典型物流企业广义碳排放成本计算模型

Calculation Model for Generalized Carbon Emission Costs of Typical Logistics Enterprises

摘要

为科学合理地量化物流企业广义二氧化碳排放成本，首先基于文献研究对典型物流企业进行定义；其次结合典型物流企业运营实际与特点，将运输、仓储、装卸搬运、流通加工、配送、物流信息服务等物流环节的广义碳排放转化为运输和配送环节的燃料燃烧、尾气净化、净购入使用电力、净购入使用热力、装卸搬运作业过程燃料燃烧5个作业过程的广义碳排放；然后建立典型物流企业广义碳排放量计算模型，并结合碳配额和碳交易机制建立典型物流企业广义碳排放成本计算模型；最后以某典型物流企业为例进行案例分析。研究结果表明：该企业物流活动中净购入电力过程和燃料燃烧过程分别贡献了61.44%和38.44%的碳排放量，且每用1 t柴油相较于使用电力能源，广义碳排放量增加0.89 tCO₂e；降低广义碳排放量及碳排放成本的主要路径为将现有化石燃料能源替换为电力能源，同时降低电力行业的二氧化碳排放因子。

Abstract

To scientifically and reasonably quantify the generalized carbon dioxide emission costs of logistics enterprises, first, typical logistics enterprises (TLEs) were defined based on current literature research. Secondly, combined with the actual operation and characteristics of TLEs, the generalized carbon emissions (GCEs) from logistics links such as transportation, warehousing, loading and unloading, circulation processing, distribution, and logistics information services were converted into GCEs from five operational processes: fuel combustion in transportation and distribution links, exhaust gas purification, net purchased and used electricity, net purchased and used heat, and fuel combustion in loading and unloading operations. Then, a calculation model for GCEs of TLEs was established, and a calculation model for GCE costs of TLEs was developed by combining carbon quota and carbon trading mechanisms. Finally, a case study was conducted with a TLE as an example. The results show that in the logistics activities of the TLE, the processes of net purchased electricity and fuel combustion contribute 61.44% and 38.44% of GCEs, respectively; Furthermore, compared with the use of electrical energy, each ton of diesel consumed results in an increase of 0.89 tCO2e in GCEs. The main paths to reduce GCEs and GCE costs are replacing existing fossil fuel energy with electric energy and reducing the carbon dioxide emission factor in the power industry.

Graphical abstract

关键词

广义碳排放成本 / 碳排放量计算 / 典型物流企业 / 碳交易 / 计算模型

Key words

Generalized Carbon Emission Cost / Calculation of Carbon Emission / Typical Logistics Enterprise / Carbon Trading / Calculation Model

0　引言

《中国绿色物流发展报告(2023)》提出物流行业是能源密集型行业，温室气体排放量显著。物流企业产生的温室气体主要有二氧化碳(CO₂)、甲烷(CH₄)、氧化亚氮(N₂O)。这3种气体也是我国碳交易市场减排交易的气体，我国碳交易市场减排交易品种除上述3种外，还有氢氟碳化物(HFCs)、全氟化碳(PFCs)和六氟化硫(SF₆)，其中CO₂交易吨数为最大，其他气体交易量折算成CO₂，并以每吨二氧化碳当量(tCO₂e)为交易单位，碳交易机制下，生态环境部设定排放总量上限，通过免费分配或拍卖发放初始配额，企业需核算实际碳排放量，并可通过可再生能源、林业碳汇等项目获取国家核证自愿减排量(China Certified Emission Reduction，CCER)，用于抵消排放量或参与交易。本研究将物流企业排放的CO₂，CH₄，N₂O统称为广义碳排放。

目前学术界对物流的概念和具体环节界定尚不统一，向峰等^[1]认为物流涉及运输、仓储、配送、分拣、调度管理、信息服务等各类业务的综合管理；韩彬等^[2]提出物流环节涉及货物运输、存储、配送以及信息服务等相关活动；张兰怡等^[3]认为物流涵盖运输、仓储等环节，依靠交通网络、交通设施以及交通工具等完成货物的流动。结合现有文献与实际情况，本研究认为典型物流企业为不拥有商品，不参与商品买卖，采用一种或多种运输方式，提供运输、仓储、装卸搬运、流通加工、配送、物流信息服务的拥有物流资产的运输企业。为体现典型性，本研究中典型物流企业的运输方式为道路运输或铁路运输或二者兼有。

梳理物流和运输行业碳排放量计算相关研究，发现既有研究主要是建立模型对碳排放量进行分析、测算、估算或预测，可以分为4类：①碳排放量计算模型^[4-7]，该类模型通过构建量化工具实现碳排放量精准核算；②碳排放量估算模型^[8]，该类模型主要完成数据缺失情况下的碳排放量量化分析；③碳排放量预测模型^[9]，该类模型基于现有数据预测未来碳排放量及排放路径；④多目标优化模型^[10-12]，该类模型进行多目标间冲突权衡，生成碳排放量与其他目标的共优解。碳排放量计算方面，Huang等^[4]利用仿真平台构建了生命周期电力碳排放模型；鲍学英等^[5]建立了铁路轨道工程物化阶段碳排放计算模型以及基于机器学习算法的碳排放预测及影响因素分析模型；Liu等^[6]基于投入产出法计算我国交通运输行业直接碳排放量，分析了不同运输方式对总碳排放量的贡献度；Wen等^[7]构建了我国货运碳排放系统动力学模型，对我国货运系统碳排放进行模拟研究。碳排放量估算方面，Nocera等^[8]利用交通流估算技术解决数据缺失问题，提出TANINO双模块模型以精准量化道路交通碳排放。碳排放量预测方面，Chen等^[9]采用“自上而下”法计算物流业碳排放量，提出了径向基神经网络碳排放预测模型，预测我国物流业碳排放量以及碳排放路径。多目标优化方面，吴刚等^[10]建立了针对中欧班列的运输网络优化问题，建立了以成本最低和温室气体排放最低为目标的混合整数规划模型；杨安玉^[11]针对城市轨道交通列车交路运行方案，建立了以全线乘客总候车时间、列车的行车公里以及碳排放量最小化为目标的多目标优化模型；Hu等^[12]构建了政府与企业协同的多式联运低碳路径优化模型，通过模糊需求处理和政策敏感性分析，实现碳排放与成本双降目标。

对于能够调节碳排放的碳交易市场，国内外学者也展开了理论研究及探索。李雅男等^[13]设计了公路货运碳交易机制，有效降低公路货运行业的碳排放；Sun等^[14]用SBM模型测算福建省各地级市的碳排放效率，认为构建碳市场有助于提升该省碳排放效率；Wang等^[15]研究了不同国家和地区碳交易市场运作方式的差异，认为我国碳交易市场流动性比欧盟更好；Wang等^[16]将碳交易体系、初始碳配额分配、电力消费者和发电企业等整合到区块链模型框架中，使该区块链系统数据透明度增强，有效稳定碳排放水平。

以上文献的成果并不能直接应用于典型物流企业广义碳排放量的计算，因为这些文献计算碳排放时涉及的主体与物流企业不同，且由于物流各环节的活动复杂多样，其广义碳排放量不便依照各物流环节依次计算。国家发展和改革委员会发布的《陆上交通运输企业温室气体排放核算方法与报告指南(试行)》^[17](以下简称《指南(试行)》)，认为陆上交通运输企业温室气体存在4种排放来源，即燃料燃烧排放、尾气净化过程排放、净购入使用电力隐含的排放、净购入使用热力隐含的排放，且给出了具体计算公式，典型物流企业的运输、仓储、装卸搬运、流通加工、配送、物流信息服务等环节设施设备运行存在化石燃料燃烧、电力消耗、热力消耗、尾气处理等活动，因此，借鉴该处理方式，考虑到典型物流企业存在燃料燃烧的不同应用场景，依据物流设施设备对货物运输距离、运输吨数的侧重，将其转化为2种排放方式计算。有关碳配额和碳交易的研究证明，碳配额分配方式、碳交易定价机制对企业运营成本影响显著，本研究在计算广义碳排放成本时充分考虑碳配额和碳交易的价格影响。结合现有研究成果，考虑碳配额和碳交易价格，首先构建广义碳排放量计算模型，其次构建典型物流企业广义碳排放成本计算模型，然后通过某典型企业验证模型，证明模型的有效性与适用性，最后给出降低广义碳排放量和成本的相关建议。

1　广义碳排放量计算模型

在典型物流企业作业环节中，运输、装卸搬运、配送3个环节均涉及载运工具的化石燃料燃烧产生广义碳排放，但运输和配送环节中载运工具运输距离较长，其能耗计算依据为货物运输吨公里。装卸搬运环节作业距离较短，主要进行货物装卸作业，其能耗计算依据为货物搬运吨数。因此，将燃料燃烧过程广义碳排放来源分为燃料燃烧1过程和燃料燃烧2过程，运输和配送环节化石燃料燃烧产生广义碳排放归于燃料燃烧1过程，装卸搬运环节化石燃料燃烧产生广义碳排放归于燃料燃烧2过程。

对典型物流企业的6个物流环节所产生的能源消耗作业进行分析，结合《指南(试行)》，给出碳排放的5个来源，典型物流企业广义碳排放来源如图1所示。

物流企业广义碳排放量为运输和配送过程燃料燃烧(即燃料燃烧1过程)排放量、尾气净化过程排放量、净购入使用电力过程隐含的排放量、净购入使用热力过程隐含的排放量、装卸搬运作业过程燃料燃烧(即燃料燃烧2过程)排放量之和。

E_{\mathrm{G}\mathrm{H}\mathrm{G}}=E_{\mathrm{c}\mathrm{o}\mathrm{m}\mathrm{b}}+E_{\mathrm{e}\mathrm{x}\mathrm{h}\mathrm{a}}+E_{\mathrm{e}\mathrm{l}\mathrm{e}\mathrm{c}}+E_{\mathrm{h}\mathrm{e}\mathrm{a}\mathrm{t}}+E_{\mathrm{l}\mathrm{s}}(1)

式中：E_{\mathrm{G}\mathrm{H}\mathrm{G}}为典型物流企业广义碳排放总量，tCO₂e；E_{\mathrm{c}\mathrm{o}\mathrm{m}\mathrm{b}}为燃料燃烧1过程产生的广义碳排放量，tCO₂e；E_{\mathrm{e}\mathrm{x}\mathrm{h}\mathrm{a}}为尾气净化过程产生的广义碳排放量，tCO₂e；E_{\mathrm{e}\mathrm{l}\mathrm{e}\mathrm{c}}为企业净购入电力隐含的广义碳排放量，tCO₂e；E_{\mathrm{h}\mathrm{e}\mathrm{a}\mathrm{t}}为企业净购入热力隐含的广义碳排放量，tCO₂e；E_{\mathrm{l}\mathrm{s}}为燃料燃烧2过程产生的广义碳排放量，tCO₂e。

1.1　燃料燃烧1过程广义碳排放量

燃料燃烧1过程广义碳排放量包括运输、配送等2个环节。计算公式如下。

E_{\mathrm{c}\mathrm{o}\mathrm{m}\mathrm{b}}=E_{\mathrm{c}\mathrm{o}\mathrm{m}\mathrm{b}}^{\mathrm{C}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}}+E_{\mathrm{c}\mathrm{o}\mathrm{m}\mathrm{b}}^{\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{4}}}+E_{\mathrm{c}\mathrm{o}\mathrm{m}\mathrm{b}}^{{\mathrm{N}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}}(2)

式中：E_{\mathrm{c}\mathrm{o}\mathrm{m}\mathrm{b}}^{\mathrm{C}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}}为燃料燃烧1过程产生的CO₂排放量，t；E_{\mathrm{c}\mathrm{o}\mathrm{m}\mathrm{b}}^{\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{4}}}为燃料燃烧1过程产生的CH₄排放量，tCO₂e；E_{\mathrm{c}\mathrm{o}\mathrm{m}\mathrm{b}}^{{\mathrm{N}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}}为燃料燃烧1过程产生的N₂O排放量，tCO₂e。

E_{\mathrm{c}\mathrm{o}\mathrm{m}\mathrm{b}}^{\mathrm{C}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}}=\sum _{i}A{D}_i\times E{F}_i(3)

式中：A{D}_i为第i种化石燃料的活动水平，根据化石燃料的平均低位发热量和化石燃料消费量进行计算，GJ，i=\mathrm{1}，\mathrm{2}，\mathrm{3}分别代表柴油、汽油、天然气；E{F}_i为第i种化石燃料的二氧化碳排放因子(以下简称“碳排放因子”)，根据化石燃料的单位热值含碳量和碳氧化率进行计算，tCO₂/GJ。

A{D}_i=NC{V}_i\times F{C}_i(4)

式中：NC{V}_i为第i种化石燃料的平均低位发热量，GJ/t；F{C}_i为第i种化石燃料的消费量，t。

F{C}_i=\frac{\alpha L_{\mathrm{1}}{S}_{\mathrm{1}}{\eta }_i}{\mathrm{100}}+\frac{\beta T_{\mathrm{k}}{S}_{\mathrm{2}}{\eta }_i}{\mathrm{10}\mathrm{000}}+\gamma (\frac{L_{\mathrm{1}}{S}_{\mathrm{1}}{\eta }_i}{\mathrm{100}}+\frac{T_{\mathrm{k}}{S}_{\mathrm{2}}{\eta }_i}{\mathrm{10}\mathrm{000}})(5)

式中：\alpha，\beta，\gamma为典型物流企业采用的运输方式参数，道路运输时\alpha =\mathrm{1}，铁路运输时\beta =\mathrm{1}，2种运输方式兼有时\gamma =\mathrm{1}，且三者存在\alpha +\beta +\gamma =\mathrm{1}的约束；L_{\mathrm{1}}为使用道路运输典型物流企业的货车运输距离，km；S_{\mathrm{1}}为道路运输货车百公里能源消耗，L(能源为燃油)，kW·h(能源为电力)，kg(能源为氢能)；{\eta }_i为燃料消耗量与吨数的换算系数，将能源消耗量转换为吨数参与计算，i=\mathrm{1}，\mathrm{2}，\mathrm{3}分别代表柴油、汽油、天然气，其中{\eta }_{\mathrm{1}}=\mathrm{0.000}\mathrm{84}，{\eta }_{\mathrm{2}}=\mathrm{0.000}\mathrm{74}，{\eta }_{\mathrm{3}}=\mathrm{0.001}；T_{\mathrm{k}}为铁路运输吨公里数，万t·km；S_{\mathrm{2}}为铁路内燃机车单位运输能耗，kg/(万t·km)。

对于化石燃料消费量，铁路货运主要使用电力机车和内燃机车，以机车牵引每万吨公里为单位计算燃油或电力消耗量，根据《中国铁道年鉴2021》，铁路内燃机车消耗柴油，单位运输能耗为36.39 kg/(万t·km)，电力机车消耗电力，单位运输能耗为107.94 KW·h/(万t·km)。

道路货运车辆燃料以柴油、液化天然气、氢等能源为主，由现有研究^[17-19]，根据不同类型货车百公里能耗以及行驶里程计算道路货运能源消耗量。各车型货车百公里能源消耗情况如表1所示。

E{F}_i=C{C}_i\times O{F}_i\times \frac{\mathrm{44}}{\mathrm{12}}(6)

式中：C{C}_i为第i种化石燃料的单位热值含碳量，tC/GJ；O{F}_i为第i种化石燃料的碳氧化率，%；44为二氧化碳的相对分子质量；12为碳的相对原子质量。

根据生态环境部发布的《大气污染物与温室气体融合排放清单编制技术指南(试行)》^[20]可确定各品类化石燃料的平均低位发热量、单位热值含碳量、碳氧化率参数。

CH₄和N₂O的排放量被转化成CO₂当量进行计算。计算公式如下。

E_{\mathrm{c}\mathrm{o}\mathrm{m}\mathrm{b}}^s=GW{P}^s\times {\mathrm{10}}^{-\mathrm{9}}\times \sum _a\sum _b\sum _i(L_{a,i,b}\times E{F}_{a,i,b,s})(7)

式中：E_{\mathrm{c}\mathrm{o}\mathrm{m}\mathrm{b}}^s为化石燃料燃烧1过程产生的第s种温室气体排放量，tCO₂e，s=\mathrm{1}代表CH₄，s=\mathrm{2}代表N₂O；L_{a,i,b}为a种车型、i种化石燃料、b类排放标准的运输车辆的行驶里程，km，a=\mathrm{1}代表轻型车，a=\mathrm{2}代表重型车，b=\mathrm{1,2},\mathrm{3,4}分别代表国Ⅰ至国Ⅳ及以上排放标准；E{F}_{a,i,b,s}为a种车型、b类排放标准的运输车辆、第i种化石燃料燃烧对应的第s种温室气体的排放因子，mgCH₄/km或mgN₂O/km，根据《指南(试行)》可查不同类型车辆的CH₄和N₂O排放因子；GW{P}^s为第s种温室气体的全球增温潜势，由《指南(试行)》可知GW{P}^{\mathrm{1}}=\mathrm{21}，GW{P}^{\mathrm{2}}=\mathrm{310}。

燃料燃烧1过程广义碳排放量是针对典型物流企业运输和配送环节展开计算的，若为道路运输则输入行驶里程、货车轻重车型、使用的化石燃料种类以及车辆排放标准，若为铁路运输则输入运送货物吨公里数，即可得出燃料燃烧1过程广义碳排放量。

1.2　尾气净化过程广义碳排放量

道路运输中，为减少柴油发动机尾气中氮氧化物、碳氢化合物等有害物质排放，需要使用尿素添加剂通过催化还原反应进行尾气净化处理，其中尿素分解、异氰酸水解等过程产生二氧化碳。道路运输尾气净化过程的二氧化碳排放量与尿素添加剂的质量、尿素添加剂中尿素的质量比例有关，尿素消耗率通常在5%~8%之间，尾气净化过程广义碳排放量计算公式如下。

E_{\mathrm{e}\mathrm{x}\mathrm{h}\mathrm{a}}=M\times \frac{\mathrm{12}}{\mathrm{60}}\times P\times \frac{\mathrm{44}}{\mathrm{12}}\times {\mathrm{10}}^{-\mathrm{3}}(8)

式中：M为核算和报告期内催化转化器消耗的尿素添加剂的质量，kg，根据柴油、汽油等燃料消耗量按比例添加使用；P为尿素添加剂中尿素的质量比例，%，根据车用尿素水溶液的类型确定；60为尿素相对分子质量。

1.3　净购入电力过程广义碳排放量

在典型物流企业运营过程中，需要购入电力的作业或环节有：运输环节电动卡车行驶、铁路电力机车运行，仓储环节作业设备运行和照明温控系统运行，装卸搬运环节电动起重机、吊运机、叉车等作业设备运行，流通加工环节包装加工等作业设备运行，配送环节电动车运行，物流信息服务环节信息平台搭建和使用等。产生电力能源时所排放的广义碳成本应由典型物流企业承担。故将这一部分产生的碳排放量纳入典型物流企业广义碳排放量计算。

电力设备耗电量根据货物运输量、运输距离、作业时间、设备运行能耗等要素进行计算。

E_{\mathrm{e}\mathrm{l}\mathrm{e}\mathrm{c}}=\sum _{j}A{D}_j^{\mathrm{e}\mathrm{l}\mathrm{e}\mathrm{c}}\times E{F}_j^{\mathrm{e}\mathrm{l}\mathrm{e}\mathrm{c}}(9)

式中：A{D}_j^{\mathrm{e}\mathrm{l}\mathrm{e}\mathrm{c}}为从第j个区域电网净购入电量，MW·h，j=\mathrm{1,2},\cdots ，\mathrm{8}，分别对应全国、华北、东北、华东、华中、西北、南方、西南8个区域；E{F}_j^{\mathrm{e}\mathrm{l}\mathrm{e}\mathrm{c}}为第j个区域电网供电平均碳排放因子，tCO₂/(MW·h)，对应8个区域的排放因子分别为0.556 8，0.712 0，0.601 2，0.599 2，0.535 4，0.595 1，0.432 6，0.211 3。

排放因子数据来源于生态环境部发布的《2021年电力二氧化碳排放因子》。由各地电网供电平均碳排放因子可见，华北、东北等地区电网碳排放因子相较于南方、西南等地区更高，在净购入电量相同的情况下，高电网碳排放因子区域净购入电力过程广义碳排放量更多。

区域电网供电碳排放因子的差异性主要源于各区域发电能源结构及发电厂效率的不同。以华北地区为例，其发电结构高度依赖煤电，导致电网碳排放因子处于我国各区域电网的最高水平。而在电网碳排放因子较低的西南地区，当地借助水能、风能和太阳能等自然资源优势，有效推进了能源结构优化转型。在四川、云南等水能丰富地区，依托长江、金沙江、雅砻江等流域，已建成包括乌东德水电站、阿坝州水电站群等水电基地；在风能资源丰富的凉山和太阳能资源充足的阿坝地区，开展了腊巴山风电项目、扎拉山光伏项目等新能源项目。此外，贵州黔南通过建设抽水蓄能电站，有效解决了风电、光伏等间歇性电源的消纳问题，为区域电网稳定供电提供了重要支撑。以上措施显著降低了对煤电的依存度，减少了电力产生过程的二氧化碳排放量，进而降低了电网碳排放因子。

1.4　净购入热力过程广义碳排放量

物流企业在物流活动中，因仓储供暖、设备加热、管道防冻、办公区供暖等需求而购入热力。供热企业通过燃烧燃料加热水或产生蒸汽，然后将其通过管道输送到用户端，满足物流企业用热需求，这一过程产生碳排放。作为热力的最终使用者，物流企业运营活动直接导致了热力的需求，研究认为物流企业应承担这一过程产生的二氧化碳排放成本。因此，将净购入热力过程广义碳排放量纳入计算，计算公式如下。

E_{\mathrm{h}\mathrm{e}\mathrm{a}\mathrm{t}}=A{D}_h^{\mathrm{h}\mathrm{e}\mathrm{a}\mathrm{t}}\times E{F}^{\mathrm{h}\mathrm{e}\mathrm{a}\mathrm{t}}(10)

式中：A{D}_h^{\mathrm{h}\mathrm{e}\mathrm{a}\mathrm{t}}为净购入热力量，GJ，h=\mathrm{1,2}分别代表热水和蒸汽；E{F}^{\mathrm{h}\mathrm{e}\mathrm{a}\mathrm{t}}为供热碳排放因子，tCO₂/GJ，按0.11 tCO₂/GJ计。

热水转换为热力量的计算公式如下。

A{D}_{\mathrm{1}}^{\mathrm{h}\mathrm{e}\mathrm{a}\mathrm{t}}=M{a}_{\mathrm{1}}\times \left(T_{\mathrm{1}}-\mathrm{20}\right)\times \mathrm{4.186}\mathrm{8}\times {\mathrm{10}}^{-\mathrm{3}}(11)

式中：A{D}_{\mathrm{1}}^{\mathrm{h}\mathrm{e}\mathrm{a}\mathrm{t}}为净购入热水的热力量，GJ；M{a}_{\mathrm{1}}为热水的质量，t；T_{\mathrm{1}}为热水温度，℃；4.186 8为水在常温常压下的比热，KJ/(kg·℃)。

蒸汽转换为热力量的计算公式如下。

A{D}_{\mathrm{2}}^{\mathrm{h}\mathrm{e}\mathrm{a}\mathrm{t}}=M{a}_{\mathrm{2}}\times \left(E{n}_{\mathrm{2}}-\mathrm{83.74}\right)\times {\mathrm{10}}^{-\mathrm{3}}(12)

式中：A{D}_{\mathrm{2}}^{\mathrm{h}\mathrm{e}\mathrm{a}\mathrm{t}}为净购入蒸汽的热力量，GJ；M{a}_{\mathrm{2}}为蒸汽的质量，t；E{n}_{\mathrm{2}}为蒸汽所对应的温度、压力下每千克蒸汽的热焓，kJ/kg；83.74是基于蒸汽的比焓和单位换算得出的常数，饱和蒸汽和过热蒸汽的热焓可查《指南(试行)》。

1.5　燃料燃烧2过程广义碳排放量

对典型物流企业装卸搬运环节燃料燃烧过程广义碳排放量进行计算，主要涉及内燃型叉车、内燃型起重机等设备运行，化石燃料燃烧产生广义碳排放。根据设备碳排放因子、货物运输量、设备运行能耗等因素计算碳排放量。计算公式如下。

E_{\mathrm{l}\mathrm{s}}=\sum _{i}E{F}_i(\sum _n{Q}_n\times Y_n\times {\mathrm{10}}^{-\mathrm{3}}\times NC{V}_i)(13)

式中：Q_n为第n种内燃型设备的年工作量，t，n=\mathrm{1,2}分别代表内燃型叉车和内燃型轮胎起重机；Y_n为内燃型设备的单位能耗，柴油叉车能耗取值0.054 kg/t，轮胎起重机能耗取值0.08 kg/t^[21]。

2　典型物流企业广义碳排放成本计算模型

碳交易机制包括总量控制、量化核查、市场交易3部分，该机制下，生态环境部基于减排目标设定碳排放总量上限，通过免费分配或拍卖向控排主体发放初始配额，企业需核算实际碳排放量，在免费碳排放额度的基础上，还可以通过实施可再生能源、林业碳汇、甲烷回收利用等减排项目获得CCER，用于抵消不超过排放总量5%的碳排放或进行CCER交易^[22]，超出免费配额或无法抵消的碳排放量，企业可以在碳交易市场购买碳排放权；无法完成减排任务的碳超排企业，根据相关规定将面临罚款、信用降级、公开通报等处罚。为减少广义碳排放，典型物流企业需承担投入维护减排设备、碳排放检测、相关人员工资等成本。

2.1　广义碳排放量

典型物流企业采用道路运输时燃料燃烧、尾气处理、购入电力以及购入热力等活动产生广义碳排放。采用铁路运输时，不需要尾气处理环节，产生广义碳排放的活动包括燃料燃烧、购入电力以及购入热力等作业。

典型物流企业广义碳排放量计算公式如下。

E_{\mathrm{G}\mathrm{H}\mathrm{G}}^{tr}=E_{\mathrm{c}\mathrm{o}\mathrm{m}\mathrm{b}}^{tr}+\omega E_{\mathrm{e}\mathrm{x}\mathrm{h}\mathrm{a}}+E_{\mathrm{e}\mathrm{l}\mathrm{e}\mathrm{c}}^{tr}+E_{\mathrm{h}\mathrm{e}\mathrm{a}\mathrm{t}}^{tr}+E_{\mathrm{l}\mathrm{s}}^{tr}(14)

式中：E_{\mathrm{G}\mathrm{H}\mathrm{G}}^{tr}为典型物流企业产生的广义碳排放总量，tCO₂e，tr为运输方式类别，tr=\mathrm{1,2},\mathrm{3}分别代表道路运输、铁路运输、道路运输和铁路运输兼有；E_{\mathrm{c}\mathrm{o}\mathrm{m}\mathrm{b}}^{tr}为物流企业燃料燃烧1过程产生的广义碳排放量，tCO₂e；E_{\mathrm{e}\mathrm{x}\mathrm{h}\mathrm{a}}为物流企业在尾气净化过程由于使用尿素等还原剂产生的广义碳排放量，tCO₂e，\omega =\mathrm{0,1}，当物流企业采用道路运输方式时，\omega =\mathrm{1}，反之\omega =\mathrm{0}；E_{\mathrm{e}\mathrm{l}\mathrm{e}\mathrm{c}}^{tr}为物流企业净购入电力产生的广义碳排放量，tCO₂e；E_{\mathrm{h}\mathrm{e}\mathrm{a}\mathrm{t}}^{tr}为物流企业净购入热力产生的广义碳排放量，tCO₂e；E_{\mathrm{l}\mathrm{s}}^{tr}为物流企业燃料燃烧2过程产生的广义碳排放量，tCO₂e。

2.2　广义碳排放成本

典型物流企业广义碳排放成本包括因参与碳排放权交易而产生的广义碳排放成本、气体检测减排设备投入及运行成本、人员工资、超排罚款等。

参与碳排放权交易而产生的广义碳排放成本指物流企业根据自身广义碳排放情况参与碳交易市场，进行配额买卖，进而发生的广义碳排放成本变动。当物流企业产生的广义碳排放量与企业申请CCER之差大于分配的免费配额时，物流企业需买入碳排放交易权，碳交易成本增加，即这一部分成本为正，反之，物流企业可卖出碳排放交易权，产生收益，广义碳排放成本减少，即这一部分成本为负。

气体检测减排设备投入及运行成本指物流企业为实现碳减排而产生的设备投入成本，例如固定式气体监测系统、废气处理设备安装调试与维护费用。成本因物流企业采用的运输方式不同而存在差别，采用铁路运输方式的物流企业往往采用能适应长时间、高强度运行环境的大功率、高可靠性检测减排设备，采用道路运输方式的物流企业往往采用小型化、灵活性的适应多点检测的检测减排设备。人员工资指负责碳排放工作的相关人员工资。

综上，典型物流企业广义碳排放成本计算公式如下。

\begin{array}{l}F=(\alpha +\beta +\gamma )F^{\mathrm{t}\mathrm{r}}=(\alpha +\beta +\gamma )\\ \left[\left(E_{\mathrm{G}\mathrm{H}\mathrm{G}}^{tr}-A_{\mathrm{q}\mathrm{u}}^{tr}-A_{\mathrm{o}\mathrm{f}}^{tr}\right)P_{\mathrm{c}}+C_{\mathrm{f}\mathrm{a}}^{tr}+C_{\mathrm{d}\mathrm{e}}^{tr}+C_{\mathrm{s}\mathrm{a}}^{tr}+C_{\mathrm{f}\mathrm{i}}^{tr}\right]\end{array}(15)

式中：F为广义碳排放成本，元；F^{tr}为物流企业采用某种运输方式的广义碳排放成本，元，tr为运输方式类别，tr=\mathrm{1,2},\mathrm{3}分别代表道路运输、铁路运输、道路运输和铁路运输兼有；A_{\mathrm{q}\mathrm{u}}^{tr}为国家给物流企业发放的免费碳排放配额，tCO₂e；A_{\mathrm{o}\mathrm{f}}^{tr}为物流企业申请国家核证自愿减排量，tCO₂e；P_{\mathrm{c}}为单位碳交易价格，元/tCO₂e；C_{\mathrm{f}\mathrm{a}}^{tr}为物流企业碳减排设备投入和维护成本，元；C_{\mathrm{d}\mathrm{e}}^{tr}为物流企业碳排放检测成本，元；C_{\mathrm{s}\mathrm{a}}^{tr}为物流企业碳排放相关人员工资，元；C_{\mathrm{f}\mathrm{i}}^{tr}为物流企业超排罚款，元。

tr与\alpha，\beta，\gamma的关系为：tr的取值代表典型物流企业采用的运输方式，当tr=1时，模型参数为α=1，β=0，γ=0；当tr=2时，模型参数为α=0，β=1，γ=0；当tr=3时，模型参数为α=0，β=0，γ=1。

3　案例分析

以河北省某物流企业广义碳排放成本的计算为例。该典型物流企业开展机械设备、电子产品等的运输、仓储、装卸搬运及包装服务。物流范围覆盖石家庄、京唐港、曹妃甸、秦皇岛、天津等区域。

3.1　物流企业已知数据

经过对该企业现状调查得知，其运输方式为道路运输和铁路运输方式兼有。道路运输工具包括柴油货车10辆，LNG货车5辆，纯电动货车5辆，氢气货车5辆等，年道路运输货物吨数约为114 000 t。柴油货车和电动货车主要进行中长途运输，车辆年行驶里程120 000 km，LNG货车、氢气货车及少部分电动货车进行中短途运输及配送，车辆年行驶里程50 000 km。铁路运输采用电力机车和内燃机车运输，利用道路货车和铁路专用线进行短驳及两端运输，铁路年运输货物吨数约为216 000 t。该企业在道路运输过程中使用柴油发动机氮氧化物还原剂AUS32进行尾气处理，尾气处理剂按柴油消耗量的5%添加，年尾气净化剂用量约为26 160 kg，其尿素含量32.5%。该企业在运营过程中存在电动货车运输、铁路电力机车运行、仓储设备运行、装卸搬运过程电力叉车作业、办公活动等作业环节消耗电力。该企业具备17个常温仓库，每个仓库面积约为4 900 m²，仓储环节照明及温控活动年耗电量约为2 890 MW·h。在货物装卸搬运阶段，该企业配备30辆电力叉车进行装卸搬运作业，每辆能耗为8 kW·h/h。综合运营过程存在电梯运行、空调系统运行、办公活动、物流信息服务环节信息平台搭建与运行等活动消耗电力，年耗电量约为500 MW·h，由国家电网供电。该企业装卸搬运作业过程使用轮胎起重机，消耗的化石燃料为柴油，据调查，年柴油消耗量约为16 t。该企业无购入热力过程，故该过程不产生碳排放。

3.2　广义碳排放量及成本计算过程

代入式(5)可得该企业燃料燃烧1过程年燃料中柴油消耗量为604.51 t，其中，408 t为柴油货车行驶过程消耗的柴油吨数，196.51 t为内燃机车消耗的柴油吨数。LNG货车液化天然气消耗量为75 t。

柴油货车在燃料燃烧过程中主要产生CO₂，CH₄和N₂O，LNG货车燃料燃烧主要产生CO₂和CH₄，氢气货车行驶过程不产生温室气体、不予计算。代入式(3)，计算得出燃料燃烧1过程CO₂排放量为2 045.91 tCO₂，其中柴油货车燃料燃烧1过程CO₂排放量为1 871.51 tCO₂，LNG货车燃料燃烧1过程CO₂排放量为174.4 tCO₂；代入式(7)，计算得出柴油和天然气燃烧产生的CH₄排放量为9.14 tCO₂e，其中柴油燃烧产生的CH₄排放量为4.41 tCO₂e，天然气燃烧产生的CH₄排放量为4.73 tCO₂e，柴油燃烧产生的N₂O排放量为11.16 tCO₂e；代入式(2)，计算得出该企业燃料燃烧1过程广义碳排放量为2 066.21 tCO₂e。对于尾气净化过程，代入式(8)可得该企业尾气净化过程广义碳排放量为6.23 tCO₂。

根据《中国铁道年鉴2021》，铁路电力机车单位运输能耗为107.94 kW·h/(万t·km)，计算得出该企业电力机车运行年耗电量约为582.88 MW·h，电动货车年总耗电量约为1 020 MW·h，仓储环节照明及温控活动年耗电量约为2 890 MW·h，在货物装卸搬运阶段，电力叉车装卸搬运作业年耗电量约为1 080 MW·h，综合运营过程年耗电量约为500 MW·h。因此，该企业年净购入电力量约为6 072.88 MW·h。采用全国电力碳排放因子，代入式(9)，得出该企业净购入电力过程广义碳排放量为3 381.38 tCO₂e。该企业装卸搬运作业过程使用轮胎起重机，代入式(13)得出该企业燃料燃烧2过程广义碳排放量为49.53 tCO₂。

综上，该企业运输方式为道路运输和铁路运输兼有，代入式(14)，\omega=1，tr=3，计算得出该物流企业年广义碳排放总量为5 503.35 tCO₂e。

根据北京市碳排放权电子交易平台公布的数据，碳排放权交易成交价格约为100元/tCO2e。参照现行碳排放配额分配情况，免费配额设为4 500 tCO₂e，该企业通过CCER抵消超排部分200 tCO₂e。经过调研可知，企业年控排及检测设备投入成本约为4万元，每年日常维护成本约为3万元，人员工资约为30万元。\alpha=0，\beta=0，\gamma=1。代入式(15)，计算得出该企业年度广义碳排放成本为45.03万元。

3.3　广义碳排放相关分析

3.3.1　广义碳排放来源排放量占比分析

由模型计算结果可知，该企业年度广义碳排放量达到5 503.35 tCO₂e，燃料燃烧1过程广义碳排放量为2 066.21 tCO₂e，占比37.54%；燃料燃烧2过程广义碳排放量为49.53 tCO₂，占比0.90%；尾气净化过程广义碳排放量为6.23 tCO₂，占比0.11%；净购入电力过程广义碳排放量为3 381.38 tCO₂，占比61.44%。其中净购入电力过程和燃料燃烧过程贡献了61.44%和38.44%(37.54%+0.90%)的排放量，是碳排放的主要来源。

该企业10辆柴油货车年柴油消耗量为408 t，5辆电动货车年耗电量为1 020 MW·h。内燃机车年柴油消耗量为196.51 t，电力机车年耗电量为582.88 MW·h。若将净购入电力过程中的运输与配送环节中所使用的电力货车(5辆)替换为柴油货车，电力机车替换为内燃机车(替换工作量108 000×500=5 400 000 t·km)，使用式(5)可以计算出额外使用柴油数量为400.51 t。代入式(3)可得额外排放的CO₂为1 239.94 t，代入式(7)可得额外排放的CH₄为2.21 tCO₂，额外排放的N₂O为5.58 tCO₂。则将额外产生广义碳排放量为355.25 tCO₂e，占总排放量5 503.35 tCO₂e的6.46%，可见，同等产出情况下，电力的广义碳排放量小于柴油等化石燃料的广义碳排放量。这一过程中，柴油消耗增加量为400.51 t，电力消耗减少量为1 602.88 MW·h，广义碳排放增加量为355.25 tCO₂e，可见，在等效能量输出下，1 t柴油能源当量等同于4 MW·h电力能源当量，但是采用单位柴油当量替代电力当量将导致广义碳排放量增加0.89 tCO₂e。因此，在该企业物流作业广义碳排放来源占比中，净购入电力过程排放占比最大的原因并非电力单位碳排放量最大，而是使用电力能源的作业更多。

3.3.2　广义碳排放成本降低路径分析

该企业使用的电力碳排放因子为全国电力平均碳排放因子0.556 8。若采用其他区域电力平均碳排放因子，代入式(9)，可得新的净购入电力过程广义碳排放量，进一步可得出新的总广义碳排放量，相关广义碳排放量及贡献值占比随因子变动情况如图2所示。

基于图2中提供的不同地区电力平均碳排放因子及净购入电力过程碳排放占比数据，可知在高电力排放因子区域中，电力活动对总碳排放量的贡献率更高。由此可见，采用清洁电力，降低平均碳排放因子可进一步减少碳排放总量，进而降低企业广义碳排放成本。

随着电力平均碳排放因子的下降，净购入电力过程广义碳排放量和总广义碳排放量也随之下降，且净购入电力过程广义碳排放量占比随之减少。以华北和西南数据为例，电力平均碳排放因子降低0.500 7 tCO₂/(MW·h)(70%)，净购入电力过程广义碳排放量随之降低3 040.69 tCO₂e(70%)，总广义碳排放量降低3 040.69 tCO₂e(47%)，贡献值占比下降29.4%。

由图2可知，分析不同区域电网的碳排放变化时，总广义碳排放量降幅始终小于净购入电力过程排放量的降幅，这一现象的原因在于，总广义碳排放量不仅包含净购入电力过程碳排放量，还包括其他非电力排放源，如燃料燃烧过程排放量、尾气净化过程排放量等。在计算过程中，这些非电力排放部分保持不变，因此当电力平均碳排放因子下降导致净购入电力过程排放量减少时，总排放量的下降幅度受限于非电力排放的存在。因此，降低非电力部分的排放量十分必要，以尾气净化过程广义碳排放量为例，道路运输企业可通过加装基于实时工况检测的精准喷射和智能控制系统、采用高效低碳类尿素水溶液等措施，实现尿素用量的精准控制与水解过程优化，从而有效减少尾气净化过程中因尿素过量喷射和无效水解而产生的非电力广义碳排放量。

若将运输与配送环节中所使用的柴油货车(10辆)替换为电力货车，则道路运输耗电量增加2 040 MW·h (前文计算5辆电力货车消耗电力为1 020 MW·h)，内燃机车替换为电力机车(替换工作量108 000×500=5 400 000 t·km)，则铁路运输耗电量增加582.88 MW·h，因此耗电量增加总量为2 622.88 MW·h。则将减少的广义碳排放量为426.66 tCO₂e，占总排放量5 503.35 tCO₂e的7.75%。可见，在减少广义碳排放量及成本方面，可以考虑利用清洁能源替代柴油能源。

4　结论

随着全球气候变化问题日益严峻，物流企业面临着越来越大的碳减排压力。构建科学合理的典型物流企业碳排放成本计算模型，对于物流企业识别碳排放来源、评估碳减排潜力、制定碳减排策略具有重要意义。研究聚焦典型物流企业广义碳排放成本的计算问题，构建了针对物流企业运输、仓储、装卸搬运、流通加工、配送、物流信息服务过程的广义碳排放成本计算模型，并进行案例研究，得到以下结论。

（1）降低电力碳排放因子是降低广义碳排放量的路径之一，在高因子区(如华北、东北)，采用清洁能源发电可快速削减电力碳排放量占比。物流企业可选用电力碳排放因子较低地区的电网供电，减少广义碳排放量，进而降低广义碳排放成本。

（2）能源类型对广义碳排放量具有决定性影响。与电力货车和电力机车运行消耗电力产生的广义碳排放量相比，内燃货车和内燃机车运行能源消耗量更大，产生的广义碳排放量更多，在相同能量输出条件下，1 t柴油(4 MW·h当量)替代电力将增加碳排放量0.89 tCO₂e。在物流仓储及装卸搬运环节，采用电力叉车以及电力温控装置是减少碳排放及广义碳排放成本的重要措施之一，由此可见采用清洁能源的重要性。

（3）为实现物流全链条减排目标，物流企业需统筹兼顾各环节广义碳排放控制。以运输过程为例，企业可通过智能控制技术，优化尾气净化系统，并结合新型减排材料的应用提升净化效率，减少尾气净化过程广义碳排放量，进而降低广义碳排放成本。

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基金资助

河北省高等学校科学技术研究项目(BJ2025321)