一种基于生命周期评价的钢铁产品碳足迹管理方法与系统技术方案

本发明专利技术公开一种基于生命周期评价的钢铁产品碳足迹管理方法与管理系统，涉及钢铁企业节能降碳技术领域，本发明专利技术针对高炉

【技术实现步骤摘要】
一种基于生命周期评价的钢铁产品碳足迹管理方法与系统


[0001]本专利技术涉及钢铁企业节能降碳
，涉及一种基于生命周期评价的钢铁产品碳足迹管理方法及系统，尤其是长流程钢铁产品碳足迹管理方法及系统。

技术介绍

[0002]绿色低碳发展已成为钢铁行业转型升级发展的重中之重。钢铁企业自身应完善其碳足迹管理系统，以深入分析了解钢铁产品结构及排放指标，持续优化生产流程和产品结构，增强碳减排竞争力。
[0003]现有钢铁行业层面的碳足迹管理系统往往针对性不强，不符合钢铁企业的实际生产情况，使得企业实施碳足迹管理过程中，难以有效地结合碳排放数据进行具体协调控制，最大化降低碳足迹水平。具体表现在，现有生命周期碳足迹计算模型主要通过物质流将上下游工序环节简单地线性连接，研究对象仅为粗钢产品或仅将炼铁工序后的各工序的输入输出简单地根据不同种类钢铁产品的质量进行分配。而在实际生产中往往存在多个功能相同的生产设备并列运行，不同类型的钢铁产品在不同设备间的具体生产路线有所不同，导致该产品的碳足迹也随之变化。且由于输入同一设备中的某种物质或能源的来源不同，所带来的直接或间接碳排放也有所不同，其中自产能源带来的碳排放由能源在能源系统各设备间的转化关系决定。基于工序的模型建立不能完整反映钢铁企业自身能源系统中各类型能源的具体转化关系以及产品生产在各个生产设备间的具体生产路径对碳足迹的影响。
[0004]除此之外，现有碳足迹管理系统的系统性不强，没有将一些有效的碳足迹管理全部方法纳入碳足迹管理体系。目前的碳足迹管理系统中的管理方法仅对企业及产品碳足迹的对比分析，通过对比分析为调整企业布局、产品结构、能源与原料结构、等提供多维度的决策依据。例如，比较不同类型企业之间、同一类型不同企业之间，同一企业不同时间段内的各种碳排放数据值，通过对比找出差距和分析减排空间；对具体钢铁企业大多为各类型产品比对、碳排放边界比对、碳排放贡献率比对、企业实施减碳策略前后碳排放量对比。但是钢铁企业生产过程中涉及的能源物质种类多，生产设备与生产路径复杂多变，当钢铁产品的生产经过不同的生产路径时其碳足迹结果将有所不同。这导致仅对钢铁产品生产结果的碳足迹对比分析中，缺乏对生产路径的有效的碳足迹管理方法。难以有效地从生产路径的角度结合生命周期各环节实现钢铁产品生命周期的碳足迹的系统管理与协调控制。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种基于生命周期评价的钢铁产品碳足迹管理方法及系统，以克服现有基于工序的碳足迹计算模型建立与碳足迹管理方案存在的通过事后分配的方式计算细化到不同产品类型的碳足迹结果的缺陷，以及缺少细化到由企业能源系统中各类型能源之间具体的转化关系、各个生产设备间输入输出对应关系构成的不同生产路径的碳足迹计算模型，管理方法单一，缺少与生产路径相关的碳足迹评价、分析、预测、优化等管理方法的缺陷。
[0006]为此，本专利技术提供了以下技术方案：
[0007]本专利技术提供了一种基于生命周期评价的钢铁产品碳足迹管理方法，包括：
[0008]采集企业钢铁产品信息以及钢铁产品生产流程中单元过程的物质流、能量流以及流动路径；导入生产过程中与厂外存在交换关系的物质流与能量流的生命周期背景数据库；导入生命周期过程中的物质流与能量流的碳排放因子库；
[0009]通过金属平衡与碳平衡的方法检验采集的所述生产流程中各单元过程的物质流与能量流数据；更新所述背景数据库与所述碳排放因子库；将不同生产路径、不同钢种、不同物质流与能量流对应数据并分类与储存；
[0010]确定不同类型钢铁产品碳足迹的碳足迹计算功能单位、生产路径及计算系统边界；选择数据分配原则；建立生命周期碳足迹模型；
[0011]基于所述生命周期碳足迹模型对所述钢铁产品进行碳足迹管理。
[0012]进一步地，所述生命周期碳足迹模型包括：生命周期碳足迹计算模型、生命周期碳足迹预测模型和/或生命周期碳足迹优化模型；
[0013]建立生命周期碳足迹模型，包括：
[0014]结合钢铁产品碳足迹计算的要求，确定计算范围、分配原则，根据钢铁产品的性质、数量、用途，选择合适的功能单位，基于钢铁产品生产过程中各单元过程之间中间产品的联系以及单元过程内物质流和能量流的转换关系，建立钢铁产品生命周期碳足迹计算模型；
[0015]基于碳足迹计算模型，得到所要预测钢种的历史生产路径及单元过程物质流、能量流的转换关系与效率，分析并选取合适的路径信息及单元过程信息，作为信息与数据训练的生命周期碳足迹预测模型；和/或，
[0016]基于钢铁产品生命周期碳足迹计算模型，得到单元过程物质流、能量流的转换关系与效率、各单元过程间的中间流数量与对应关系，依据对应关系、转换关系与效率构建目标函数与约束条件，使在不改变生产工艺条件下达到产品碳足迹最小。
[0017]进一步地，建立钢铁产品生命周期碳足迹计算模型，包括：
[0018]基于各单元过程及物质流和能量流在单元过程内的转化关系、中间产品在不同单元过程间的流动关系，建立钢铁产品生产过程模型；
[0019]基于钢铁产品生产过程模型结合背景数据库中与生产过程相关的物质流与能量流，构建钢铁产品生命周期过程模型；
[0020]基于钢铁产品生产过程模型以及钢铁产品生命周期过程模型，根据生产过程相关物质流与能量流的碳排放因子，将过程中的物质流与能量流转化为碳流，构建钢铁产品生命周期碳足迹计算模型；
[0021]建立生命周期碳足迹预测模型，包括：
[0022]基于钢铁产品生命周期碳足迹计算模型，得到所要预测钢种的钢铁产品碳足迹计算结果中的所有历史生产路径，分析选取合适的路径信息；
[0023]基于单元过程与路径信息中的物质流与能量流的转换关系与效率以及各单元过程的中间流以及其上下游的对应关系，当输入能源与原料的类型、输入数量、输入到的单元过程及单元过程间的生产路径已知时，得到单元过程的物质流与能量流的输出以及整个生产流程的各个单元过程间的中间流数量与对应关系；
[0024]基于单元过程的物质流与能量流的输出以及整个生产流程的各个单元过程间的中间流数量与对应关系，得出单元过程的物质流与能量流的转换关系与转换效率；
[0025]基于单元过程的物质流与能量流的转换关系与效率以及各单元过程的中间流以及其上下游的对应关系，依据所要预测钢种的时间相近历史生产路径，结合各单元过程基本信息，分析并选取合适的路径及路径信息，作为信息与数据训练的生命周期碳足迹预测模型；
[0026]建立生命周期碳足迹优化模型，包括：
[0027]基于生命周期碳足迹计算模型，依据单元过程的物质流与能量流的转换关系与转换效率，各个单元过程间的中间流数量与对应关系，设置目标函数与约束条件，使在不改变生产工艺条件下仅通过优化生产路径达到产品碳足迹最小；
[0028]基于生命周期碳足迹计算模型，得到需要进行优化的某种钢铁产品的历史生产路径信息、生产数据及碳足迹结果数据，结合目标函数与约束本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于生命周期评价的钢铁产品碳足迹管理方法，其特征在于，包括：采集企业钢铁产品信息以及钢铁产品生产流程中单元过程的物质流、能量流以及流动路径；导入生产过程中与厂外存在交换关系的物质流与能量流的生命周期背景数据库；导入生命周期过程中的物质流与能量流的碳排放因子库；通过金属平衡与碳平衡的方法检验采集的所述生产流程中各单元过程的物质流与能量流数据；更新所述背景数据库与所述碳排放因子库；将不同生产路径、不同钢种、不同物质流与能量流对应数据并分类与储存；确定不同类型钢铁产品碳足迹的碳足迹计算功能单位、生产路径及计算系统边界；选择数据分配原则；建立生命周期碳足迹模型；基于所述生命周期碳足迹模型对所述钢铁产品进行碳足迹管理。2.根据权利要求1的所述的基于生命周期评价的钢铁产品碳足迹管理方法，其特征在于，所述生命周期碳足迹模型包括：生命周期碳足迹计算模型、生命周期碳足迹预测模型和/或生命周期碳足迹优化模型；所述建立生命周期碳足迹模型，包括：结合钢铁产品碳足迹计算的要求，确定计算范围、分配原则，根据钢铁产品的性质、数量、用途，选择合适的功能单位，基于钢铁产品生产过程中各单元过程之间中间产品的联系以及单元过程内物质流和能量流的转换关系，建立钢铁产品生命周期碳足迹计算模型；基于所述碳足迹计算模型，得到所要预测钢种的历史生产路径及单元过程物质流、能量流的转换关系与效率，分析并选取合适的路径信息及单元过程信息，作为信息与数据训练的生命周期碳足迹预测模型；和/或，基于所述钢铁产品生命周期碳足迹计算模型，得到单元过程物质流、能量流的转换关系与效率、各单元过程间的中间流数量与对应关系，依据对应关系、转换关系与效率构建目标函数与约束条件，使在不改变生产工艺条件下达到产品碳足迹最小。3.根据权利要求2的所述的基于生命周期评价的钢铁产品碳足迹管理方法，其特征在于，所述建立钢铁产品生命周期碳足迹计算模型，包括：基于各单元过程及物质流和能量流在单元过程内的转化关系、中间产品在不同单元过程间的流动关系，建立钢铁产品生产过程模型；基于所述钢铁产品生产过程模型结合所述背景数据库中与生产过程相关的物质流与能量流，构建钢铁产品生命周期过程模型；基于所述钢铁产品生产过程模型以及所述钢铁产品生命周期过程模型，根据生产过程相关物质流与能量流的碳排放因子，将过程中的物质流与能量流转化为碳流，构建钢铁产品生命周期碳足迹计算模型；建立所述生命周期碳足迹预测模型，包括：基于所述钢铁产品生命周期碳足迹计算模型，得到所要预测钢种的钢铁产品碳足迹计算结果中的所有历史生产路径，分析选取合适的路径信息；基于单元过程与路径信息中的物质流与能量流的转换关系与效率以及各单元过程的中间流以及其上下游的对应关系，当输入能源与原料的类型、输入数量、输入到的单元过程及单元过程间的生产路径已知时，得到单元过程的物质流与能量流的输出以及整个生产流程的各个单元过程间的中间流数量与对应关系；
基于单元过程的物质流与能量流的输出以及整个生产流程的各个单元过程间的中间流数量与对应关系，得出单元过程的物质流与能量流的转换关系与转换效率；基于单元过程的物质流与能量流的转换关系与效率以及各单元过程的中间流以及其上下游的对应关系，依据所要预测钢种的时间相近历史生产路径，结合各单元过程基本信息，分析并选取合适的路径及路径信息，作为信息与数据训练的生命周期碳足迹预测模型；建立所述生命周期碳足迹优化模型，包括：基于所述生命周期碳足迹计算模型，依据所述单元过程的物质流与能量流的转换关系与转换效率，所述各个单元过程间的中间流数量与对应关系，设置目标函数与约束条件，使在不改变生产工艺条件下仅通过优化生产路径达到产品碳足迹最小；基于所述生命周期碳足迹计算模型，得到需要进行优化的某种钢铁产品的历史生产路径信息、生产数据及碳足迹结果数据，结合所述目标函数与约束条件，形成钢铁产品碳足迹优化模型。4.根据权利要求2或3所述的基于生命周期评价的钢铁产品碳足迹管理方法，其特征在于，基于所述生命周期碳足迹模型对所述钢铁产品进行碳足迹管理，包括：基于所述钢铁产品生命周期碳足迹计算模型，导入相应单元过程的物质流与能量流数据、背景数据与碳排放因子数据；根据钢铁产品的相关数据以及相关数据质量，计算出钢铁产品的碳足迹结果数据及结果的不确定区间；基于钢铁产品的碳足迹结果数据，分析不同产品的碳足迹的差异性及各因素对碳足迹结果的贡献的差异性；基于所述钢铁产品生命周期碳足迹计算模型，分析当某一因素在生产实际取值范围内发生变化时，碳足迹发生的相应变化，从而得到碳足迹对该因素的敏感性；分类并存储计算与分析结果；基于相同的碳足迹计算模型，根据所述钢铁产品的碳足迹结果数据，对比分析企业各钢铁产品之间、同一大类钢铁产品的细分钢种之间、同一钢种在不同计算时间范围内的碳足迹结果；基于不同计算边界的碳足迹计算模型，根据所述钢铁产品的碳足迹结果数据，对比分析同一钢种在不同计算边界范围内的碳足迹结果，帮助企业掌握自身碳足迹实际情况；基于所述钢铁产品碳足迹结果数据，从生产过程直接排放、消耗外部输入的电力、热力产生的间接排放、供应链中的排放三个方面，对钢铁产品碳足迹数据...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙文强，孟劲松，房晓晴，马光宇，李卫东，张瀚心，张勇，王佳洋，林科，刘书含，袁玲，蔡秋野，王向锋，
申请(专利权)人：鞍钢股份有限公司，
类型：发明
国别省市：