燃煤電廠碳排放核算與在線監測對比研究

劉健

關鍵詞：燃煤電廠；碳排放；碳核算；監測

1引言

2021年10月～12月，生態環境部組織對400多家火電企業開展碳排放報告質量專項監督幫扶，工作過程中發現碳排放數據失真、失信問題突出，主要體現在碳排放煤炭計量及檢測等關鍵數據造假，違規修改參數和數據、質量控制不規范、數據的穩定性和準確性差，碳盤查和核算機構未能履行相應職責等。2022年4月8日，國家碳達峰碳中和工作領導小組辦公室通報了典型、突出涉嫌數據造假的問題，強調數據質量是碳市場的生命線，要嚴厲打擊數據造假行為，維護碳市場公平公正[1-2]。

為了進一步落實國家“雙碳”政策，提升碳排放數據管理質量，生態環境部印發《關于做好2022年企業溫室氣體排放報告管理相關重點工作的通知》，強調要“組織開展重點排放單位碳排放數據質量管理相關能力建設，推動加快健全完善企業內部碳排放管理制度，提升碳排放數據質量水平。鼓勵有條件的地方探索開展多源數據比對，識別異常數據，增強監管針對性”“鼓勵地方組織有條件的發電行業重點排放單位探索開展自動化存證，加強樣品自動采集與分析技術應用，采取創新技術手段，加強原始數據防篡改管理”等，因此開展燃煤電廠碳排放核算與在線監測對比研究，與當前碳排放管理中行業需要和企業需求高度契合[3]。

2碳核算及監測技術現狀

目前，二氧化碳排放量化的方法有核算法和監測法，從國外方面來看，兩種方法均有一定的應用范圍和實踐經驗。美國發電企業碳排放計量方法主要參照《聯邦法律匯編第40卷第98部分一強制性溫室氣體報告》，根據數據的來源和形式規定了廣義固定源化石燃料燃燒碳排放的4種層級和相應計算方法供企業選用，涵蓋排放因子法、質量平衡法和連續監測法，且要求受酸雨計劃約束的燃煤和采用其他固體燃料的發電機組（裝機超過25MW））必須采用連續監測法。

歐盟碳排放計量方法的核心執行文件是2012年發布的碳監測報告指導文件《監測及報告條例》（MMR）和《認證及審核條例》（AVR）[4]。文件規定了3種不同碳排放計量方法（標準方法，即排放因子法；質量平衡法；連續監測法）和3種不同的分類方式。企業要根據企業的實際情況和MRR的要求，選擇對應的碳排放量的核算方法。在實際電廠運行中，歐盟應用的最多的核算方法是排放因子法中的燃燒排放法，其次是連續監測法，而質量平衡法和排放因子法中的過程排放法在電廠中應用較少。

當前，我國火電行業碳排放計量所執行的最新官方文件為《企業溫室氣體排放核算方法與報告指南發電設施（2022修訂版）》。

為了進一步加強碳排放數據質量管理，生態環境部在2020年探索C02排放連續監測試點。連續監測系統（CEMS）主要包括氣體取樣和條件控制系統、氣體監測和分析系統、數據采集和控制系統等。由于使用CEMS對火電廠C02排放量進行監測，直接測量煙氣流速、C02濃度和濕度等參數即可得到排放量，能夠實時、自動地監測固定排放源溫室氣體排放量，無需對多種燃料類型的排放量進行區分和單獨核算，具有數據顯示更加直觀、操作更加簡便的特點[6]。

3核算及監測技術應用成本對比分析

為了能夠開展CO2連續在線監測并滿足碳排放數據準確性的要求。以遼寧某電廠碳監測應用為例，其充分利用現有CEMS系統，安裝CO2濃度分析儀，保障現有煙氣流速監測的準確性在滿足要求的前提下，開展日常監測運行維護并進行成本對比測算分析。

3.1項目初期投資

3.1.1本體部分

根據本項目現有配置CEMS設備以及CEMS小間的實際情況分析，氣態污染物CEMS機柜沒有預留空間，且現有CEMS小間空間能夠滿足新增1臺機柜位置。本項目在現有的CEMS小間內單獨配置1套CO2濃度分析機柜，并配置單獨的取樣系統和預處理系統。涉及的CO2濃度分析儀及其配套機柜、輔助系統（包括取樣、預處理等）設備購置、安裝等費用共計約為45萬元[7]。

3.1.2煙氣流量計部分

本項目原煙氣流量計為單點皮托管形式，煙道條件不滿足“前四后二”直管段長度要求，本次改造在煙道上重新配置1套多點皮托管煙氣流量計，設備購置費用約為15萬元，設備安裝調試費用約為15萬元。

3.1.3日常運維費用

本項目CEMS運行維護委托第三方服務，正常1年運行維護成本約為5萬元，每季度比對校驗成本約為2萬元，合計年運行維護成本約為13萬元[8]。

3.2成本對比

目前，核算法在火電廠應用過程中，企業需根據國家對排放數據監測要求，具體開展排放因子實測工作（主要針對燃煤單位熱值含碳量及碳氧化率實測），并按照工作要求規范化進行數據監測、報告，配合第三方核查以及由此帶來其他日常管理等工作，因此核算法成本主要包括管理成本和實測成本。采用核算法和監測法的運行成本對比如表1所列。

采用監測法因每個廠利舊情況不一致，通常增設1套獨立的C02分析系統，較核算法初投資相當，若再考慮更換煙氣流量計，則初投資成本將大大高于核算法，年運行成本核算法略低于監測法[9]。

4碳排放結果對比

本項目“監測法”碳排放量通過新配置的C02濃度分析儀和煙氣流量計連續監測的C02濃度與煙氣流量值以月度為計量周期，進行計算統計得到連續監測法的CO2排放量。

“核算法”碳排放量是采用月度單位熱值含碳量和碳氧化率實測數據為基礎得到的核算法C02排放量[10]。

根據半年時間段內的統計，采用“監測法”碳排放量各月度均低于“核算法”碳排放量，二者的偏差范圍在7.9%～19.40%，半年度累計偏差達到14.7%。核算法與監測法統計值對比如圖1所示。

通過參比方法測得數據對流速CMS進行校準，校準后監測法碳排放量整體上仍然低于核算法碳排放量，偏差范圍在-2.2%～8.9%，累計偏差為3.7%，經過流速CMS校準后，6個月的核算法與監測法碳排放量偏差在可控范圍內[11]。

經統計分析機組負荷性相關性數據后發現，連續監測法碳排放速率與機組負荷保持較強的一致性，不同負荷下在線監測數據結果較為穩定。

5結束語

根據本項目的對比研究分析，C02在線連續監測技術作為一種可實時監控碳排放量的技術，在數據質量保證、監管時效及數據應用方面有其價值優勢。通過技術經濟性對比分析，采用連續監測系統，在一定程度上會增加火電企業的建設和運行維護成本，但其監測過程不受機組燃料摻配等導致的燃煤復雜性影響，很大程度上減少了人為影響，并盡可能與現有火電企業固定污染物CEMS系統相結合，確保系統運行的有效性和可靠性，能夠切實保證碳排放量數據的質量。