一种水泥行业碳排放量核算系统及方法与流程

本发明涉及一种碳排放量核算系统及方法，尤其是一种水泥行业碳排放量核算系统及方法。

背景技术：

随着气候变暖，城市雾霾加重，作为引起温室效应的碳排放受到国家的限制和重视，碳减排问题成为全球热点问题。在《京都议定书》中规定了六种温室气体即二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）、氧化亚氮（N2O）、 氢氟碳化物（HFCs）、全氟化碳（PFCs）和六氟化硫（SF6），各国在使用中所指的温室气体为二氧化碳（不涉及其他温室气体），考虑的排放源包括燃料燃烧排放、工业生产过程排放、净调入使用的电力和热力相应的生产环节的排放等，适用范围为从事水泥熟料和水泥产品生产的企业，碳排放核算复杂，在国家、行业、省级等方面都定制了相关的文件，国家编制了关于水泥等行业温室气体排放的核算方法及报告指南,其它包括《省级温室气体清单编制指南(试行)》、《水泥行业二氧化碳减排议定书》、《水泥行业二氧化碳排放统计与报告标准》(2005)等文献，指南在实际运用中也遇到了很多问题，根据具体地域不同及各种含碳资源排放的特性不同，要选用或确定涉及包括主体活动水平、排放因子、计算系数、燃料热值、燃料含碳量、燃料燃烧氧化率、替代燃料CO2排放因子、其他排放因子等的数值，对于企业来说有很大难度，企业根据自身具体实际，对温室气体进行核算和报告是一项全新的复杂工作，大多数企业还是无法准确估算企业自身的碳排放状况，也无法对企业自身的碳资产进行合理的管理，碳排放的计算及核算还只能由少数碳排放专业人士完成，费时费力。

通常用户输入的数据及计算结果以独立的二进制字段保存在数据库或文件中,以这种方式存储的数据阅读困难，跨平台跨系统移植性差，所以需要采用灵活性及扩展性强的数据格式，当前在互联网领域开始广泛应用的JSON 格式得到认可。

技术实现要素：

本发明提供的一种水泥行业碳排放量核算系统，根据国家、行业、省级等方面定制了相关的文件并结合具体运用的情况，使碳排放核算系统化、可视化、交互化，通过电脑及移动终端，可使水泥行业相关人员快速计算及查阅，方便碳排放的核算及碳排放管理。本发明采用 JSON 格式作为数据存储及传输格式, 易于阅读和编写,系统灵活性及可扩展性也得到提高。用户需要额外的碳排放量计算参数,或者在水泥行业的 CO2 排放量计算标准及规范发生更新的情形下，JSON格式的数据同样适用，其他使用碳排数据的互联网应用开发也变得容易。

本发明提供一种水泥行业碳排放量核算系统，包括边界模块、核算模块、报告模块。

所述边界模块包含主体、排放源系统，所述主体为企业或单位，所述排放源系统包含化石燃料、替代燃料和废弃物、料碳酸盐、料中非燃料碳、购入电力和热力；

所述核算模块包含活动水平模块、排放因子模块、碳排放模块、计算模块，所述活动水平模块为排放源系统中各燃料的净消耗量，所述排放因子模块为排放源系统中各燃料的单位热值含碳量和碳氧化率数据,所述碳排放模块包含化石燃料使用统计、替代燃料及废弃物使用统计、原料碳排统计、碳煅烧排放统计、电力及热力使用统计，所述计算模块为主体的燃料排放计算、生产过程排放计算、净购入电力和热力排放计算及碳排放总量；

所述报告模块包含用户界面系统、数据存储系统，所述用户界面系统用于手机客户端或电脑客户端，包含输入系统、输出系统，所述输入系统包括键入栏及提示信息，所述键入栏设置有根据主体相关信息的预设值，所述预设值为相应燃料低位热值，所述预设值可由用户输入自定义值，所述输出体统包括二氧化碳排放量报告、活动水平数据表、排放因子和计算系数表、参数缺省值表，所述数据存储格式为JSON文本格式（轻量级数据交换格式）或XML文本格式，所述文本格式将用户的所有输入保存在同一字段中，并传输给计算模块读取计算。

进一步的，所述化石燃料使用统计为水泥窑中使用的实物煤、热处理和运输等设备使用的燃油等产生的排放，所述替代燃料及废弃物使用统计为废轮胎、废油和废塑料等替代燃料、污水污泥等废弃物里所含有的非生物质碳燃烧产生的排放，所述原料碳排统计为水泥生产过程中熟料、窑头及旁路放风粉尘中原材料碳酸盐分解产生的二氧化碳排放，所述碳煅烧排放统计为生料中采用的配料如钢渣、煤矸石、高碳粉煤灰等中含有的可燃非燃料碳在高温煅烧过程中的碳排放，所述电力及热力使用统计为水泥企业净购入使用的电力和热力（如蒸汽）对应的电力和热力生产活动碳排放。

具体的，所述燃料排放计算为化石燃料使用统计与替代燃料及废弃物使用统计之和，所述生产过程排放计算为原料碳排统计与碳煅烧排放统计之和，所述碳排放总量等于所述燃料燃烧排放计算与生产过程排放计算及净购入电力和热力排放计算之和。

本发明还提供一种水泥行业碳排放量核算系统的方法，包括以下步骤：S1、用户界面上输入信息，包括主体等信息；S2、确定排放源；S3、确定活动水平及排放因子；S4、计算碳排放，包括燃料排放计算、生产过程排放计算、净购入电力和热力排放计算；S5、计算碳排放总量；S6、在用户界面上显示报告，所述报告包括二氧化碳排放量报告、活动水平数据表、排放因子和计算系数表。

进一步的，所述燃料排放计算包括化石燃料使用统计及替代燃料及废弃物使用统计，所述生产过程排放计算包括原料碳排统计及碳煅烧排放统计。

本发明的优点在于：1）使碳排放核算系统化、可视化、交互化，通过电脑及移动终端，可使水泥行业相关人员快速计算及查阅，方便碳排放的核算及碳排放管理。2）将用户的所有输入以文本格式保存在同一字段，数据交换效率高，传输效率高，减少网络传输压力，响应快。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。

图1 本发明的系统示意图。

图2 本发明的核算流程图。

图3 用户使用界面的一种示意图。

图4 用户使用界面的一种示意图。

图5 用户使用界面的一种示意图。

图6 用户使用界面的一种示意图。

图7 用户使用界面的一种示意图。

图8 用户使用界面的一种示意图。

图9 用户使用界面的一种示意图。

图10 用户使用界面的一种示意图。

图11 用户使用界面的一种示意图。

图12 用户使用界面的一种示意图。

图13 用户使用界面的一种示意图。

具体实施方式

实施例1

下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明，图1为本发明的系统示意图，图2为本发明的核算流程图，图3、图4、图5、图6、图7为用户手机端使用界面示意图。打开手机客户端的软件，用Jason格式先对数据格式进行定义，包括名称、数据类型、数据值（数据组所有数值），对每个数据值又进一步定义，包括其类型、名称等。本实施例中定义了水泥行业碳排放数据存储包含化石燃料、其他燃料、熟料分解、生料煅烧、电力热力5个方面的数据，对各方面的数据再进一步定义数据值的类型、名称。其中，计算化石燃料数据项中包括对烟煤、洗精煤、洗中煤、原油、汽油、柴油、天然气等的计算，对烟煤、洗精煤、洗中煤、原油、汽油、柴油、天然气定义了它们的数值类型及对应单位描述，包括消耗量及其单位为吨或立方米、低位热值及其单位为兆焦/吨或兆焦/立方米。同样的，对其他燃料、熟料分解、生料煅烧、电力热力分别进行了进一步的定义，本实施例用JSON 格式对整个数据定义如下：

"version": "1.0",

{

"$schema": "http://json-schema.org/schema#",

"version": "1.0",

"title": "水泥行业碳排放数据存储",

"type": "object",

"required": ["化石燃料", "其他燃料", "熟料分解", "生料煅烧", "电力热力"],

"properties": {

"计算名称": {

"type": "string"

},

"化石燃料": {

"type": "array",

"items": {

"type": "object",

"properties": {

"name" : {

"description": "燃料名称",

"type": "string",

"oneOf" : ["烟煤", "洗精煤", "洗中煤", "原油", "汽油", "柴油", "天然气", "..."]

},

"amount" : {"type": "number", "minimum": 0, "description": "消耗量"},

"unit_amount" : {"type": "string", "description":"消耗量单位，吨或者立方米"},

"heat_rate" : {"type": "number", "description":"低位热值"},

"unit_heat_rate" : {"type": "string", "description": "低位热值单位，兆焦/吨或兆焦/立方米"}

}

}

},

"其他燃料": {

"type": "array",

"items": {

"type": "object",

"properties": {

"name" : {

"description": "替代燃料名称",

"type": "string",

"oneOf" : ["废油", "废轮胎", "塑料", "废溶剂", "废皮革", "废玻璃钢"]

},

"amount" : {"type": "number", "minimum": 0, "description": "消耗量"},

"unit_amount" : {"type": "string", "description":"消耗量单位，吨"},

"heat_rate" : {"type": "number", "description":"低位热值"},

"unit_heat_rate" : {"type": "string", "description": "低位热值单位，GJ/吨"}

}

}

},

"熟料分解": {

"type": "object",

"properties": {

"cement": { "type": "number", "description":"生产的水泥数量产量(吨)"},

"dust_head": { "type": "number", "description":"窑炉排气筒（窑头）粉尘的重量(吨)"},

"dust_bypass": { "type": "number", "description":"窑炉旁路放风粉尘的重量(吨)"},

"CaO": { "type": "number", "description":"熟料中氧化钙含量(%)"},

"CaO1": { "type": "number", "description":"熟料中不是来源于碳酸盐分解的氧化钙含量(%)"},

"MgO": { "type": "number", "description":"熟料中氧化镁含量(%)"},

"MgO1": { "type": "number", "description":"熟料中不是来源于碳酸盐分解的氧化镁含量(%)"}

}

},

"生料煅烧": {

"type": "object",

"properties": {

"weight": { "type": "number", "description":"生料的数量(吨)"}

"percent": { "type": "number", "description":"生料中非燃料碳含量(%)"},

}

},

"电力热力": {

"type": "object",

"properties": {

"electric": { "type": "number", "description":"在生产过程中企业净购入的电量(MWh)"},

"efactor": { "type": "number", "description":"电力的CO2排放因子(t/MWh)"},

"heat": { "type": "number", "description":"在生产过程中企业净购入的热力量(GJ)"},

"hfactor": { "type": "number", "description":"热力的CO2排放因子(t/GJ)"}

}

}

}

}

先在用户界面上输入主体的名称“四川XX水泥有限公司”；

确定要计算的排放源，参照图3，在《化石燃料（1/5）》菜单页中选择化石燃料中的烟煤，在《燃料种类》栏下拉菜单中选择“烟煤”，《低位热值》栏中自动预先设置了烟煤的低位热值为“21680”兆焦/吨，在《消耗量》中输入实际使用的烟煤量“203866.37”吨；

在本界面中，Jason格式根据数据定义的格式，对本界面中烟煤的数据进一步定义，对烟煤数据的定义如下：

{

"化石燃料": [

{

"name": "烟煤",

"amount": 1.5,

"unit_heat_rate": "兆焦/吨",

"unit_amount": "吨",

"heat_rate": 21680

},

{

"name": "汽油",

"amount": 1,

"unit_heat_rate": "兆焦/吨",

"unit_amount": "吨",

"heat_rate": 43070

},

{

"name": "天然气",

"amount": 12.5,

"unit_heat_rate": "兆焦/米³",

"unit_amount": "米³",

"heat_rate": 38.93

}

],

点击《添加》按钮，添加要计算的排放源“柴油”，见图5， 在新的《化石燃料（1/5）》菜单页中的《消耗量》栏中键入“76.5”吨，将《低位热值》栏中预设值改为实测的数值“42652” 兆焦/吨,点击《下一步》；

见图6，在《替代燃料或废弃物（2/5）》菜单页中显示了自动预设的低位热值为“40.2”兆焦/吨，因为企业没有此项碳排放，点击《下一步》按钮；

见图7，在《原料分解（3/5）》菜单页中,在《生产的水泥数量产量（吨）》栏中输入实际用量“1371262.28”吨，在《窑炉排气筒(窑头)粉尘的重量（吨）》栏中输入实际重量“63.43”吨,其它预设值不变，在《熟料中氧化镁含量（%）中》栏中预设值更改为“1.8”,点击《下一步》；

见图8，在《碳煅烧（4/5）》菜单页中,在《生料的数量（吨）》栏中输入实际用量“2159777.87”吨，点击《下一步》按钮；

见图9，在《电力与热力（5/5）》菜单页中,在《在生产过程中企业净购入的电量（MWh）》栏中输入实际购入电量“104140.96”，其它保持不变，点击《下一步》按钮；

见图10-图12，在《输入参数汇总》菜单页中,在《名称》栏中输入此次计算的项目名称，其下显示了前面各步骤输入参数的汇总情况，查看完毕后，点击《开始计算》按钮进行计算；

见图13，在《总碳排》菜单页中,以大写字体显示计算出来的总碳排值为“1227319.26”吨，在其下显示了各步骤选项计算的分解碳排放值，总碳排值为各分解碳排放值的总和。

可见，本发明的操作简单，各步骤支持显示预设值及预设值更改，方便使用者使用，使碳排放核算系统化、可视化、交互化，碳排放计算流程清晰，结果准确。用户的所有输入以 JSON 文本格式保存在同一字段，语法简单，易读，代码少，使数据交换效率高，响应快。

实施例2

在本实施例中，在手机客户端的软件，用XML格式先对数据格式进行定义，包括元素、属性及其数据类型和默认值、子元素的顺序及数量。本实施例中XML格式由XSD（可扩展标记语言架构）定义，其中定义了fuels元素，类型名称为fuelsType，该元素可多次使用；proces元素的类型名称为processType，该元素可多次使用；energy元素的类型名称为energyType；name元素的类型名称为字符。下一步对具体的元素及属性进行进一步定义，包括子元素数量、顺序、类型、默认值及单位。其中，energyType元素必选electric子元素和heat子元素之一,electric子元素的类型为elecType，elecType类型的属性包括unit（类型为string，默认值为MWh），factor（类型为decimal，必需有该属性），unit_factor（类型为string，默认值为t/MWh），相关定义的代码如下：

<xs:schema elementFormDefault="qualified" xmlns:xs="http://www.w3.org/2001/XMLSchema">

<xs:element name="cement_co2" type="rootType"/>

<xs:complexType name="rootType">

<xs:sequence>

<xs:element name="fuels" type="fuelsType" maxOccurs="unbounded"/>

<xs:element name="process" type="processType" maxOccurs="unbounded"/>

<xs:element name="energy" type="energyType" />

<xs:element name="name" type="xs:string" />

</xs:sequence>

<xs:attribute name="version" type="xs:string" default="1.0"/>

</xs:complexType>

<xs:complexType name="fuelsType">

<xs:sequence maxOccurs="unbounded">

<xs:element name="fuel" type="fuelType"/>

</xs:sequence>

<xs:attribute name="name" type="xs:string" use="required"/>

</xs:complexType>

<xs:complexType name="processType">

<xs:choice>

<xs:group ref="cement_clinker"/>

<xs:group ref="cement_raw"/>

</xs:choice>

<xs:attribute name="name" type="xs:string" use="required"/>

<xs:attribute name="unit" type="xs:string" default="吨"/>

</xs:complexType>

<xs:complexType name="energyType">

<xs:all>

<xs:element name="electric" type="elecType" minOccurs="0"/>

<xs:element name="heat" type="heatType" minOccurs="0"/>

</xs:all>

</xs:complexType>

<xs:complexType name="fuelType">

<xs:simpleContent>

<xs:extension base="xs:decimal">

<xs:attribute name="name" type="xs:string" use="required"/>

<xs:attribute name="unit" type="xs:string" default="吨"/>

<xs:attribute name="heat_rate" type="xs:decimal" use="required"/>

<xs:attribute name="unit_heat_rate" type="xs:string" use="required"/>

</xs:extension>

</xs:simpleContent>

</xs:complexType>

<xs:group name="cement_clinker">

<xs:sequence>

<xs:element name="cement" type="clinkerType"/>

<xs:element name="dust_head" type="clinkerType"/>

<xs:element name="dust_bypass" type="clinkerType"/>

<xs:element name="CaO" type="clinkerType"/>

<xs:element name="CaO1" type="clinkerType"/>

<xs:element name="MgO" type="clinkerType"/>

<xs:element name="MgO1" type="clinkerType"/>

</xs:sequence>

</xs:group>

<xs:group name="cement_raw">

<xs:sequence>

<xs:element name="weight" type="rawCementType">

</xs:element>

</xs:sequence>

</xs:group>

<xs:complexType name="clinkerType">

<xs:simpleContent>

<xs:extension base="xs:decimal">

<xs:attribute name="unit" type="xs:string"/>

</xs:extension>

</xs:simpleContent>

</xs:complexType>

<xs:complexType name="rawCementType">

<xs:simpleContent>

<xs:extension base="xs:decimal">

<xs:attribute name="unit" type="xs:string" default="吨"/>

<xs:attribute name="nonfuel" type="xs:decimal" default="0"/>

</xs:extension>

</xs:simpleContent>

</xs:complexType>

<xs:complexType name="elecType">

<xs:simpleContent>

<xs:extension base="xs:decimal">

<xs:attribute name="unit" type="xs:string" default="MWh"/>

<xs:attribute name="factor" type="xs:decimal" use="required"/>

<xs:attribute name="unit_factor" type="xs:string" default="t/MWh"/>

</xs:extension>

</xs:simpleContent>

</xs:complexType>

<xs:complexType name="heatType">

<xs:simpleContent>

<xs:extension base="xs:decimal">

<xs:attribute name="unit" type="xs:string" default="GJ"/>

<xs:attribute name="factor" type="xs:decimal" use="required"/>

<xs:attribute name="unit_factor" type="xs:string" default="t/GJ"/>

</xs:extension>

</xs:simpleContent>

</xs:complexType>

</xs:schema>

根据XML的格式定义，进一步定义具体选项的数据格式。其中，当fuels为化石燃料时，其包含3个元素为原煤、汽油、天然气,原煤单位为吨，默认1.5吨，其热值为20908,其热值单位为兆焦/吨，汽油单位为吨，默认1.2吨，其热值为430，其热值单位为兆焦/吨，天然气单位为立方米，默认12.5立方米，其热值为38.93，其热值单位为兆焦/立方米。当当fuels为其他燃料、熟料分解或生料煅烧时，对其子元素进行具体数据格式，相关的代码如下：

<cement_co2 version="1.0">

<fuels name="化石燃料">

<fuel name="原煤" unit="吨" heat_rate="20908" unit_heat_rate="兆焦/吨">1.5</fuel>

<fuel name="汽油" unit="吨" heat_rate="430" unit_heat_rate="兆焦/吨">1.2</fuel>

<fuel name="天然气" unit="立方米" heat_rate="38.93" unit_heat_rate="兆焦/立方米">12.5</fuel>

</fuels>

<fuels name="其他燃料">

<fuel name="废油" unit="吨" heat_rate="40.2" unit_heat_rate="GJ/吨">0.5</fuel>

<fuel name="塑料" unit="吨" heat_rate="50.8" unit_heat_rate="GJ/吨">0.2</fuel>

</fuels>

<process name="熟料分解" unit="吨">

<cement>100</cement>

<dust_head>0.2</dust_head>

<dust_bypass>0.1</dust_bypass>

<CaO unit="%">1.0</CaO>

<CaO1 unit="%">5.5</CaO1>

<MgO unit="%">1.0</MgO>

<MgO1 unit="%">9.0</MgO1>

</process>

<process name="生料煅烧">

<weight unit="吨" nonfuel="0.02">50</weight>

</process>

<energy>

<electric unit="MWh" factor="0.5" unit_factor="t/MWh">3.5</electric>

<heat unit="GJ" factor="0.11" unit_factor="t/GJ">12</heat>

</energy>

<name>1季度碳排量估算</name>

</cement_co2>

可见，本发明将用户的输入以XML文本格式保存在同一字段中，语法简单，易读，代码少，扩展方便，数据交换效率高，响应快。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。