共生网络演化的低碳化理论

7.2.1　网络低碳化的内涵

本书讨论的网络低碳化是针对产业共生网络，计算其碳源排放量，并分析如何使网络整体呈低碳化趋势。

7.2.1.1　基本要素

产业共生网络由不同类型的节点企业构成的，节点企业之间通过生产要素或生产产品形成了线性关系，因此，可以总结出产业共生网络的组成要素:

(1)点。是指实际存在并具有生产功能的节点企业，本书将节点企业按照生产功能分为三种——普通生产类节点企业、静脉产业类节点企业和热电供应类节点企业。

(2)线。是指节点企业之间实际存在的各种关系，本书归纳的各种关系包括生产要素交换关系、生产产品交换关系和热电能源交换关系。

由上述节点和线的集合就成了一个共生网络体。

一个生产型节点企业，其二氧化碳的排放源主要来自以下四个方面:

(1)能源消耗碳排放。这部分消耗的能源是指用于生产活动的各种能源，其中包括生产系统、辅助生产系统和附属生产系统用能。具体而言，企业实际消耗的各种能源包括一次能源(原煤、原油、天然气等)和二次能源(电力，热力，石油制品、焦炭、煤气等)。这些能源的消耗实际来源于化石燃料的燃烧，从而造成了二氧化碳等温室气体的排放。除了此部分实际消耗的能源外，在工业企业生产经营活动中，还需要消耗某些工作物质，而生产这些工作物质，需要消耗一定数量的能源，利用这些工作物质就等于间接地消耗能源。另一方面，工作物质的使用能够替代或减少其他能源的消耗，而这些工作物质不属于通常所指的能源之列。例如工业用水、压缩空气、电石、乙炔、氧气等。这些工作物质被称为耗能工质，这部分耗能工质的使用属于间接使用能源而造成碳排放。

(2)生产工艺碳排放。生产过程中除了使用能源造成温室气体排放外，还会由于生产原材料参与生产过程中发生化学或物理反应而将生产原材料含碳元素转化为二氧化碳等温室气体排放出来。例如钢铁生产的一种工艺就是以铁矿石、煤炭等天然资源为原材料进行生产，这部分原材料在燃烧、焙烧、熔烧和加热过程中会发生化学反应，释放出二氧化碳等温室气体;建材工业中水泥、平板玻璃、砖瓦和石灰类生产过程中，采用的原料进行物理化学反应将会产生温室气体;化学工业中产品生产需要石油、天然气和煤炭等高碳物质作为生产原料，将会生产和排出CO2，NO x等温室气体。

(3)交通运输碳排放。利用物质流分析方法，可以发现生产型企业生产过程中需要利用交通工具将生产要素运输到企业，从企业运输生产产品(包括主产品和副产品)到销售场所或其他企业，从而造成了移动能源的二氧化碳等温室气体排放。

(4)废物处理碳排放。企业生产过程中将会产生主产品(销售产品)和副产品(废水、废气和固废等)。销售产品通过交易后将会转移到客户手中，根据生命周期评价，主产品中也有含碳部分，其在未来使用过程的碳排放不再计入企业生产过程的碳排放;对于废水、废气和固废等副产品，企业需要对它们进行处理，处理的方式一般有直接丢弃、送至废物处理中心、排入污水处理中心等。废弃物填埋处理过程将排放甲烷，废水及污泥处理过程中会产生CH4和N2 O排放，废弃物焚烧产生CO2排放。

根据上述工业企业生产过程中造成的碳排放源项，可以得出对于产业共生网络的低碳要素主要包括以下几点:

(1)点(节点企业)的能源碳减排。直接能源是指原煤、原油、天然气、电力、热力、石油制品、焦炭、煤气等。

(2)点(节点企业)的生产工艺碳减排。生产工艺主要是指生产产品过程中可能造成二氧化碳排放的物理化学反应。

(3)点(节点企业)的交通运输碳减排。交通运输主要是指原材料输入使用的交通工具进行原料输入和产品输出的交通工具进行运输。

(4)点(节点企业)的废物处理碳减排。废物处理主要是指对生产副产品(废水、废气和固废等)的处理过程。

针对上述工业企业生产过程碳排放源项，由于生产过程碳排放数据统计比较困难，本书主要讨论工业企业生产过程中的能源碳排放、交通碳排放(主要指运输固废)和废物处理碳排放。

7.2.1.2　基本途径

根据上述共生网络的低碳要素，从产业低碳化理论上分析以下如何实现工业企业的低碳发展:

(1)减少工业企业的直接能源消耗量;

(2)减少工业企业的间接能源消耗量;

(3)减少工业企业的废物产生量;

(4)优化工业企业的生产工艺;

(5)优化工业企业的原材料输入运输和产品输出运输的交通路线;

(6)推进集中供热和热电联产;

(7)推进企业间废物交换再利用。

从产业低碳化理论上可以发现，对于共生网络，其低碳化途径主要包括以下几个方面:

(1)减少点的直接能源碳排放;

(2)减少点的间接能源碳排放;

(3)减少点的生产工艺碳排放;

(4)减少点的废物处理碳排放;

(5)减少线的交通运输碳排放;

(6)增加线的集中供热碳减排;

(7)增加线的废物交换碳减排。

7.2.2　网络低碳化的演化模式

根据上述产业共生网络低碳化演替的内涵研究，下面要讨论对于一个共生网络的低碳化演替模式。从网络中点(节点企业)的低碳化、线(企业之间)的低碳化和网络(产业群)的低碳化三个层面来分析。

7.2.2.1　节点的低碳化演替

对于一个节点企业，它的低碳化演替模式主要可以包括以下几个方面:

(1)能源消耗低碳化演替。对于节点企业，它的能源消耗低碳化演替是指通过能源替代和生产节能等方式减少生产过程直接能源和间接能源的消耗，从而促进节点企业向低碳化演替。

(2)生产工艺低碳化演替。对于节点企业，它的生产工艺低碳化演替是指工业企业通过改变生产工艺来减少碳排放，从而向低碳化演替。

(3)废物处理低碳化演替。对于节点企业，它通过废物再利用和废物减量化来减少碳排放，从而向低碳化演替。

针对节点企业的低碳化演替，本书主要讨论能源消耗低碳化演替和废物处理低碳化演替。

7.2.2.2　线性的低碳化演替

节点企业之间线性关系的低碳化演替模式主要可以包括以下几个方面:

(1)废物交换低碳化演替。对于节点企业之间，某一节点企业的生产废物被另一个企业用作生产原材料，从而减少输出生产废物的节点，企业减少废物处理碳排放量，这种模式称为废物交换低碳化演替。

(2)交通运输低碳化演替。对于节点企业之间，某一个节点企业需要运输原材料或生产产品，其中包括输出和输入交通运输过程，该节点企业直接改变运输路线或是间接改变运输路线(改变运输线性对象)来减少交通运输碳排放，这种模式称为节点企业间线的交通运输低碳化演替。

(3)热力供应低碳化演替。对于普通生产型节点和热力供应型节点企业之间，某一个普通生产型节点企业从自身采用分散式供热改变到采用集中供热/热电联产方式供热，这样的模式称为节点企业间线的热力供应低碳化演替。

针对节点企业间的低碳化演替，本书主要讨论废物交换低碳化演替、交通运输低碳化演替以及热力供应低碳化演替。

7.2.2.3　网络的低碳化演替

产业共生网络的低碳化演替可以称为产业结构低碳化演替。这里网络的产业结构低碳化演替是指整个网络添加(或去除)新的(或已有的)节点企业，或者是添加(或去除)新的(或已有的)线性关系，从而促进网络向低碳化演替，这种模式称为网络的低碳化演替。

针对网络的低碳化演替，主要还是体现在所有节点企业的节点低碳化程度和节点之间的线性低碳化程度的总和。

7.2.3　网络低碳化的度量

7.2.3.1　碳排放源项

1.点度碳排放源项

根据前文碳排放源项分析可知，对于一个企业，它的碳排放源主要包括能源消耗碳排放和固废处置碳排放。本书点度碳排放源项主要包括能源消耗碳排放源项和固废处置碳排放源项。

(1)能源消耗碳排放源项

根据美国橡树岭国家实验室(ORNL)提出的化石燃料燃烧CO2计算法可估算已知能源消耗量类型的研究对象，估算碳源量的计算公式如下所示:

式中，CE为碳源排放量，En为能源消耗量，k为有效氧化分数，n为每吨标煤含碳量。

对于不同类型的能源，有不同的计算参数，例如，煤燃烧的有效氧化分数为0.982，每吨标煤含碳量为0.732 57;燃油燃烧的碳排放量计算，除了有效氧化分数和每吨标煤含碳量参数外，还需乘以0.813，此值为在获得相同热能的情况下，石油释放CO2与煤释放CO2的比值;燃气燃烧的碳排放量计算，除了有效氧化分数和每吨标煤含碳量外，还需乘以0.561，此值为在获得相同热能的情况下燃气释放CO2与煤释放CO2的比值。通过计算，获得主要能源的二氧化碳排放系数如表7-2所示。

表7-2　主要能源消耗的二氧化碳排放系数

若已知能源的总碳排放量CE和总能源消耗量E n，则可根据式(7 7)得到能源的综合碳排放因子CEF，又称综合能源碳排放系数。

综合碳排放因子与能源结构密切相关，考虑到能源结构调整不仅受到当地资源禀赋的约束，还受到新能源技术开发水平的限制，故短期内能源结构通常不会发生剧烈变动。因此，对能源碳排放量的估算可以简化成式(7 8):

国家发改委能源所推荐使用综合碳排放因子CEF为0.67吨CO2/吨标煤，本研究中将统一计算的是CO2排放量，因此利用式(7 9)进行二氧化碳排放量计算。

式中，CEF(CO2)为能源的二氧化碳排放因子，采用国家发改委能源所推荐值计算可得参数为2.457吨CO2/吨标煤;En为能源的消耗量; CE(CO2)为能源的二氧化碳排放量。

对于产业共生网络中的节点企业，按照上述公式计算节点企业的能源碳排放量，本书定义节点企业i的能源碳排放量为节点i的点度能源低碳性指数，单位为吨CO2。

(2)固废处置碳排放源项

对于节点企业，生产过程中将会产生固体废物，根据《IPCC国家温室气体排放清单》，处置固体废物过程将会导致温室气体的排放，参考《IPCC国家温室气体排放清单(2006)》和美国《国家废物报告(2007)》中废物处理过程中碳排放估算方法，可以得到生产废弃物碳排放公式:

式中，CS为生产废弃物处理过程二氧化碳排放量;CSF为生产废弃物处理过程中碳排放因子。对于不同废物采用不同的处理工艺将会存在不同的碳排放因子，为了简化估算方法，本书中假定企业的所有生产废弃物统一采用填埋的方式进行处理，参考表7-3和表7-4，未知废物垃圾填埋的二氧化碳排放因子为0.870千克CO2/千克标煤;Sn为节点企业的生产固废产生量。

表7-3　固废处理碳排放系数

表7-4　英国环境、食品及乡村事务部(DEFRA)

续 表

数据来源:2009 Guidelines to Defra/DECC’s GHG Conversion Factors for Company Reporting

2.线性碳排放源项

本书中产业共生网络碳排放源项主要是指网络中节点企业运输固废至固废处理厂的交通运输碳排放。

为了计算此部分交通运输碳排放量，参考IPCC《国家温室气体排放清单(2006)》，并结合美国和英国气候变化行动中的交通运输碳排放估算方法，得出以下交通运输二氧化碳排放公式:式中，CT为交通运输的碳排放量;CTF为特定交通工具运输过程单位距离二氧化碳排放因子，此部分参数参考DEFRA 2008和《爱尔兰气候变化行动方案:排放因子源》，本研究中考虑交通运输的对象是废弃物，采用参考BRI(2004)中10吨卡车运输过程中的二氧化碳排放系数是0.078吨CO2(Hashimoto，1998);Tn为特定交通工具运输距离。

3.网络碳排放源项

本书研究的网络碳排放源项就是指点度碳排放源项和线性碳排放源项的总和。

7.2.3.2　低碳性度量

目前一般以用单位GDP碳排放量指标来评价低碳发展状况，本书以单位工业增加值碳排放量评价产业园区低碳发展状况，并定义点度低碳性指数、线性低碳性指数和网络低碳性指数来分析产业园区低碳发展演替过程，相对于基准年园区单位工业增加值碳排放量的变化情况。具体指标说明如下:

(1)点度低碳性指数

点度低碳性指数是指目标年单位工业增加值点度碳减排量占基准年单位工业增加值点度碳排放量的百分比。

点度低碳性指数可以反映网络中节点企业低碳化发展程度，点度低碳性指数越高，说明节点企业低碳化发展程度越高。

(2)线性低碳性指数

线性低碳性指数是指目标年单位工业增加值线性碳减排量占基准年单位工业增加值线性碳排放量的百分比。

线性低碳性指数可以反映网络中通过交通运输实现的低碳化发展程度，线性低碳性指数越高，说明网络中交通低碳化发展程度越高。

(3)网络低碳性指数

网络低碳性指数是指目标年单位工业增加值网络碳减排量占基准年单位工业增加值网络碳排放量的百分比。

网络低碳性指数可以反映网络整体低碳化发展程度，网络低碳性指数越高，说明网络整体低碳化发展程度越高。

综上所述，产业共生网络的碳排放源项如表7-5所示。

表7-5　产业共生网络的碳排放源项

针对网络低碳化发展程度，可以采用点度低碳性指数、线性低碳性指数和网络低碳性指数进行低碳性分析，其指标意义如表7-6所示。

表7-6　产业共生网络的低碳性表征