组。

  下面我结合今天的演讲主题和中心包括低碳室所做的工作给大家做一个简单的汇报,也分享一下我们的研究方向和研究思路。

  我今天汇报的主要内容包括以下几方面,当时提出双碳目标后,我们从2021年成立,就开始谋划科室和中心在碳方面做的一些工作,其中有一点就是瞄准产品碳排放,前期做了很多工作。

  产品碳足迹,就是指产品全生命周期、原材料获取过程、生产过程、运输过程、使用过程及废弃回收过程产生的碳排放。目前国内对产品碳排放的关注度还没有那么高,跟国内发展趋势有一定关系。现在国家主要关注的是全社会的总体碳排放包括碳市场里的排放主体或者各省域重点排放企业的管理,关注的是范围1直接排放和范围2间接排放。碳足迹方面,国家层面还没有正式的文件发布,比如中标院资环分院正在牵头ISO 14067标准的转化,事实上国家还没有正式的文件和标准对产品碳足迹做翔实的要求,目前还是企业包括央企自发的开展一些工作。像国家电网公司在搞绿色供应链建设时,就要求把碳足迹作为其中一个考核指标,纳入到将来物资采购的要求里去。供应链提供设备时,将来要提供相应的产品碳排放分析报告甚至企业碳排放的分析数据。

  碳足迹在国外比较久了,英国标准协会BSI,于2008年10月发布一个碳排放规范PAS 2050。该规范是由英国碳信托(Carbon Trust)和英国环境、食品和乡村事务部(Defra)联合发起,为评价产品生命周期内温室气体排放而编制的一套公众可获取的规范。英国算是最早开展碳足迹的国家,从英国发布后,美国、德国和日本陆陆续续跟着英国的脚步推出自己的标准制度和碳标签制度,碳足迹就在国际上慢慢推广开来。

  国际上涉及到国家和碳足迹核算标准有几个,一是国家、部门及地域层级;企业、组织活动层级和产品层级。产品层级可能是今天活动比较关注的,产品生命周期核算报告,常见的是AS 2050,还有ISO出的14067,以及GHG出的标准,目前国内参考比较多的是ISO 14067,生命周期的评价方法,ISO 14040、14044之前都已经转化成国内标准,GB 24040和24044。

  国内最早推动这项工作的是中国标准化研究院,2009年就跟英国标准协会联合举办了PAS 2050中文发布会,专门还确定要在中国开展一些试点工作,但后续几年这项工作在国内并没有大面积推广,处于相对的停滞状态。在近年“双碳”提出后,国家又开始重视,国内很多行业和企业陆陆续续开始推动这件事情。特别是有出口需求的企业,对产品碳足迹这块比较重视,推进得也比较快。

  产品碳足迹在国际上推广这么久,国内“双碳”提出,国家部委也比较重视。像工信部发布的《工业领域碳达峰实施方案》里已经提出二氧化碳强度要明显下降。六个重点任务和两大重大行动已经往绿色低碳转型要求上提出一些宏观要求,只是具体的实施方案或者标准制度还没有发布。最近国家又明确提出要把能耗双控向碳排放双控转变,我们感觉下一步产品的生产包括原材料获取、生产使用过程碳排放等等这些全生命周期碳足迹,可能是下一步制造企业需要特别关注的,也包括用户。动、电力装备产品碳排放也是关注的热点。不仅是国网,现在南网在自己的产品采购里已经开始布局产品碳足迹的相关要求。

  第二部分,LCA。各位专家领导也比较熟悉,提到产品碳足迹,一般都是指全生命周期的,用得比较多的理论是LCA的技术理论。也就是刚才提到的全生命周期,从原材料到生产制造、运输、使用以及废旧回收全过程碳排放情况。

  产品碳排放到底达到什么水平,主要从全生命周期角度宏观看整个排放量,所以就会出现一些很有意思的问题。比如案例里到底是哪一种类型的产品更环保或者排放量更低?这也是我们下一步制造企业里需要密切关注的点。产品出来后,可能对于用户特别关注的点是这个设备在使用期间所造成的直接排放和间接排放水平。LCA所谓的从摇篮到坟墓,指它的原材料获取到废弃回收的全过程。现在的方法已经被大家所接受,在国内基本上是采用全生命周期的核算方法。但它有一个比较现实的问题,现在国内的数据积累以及数据库建设可能还不足以支撑真正的开展全生命周期的碳排放计算。现在大家真正在开展的更多的是从摇篮到大门阶段,但从大门到坟墓这块,对于某些产品还有一定的可行性,但对于电力装备而言,存在非常非常大的挑战。后面我会详细介绍一下目前所面临的一些困难。

  最早ISO提出14040和14044全生命周期的基本要求,后来衍生出PAS 2050以及ISO 14067,都是对已有标准做一些参考或者借鉴,也经历了一个相应的发展过程。

  目前国内还没有顶级的国家标准,但据我们前期的调研,知道有些协会和团体组织也在出一些团标,专门开展产品碳足迹的计算分析,我个人也是中国认证认可协会碳排放委员会委员。CCAA里的认证机构(在座可能也有单位是认证机构),也在推产品碳足迹的事情,电力设备这块目前进展比较缓慢。目前CCAA出的产品碳足迹标准主要聚焦在建材类。他们的基础可能更扎实,也容易实现全生命周期的计算。电力设备类目前还比较少。

  LCA方法框架里关键的是碳排放计算的目的与范围、清单分析、影响评价、生命周期解释。这里面给了我们一个空间,我们如果满足不了全生命周期,也可以适当的对立面的局限性做出一种解释,对其中的某些阶段开展一些研究分析或者评价,出具相应的评价报告。这可能是目前电力装备开展这项工作时采用的比较多的方式,主要是基于生命周期阶段的碳足迹评价。

  评价过程包括确定产品、边界,数据时间、地理边界、技术组合等等,最后形成可以分析、识别和改进的报告。目前整个过程实施起来存在的问题是ISO 14067还是偏框架性的要求。真正开展时可能会面临问题,针对同一种产品,不同厂家、不同人计算时,往往出现结果有偏差。很大的原因是具体方法计算模型不统一,包括对流程和数据采信的标准也不统一,导致最后的计算结果有偏差。这是我们目前所面临的比较大的挑战,我们非常期望下一步能不能从整个计算过程、方法上实现统一化、规范化的计算方法和计算流程,能够实现标准的计算。

  下面简单介绍一下电力装备产品碳足迹开展的工作。

  目前国网公司物资部最大的一项任务是要搞国网的绿色供应链建设。这个绿色供应链建设涵盖了整个供应链全流程和全环节。今年光下发的绿色供应链指令几百项,公司内部有十几家单位在支撑它开展这些工作。目标是实现绿色采购,包括对产品的绿色评价、绿色供应商的评价、绿色供应链的评价,形成全流程的绿色低碳转型。

  这也是目前国网公司物资部最重要的一项工作,电科院碳中和研究中心也是支撑单位,支撑总部在产品碳足迹方面做一些数据库的建设以及标准建设,还有产品碳排放的分析工作。

  绿色供应链建设过程中,主要服务于新型电力系统的建设。因为对国网公司而言,我们在做支撑国家“双碳”或者支撑社会低碳转型时,最重要的核心工作也是首要工作,就是构建新型电力系统。在构建新型电力系统里,就需要时刻在理念里融入绿色低碳的思路和理念,绿色制造包括产品全生命周期管理以及生产者责任各个角度履行绿色低碳转型的理念,从理念传递到标准制度建设到实施方案以及确定实施边界,包括实施范围,是一步一步往前推进的。特别是绿电建设,每周都有相应的例会,针对绿电建设有相应的改善措施评审会,直属单位包括省公司都有相应的改善措施,去支撑公司的绿电建设。从这个角度讲,专门有相应的评审会论证对于低碳转型的支持作用。

  工作思路,是从降低产品的生产过程以及使用过程的碳排放,以此为主要的目标,去深化设备生命周期的排放管理,并且针对典型电力主设备,推动有效的碳足迹评价标准和方法建设,包括建立起产品碳足迹的标准体系,从而促进供应链企业包括电力行业的低碳转型或者碳减排。

  之前做了一些技术工作,跟各个协会包括研究机构基本形成一个共识,按照电力装备全生命周期阶段划分相应的系统边界,设置了评价流程,也是基于LCA计算方法,明确数据收集和处理的具体要求,并制订了分配方法与计算原则。这是相对比较粗的计算方法和流程,我们后期是希望在每一个具体环节里有些具体的要求和具体的模型,基于统一的模型和算法得到统一的标准结果。其次,考虑到电力装备有一定的特殊性。电力装备在运行期间也有可能产生大量的间接排放,特别是运行状态还根据电网的运行工况相关。如何实现合理或者科学的方法把排放计算清楚,也需要相应的标准计算方法或者计算模型。

  目前对我们做电力装备产品碳足迹最大的挑战之一是产品生产环节单元过程划分方法及碳排放分配。为什么会出现这个问题?就是电力设备的生产过程通常是有多层级的供应商,而且是由多个组部件组成,并且一条生产线里可能有多个主副产品,用于不同的设备上。同一条生产线会存在多个产品的分割问题,包括不同产品能源分配问题,就是所谓的能耗的分配和碳排放分配问题。我们专门去设备厂家现场看过,包括现在国内很多厂家能源管理的自动化水平还不是特别高的情况下,要做到合理科学的划分,对目前我们产品碳足迹计算而言还是有一定挑战的,我们需要在这方面做一些深入的研究工作。

  其次,我们认为比较困难的一个点是废弃处置和回收利用。现在很多电力设备的废弃回收相对管理模式比较粗放,基本上是废弃物的售卖方式为主,真正做到回收再利用的环节处理还比较少。不管是生产线里还是废弃拆除阶段,还是没有完全做到废弃物的废弃回收。对于废弃回收阶段应该怎么算碳排放,还是存在一定的挑战。

  目前针对以上这些主要的问题和挑战,我们院本身包括我们国网公司也专门设立了一些科技项目,去支撑研究单位开展一些相应的研究工作,希望能够建立一些成熟的或者规范统一的计算模型,实现电力装备的一些复杂生产过程或者废弃回收阶段的排放计算。这个装备不止是储能装置,包括变压器、线缆、杆塔等等对电力系统而言比较关键的主设备。因为储能对于国网公司而言也是一种比较特殊的需求,特别是新型电力系统建设推进过程中,新能源的占比提高后,储能的需求越来越高,因为储能的电力平衡、电量平衡都需要辅助装置辅助它实现源侧和荷侧的平衡问题。整个电力系统运行将来对储能的需求越来越大,储能也会成为下一步关注的重点。

  其次,在排放方法和标准体系建设方面,国网公司成立标准工作组,专门开展标准相关的体系建设,也跟TC 207和TC 548进行多次交流,希望在产品碳足迹方面有相关的标准化工作推进。

  我们中心去年申请了国网公司新型电力系统碳评估实验室,其中一个主要的方向是碳足迹评价。我们也开发了面向电力装备的碳足迹评价软件系统,专门开展产品碳足迹的计算分析。我们这个实验室也是国网公司去年把国网系统里所有实验体系实行改革,把以往的公司级实验室全部推倒重来,去年组织了第一批实验室的申请,我们当时拿到碳评估方向其中一个实验室就是新型电力系统碳评估,专门做碳排放相关工作,目前实验室在建设过程中,应该年底可以全部投入使用,欢迎感兴趣的去我们那边交流。

  其次,我们专门开发了一个系统,针对电力设备开展一些碳排放的计算。电力设备跟其他设备特别关键的一点是电力设备使用期间涉及的碳排放边界,包括它涉及的检修运维以及使用期间的能耗如何规范,这可能是跟其他产品有些区别的地方,也是我们研究工作里特别关注的点。

  目前我们软件正在试用过程中,我们也掌握的一些产品数据,包括跟一些厂家合作,去开展产品数据的积累,产品碳排放的计算工作。

  标准建设方面,去年我们支撑公司科技部和发展部专门新成立了国网公司电力低碳工作组。在这个工作组里也专门针对产品碳足迹做了产品碳足迹的子方向,专门开展产品碳足迹核算和评价标准性工作。将来我们可能会出一些国网公司自己的企标指导产品碳足迹的计算。其次,做自己内部产品碳足迹技术规范,是内部文件,主要是为了研究清楚怎么开展产品的计算,怎么规范和科学合理的实现碳排放的量化。目前也形成了一些主设备的产品碳足迹计算技术规范,下一步想要按照国网公司物资的分类,形成面向电力装备的产品碳足迹PCR矩阵,将来指导我们开展相关的工作。

  2021年时我们联系了一个厂家,今年上半年针对智能电表碳足迹开展了计算。对于电力设备而言,如果目前开展全生命周期尤其是原材料阶段一些计算,挑战特别大。目前我们也在跟一些厂家合作,看能不能一起往前推一推这个事情,把原材料阶段摸清楚。因为这个事情可能将来需要我们全行业甚至各家单位共同努力才能实现,这个事情确实也不是一两家单位能够推成的,因为它涉及到多个供应商,特别是电力设备还涉及到多级供应商,数据收集难度特别大,而且不同厂家之间自动化能耗管理水平和生产水平差距也比较大,数据收集时也存在很大的困难。

  我们去年以电科院名义出了产品碳足迹评价报告,做了一些电能表产品碳足迹评价工作,后期做了变压器、风光储联合电站的。

  我们深刻感受到在下一步“双碳”战略不断落实过程中,不管是国网公司还是南网电网企业还是其他央企和相应科技企业、制造企业,都是供应链上下游企业,都面临碳排放管理的需求,无论是你自己的生产活动还是你所购买的产品。鉴于目前国内的工作相对起步跟国外还有一定差距,在这方面需要在核算方法包括基础数据不断地做很多工作,特别是刚才有专家提到国际上所做的产品碳排放的事情,怎么能跟国际上实现国际互认,都需要将来我们做很多工作。我们目前还是服务于国网公司自己的绿色采购为主,也期望下一步能有更多机会跟各个单位和各位专家合作开展相关工作,也欢迎各位专家和各位领导有机会时去我们中国电科院碳中和中心交流,我们共同在产品碳足迹方向上能有一些作为,谢谢大家!

【责任编辑:孟瑾】