CN116433441A - 一种全生命周期光伏产业链的碳足迹综合管理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种全生命周期光伏产业链的碳足迹综合管理系统，包括：数据接入层，用于获取全生命周期中各阶段的能源数据；能源数据利用设有的监测单元采集所得；各阶段包括硅石开采、工业硅、多晶硅、单晶硅、光伏组件、光伏电站运营和废弃物回收与处理，并针对每个生产环节，以企业厂区为生产边界构建各阶段所对应的数据；数据传输与处理层，用于对获取的能源数据进行处理；应用支撑层，用于将处理后的数据送入预设的碳足迹核算模型中进行处理，以得到碳排放数据；其有益效果是：发挥监测单元的数据接入能力，减少投入的人力资源，并针对每个环节，以企业厂区为生产边界，克服现有技术中存在的边界界定方法不明晰的缺陷。
Description
技术领域
本发明涉及光伏行业技术领域，具体涉及一种全生命周期光伏产业链的碳足迹综合管理系统。
背景技术
碳足迹起源于生态足迹的概念，但现在已形成其特有的含义。生态足迹用以描述人类生产消费活动造成的生态影响，以生态生产性土地面积表示，而碳足迹关注的是某项活动或某个组织所排放的温室气体量，以质量或面积表示。许多世界组织和机构都对“碳足迹”进行了定义和分类。碳足迹可以划分成两种：一种称为第一碳足迹，就是燃烧化石燃料直接释放的二氧化碳等温室气体的排放量；一种叫第二碳足迹，与第一种直接排放不同，它隐蔽在人们消费各种商品时各个过程中间接产生的二氧化碳等温室气体的排放量。广义上的“碳足迹”定义为：一个活动发生全过程中直接和间接的CO2排放总量，或是一个产品的全生命周期各个阶段累积的全部CO2排放量。欧盟在2007年综合以往研究的基础上，将碳足迹界定为：一个产品或服务在整个生命周期所有阶段累积排放的CO2和其它类别的温室气体的总重量。
生命周期评价广泛应用于碳足迹分析，是指分析一项产品在生产、使用、废弃及回收再利用等各阶段造成的环境影响，包括能源使用、资源消耗、污染物排放等。该方法包含四个部分，分别是目标和范围定义、清单分析、影响评价和结果解释。
全生命周期内的碳足迹是指各种商品和服务在以下过程中产生的排放。目前分析全生命周期碳足迹的方法主要有两种，分别是监测法与核算法。《商品和服务在生命周期内的温室气体排放评价规范》(PAS 2050:2008)，提出应用活动水平数据乘以该活动的排放因子将初级活动水平数据和次级数据换算为温室气体排放量。应以产品每功能单位温室气体排放量的形式记录。
在人类的经济与社会活动中，利用新能源替代化石能源是调整高碳能源结构，进而实现减排的最重要手段之一。太阳能作为地球上资源最丰富、分布最广的可再生能源，光伏产业应运而生，并得到大力发展。光伏发电是新能源最核心的品种之一，在国际光伏发电市场的推动下，我国光伏产业也迅猛发展。然而光伏发电的碳足迹环境影响情况尚无定论，研究光伏领域的碳足迹，进而评估全产业链各环节的碳排放强度与占比具有重要意义。国内外很多学者在这个方向进行了研究工作，他们通常采用生命周期评价方法，得到的结果也是多种多样的。
因此，现有技术主要问题包括：全生命周期光伏产业链的核算边界界定方法不明晰，是否需要包括隐含在生产链上游相关过程中的间接排放不清晰，核算方法不统一，存在边界问题；同时，为获取详细的清单数据，投入的人力资源较大。
发明内容
本发明的发明目的在于：提供了一种全生命周期光伏产业链的碳足迹综合管理系统，以克服现有技术中存在的边界界定方法不明晰，投入人力资源较大的缺陷。
本发明提供的一种技术方案为：一种全生命周期光伏产业链的碳足迹综合管理系统，包括：
数据接入层，用于获取全生命周期中各阶段的能源数据；其中，所述能源数据利用设有的监测单元采集所得；各阶段包括硅石开采、工业硅、多晶硅、单晶硅、光伏组件、光伏电站运营和废弃物回收与处理，并针对每个生产环节，以企业厂区为生产边界构建各阶段所对应的数据；
数据传输与处理层，用于对获取的能源数据进行处理；
应用支撑层，用于将处理后的数据送入预设的碳足迹核算模型中进行处理，以得到碳排放数据。
作为本申请一种可选的实施方式，所述监测单元包括智能计量表、温度计、气象设备和遥感监测系统。
作为本申请一种可选的实施方式，所述能源数据利用设有的监测单元采集所得，具体包括：
利用卫星遥感智能识别技术，识别硅石开采区域内的矿山条件，包括矿山大小，矿山类型和运输条件；
通过在运输工具上加装物联表计以及GPS定位的方式，获取各时间范围、各批次硅石的运输质量与运输距离；
在矿山开采企业的能源进口或能源储存区安装计量表，通过物联传输方式获取企业分时段能源数据；在硅石仓库或运输车辆上安装计量表，获取硅石产量数据；
以工业硅生产企业的厂区为边界，在全厂能源进口或能源储存区安装计量表，通过物联传输方式获取企业分时段能源数据；在工业硅产品仓库或运输车辆上安装计量表，获取工业硅产量数据；
以多晶硅生产企业的厂区为边界，在全厂能源进口或能源储存区安装计量表，通过物联传输方式获取企业分时段能源数据；在多晶硅产品仓库或运输车辆上安装计量表，获取多晶硅产量数据；
以单晶硅生产企业的厂区为边界，在全厂能源进口或能源储存区安装计量表，通过物联传输方式获取企业分时段能源数据；在单晶硅产品仓库或运输车辆上安装计量表，获取单晶硅产量数据；
以光伏组件的生产企业的厂区为边界，在全厂能源进口或能源储存区安装计量表，通过物联传输方式获取企业分时段能源数据；在光伏组件产品仓库或运输车辆上安装计量表，获取光伏组件产量数据；
以光伏电站厂区为边界，在全厂能源进口或能源储存区安装计量表，通过物联传输方式获取企业分时段能源消费与生产数据；
抓取市场上废钢、废铝回收处理的单位产品用能与碳排放数据，在废弃物品回收全厂能源进口或能源储存区安装计量表，通过物联传输方式获取企业分时段能源数据。
作为本申请一种可选的实施方式，所述能源包括柴油、汽油、煤炭、电力、热力和水。
作为本申请一种可选的实施方式，所述利用卫星遥感智能识别技术，识别硅石开采区域内的矿山条件具体包括：
通过亮度值或像元值的高低差异及空间变化识别不同硅石矿山的物理条件，以得到矿山的类型；
并对遥感图像中各类矿山的地物的光谱信息和空间信息进行分析。
作为本申请一种可选的实施方式，利用所述遥感识别和分析，得出对应的矿山用能指数P1，所述P1＝P0*(1+k1+K2)；其中，P0为矿山等级，k1为矿山类型，K2为运输方式。
作为本申请一种可选的实施方式，所述对获取的能源数据进行处理，具体包括：
数据流转、数据清洗、标准化、传输加密和读写分离。
作为本申请一种可选的实施方式，所述碳足迹核算模型采用以下公式为各环节碳排放的汇总；
C光伏＝C硅石开采+C工业硅+C多吕硅+C单晶硅+C组件+C电站+C废弃与回收；
式中：
C光伏——全生命周期光伏产业链单位产品碳足迹；
C硅石开采——硅石开采单位产品碳足迹；
C工业硅——工业硅冶炼单位产品碳足迹；
C多晶硅——多晶硅冶炼、铸锭、切割环节单位产品碳足迹；
C单晶硅——单晶硅拉制、铸锭、切割环节单位产品碳足迹；
C组件——光伏组件单位产品碳足迹；
C电站——光伏电站自投产到废弃单位装机规模碳足迹；
C废弃与回收——光伏电站废弃物回收与处理环节的碳足迹。
作为本申请一种可选的实施方式，所述应用支撑层还包括面板数据模型，所述面板数据模型用于分析各类能源碳排放与光伏产品产出的关系。
作为本申请一种可选的实施方式，所述应用支撑层还包括时间序列分析，所述时间序列分析用于检验不同时间段内，不同批次的光伏碳足迹产品的平稳性。
采用上述技术方案，具有以下优点：本发明提出的一种全生命周期光伏产业链的碳足迹综合管理系统，首先，在前端充分发挥遥感探测、物联计量与数据接入的能力，减少投入的人力资源，并梳理从硅石开采到原料生产到电站投入以及废弃物处理全产业链的工艺流程及主要用能与碳排放；其次，针对每个生产环节，以企业厂区为生产边界构建数据接入与核算体系，克服现有技术中存在的边界界定方法不明晰的缺陷；最后，通过对各环节碳足迹方法学的研究，在参考《IPCC清单指南2006》、《国家发展改革委企业温室气体排放核算方法与报告指南》、《ISO14064》等碳排放方法学指南的基础上，构建了光伏产业链全生命周期碳排放核算模型，完整覆盖了光伏全产业链，使得数据更加准确。
附图说明
图1是本发明第一实施例所提供的一种全生命周期光伏产业链的碳足迹综合管理系统的系统框图；
图2是本发明第二实施例所提供的一种全生命周期光伏产业链的碳足迹综合管理系统的系统框图。
具体实施方式
下面将详细描述本发明的具体实施例，应当注意，这里描述的实施例只用于举例说明，并不用于限制本发明。在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解，阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的电路，软件或方法。
在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“在一个实施例中”、“在实施例中”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的示图都是为了说明的目的，并且示图不一定是按比例绘制的。
下面结合附图，对本发明作详细的说明。
参考图1所示，一种全生命周期光伏产业链的碳足迹综合管理系统，包括：
数据接入层，用于获取全生命周期中各阶段的能源数据；其中，所述能源数据利用设有的监测单元采集所得；各阶段包括硅石开采、工业硅、多晶硅、单晶硅、光伏组件、光伏电站运营和废弃物回收与处理，并针对每个生产环节，以企业厂区为生产边界构建各阶段所对应的数据。
具体地，所述监测单元包括智能计量表、温度计、气象设备和遥感监测系统；其中，所述智能计量表包括智能电表、水表、质量仪和流量计等；
所述能源数据利用设有的监测单元采集所得，具体包括：
利用卫星遥感智能识别技术，识别硅石开采区域内的矿山条件，包括矿山大小，矿山类型和运输条件；
由于遥感图像中不同类的地物在不同的条件下(纹理、地形等)，具有不同或差别的光谱信息特征和空间信息特征；
所述利用卫星遥感智能识别技术，识别硅石开采区域内的矿山条件具体包括：
通过亮度值或像元值的高低差异及空间变化识别不同硅石矿山的物理条件，以得到矿山的类型；
并对遥感图像中各类矿山的地物的光谱信息和空间信息进行分析。
通过在运输工具上加装物联表计以及GPS定位的方式，获取各时间范围、各批次硅石的运输质量与运输距离；
在矿山开采企业的能源进口或能源储存区安装计量表，通过物联传输方式获取企业分时段能源数据；在硅石仓库或运输车辆上安装计量表，获取硅石产量数据；
以工业硅生产企业的厂区为边界，在全厂能源进口或能源储存区安装计量表，通过物联传输方式获取企业分时段能源数据；在工业硅产品仓库或运输车辆上安装计量表，获取工业硅产量数据；
以多晶硅生产企业的厂区为边界，在全厂能源进口或能源储存区安装计量表，通过物联传输方式获取企业分时段能源数据；在多晶硅产品仓库或运输车辆上安装计量表，获取多晶硅产量数据；
以单晶硅生产企业的厂区为边界，在全厂能源进口或能源储存区安装计量表，通过物联传输方式获取企业分时段能源数据；在单晶硅产品仓库或运输车辆上安装计量表，获取单晶硅产量数据；
以光伏组件的生产企业的厂区为边界，在全厂能源进口或能源储存区安装计量表，通过物联传输方式获取企业分时段能源数据；在光伏组件产品仓库或运输车辆上安装计量表，获取光伏组件产量数据；
以光伏电站厂区为边界，在全厂能源进口或能源储存区安装计量表，通过物联传输方式获取企业分时段能源消费与生产数据；
抓取市场上废钢、废铝回收处理的单位产品用能与碳排放数据，在废弃物品回收全厂能源进口或能源储存区安装计量表，通过物联传输方式获取企业分时段能源数据。
需要说明的是，所述能源包括柴油、汽油、煤炭、电力、热力、水等。
本申请创新采用物联+遥感识别的方式获取光伏产业链碳足迹计算模型中难以获得的关键核心数据，填补了光伏产业碳足迹核算方法的空白。主要包括：(1)矿山地物识别。矿山生活区、中转场、生产区、恢复区等用地区划，面积识别；(2)矿产资源类型识别；(3)矿山地质灾害、环境污染监测。
(1)通过遥感识别矿山面积，大于等于4平方公里，则定为大中型矿山，否则为小型矿山；
(2)通过遥感识别矿山类型，突出体表则定为山坡露天矿，否则为深凹露天矿；
(3)通过遥感识别矿山运输车辆，识别为汽运或机运。
利用所述遥感识别和分析，得出对应的矿山用能指数P1，所述P1＝P0*(1+K1+K2)；其中，P0为矿山等级，K1为矿山类型，K2为运输方式；
即，通过识别确定P0、K1、K2，进而确定P1；具体参照表1所示。
表1矿山信息计算公式填写栏
数据传输与处理层，用于对获取的能源数据进行处理。
具体地，所述对获取的能源数据进行处理，具体包括：
数据流转、数据清洗、标准化、传输加密和读写分离；其中，所述读写分离是标准的数字化开发流程，目的是让同一个指标区分出输入到系统和从系统输出的值；
最终实现将处理后的数据，可把明显的异常值修正成正常值，并且形成格式规范的数据集，取用数据时更方便且不易出错。
应用支撑层，用于将处理后的数据送入预设的碳足迹核算模型中进行处理，以得到碳排放数据。
具体地，所述碳足迹核算模型采用以下公式为各环节碳排放的汇总；
C光伏＝C硅石工采+C工业硅+C多晶硅+C单晶硅+C组件+C电站+C废弃与回收；
式中：
C光伏——全生命周期光伏产业链单位产品碳足迹；
C硅石开采——硅石开采单位产品碳足迹；
C工业硅——工业硅冶炼单位产品碳足迹；
C多晶硅——多晶硅冶炼、铸锭、切割环节单位产品碳足迹；
C单晶硅——单晶硅拉制、铸锭、切割环节单位产品碳足迹；
C组件——光伏组件单位产品碳足迹；
C电站——光伏电站自投产到废弃单位装机规模碳足迹；
C废弃与回收——光伏电站废弃物回收与处理环节的碳足迹。
相应的，在计算过程中，针对各环节进行说明。
硅石开采
我国尚无硅石开采能耗与碳排放统计管理标准，根据不同矿山的类型，对排放强度进行了划分，并得出该环节碳足迹的计算方法学：
C硅石开采＝＝[(P1/42705)×42.652×20.2×98％×(44/12)/m硅石×0.001]/290.92
式中：
C硅石开采——硅石开采环节的碳排放量，tCO2e/kWp。
m硅石——该批次的硅石产量，t；通过采集得到。
P1——矿山用能指数，MJ/t矿，通过前述计算得到；
其中，硅石开采过程中的主要能源消费为柴油，因此本实施例以柴油为例进行计算说明。柴油的热值为42705kJ/kg，即每千克柴油含有42705千焦耳的热量；柴油的低位发热量为42.652GJ/t，即每吨柴油的低位发热量为42.652吉焦耳；柴油的单位热值含碳量为20.2tC/GJ，即每吉焦耳热量柴油的含碳量为20.3吨碳；柴油的燃料碳氧化率为98％，意味着柴油燃烧时会有98％的碳元素转化为二氧化碳；44/12为二氧化碳分子量与碳分子量的比值，用于将计算结果的单位从“吨碳”转化为“吨二氧化碳”，形成更符合常规的结果；0.001为千克与吨的比值，用于将柴油热值单位和单位热值含碳量单位间的转变；290.92为生产1kWp光伏组件所需的硅石量。
工业硅生产
工业硅生产过程中，主要物质消耗是原材料硅石和各种碳质还原剂；主要能源消耗是电力；产生气体、固体等不同状态的废弃物。因此碳排放源包括：电力(间接碳排放)、煤炭燃烧(直接碳排放)以及二氧化硅与碳进行化学反应后产生的工艺排放。
C工业硅＝C工业硅，电力+C工业硅，煤炭+C工业硅，工艺 (c)
(c)式中：
C工业硅，电力——工业硅生产环节的间接碳排放量(电力)，tCO2e/kWp；
C工业硅，煤炭——工业硅生产环节的直接碳排放量(煤炭)，tCO2e/kWp；
C工业硅，工艺——工业硅生产环节的工艺碳排放量(二氧化硅分解)，tCO2e/kWp；
m工业硅——该批次的工业硅产量，t。
其中，
C工业硅，电力＝E电力×ai(1-ηi)×0.98/m工业硅×0.001 (d)
E工业硅，电力——通过物联设备监测的工业硅生产环节的用电量，kWh；
ai——生产企业所处电网的排放因子，tCO2e/MWh，通过查询可得；
ηi——生产企业所处区域的绿电消纳比例，％，通过查询可得。
C工业硅，煤碳＝E煤碳×αi×0.98/m工业硅×2.1 (e)
E工业硅，煤碳——通过物联设备监测的工业硅生产环节的用煤量，t；
αi——第i批次煤炭的折标系数，tce/t；αi这个数据通过工厂做煤炭热值检测所得；
0.98为生产1kWp光伏组件所需的工业硅量；
2.1为煤炭碳排放因子，即每燃烧1吨标煤的煤炭排放2.1吨二氧化碳。
C工业硅，工艺＝m工业硅×0.98×3.1428 (f)
3.1428为工艺排放因子，即每生产一顿工业硅会产生3.1428吨二氧化碳。
多晶硅生产
我国大部分企业生产多晶硅采用的是改良西门子法：在多晶硅还原炉中，用纯氢气还原纯三氯氢硅，生成单质硅；单质硅在高纯硅芯上沉积，生成棒状多晶硅。生产过程包括：多晶硅铸锭和硅片切割，以及废水废气的处理。主要用能包括电力与热力。其中，电力为间接碳排放源，热力则根据企业实际情况，分为直接排放与简介排放。
C多晶硅＝C多晶硅，电力+C多晶硅，热力 (g)
(g)式中：
C多晶硅，电力——多晶硅生产环节的间接碳排放量(电力)，tCO2e/kWp；
C多晶硅，热力——多晶生产环节的直接碳排放量(热力)，tCO2e/kWp；
m多晶硅——该批次的多晶硅产量，t。
其中，
C多晶硅，热力＝E多晶硅，热力×αi(1-ηi)×1.31/m多晶硅×0.001 (h)
E多晶硅，电力——通过物联设备监测的多晶硅生产环节的用电量，kWh；
ai——生产企业所处电网的排放因子，tCO2e/MWh；
ηi——生产企业所处区域的绿电消纳比例，％。
1.31为生产1kWp光伏组件所需的多晶硅量。
C多晶硅，热力＝E多晶硅，热力×1.31/m多晶硅×2.1 (i)
E多晶硅，热力——通过物联设备监测的多晶硅生产环节的用热量，tce；
单晶硅生产
单晶硅的制法为先生产多晶硅，然后用直拉法或悬浮区熔法从熔体中生长出单晶硅棒，因此主要能源消费为热力与电力。碳排放源包括：外购电力碳排放(间接碳排放)、热力碳排放(间接或直接碳排放)：
C单晶硅＝C单晶硅，电力+C单晶硅，热力 (j)
(j)式中：
C单晶硅，电力——单晶硅生产环节的间接碳排放量(电力)，tCO2e/kWp；
C单晶硅，热力——单晶硅生产环节的直接碳排放量(热力)，tCO2e/kWp；
m单晶硅——该批次的单晶硅产量，t。
其中，
C单晶硅，电力＝E单晶硅，电力×ai(1×ηi)×1.38/m单晶硅×0.001 (k)
E单晶硅，电力——通过物联设备监测的单晶硅生产环节的用电量，kWh；
ai——生产企业所处电网的排放因子，tCO2e/MWh；
ηi——生产企业所处区域的绿电消纳比例，％。
1.38为生产1kWp光伏组件所需的单晶硅量。
C多晶硅，热力＝E多晶硅，热力×1.31/m单晶硅×2.1 (i)
E单晶硅，热力——通过物联设备监测的单晶硅生产环节的用热量，tce；
光伏组件生产
光伏电池组件的生产流程包括：电池片制绒、清洗、磷扩散、去PSG、边缘刻蚀、镀膜、丝网印刷、燃结、、焊接、叠层—压层、切边固化、装框注胶、检查。碳排放源主要为外购电力导致的间接排放：
C组件＝[E组件，电力×ai(1-ηi)/m光伏组件]×0.001 (m)
E组件，电力——通过物联设备监测的光伏组件生产环节的用电量，kWh；
ai——生产企业所处电网的排放因子，tCO2e/MWh；
ηi——生产企业所处区域的绿电消纳比例，％；
m光伏组件——该批次的光伏组件产量，kWp。
(6)光伏电站
光伏电站运维的过程主要包括辅助生产系统和附属生产系统中电力与水的使用，碳排放来源主要为电的使用。
C电站＝[E电站，电力×ai(1-ηi)/m光伏电站装机规模]×0.001 (n)
E电站，电力——通过物联设备监测的光伏电站运行环节的用电量，kWh；
ai——生产企业所处电网的排放因子，tCO2e/MWh；
ηi——生产企业所处区域的绿电消纳比例，％；
m光伏电站装机规模——光伏电站的装机规模，kWp。
(7)废弃与回收
光伏组件达到使用寿命后，先对组件中的铝边框和接线盒进行拆卸，然后在高温下对TPT背板进行剥离，接着将电池组件放入由甲苯等组成的有机溶剂中，去除玻璃板和EVA，然后在电热炉的高温和氩气环境中将电池片上残留的EVA清理掉。接着使用碱性试剂和硝酸对电池片上的银和铝进行溶解，去除电池片的抗反射层和N-P结，回收得到完整的硅片。最后，对相关金属进行析出和回收再利用。
C废弃与回收＝C废弃与回收，电力+C废弃与回收，热力 (o)
(o)式中：
C废弃与回收，电力——废弃与回收环节的间接碳排放量(电力)，tCO2e/kWp；
C废弃与回收，热力——废弃与回收环节的直接碳排放量(热力)，tCO2e/kWp；
其中，
C废弃与回收，电力＝E废弃与回收，电力×ai(1-ηi)/m废弃与回收×0.001 (p)
C废弃与回收，电力——通过物联设备监测的废弃与回收环节的用电量，kWh；
ai——废弃与回收企业所处电网的排放因子，tCO2e/MWh；
ηi——废弃与回收企业所处区域的绿电消纳比例，％。
C废弃与回收，热力＝E废弃与回收，热力/m废弃与回收×2.1 (q)
E单晶硅，热力——通过物联设备监测的废弃与回收环节的用热量，tce；
工业热力的提供方式通常为燃煤供热，且热效率通常较高，因此取煤炭碳排放因子2.1作为热力的碳排放因子。
通过上述各部分的记载，细化阐述了各环节的碳排放主导因素与占比，从而使得数据的计算更加全面和准确。
上述方案中，在前端充分发挥遥感探测、物联计量与数据接入的能力，减少投入的人力资源，并梳理从硅石开采到原料生产到电站投入以及废弃物处理全产业链的工艺流程及主要用能与碳排放；其次，针对每个生产环节，以企业厂区为生产边界构建数据接入与核算体系，克服现有技术中存在的边界界定方法不明晰的缺陷；最后，通过对各环节碳足迹方法学的研究，在参考《IPCC清单指南2006》、《国家发展改革委企业温室气体排放核算方法与报告指南》、《ISO14064》等碳排放方法学指南的基础上，构建了光伏产业链全生命周期碳排放核算模型，完整覆盖了光伏全产业链，使得数据更加准确。
进一步地，在另一实施例中，参考图2，在上述方案的基础上，为更好地体现光伏产业与数据之间的经济关系，所述应用支撑层还包括计量经济模型，具体为：
面板数据模型，所述面板数据模型用于分析各类能源碳排放与光伏产品产出的关系。
具体地，模型所应用的面板数据是对多个不同变量(如煤炭消费量、石油消费量、天然气消费量)连续记录多个时期所得到的数据。本专利采用的面板数据模型主要用于分析各类能源碳排放与光伏产品产出的关系，形式为：
式中：
yit——包含时间和个体因素的被解释变量，通常代表光伏产品使用某种特定能源(例如煤炭、油品、天然气)时的单位碳排放量；
α*——截距项；
βk——第k个解释变量的系数；取值方式是通过建立计量模型、利用历史面板数据求解出来的；
xki——第i个个体的第k个解释变量，通常代表能源消费量；
μit——残差项，利用历史面板数据求解出来的；
由于上述计算公式中存在单位能源消费的碳排放量(即碳排放因子)的数据应用，而这个数据的具体数值并不是固定的，与设备选型、运营工况、燃料本身情况都有关系，目前计算中采用的是通用值，但为了提高计算的准确性，还可以借用历史实际发生的数据对这个数值进行校核调整。
所述应用支撑层还包括时间序列分析，所述时间序列分析用于检验不同时间段内，不同批次的光伏碳足迹产品的平稳性。
具体地，时间序列数据类似于一个随机过程，但是这个随机过程的平稳性无法得到保证。而在使用时间序列数据建立模型辅助分析、预测时，必须保证其平稳性平稳序列具有围绕一个稳定的均值上下浮动，并逐渐向其逼近的特点，而非平稳过程没有此特征。平稳性检验的基本原理是通过n次差分的办法将非平稳序列转化为平稳序列：
式中：
Δxi表示实际数值与稳定均值间的差异；
α0、β——常数项；
t——时间趋势项；
k——滞后阶数(最优滞后项)；
μ1——残差项。
这个模型可以算出来每个值与平均值之间的差异，差异大小就可以体现数据的平稳性；其中，涉及的各参数，通过建立次差分模型、利用历史的数据求解所得。
需要说明的是，面板数据模型和时间序列分析都属于计量经济模型，计量经济模型是用截面数据作为计量经济学模型的样本数据；例如，为得到碳排放量和产量之间有什么关系，可先提出一个模型形式，假定碳排放＝常数a*产量+常数b，再基于历史数据中的碳排放和产量实际数据，进行联立求解把a、b都算出来，即为上述各参数的得到过程。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。
Claims (10)
1.一种全生命周期光伏产业链的碳足迹综合管理系统，其特征在于，包括：
数据接入层，用于获取全生命周期中各阶段的能源数据；其中，所述能源数据利用设有的监测单元采集所得；各阶段包括硅石开采、工业硅、多晶硅、单晶硅、光伏组件、光伏电站运营和废弃物回收与处理，并针对每个生产环节，以企业厂区为生产边界构建各阶段所对应的数据；
数据传输与处理层，用于对获取的能源数据进行处理；
应用支撑层，用于将处理后的数据送入预设的碳足迹核算模型中进行处理，以得到碳排放数据。
2.根据权利要求1所述的一种全生命周期光伏产业链的碳足迹综合管理系统，其特征在于，所述监测单元包括智能计量表、温度计、气象设备和遥感监测系统。
3.根据权利要求2所述的一种全生命周期光伏产业链的碳足迹综合管理系统，其特征在于，所述能源数据利用设有的监测单元采集所得，具体包括：
利用卫星遥感智能识别技术，识别硅石开采区域内的矿山条件，包括矿山大小，矿山类型和运输条件；
通过在运输工具上加装物联表计以及GPS定位的方式，获取各时间范围、各批次硅石的运输质量与运输距离；
在矿山开采企业的能源进口或能源储存区安装计量表，通过物联传输方式获取企业分时段能源数据；在硅石仓库或运输车辆上安装计量表，获取硅石产量数据；
以工业硅生产企业的厂区为边界，在全厂能源进口或能源储存区安装计量表，通过物联传输方式获取企业分时段能源数据；在工业硅产品仓库或运输车辆上安装计量表，获取工业硅产量数据；
以多晶硅生产企业的厂区为边界，在全厂能源进口或能源储存区安装计量表，通过物联传输方式获取企业分时段能源数据；在多晶硅产品仓库或运输车辆上安装计量表，获取多晶硅产量数据；
以单晶硅生产企业的厂区为边界，在全厂能源进口或能源储存区安装计量表，通过物联传输方式获取企业分时段能源数据；在单晶硅产品仓库或运输车辆上安装计量表，获取单晶硅产量数据；
以光伏组件的生产企业的厂区为边界，在全厂能源进口或能源储存区安装计量表，通过物联传输方式获取企业分时段能源数据；在光伏组件产品仓库或运输车辆上安装计量表，获取光伏组件产量数据；
以光伏电站厂区为边界，在全厂能源进口或能源储存区安装计量表，通过物联传输方式获取企业分时段能源消费与生产数据；
抓取市场上废钢、废铝回收处理的单位产品用能与碳排放数据，在废弃物品回收全厂能源进口或能源储存区安装计量表，通过物联传输方式获取企业分时段能源数据。
4.根据权利要求3所述的一种全生命周期光伏产业链的碳足迹综合管理系统，其特征在于，所述能源包括柴油、汽油、煤炭、电力、热力和水。
5.根据权利要求4所述的一种全生命周期光伏产业链的碳足迹综合管理系统，其特征在于，所述利用卫星遥感智能识别技术，识别硅石开采区域内的矿山条件具体包括：
通过亮度值或像元值的高低差异及空间变化识别不同硅石矿山的物理条件，以得到矿山的类型；
并对遥感图像中各类矿山的地物的光谱信息和空间信息进行分析。
6.根据权利要求5所述的一种全生命周期光伏产业链的碳足迹综合管理系统，其特征在于，利用所述遥感识别和分析，得出对应的矿山用能指数P1，所述P1＝P0*(1+k1+K2)；其中，P0为矿山等级，k1为矿山类型，K2为运输方式。
7.根据权利要求1所述的一种全生命周期光伏产业链的碳足迹综合管理系统，其特征在于，所述对获取的能源数据进行处理，具体包括：
数据流转、数据清洗、标准化、传输加密和读写分离。
8.根据权利要求2所述的一种全生命周期光伏产业链的碳足迹综合管理系统，其特征在于，所述碳足迹核算模型采用以下公式为各环节碳排放的汇总；
C光伏＝C硅石开采+C工业硅+C多晶硅+C单晶硅+C组件+C电站+C废弃与回收；
式中：
C光伏——全生命周期光伏产业链单位产品碳足迹；
C硅石开采——硅石开采单位产品碳足迹；
C工业硅——工业硅冶炼单位产品碳足迹；
C多晶硅——多晶硅冶炼、铸锭、切割环节单位产品碳足迹；
C单晶硅——单晶硅拉制、铸锭、切割环节单位产品碳足迹；
C组件——光伏组件单位产品碳足迹；
C电站——光伏电站自投产到废弃单位装机规模碳足迹；
C废弃与回收——光伏电站废弃物回收与处理环节的碳足迹。
9.根据权利要求1所述的一种全生命周期光伏产业链的碳足迹综合管理系统，其特征在于，所述应用支撑层还包括面板数据模型，所述面板数据模型用于分析各类能源碳排放与光伏产品产出的关系。
10.根据权利要求1所述的一种全生命周期光伏产业链的碳足迹综合管理系统，其特征在于，所述应用支撑层还包括时间序列分析，所述时间序列分析用于检验不同时间段内，不同批次的光伏碳足迹产品的平稳性。
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| CN116433441B (zh) | 2024-04-05 |
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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