CN104850951A - 一种具有时空属性的产品碳足迹建模方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有时空属性的产品碳足迹建模方法，其包括以下步骤：步骤1、绘制产品全生命周期的过程图；步骤2、将所述每个阶段产品的碳排放量、排放的时间节点及对应的地理位置信息相关联，生成产品的运行规律；步骤3、对产品的运行规律进行分析，为每个阶段均生成多个碳足迹决策信息；步骤4、评价形成产品全生命周期过程中每个阶段碳足迹决策信息的不同组合效率，获得最小碳足迹的决策方案。本发明还公开了一种具有时空属性的产品碳足迹建模系统。本发明可实现对产品在其全生命周期内的生产路径和工艺技术进行调节和选择，获得最小的碳足迹决策方案。

Description

一种具有时空属性的产品碳足迹建模方法及系统

技术领域

本发明涉及产品碳足迹的时空属性，尤其涉及一种具有时空属性的产品碳足迹建模方法及系统。

背景技术

碳足迹定义为对某一产品或活动在生命周期内直接及间接引起的温室气体排放量的度量，以二氧化碳质量当量为单位。

碳足迹的研究尺度包括个人、产品、家庭、组织机构、城市和国家等；核算边界包括化石燃料的直接排放(层次1)、外购电力与热力的间接排放(层次2)以及其他间接排放(层次3)；常用的核算方法有生命周期评价(LCA)、投入产出法(EIO)和混合法(EIO-LCA)；数据有活动数据和排放因子，一般来源于统计年鉴、投入产出表或问卷调查。

目前国内外的研究内容主要针对碳足迹的尺度、边界、方法学和数据等属性，没有体现“足迹”的特点。碳足迹强调的是一个动态的排放过程，类似于碳轨迹，具有时间属性和空间属性。

因此，需要一种方法探讨碳足迹的时间属性、空间属性及两者之间的关系。

发明内容

针对以上不足，本发明的目的之一在于提供一种具有时空属性的产品碳足迹建模方法，其通过将碳足迹的时间属性与空间属性耦合到碳足迹空间决策支持系统中，分析其运动轨迹，以获得最小碳足迹的决策方案。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种具有时空属性的产品碳足迹建模方法，其包括以下步骤：

步骤1、绘制产品全生命周期的过程图，得到产品全生命周期中每个阶段产品的碳排放量、排放的时间节点及对应的地理位置信息；

步骤2、将所述每个阶段产品的碳排放量、排放的时间节点及对应的地理位置信息相关联，生成产品的运行规律；

步骤3、对产品的运行规律进行分析，获得不同情景假设条件下每个阶段的碳足迹决策，为每个阶段均生成多个碳足迹决策信息；

步骤4、综合每个阶段生成的多个碳足迹决策信息，评价形成产品全生命周期过程中每个阶段碳足迹决策信息的不同组合效率，获得最小碳足迹的决策方案。

所述步骤1包括：

步骤11、确定产品所述类别；

步骤12、绘制产品全生命周期的初始过程图，所述初始过程图包括所有的材料流、能量流和废物流；

步骤13、确认每个阶段的计算边界，并根据所述计算边界确认每个阶段的时间与地理位置信息，将所述每个阶段的时间和地理位置信息增加到初始过程图中，形成更新后的过程图；

步骤14、根据所述计算边界收集每个阶段的材料用量、活动数据和排放因子，计算产品在每个阶段的碳排放量，结合更新后的过程图获得每个阶段碳排放时对应的时间节点和地理位置信息。

所述步骤2中：所述产品的运行规律为产品的碳足迹三维可视化运行规律，所述三维包括产品全生命周期中碳排放量数据、以及碳排放时对应的时间属性数据和空间属性数据。

所述步骤3包括：

步骤31、提取产品的运行规律中每个阶段的时空属性数据；

步骤32、根据提取产品的运行规律中每个阶段的时空属性数据选择相匹配的产品模型；

步骤33、获得所述产品模型在不同情景假设下的多个碳足迹决策信息，所述不同情景为产品全生命周期中各阶段的路径及工艺。

所述产品的全生命周期包括原材料、制造、分销/零售、消费者使用、处置/再生五个阶段。

本发明的另一目的在于提供一种具有时空属性的产品碳足迹建模系统，其通过将碳足迹的时间属性与空间属性耦合到碳足迹空间决策支持系统中，分析其运动轨迹，以获得最小碳足迹的决策方案。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种具有时空属性的产品碳足迹建模系统，其包括：

时空属性数据生成单元，用于绘制产品全生命周期的过程图，得到产品全生命周期中每个阶段产品的碳排放量、排放的时间节点及对应的地理位置信息；

数据集成与预处理模块，用于将所述每个阶段产品的碳排放量、排放的时间节点及对应的地理位置信息相关联，生成产品的运行规律；所有产品的相关联信息集成于该模块中，形成碳足迹的大数据库；

碳足迹空间决策支持单元，用于对产品的运行规律进行分析，获得不同情景假设条件下每个阶段的碳足迹决策，为每个阶段均生成多个碳足迹决策信息；

低碳发展设计单元，用于综合每个阶段生成的多个碳足迹决策信息，评价形成产品全生命周期过程中每个阶段碳足迹决策信息的不同组合效率，获得最小碳足迹的决策方案。

所述时空属性数据生成单元包括：

类别确定单元，用于确定产品所述类别；

初始过程图绘制单元，用于绘制产品全生命周期的初始过程图，所述初始过程图包括所有的材料流、能量流和废物流；

过程图更新单元，用于确认每个阶段的计算边界，并根据所述计算边界确认每个阶段的时间与地理位置信息，将所述每个阶段的时间和地理位置信息增加到初始过程图中，形成更新后的过程图；

碳排放量计算单元，用于根据所述计算边界收集每个阶段的材料用量、活动数据和排放因子，计算产品在每个阶段的碳排放量，结合更新后的过程图获得每个阶段碳排放时对应的时间节点和地理位置信息。

所述产品的运行规律为产品的碳足迹三维可视化运行规律，所述三维包括产品全生命周期中碳排放量数据、以及碳排放时对应的时间属性数据和空间属性数据。

所述碳足迹空间决策支持单元包括：

GIS工具，用于提取产品的运行规律中每个阶段的时空属性数据；

模型库，用于根据提取产品的运行规律中每个阶段的时空属性数据选择相匹配的产品模型；

方法库，用于获得所述产品模型在不同情景假设下的多个碳足迹决策信息，所述不同情景为产品全生命周期中各阶段的路径及工艺。

所述产品的全生命周期包括原材料、制造、分销/零售、消费者使用、处置/再生五个阶段。

本发明产品碳足迹的时间属性是指：

时间描述的是物质运动或转化的过程，产品碳足迹的时间属性是指含碳产品从最初的原材料、中间品到成品的一系列变化过程中具有的属性，强调产品质的变化。因为产品的每一个过程在一个时间点上只有一次碳排放量，这些时间点的碳排放量连起来形成一条曲线，所以时间属性具有线属性。

一旦时间依据某一参考标准设定，便不以人的意志为转移。时间属性确定了碳足迹的时间坐标，给碳足迹以明确的历史定位，客观反映了碳足迹产生与存在的必然性，体现了该产品的价值。

本发明中产品碳足迹的空间属性是指：

空间表示的是物体形体及其延伸。产品碳足迹的空间属性是指原材料、中间品或成品在运输、分销和流动过程中具有的属性，强调产品位的变化。同一时间下产品的不同组成部分在不同的地理位置上产生碳排放量，这些点连起来形成一个平面(不考虑高度)，所以产品碳足迹的空间属性具有面属性。

对于时间与空间的认识，主流界认为时间与空间都是物质存在与运动的框架。没有时间与空间的运动是不可想象的，所以正确地看待碳足迹应该将碳足迹放到具有时空属性的三维框架中，以便可视化。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明通过将时空属性耦合到碳排放数据中，形成三维碳足迹的可视化框架，结合相应产品的各个阶段的产品模型及产品模型对应不同情景假设条件下的碳足迹决策信息，对产品在其全生命周期内的生产路径和工艺技术进行调节和选择，获得最小的碳足迹决策方案，为低碳发展、节能减排提供技术支撑，在能源布局与管理、产业规划、人们日常生活等领域提供决策支持。

附图说明

图1是碳足迹管理平台的工作原理。

具体实施方式

以下结合附图对本发明做进一步的说明。

产品全生命周期应该包含了原材料、制造、分销/零售、消费者使用与处置/再生利用5个阶段，是该产品从摇篮到坟墓的整个过程。

图1是碳足迹建模系统的结构框图，如图1所示，碳足迹建模系统包括时空属性数据生成单元、数据集成与预处理模块、碳足迹空间决策支持单元和低碳发展设计单元四个模块。

针对某一具体的产品而言，其全生命周期内每个阶段均涉及到相应的地理位置(部分阶段的地理位置可能是相同的)，但是每个地理位置均对应了不同的时间节点，由此，时空属性数据生成单元根据绘制产品全生命周期的过程图获得包含产品碳足迹的时空属性数据，从而得到产品全生命周期中每个阶段产品的碳排放量、排放的时间节点及对应的地理位置信息，其计算过程如下：

第一步：确定产品所属类别，如电器、食品、服饰、文体用具等；

第二步：绘制产品全生命周期的过程图，从原材料到处置/再生利用的过程，包括所有的材料流、能量流和废物流；

第三步：确认每个阶段的计算边界和产品在每一个阶段的时间与地理位置信息，同时不断更新过程图，更新后的过程图将每个阶段的时间和地理位置信息增加到初始过程图中；

第四步：收集整个全生命周期所有阶段的材料用量、活动数据和排放因子等，计算产品在每一个阶段的碳排放量；

第五步：得到产品的排放数量、排放的时间节点及对应的地理位置信息。

所述数据集成与预处理模块用于集成每个阶段产品的碳排放量、排放的时间节点及对应的地理位置信息，并将三者相关联，生成产品的运行规律；产品的运行规律即是产品的包括碳排放量数据、以及碳排放时对应的时间属性数据和空间属性数据的碳足迹三维可视化运行规律；所有产品的相关联信息集成于该模块中，形成碳足迹的大数据库，最后该单元经处理转化成碳足迹空间决策支持单元接收的格式。

所述碳足迹空间决策支持单元包含模型库、方法库和GIS工具，具有地理数据管理、空间分析与模拟以及决策分析能力，支持碳足迹三维可视化；该系统能够对产品碳的运动规律进行分析，并为决策主体在明确目标与识别的前提下提供不同情景假设条件的碳足迹管理决策。

GIS工具提取产品的运行规律中每个阶段的时空属性数据，结合产品的具体类型，在模型库中选择相匹配的产品以及该阶段产品模型；然后在方法库中寻找到该阶段产品模型对应的不同情景条件假定条件下的碳足迹决策，从而生成该阶段多个碳足迹决策信息，决策对象是不同情景条件假定条件下产品生产阶段的路径与工艺，即是根据每个产品的不同生产路径以及相应的工艺设定不同的情景条件，每个生产路径可以对应多个不同的生产工艺，将这些路径和工艺进行集成于方法库中。假设某一产品M，其原材料阶段的碳足迹决策信息分别是碳足迹决策信息A1、A2，其制造阶段的碳足迹决策信息分别是碳足迹决策信息B1、B2、B3，其分销/零售阶段的碳足迹决策信息分别是碳足迹决策信息C1、C2、C3，其消费者使用阶段的碳足迹决策信息分别是碳足迹决策信息D1、D2，其处置/再生阶段的碳足迹决策信息分别是碳足迹决策信息E1、E2、E3。

碳足迹空间决策支持单元把上述产品M的各个阶段的多个碳足迹决策信息发送给低碳发展设计单元，低碳发展设计单元结合上述所有的多个碳足迹决策信息，计算形成产品全生命周期过程中每个阶段碳足迹决策信息的不同组合效率，获得最小碳足迹的决策方案。例如，决策方案X1＝A1+B1+C1+D1+E1，X2＝A1+B2+C1+D1+E1，X3＝A2+B2+C1+D2+E3……，得到这些不同的决策方案中，低碳发展设计单元从中找出碳足迹最小的一个决策方案，应用到实际的产品M中。

上列详细说明是针对本发明可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。

Claims (10)

1.一种具有时空属性的产品碳足迹建模方法，其特征在于，其包括以下步骤：

步骤1、绘制产品全生命周期的过程图，得到产品全生命周期中每个阶段产品的碳排放量、排放的时间节点及对应的地理位置信息；

步骤2、将所述每个阶段产品的碳排放量、排放的时间节点及对应的地理位置信息相关联，生成产品的运行规律；

步骤3、对产品的运行规律进行分析，获得不同情景假设条件下每个阶段的碳足迹决策，为每个阶段均生成多个碳足迹决策信息；

步骤4、综合每个阶段生成的多个碳足迹决策信息，评价形成产品全生命周期过程中每个阶段碳足迹决策信息的不同组合效率，获得最小碳足迹的决策方案。

2.根据权利要求1所述的产品碳足迹建模方法，其特征在于，所述步骤1包括：

步骤11、确定产品所述类别；

步骤12、绘制产品全生命周期的初始过程图，所述初始过程图包括所有的材料流、能量流和废物流；

步骤13、确认每个阶段的计算边界，并根据所述计算边界确认每个阶段的时间与地理位置信息，将所述每个阶段的时间和地理位置信息增加到初始过程图中，形成更新后的过程图；

步骤14、根据所述计算边界收集每个阶段的材料用量、活动数据和排放因子，计算产品在每个阶段的碳排放量，结合更新后的过程图获得每个阶段碳排放时对应的时间节点和地理位置信息。

3.根据权利要求2所述的产品碳足迹建模方法，其特征在于，所述步骤2中：所述产品的运行规律为产品的碳足迹三维可视化运行规律，所述三维包括产品全生命周期中碳排放量数据、以及碳排放时对应的时间属性数据和空间属性数据。

4.根据权利要求3所述的产品碳足迹建模方法，其特征在于，所述步骤3包括：

步骤31、提取产品的运行规律中每个阶段的时空属性数据；

步骤32、根据提取产品的运行规律中每个阶段的时空属性数据选择相匹配的产品模型；

步骤33、获得所述产品模型在不同情景假设下的多个碳足迹决策信息，所述不同情景为产品全生命周期中各阶段的路径及工艺。

5.根据权利要求1-4任一项所述的产品碳足迹建模方法，其特征在于，所述产品的全生命周期包括原材料、制造、分销/零售、消费者使用、处置/再生五个阶段。

6.一种具有时空属性的产品碳足迹建模系统，其特征在于，其包括：

时空属性数据生成单元，用于绘制产品全生命周期的过程图，得到产品全生命周期中每个阶段产品的碳排放量、排放的时间节点及对应的地理位置信息；

数据集成与预处理模块，用于将所述每个阶段产品的碳排放量、排放的时间节点及对应的地理位置信息相关联，生成产品的运行规律；

碳足迹空间决策支持单元，用于对产品的运行规律进行分析，获得不同情景假设条件下每个阶段的碳足迹决策，为每个阶段均生成多个碳足迹决策信息；

低碳发展设计单元，用于综合每个阶段生成的多个碳足迹决策信息，评价形成产品全生命周期过程中每个阶段碳足迹决策信息的不同组合效率，获得最小碳足迹的决策方案。

7.根据权利要求6所述的产品碳足迹建模系统，其特征在于，所述时空属性数据生成单元包括：

类别确定单元，用于确定产品所述类别；

初始过程图绘制单元，用于绘制产品全生命周期的初始过程图，所述初始过程图包括所有的材料流、能量流和废物流；

过程图更新单元，用于确认每个阶段的计算边界，并根据所述计算边界确认每个阶段的时间与地理位置信息，将所述每个阶段的时间和地理位置信息增加到初始过程图中，形成更新后的过程图；

碳排放量计算单元，用于根据所述计算边界收集每个阶段的材料用量、活动数据和排放因子，计算产品在每个阶段的碳排放量，结合更新后的过程图获得每个阶段碳排放时对应的时间节点和地理位置信息。

8.根据权利要求7所述的产品碳足迹建模系统，其特征在于，所述产品的运行规律为产品的碳足迹三维可视化运行规律，所述三维包括产品全生命周期中碳排放量数据、以及碳排放时对应的时间属性数据和空间属性数据。

9.根据权利要求8所述的产品碳足迹建模系统，其特征在于，所述碳足迹空间决策支持单元包括：

GIS工具，用于提取产品的运行规律中每个阶段的时空属性数据；

模型库，用于根据提取产品的运行规律中每个阶段的时空属性数据选择相匹配的产品模型；

方法库，用于获得所述产品模型在不同情景假设下的多个碳足迹决策信息，所述不同情景为产品全生命周期中各阶段的路径及工艺。

10.根据权利要求6-9任一项所述的产品碳足迹建模系统，其特征在于，所述产品的全生命周期包括原材料、制造、分销/零售、消费者使用、处置/再生五个阶段。