过程建模手册
“如何用区域电网组合来模拟电力消耗？“以及”如何在复杂的供应链中核算运输？“是每位从业者都会遇到的实际问题。本手册为常见的建模挑战提供了实用配方。
配方 1：区域电网组合的电力建模
挑战
电力影响因地区差异巨大：
- 挪威：约 20 g CO₂/kWh（水电）
- 法国：约 60 g CO₂/kWh（核电）
- 德国：约 400 g CO₂/kWh（煤电 + 可再生能源）
- 波兰：约 700 g CO₂/kWh（煤电）
使用错误的电网组合会完全改变你的结果。
基础配方：使用数据库电网组合
步骤 1： 确定正确的区域电力过程
在 ecoinvent 中，电力过程的命名方式为：
market for electricity, [电压] | electricity, [电压] | [位置]电压等级：
- 高压：输电（大型工业）
- 中压：配电（制造业）
- 低压：终端使用（办公室、家庭）
选择示例：
| 需求 | ecoinvent 过程 |
|---|---|
| 德国工厂电力 | market for electricity, medium voltage, DE |
| 美国消费者电力 | market for electricity, low voltage, US |
| 全球平均值 | market for electricity, medium voltage, GLO |
步骤 2： 应用适当的电压变换损耗
如果数据以一次能源表示，进行转换：
终端电力 = 一次能源 × 电网效率（约 35-40%）大多数数据库已经考虑了这一因素——检查你的过程文档。
高级配方：自定义电网组合
何时需要：
- 你的国家不在数据库中
- 你有特定场址的可再生能源
- 你想模拟未来电网情景
步骤 1： 获取发电结构数据 来源：
- IEA 电力信息
- Ember Climate（免费）
- 国家电网运营商
- 公司能源账单（针对特定场址）
步骤 2： 在 openLCA/SimaPro 中创建自定义过程
自定义过程："Electricity, medium voltage, Country X"
输入（每 1 kWh 中压）：
- 燃煤发电：0.45 kWh × 1.08（损耗）= 0.486 kWh
- 天然气发电：0.30 kWh × 1.08 = 0.324 kWh
- 水力发电：0.15 kWh × 1.08 = 0.162 kWh
- 太阳能发电：0.05 kWh × 1.08 = 0.054 kWh
- 风力发电：0.05 kWh × 1.08 = 0.054 kWh
输出：
- 中压电力，国家 X：1 kWh注意：1.08 乘数计入约 8% 的输配电损耗。根据实际区域数据调整。
配方变体
场景：场址内可再生能源
场址电力 = (% 电网 × 电网过程) + (% 太阳能 × 太阳能过程)场景：逐时匹配（高级） 用于时间敏感性分析：
- 使用逐时电网碳强度数据
- 将消费与发电曲线匹配
- 考虑边际排放 vs. 平均排放
快速建模提示： 对于大多数研究，使用 ecoinvent 中正确的国家电网组合就足够了。自定义组合会增加工作量——仅当区域差异显著且你有良好数据时才创建。
配方 2：复杂供应链中的运输建模
挑战
真实的供应链包含：
- 多种运输方式
- 不同的距离
- 不同的车辆类型
- 回程（通常为空载）
基础配方：单方式运输
公式：
运输影响 = 质量 × 距离 × 排放因子
运输量（tkm）= 吨 × 公里数据库过程：
| 方式 | ecoinvent 示例 |
|---|---|
| 卡车（小型） | transport, freight, lorry 3.5-7.5t |
| 卡车（大型） | transport, freight, lorry 16-32t |
| 铁路 | transport, freight train |
| 船舶（海运） | transport, freight, sea, container ship |
| 航空 | transport, freight, aircraft |
计算示例：
将 5,000 kg 货物从中国运往德国：
步骤 1：海运（上海到汉堡）
- 距离：约 20,000 km
- 运输量：5 t × 20,000 km = 100,000 tkm
- 过程：transport, freight, sea, container ship
步骤 2：卡车运输（汉堡到慕尼黑）
- 距离：约 800 km
- 运输量：5 t × 800 km = 4,000 tkm
- 过程：transport, freight, lorry >32t高级配方：完整供应链物流
步骤 1： 绘制物流链
供应商 → 港口 → 海运 → 港口 → 仓库 → 工厂
▲ ▲ ▲ ▲ ▲ ▲
卡车 卡车 船舶 卡车 卡车 内部运输
(40km) (100km) (50km) (300km)步骤 2： 创建运输子模型
| 段程 | 方式 | 距离 | 载重（t） | tkm |
|---|---|---|---|---|
| 供应商到港口 | 卡车 16-32t | 40 km | 5.0 | 200 |
| 港口操作 | - | - | - | （使用港口过程） |
| 海运 | 集装箱船 | 20,000 km | 5.0 | 100,000 |
| 港口到仓库 | 卡车 16-32t | 50 km | 5.0 | 250 |
| 仓库到工厂 | 卡车 7.5-16t | 300 km | 5.0 | 1,500 |
| 总计 | 101,950 |
步骤 3： 核算包装和空载回程
含包装运输：
- 毛重 = 产品（5t）+ 包装（0.5t）= 5.5t
- 所有 tkm 按毛重计算
空载回程（如适用）：
- 回程按 20-50% 载重率 = 部分影响
- 或使用往返数据库过程配方：多方式决策工具
| 距离 | 典型方式 | 影响（kg CO₂/tkm） |
|---|---|---|
| <100 km | 货车/小型卡车 | 0.15-0.30 |
| 100-500 km | 卡车 | 0.05-0.10 |
| 500-2000 km | 卡车或铁路 | 卡车：0.05，铁路：0.02 |
| >2000 km 陆路 | 铁路 | 0.02-0.03 |
| 海运（散货） | 船舶 | 0.003-0.010 |
| 海运（集装箱） | 船舶 | 0.010-0.020 |
| 空运 | 飞机 | 0.50-1.00 |
经验法则： 空运每 tkm 约为海运的 50 倍。
不要忘记”最后一公里”。 从仓库到零售商再到消费者的本地配送，由于小型车辆效率低下，可能对轻质产品的运输影响占主导。
配方 3：水泥和混凝土制造
挑战
水泥和混凝土对建筑 LCA 至关重要，但建模复杂：
- 水泥生产具有高过程排放（煅烧）
- 混凝土配合比差异很大
- 区域差异显著
基础配方：使用数据库水泥
ecoinvent 水泥过程：
| 过程名称 | 用途 |
|---|---|
| cement, Portland | 通用 |
| cement, blast furnace slag | 低碳替代品 |
| cement, pite calcium aluminate | 特殊用途 |
| concrete, normal | 预拌混凝土 |
简单混凝土建模：
1 m³ 混凝土 ≈ 300-400 kg 水泥 + 1,800 kg 骨料 + 150 L 水高级配方：自定义混凝土配合比
步骤 1： 获取配合比数据
示例预拌混凝土（C30/37）：
- 波特兰水泥：350 kg
- 细骨料（砂）：700 kg
- 粗骨料（碎石）：1,100 kg
- 水：175 kg
- 外加剂：3 kg步骤 2： 构建自定义过程
自定义过程："Concrete, C30/37, Site-specific"
输入（每 1 m³）：
- 波特兰水泥，当地：350 kg
- 碎石：1,100 kg
- 砂：700 kg
- 自来水：175 kg
- 混凝土外加剂：3 kg
- 中压电力：5 kWh（搅拌）
输出：
- 混凝土 C30/37：2,328 kg（约 1 m³）步骤 3： 如未包含，添加运输
材料运输到搅拌站：
- 水泥来自工厂（50 km）：350 kg × 50 km = 17.5 tkm
- 当地骨料（20 km）：1,800 kg × 20 km = 36 tkm配方：低碳水泥替代品
辅助胶凝材料（SCM）：
| SCM | 替代率 | CO₂ 减排 |
|---|---|---|
| 粉煤灰（煤电） | 15-30% | 约 15-25% |
| 高炉矿渣 | 30-70% | 约 30-60% |
| 硅灰 | 5-10% | 约 5-10% |
| 煅烧粘土 | 20-40% | 约 20-35% |
SCM 混合建模：
混合水泥（CEM II/B-S）：
- 65% 波特兰熟料
- 30% 高炉矿渣
- 5% 石膏
使用各组分影响的加权平均值GaBi vs. openLCA 说明： GaBi 拥有专有的水泥/混凝土数据库，具有区域特性。openLCA 使用 ecoinvent 的过程。结果可能不同——检查你的数据库文档中包含的过程。
配方 4：制造过程
通用制造模型
任何制造过程的模板：
制造过程模板：
输入：
├── 材料
│ ├── 主要材料输入：X kg
│ ├── 辅助材料：Y kg
│ └── 包装材料：Z kg
├── 能源
│ ├── 电力：A kWh
│ └── 热能：B MJ
├── 水
│ └── 工艺用水：C L
└── 运输
└── 输入材料：D tkm
输出：
├── 产品
│ └── 主产品：1 单位
├── 联产品
│ └── 副产品：E kg
├── 排放（直接）
│ ├── CO₂：F kg
│ └── VOC：G kg
└── 废弃物
└── 生产废料：H kg配方：金属加工
示例：钢制零件制造
过程：钢支架制造（1 单位 = 0.5 kg）
输入：
- 冷轧钢板：0.6 kg（20% 废品率）
- 电力（切割、成型）：0.3 kWh
- 润滑剂：0.005 kg
- 压缩空气：0.1 kWh 电力
输出：
- 钢支架：0.5 kg
- 废钢（送回收）：0.1 kg
- 废润滑剂：0.005 kg配方：塑料注塑成型
过程：注塑成型零件（1 单位 = 0.1 kg）
输入：
- 聚丙烯颗粒：0.108 kg（8% 过程损耗）
- 电力（成型）：0.8 kWh
- 水（冷却）：5 L（闭路循环，损耗极小）
输出：
- 成型零件：0.1 kg
- PP 废料（内部回收）：0.008 kg配方：装配操作
关于装配（常被忽略）：
装配过程（1 单位）
输入：
- 组件：来自上游过程
- 紧固件：X 单位（螺丝、铆钉等）
- 电力：0.1-1.0 kWh（工具、传送带）
- 包装：Y kg
- 压缩空气：通过电力计
注意：装配通常在制造影响中 <5%。
如果不显著，考虑截断。配方 5：生命末期建模
废弃物处理选择
| 废弃物类型 | 常见处理方式 | 数据库过程 |
|---|---|---|
| 混合城市废弃物 | 填埋 + 焚烧 | treatment of municipal solid waste |
| 塑料（分类后） | 回收或焚烧 | treatment of waste polyethylene |
| 金属（分类后） | 回收 | treatment of scrap steel |
| 建筑废弃物 | 回收或填埋 | treatment of waste concrete |
| 危险废弃物 | 专业处理 | treatment of hazardous waste |
配方：多路径生命末期
场景： 由多种材料组成的产品，流向多种处置途径
产品生命末期分解：
- 总质量：1 kg
├── 钢铁（0.5 kg）：80% 回收，20% 填埋
├── 塑料（0.3 kg）：50% 回收，30% 焚烧，20% 填埋
└── 电子部件（0.2 kg）：60% WEEE 回收，40% 填埋
所需废弃物处理过程：
- treatment of scrap steel：0.5 × 0.8 = 0.4 kg
- treatment of steel to landfill：0.5 × 0.2 = 0.1 kg
- treatment of waste plastic, recycling：0.3 × 0.5 = 0.15 kg
- treatment of waste plastic, incineration：0.3 × 0.3 = 0.09 kg
- treatment of waste plastic, landfill：0.3 × 0.2 = 0.06 kg
- treatment of WEEE：0.2 × 0.6 = 0.12 kg
- treatment of electronics to landfill：0.2 × 0.4 = 0.08 kg常见建模陷阱
陷阱 1：电力电压等级错误
错误： 办公楼使用高压 正确： 办公室用低压，工厂用中压
陷阱 2：忘记运输
错误： 材料神奇地出现在工厂门口 正确： 包含所有采购材料的运输
陷阱 3：回收重复计算
错误： 回收输入无负担 + 生命末期回收信用 正确： 一致地选择一种方法
陷阱 4：忽略包装
错误： 仅对产品本身建模 正确： 包含一级、二级和三级包装
陷阱 5：使用年度数据而非单位数据
错误： “工厂年用电 1 GWh” 正确： “产品每单位用电 0.5 kWh”（从产量计算）
关键要点
- 电网电力结构显著影响结果——使用正确的区域数据
- 运输建模需要方式、距离和车辆类型
- 水泥/混凝土具有高过程排放——在有条件时使用特定的配合比设计
- 制造过程遵循一个模板：材料 + 能源 + 水 → 产品 + 废弃物
- 生命末期需要每种材料流的去向百分比
- 记录一切——假设、来源和计算
建模检查清单
对于模型中的每个过程：
- 选择了正确的地理过程
- 选择了适当的电力电压等级
- 包含了材料输入的运输
- 直接排放已估算或测量
- 包含了废弃物/副产品处理
- 数据已按功能单位缩放
- 质量平衡已验证（输入 ≈ 输出）
下一步
掌握了建模配方后，下一篇将介绍结果验证与故障排查——如何检查结果是否合理并诊断常见问题。