碳交易与碳排放及碳减排量的核定方法

东南大学能源与环境学院 韦思超 王培红

碳交易与碳排放及碳减排量的核定方法

东南大学能源与环境学院 韦思超 王培红

碳交易是一种全新的市场机制，是应对气候变化，减少包括化石燃料燃烧排放二氧化碳在内的温室气体的一种有效的途径，碳排放量与碳减排量的核定是碳交易的核心问题之一。本文以火力发电为例，探讨碳排放量的核定方法；同时介绍了工业企业七类典型节能项目的节能量及其碳减排量的核定方法。

碳交易；碳排放量；碳减排量；核定

工业经济的快速发展，导致了化石燃料的过度消费，相应的CO2等温室气体排放量亦急剧增长，加剧了全球气候异常、海平面升高等一系列危险。

碳减排、低碳经济成为人们关注的焦点之一。

为了减少CO2等温室气体的排放，需要从消减碳源和增加碳汇两个方面入手。其中改善经济结构、改善能源结构、提高能源利用效率可以有效地消减碳源；而扩展生态碳汇（如绿化、湿地等）和工程碳汇（如碳捕集CCS）资源则是增加碳汇的主要手段。

然而，无论是消减碳源还是增加碳汇，都需要巨额资金和先进技术的支撑，建立一种全新的市场机制就成为碳减排的重要途径。

1背景

1992年5月联合国政府间气候变化专门委员会通过联合国气候变化框架公约，1997年12月通过了第一个附加协议，即京都议定书。

京都议定书引入市场机制，开辟了解决包括二氧化碳在内的温室气体减排问题的新途径，即把包括二氧化碳在内的温室气体碳排放权作为一种商品，从而形成温室气体排放权的交易，简称碳交易。

2005年京都议定书正式生效后，全球碳交易市场出现了爆炸式的增长，2007年碳交易量从2006年的16亿吨跃升到27亿t，上升68.75%。

2011年10月国家发展改革委印发“关于开展碳排放权交易试点工作的通知”，批准北京、上海、天津、重庆、湖北、广东和深圳等7省市开展碳交易试点工作。

2013年6月18日，深圳碳排放权交易市场在全国七家试点省市中率先启动交易。

2013年11月26日，上海市碳排放权交易鸣锣，试点地区碳排放权交易相继启动。

碳交易市场可以简单地分为配额交易市场和自愿交易市场两种。

配额交易市场为那些有温室气体排放上限的国家或企业提供碳交易平台，以满足其碳减排需求；自愿交易市场则是企业基于其他目标（如企业社会责任、品牌建设、社会效益等）而自愿进行的碳交易。

配额碳交易可以分成两大类，一是基于配额的交易，买家在“总量管制与交易制度”体制下购买由管理者制定、分配（或拍卖）的减排配额，譬如京都议定书下的分配数量单位（AAUs）；二是基于项目的交易，买主向可证实减低温室气体排放的项目购买减排额，最典型的此类交易为清洁发展机制（Clean Development Mechanism，CDM）以及联合履行机制（Joint Imp lementation，JI）)下分别产生核证减排量(Certified Emm issions Reduc tion，CERs)和减排单位(Em ission Reduc tion Unit，ERUs)。

自愿减排交易市场早在强制性减排市场建立之前就已经存在，由于其不依赖法律进行强制性减排，因此其中的大部分交易也不需要对获得的减排量进行统一的认证与核查。虽然自愿减排市场缺乏统一管理，但是机制灵活，从申请、审核、交易到完成所需时间相对更短，价格也较低，主要被用于企业的市场营销、企业社会责任、品牌建设等，虽然目前该市场碳交易额所占的比例很小，不过潜力巨大。

中国是全球第大温室气体排放国之一，虽然没有减排约束，但中国被许多国家看作是最具潜力的减排市场。

碳交易以利于调动企业节能减排的积极性，减少生产过程中CO2的排放，从而帮助国家向低碳经济的转型。

可见，碳排放量与碳减排量的统计与核算是碳交易的核心问题之一。

2火电行业碳排放量的核算方法

燃煤火力发电是我国电力生产的主要方式，亦是我国动力用煤的主要消费用户，同样也是我国温室气体CO2的主要排放用户。随着我国燃煤火电机组装机容量的快速上升，我国已成为温室气体排放的主要国家之一。

由于我国燃煤火电机组处于煤质多变与负荷多变的复杂外部环境，同时火电机组性能大范围非线性变化，增加了温室气体排放核算的复杂性。

政府间气候变化专门委员会（IPCC）为了便于各国的温室气体清单估算结果具有可比性、透明性和一致性，编制了《IPCC1995国家温室气体清单编制指南》，1997年出版了《IPCC国家温室气体清单编制指南（1996年修订版）》，2000年编制出版了《IPCC国家温室气体清单优良作法指南和不确定性管理》报告。这其中包括能源，工业过程及产品，农业、林业及其土地利用，废弃物等4大类排放源的指南。

美国对化石燃料CO2排放的评估采用了“自下而上（bottom-up）”的方法。美国国家温室气体清单中确定不同消费部门的碳排放系数的方法分为以下4步：一是分别按煤炭类型和产地确定其碳排放（含量）系数；二是按照煤炭类型和产地确定该部门消费量；三是确定反映煤炭类型和产地特点的消费部门碳排放系数加权值；四是，获得与IPCC按煤炭类型给出的国家级碳系数。

欧盟国家温室气体清单中的温室气体清单数据主要依据大气排放物清单（CORINAIR）的排放清单指南（em ission inventory guidebook）技术标准执行。CORINAIR采用基于企业的自下而上的清单编制方法，对发电机组、锅炉的排放系数及特殊使用条件等方面进行考虑。

我国的电力企业，煤炭产地与供货渠道多变是一种比较普遍的现实状况，导致以下两个问题：一是煤炭类型和产地多变，难以确定碳排放系数；二是由产地难以确定火电机组煤炭消费量。

事实上，燃煤的碳排放系数主要取决于燃煤低位热值，文献[1]提供了燃煤电站锅炉二氧化碳排放量随燃煤低位热值变化的关系曲线。

作者所在的科研团队发明了“电站锅炉效率与燃煤热值、灰分和水分的同步测算方法”，可以利用火电机组厂级监控系统（SIS）中，排烟温度、排烟氧量、飞灰含碳量等实时数据信息，同步确定锅炉效、燃煤热值、灰分和水分等燃煤成分（如图1），为确定燃煤火电机组的碳排放量，创造了条件。

基于上述发明，本文提出一种基于发电量与燃煤热值的火电机组排放量核算方法（见图2），该方法具有可追溯且计算精度高等特点。

3典型节能项目节能量及其碳排放量的核算方法

国家目前认可的节能项目共分7大类[3-6]，各类型项目的特点不同，故各类型项目的节能量计算方法也有不同，审核人员需根据项目类型，选择相应的计算方法。

3.1锅炉（窑炉）改造项目

3.1.1、锅炉改造项目

（1）单耗法

式（1）中，

ΔΕ——总节能量；

Ε0——改造前所有锅炉年耗能量；

图1电站锅炉效率与燃煤热值、灰分和水分的同步测算框图

图2利用火电机组发电量核算其CO2排放量的测算框图

Ε1——改造后所有锅炉年耗能量；

G0——改造前所有锅炉年蒸汽产量；

G1——改造后所有锅炉年蒸汽产量；

G——改造前、后锅炉年蒸汽产量中较小的产量

需关注以下要点：

①煤折标系数采用实测值或参考GB/T2589《综合能耗计算通则》；

②改造前后锅炉年蒸汽产量折算为同品质；

③改造前该产品的正常产量可采用前一年的产量或前三年算数平均值；

④对电站锅炉，宜采用供电煤耗、供热煤耗作为单耗指标进行计算。

（2）效率法

式（2）中，

ΔΕn——单台改造锅炉的节能量；

η0n——改造前单台锅炉热效率；

η1n——改造后单台锅炉热效率；

E——改造前、后单台锅炉年耗能量中较小的耗能量

需关注以下要点：

①原煤折标系数采用实测值或参考GB/ T2589《综合能耗计算通则》；

②计算中产量选取方法，同单耗法；

③工业锅炉计量器具配备不完善、统计台账不齐全的情况，宜采用本法。

3.1.2、窑炉改造项目

计算单台改造窑炉的节能量：

式（3）中，

ΔΕ——总节能量；

Ε0——改造前窑炉年耗能量；Ε1——改造后窑炉年耗能量；G0——改造前窑炉产量；G1——改造后窑炉产量；

G——改造前、后窑炉年产量中较小的产量需关注以下要点：

①如改造前能耗统计不全，可参考国家、地方标准中相关产品限额指标；

②对初审项目，可参考国家、地方标准中规定的国际、国内先进值指标；

③对于无国家、地方标准规定的产品，可参考同行业内该产品单耗。

3.2余热余压利用项目

3.2.1、余热余压发电改造项目

式（4）中，

ΔE——项目节能量；

W——装机容量；

T——全年运行h；

k——每万kWh电力折合的等价值标准煤量；

P——电站自用电率；

E0——项目基准能耗

需关注以下要点：

①全年运行小时数取决于所依附的主体，按企业上年度主体实际运行时间计算，如果该主体改造前一年未正常运行，则采用前3年运行时间的算术平均值；

②公式中k按国家统计局发布的当年供电煤耗计算，吨标准煤/万kWh；

③若企业不能提供设计的厂用电率，则可按电力行业内的估计值8%取值；

④按装机容量计算节能量，往往计算结果偏大，审核人员应根据可研报告等有关资料进一步核算。

（2）已完工项目（终审）

（1）未完工项目（初审）

式（5）中，

ΔE——项目节能量；

k——每万千瓦时电力折合的等价值标准煤量；

Pt——项目实施后余热余压电站年总发电量；

Ps——项目实施后余热余压电站年自用电量；

E1——项目实施前已利用的余热余压资源；

E2——项目实施后新增加的能耗量

需关注以下要点：

①公式中k按国家统计局发布的当年供电煤耗计算，t标煤/万kWh；

②应考虑改造前后依附的主体实际产量变化对节能量的影响；

③项目实施前存在已部分利用余热余压资源的情况下，计算节能量是应对Pt、Ps进行相应核减。

3.2.2、余热回收项目

式（6）中，

ΔE——项目节能量；

E0——项目实施后回收并利用的余热量；

E1——项目实施前已利用的余热量；

E

2——项目实施后新增加的能耗量

需关注以下要点：

①E0应按等价值进行折标；

②应考虑改造前后依附的主体实际产量变化对节能量的影响。

3.2.3、废弃资源生产可利用能源项目

式（7）中，

ΔΕ——项目节能量；

Εsc——产生可利用能源折算成标准煤值；

Εxh——产生可利用能源时，系统增加的能耗量

需关注以下要点：

①产生的可利用能源的折标系数，根据实测值计算；

②无实测数据时，可按国家相关规定选取；③如国家无相关规定，可引用公开发表的书刊中相关数据。

3.3节约和替代石油项目3.3.1、分工序计算法

式（8）（9）（10）中，

ΔE——节能量；

ΔΕ1——启停节油量；

Εu0——改造前单位启停基准耗油量；

Εu1——改造后单位启停耗油量；

n——改造前年启停次数；

ΔΕ2——低负荷稳燃节油量；

Εu2——改造前单位低负荷稳燃运行时间基准耗油量；

Εu3——改造后单位低负荷稳燃运行时间耗油量；

h——改造前低负荷稳燃运行时间

需关注以下要点：

①电力企业节约石油项目宜采用本法；

②将各工序的启停节油量和低负荷稳燃节油量相加，并折算成标煤，即为项目节能量。

3.3.2、单耗法

式（11）中，

ΔΕ——节能量；

Εu0——基准期单位产品能耗；

Εu1——改造后单位产品能耗；

M0——改造前产品产量

需关注以下要点：

①替代石油项目、不易计算各工序节油量时，宜采用本法；

②能源折标系数采用实测值或参考GB/ T2589《综合能耗计算通则》。

3.4电机系统节能项目

3.4.1、单耗法

式（12）中，

ΔΕ——节能量；

Εu0——改造前产品单耗；

Εu1——改造后产品单耗；

M0——改造前产品产量

需关注以下要点：

①对涉及电机数量多、范围广、分布在各个环节的项目，宜采用本方法。

②应考虑管理节能等非直接节能因素对项目节能量的影响。

3.4.2、节能率计算法

调速节电项目的节能量计算方法：

式（13）中，

ΔE——项目节能量；

k——每万kWh电力折合的等价值标准煤量。按国家统计局发布的当年发电煤耗计算；

η——设备运转功率；

η1——设备运转率；

η2——节电率；

N——设备运转时间

需关注以下要点：

①节电率的计算

式（14）中，

P%——实际消耗功率百分值；

平方转矩负载类的生产设备，P%=S3

恒转矩负载类的生产设备，P%=η1/η2

S——实际转速与额定转速的比值

η1、η2—改造前后的电动机转速，r/m in。

②本计算方法更多是体现瞬时状态，不能完全反应设备全年运行工况。审核时，应尽可能选择与全年运行工况相符的时段选取数值。

3.5能量系统优化项目

3.5.1、生产工艺系统优化项目

式（15）中，ΔΕ——项目节能量；

Εi——各子项目节能量；

Εj——各子项目的能源泄漏量，可正可负

需关注以下要点：

①本计算方法适用的行业、改造内容较多，如子项目与前四类项目近似，可按前4类方法计算；

②计算各子项目节能量时，在可行的前提下，优先推荐单耗法。

3.5.2、能量梯级利用项目

计算方法与“生产工艺系统优化”类似。

3.5.3、发电机组通流改造项目

（1）只供电不供热的机组

A.供电煤耗法

式（16）中，

bgp0、bgp1——汽机在通流改造前、后的供电煤耗；

P——改造前后该汽机的供电量取小值B.热耗率法

式（17）中，

q0、q1——分别为汽机在通流改造前、后的热耗率；

P——改造前后该汽机的供电量取小值

需关注以下要点：

①本计算方法更多是体现瞬时状态，不能完全反应设备全年运行工况。审核时，应尽可能选择与全年运行工况相符的时段选取数值；

②采用测试报告中出现的热耗率数值时，应审核测试机构资质及测试工况等相关信息；

(2)既供电又供热的机组A.供电、供热煤耗法

式（18）中，

bgp0、bgp1——汽机在通流改造前、后的供电煤耗；

P——改造前后该汽机的供电量取小值；

brp0、brp1——汽机在通流改造前、后的供热标准煤耗；

Q——改造前后该汽机的供热量取小值B.热工实验法

式（19）中，

bgp0、bgp1——汽机在通流改造前、后的热工实验得出的供电煤耗；

P——改造前后该汽机的供电量取用值；

3.5.4、汽轮机组抽凝改背压机组（供电、供热煤耗法）

式（20）中，

bgp0、bgp1——汽机改造前、后的供电煤耗；

brp0、brp1——汽机在改造前、后的供热标准煤耗；

P——改造前后该汽机的供电量取小值；

Q——改造前后该汽机的供热量取小值

3.5.5、循环水供热项目

式（21）中，

Q——机组低真空供热量；

d1、d2——改造前后汽耗率；

hzq——主蒸汽焓；

hgs——给水焓；

W——发电负荷；

η——锅炉效率；

T——运行小时数；

E1——改造后循环水泵多耗能；

E2——改造后补水泵多耗能

需关注以下要点：

①本计算方法多个数据只能选取瞬时状态值，不能完全反映全年运行工况。审核时，应尽可能选择代表全年平均运行工况的数值；

②E1、E2两项数据切勿漏减，这是典型的能耗泄漏情况。

3.6建筑节能改造项目

式（22）中，

ΔΕ——项目节能量；

Εi——各子项目节能量；

Εj——各子项目的能源泄露量，可正可负

3.7绿色照明改造项目

3.7.1、功率法：

式（23）中，

ΔE——项目节能量；

P1——改造前照明设备功率；

P2——改造后照明设备功率；

T——年使用时间；

k——每万kWh电力折合的等价值标准煤量。按国家统计局发布的当年供电煤耗计算

需关注以下要点：

①改造后，照明灯具的照度应符合使用要求；

②应根据各种照明灯具的特点、用途及使用情况，分类统计、核实各种照明灯具的使用时间。

3.7.2、直接计量法

式（24）中，

ΔE——项目节能量；

E1——改造前照明设备全年用电量；

E2——改造后照明设备全年用电量；

k——每万kWh电力折合的等价值标准煤量。按国家统计局发布的当年供电煤耗计算，

需关注以下要点：

①改造前后有完整计量设备的项目适用本方法；

②如计量期不足一年，可相应折算至全年。

3.7.3、节电率法

式（25）中，

ΔE——项目节能量；

P1——改造前照明设备功率；

η——改造后照明设备节电率；

T——年使用时间；

k——每万kWh电力折合的等价值标准煤量。按国家统计局发布的当年供电煤耗计算需关注以下要点：

①照明设备节电率的来源有2个，一是有资质的第三方出具的测试报告，二是合同能源管理双方共同认可的测试结果（包括测试原始记录）；

②如改造涉及到数种照明设备，应分别出具节电率测试报告。

当无法准确核定燃煤热值时，可以采用燃煤的平均热值（如21000kJ/kg），将上述节约标准煤折算成实际节煤量，并换算成为相应的CO2排放量。

[1]、Th.博恩等，热力工程计算图册，水利电力出版社[M]北京，1991.11

[2]、王培红等，电站锅炉效率与燃煤热值、灰分和水分的同步测算方法(ZL20111 0358714.6) [Z]，2014.4

[3]、国家发展改革委、财政部，《节能项目节能量审核指南》（发改环资[2008]704号）[Z]，2008

[4]、GB/T17166-1997企业能源审计技术通则[S].北京：中国标准出版社，1998.

[5]、GB/T13234-2009企业节能量计算方法[S].北京：中国标准出版社，2009.

[6]、GB/T 28750-2012节能量测量和验证技术通则[S].北京：中国标准出版社，2013.

Carbon Ttrading and Carbon Em issions and Approved Methods of Carbon Reductions

Wei Si chao,Wang Pei hong

Carbon trading is a brand new market mechanism for add ressin g c limate change,which is a effec tive way to reduce greenhouse gases inc lud ing carbon dioxide after fossil fue l combustion em ission.Carbon em ission and app roved methods of carbon reductions are one of core issues of carbon trading.The artic le is based on coal-fired power generation to discuss over app roved methods of carbon em ission.Meanwhile it introduces seven typical energy-saving p rojects of industrial enterp rises energy conservation and app roved m ethods of carbon em ission reduction.

carbon trad ing,carbon em ission,carbon reduction,app roved methods

国家自然科学基金重点资助项目51036002

韦思超，男，东南大学能源与环境学院，工学硕士研究生，从事火电机组性能检测与优化技术的研究。王培红，男，东南大学能源与环境学院教授，工学博士，长期从事复杂热力系统性能分析与优化领域的研究与教学工作。