燃煤电厂关键排放因子对碳排放量影响研究

王小龙，王 强，王小峰，郭 振，刘亦芳，张 铭，王 静

(1.华电电力科学研究院有限公司,浙江 杭州 310000；2.凯迪阳光生物能源投资有限公司,湖北 武汉 430223；3.中铁城建集团北京工程有限公司，北京 100024)

国内外学者达成共识，当人类活动等造成过多温室气体排放而达到一定浓度时，地球平均温度将会在温室效应的作用下提高，同时其他极端天气与气候事件的发生概率也将受到影响[1]。全球积极行动应对气候变化，我国在应对全球气候变化中凸显大国担当，在控制碳排放方面起引领作用。

面对国外碳市场较为成熟[2]的压力，我国在迎头赶上，2017年12月19日，国家发展改革委就落实《全国碳排放权交易市场建设方案(发电行业)》的部署工作召开了电视电话会议，标志着中国碳市场建设全面启动。2018年已圆满完成了中国碳市场的基础建设工作，今年的模拟运行工作也在高效有序推进，国内碳市场的正式运行交易即将启动。

火电企业作为国内碳排控制的排头兵，碳市场正式交易的启动将对其碳排放量计量的准确度和公正性提出更高要求，虽然国家相关部委和行业协会已联手推进烟气排放连续监测系统(CEMS)在电力行业碳排放监测领域应用研究等相关研究工作，但是国内电力行业仍然以《中国发电企业温室气体排放核算方法与报告指南(试行)》为依据，开展企业的MRV工作，对影响根据《中国电力行业温室气体排放核算方法与报告指南(试行)》核算企业碳排量因子的研究有助于企业的MRV工作顺利推进，同时也对国家碳市场稳健运行将会起到支撑作用。

1 影响因子分析

火力发电企业一般都是根据《中国发电企业温室气体排放核算方法与报告指南(试行)》对本企业月度、季度和年度二氧化碳排放量进行核算。为了能对影响企业二氧化碳排放量的因子进行较为全面的分析，下面对具体的核算过程进行完整的描述。

1.1 燃煤机组二氧化碳排放量核算

燃煤机组二氧化碳排放量与燃煤单位热值含碳量、碳氧化率、燃煤低位热值、燃煤消耗量和转化因子等因素有关，具体计算公式如下

式中：

CC煤—燃煤单位热值含碳量(tC/TJ)，分为实测值和缺省值两种情况；

OF煤—碳氧化率(%)，有缺省值和计算值两种情况，计算公式是公式(2)；

FC煤—燃煤的消耗量(t)；

NCV煤—燃煤的平均低位发热值(kJ/kg)。

1.2 燃煤机组碳氧化率计算

燃煤机组的碳氧化率是影响燃煤机组二氧化碳排放量的因素之一，受燃煤机组的渣量、渣的含碳量、灰量、灰的含碳量、除尘效率、燃煤低位热值、燃煤量和单位热值含碳量等8个参数的影响，是影响燃煤机组二氧化碳排放量因素中受约参数最多的一个量。燃煤机组碳氧化率的计算如下：

式中：

G渣—炉渣产量(t)，有实测值和计算值两种情况，计算公式是公式(3)；

C渣—炉渣的平均含碳量(%)；

G灰—飞灰产量(t)，有实测值和计算值两种情况，计算公式是公式(3)；

C灰—飞灰的平均含碳量(%)；

η除尘—除尘系统平均除尘效率(%)，有缺省值和设计值两种情况；

CC煤—燃煤单位热值含碳量(tC/TJ)，有实测值和缺省值两种情况；

FC煤—燃煤的消耗量(t)；

NCV煤—燃煤的平均低位发热值(kJ/kg)。

1.3 燃煤机组灰渣量计算

按《中国发电企业温室气体排放核算方法与报告指南(试行)》的要求，如果燃煤火电企业对机组产生的灰渣量不进行实测，需计算灰渣量。计算机组灰渣量需要燃煤的灰分、低位热值和锅炉的固体不完全燃烧损失q43个参数，具体计算方式如下：

(4)

G渣=G灰渣量×φ

(5)

G灰=G灰渣量×(1-φ)

(6)

式中：

G灰渣量-计算所得的炉渣总产量(t)；

φ-渣所占灰渣总量的百分比，有缺省值和设计值两种情况；

G渣—炉渣产量(t)；

G灰—飞灰产量(t)；

FC煤—燃煤的消耗量(t)；

NCV煤—燃煤的平均低位发热值(kJ/kg)；

q4-固体不完全损失，有缺省值和设计值两种情况。

1.4 不同的计算组合

按国家对发电企业温室气体排放核算方法的要求，一个数据完善的燃煤火电企业，其二氧化碳排放量有22种不同的计算结果。这22种不同的计算结果是由于相关参数之间的组合不同造成的，表1展示22不同的参数组合方式[3]。

表1 不同参数的组合方式

注："×"表示改参数在该组合中不使用，"√"表示改参数在该组合中使用了。

2 影响因子计算

根据上文的分析，选择A电厂4号机组4月份和B电厂2号机组9月份的运行数据对每种组合下企业二氧化的排放量进行计算，通过计算结果分析对企业二氧化的排放量影响最大的因子。

2.1 A电厂的试算结果分析

A电厂的4号机组是一台高压、容量50 MW的热电联产机组，以其2018年4月份的燃料数据、排放数据为基础，按上文的计算规则对各种组合下的排放量进行计算，计算结果如附表2所示。在所有符合条件的计算组合中，二氧化碳排放量的最大计算结果是110227.48 t、最小计算结果是是：107147.18 t，相对于最小计算结果的差值为3.2%。因单位热值含碳量的选取不同(在讨论某个因子的变化时，其他参数是保持不变的，下同。)，导致二氧化碳核算量的波动在1.41%～1.43%之间；因灰渣分配比例的不同，导致二氧化碳核算量的波动在0.02%左右；因q4不同，导致二氧化碳核算量的波动在0.00003%左右;因除尘效率不同，导致二氧化碳核算量的波动在0.0006%左右。

从上文分析知，对A电厂4号机组二氧化碳核算量影响最大的因子是单位热值含碳量，其次是灰渣分配比例，q4和除尘效率的影响几乎可以忽略。

2.2 B电厂的试算结果分析

B电厂的2号机组是一台超超临界、容量660 MW的热电联产机组，以其2018年9月份的燃料数据、排放数据为基础，按上文的计算规则对各种组合下的排放量进行了计算，计算结果如附表3所示。在所有符合条件的计算组合中，二氧化碳排放量的最大计算结果是171136.65 t、最小计算结果是是：153583.29 t，相对于最小计算结果的差值为11.4%。因单位热值含碳量的选取不同，导致二氧化碳核算量的波动在8.99%～9.04%之间；因灰渣分配比例的不同，导致二氧化碳核算量的波动在0.06%左右；因q4不同，导致二氧化碳核算量的波动在0.00001%左右;因除尘效率不同，导致二氧化碳核算量的波动在0.002%左右。

B电厂2号机组的分析结果和A电厂4号机组基本一致，也是单位热值含碳量对二氧化碳核结果影响最大，其次是灰渣分配比例。不同的是q4除尘效率的影响和灰渣分配比例的影响处在同一个量级。

2.3 分析结果小结

从上文对A电厂4号机组和B电厂2号机组的计算结果分析看，对燃煤火电企业二氧化碳核算量影响最大的因子是单位热值含碳量，特别是B电厂2号机组，单位热值含碳量的影响几乎达到了10%；机械不完全燃烧损失q4的影响在千万分之一的量级，可以忽略不计；除尘效率的影响也处在十万分之一的量级，也可以忽略不计；灰渣分配比例的影响其实质是碳氧化率的影响，相对较大，在万分之一量级。

4 小结与建议

综上所述，对燃煤火电企业二氧化碳排放量核算影响最大的因子是单位热值含碳量，其次是碳氧化率，影响最小的是锅炉固体未完全燃烧损失q4和除尘器效率。对于同一燃用相同煤种机组，由于企业在核算排放量是所选参数组合的不同，排放量的核算结果会出有较大差异。国内百万机组的年度碳排放量约在400万t左右，有文章指出碳市场能接受的碳价区间幅度是56～280元/tCO2[4]，一旦全国范围内的碳交易正式开始，对百万机组造成的经济波动在2000万～8000万之间(按核算结果有10%的差异计算),这对碳市场的健康发展非常不利。

我国已成为全球 CO2排放总量最多的国家[5]，利用碳交易机制控制排放量已成必然[6]。企业对碳排放量的精准的核算是碳交易的基础，欧美碳市场利用CEMS系统核算企业碳排量已经成熟[7-8]。我国仅要求对污染物采用CEMS监测，并未涉及二氧化碳[9-10]，对企业二氧化碳的核算暂时还只能依靠《中国发电企业温室气体排放核算方法与报告指南(试行)》提供的方法进行[11]。由本文分析可知, 《中国发电企业温室气体排放核算方法与报告指南(试行)》提供的核算方法可操空间很大，很容易使碳市场失去公平、公正性，基于上述现实情况，提出如下建议：

一是完善《中国发电企业温室气体排放核算方法与报告指南(试行)》中相关规定与算法,把企业的可操作空间压缩至最小，使遵照《中国发电企业温室气体排放核算方法与报告指南(试行)》核算二氧化碳排放量的企业能处在同一基准线上。

二是提高对单位热值碳含量检测精度，并形成对单位热值碳含量检测精度的监管机制，把燃煤火电企业单位热值碳含量的检测规范化、标准化，使这个对企业碳排放量影响最大的因子处在可控状态下。

三是加快在火电企业推广应用二氧化碳CEMS的步伐，欧美碳市场的运行经验表明使用二氧化碳CEMS开展企业碳排放MRV工作是完全可行的。在国内碳市场形成采用二氧化碳CEMS进行企业碳排放MRV工作和依据《中国发电企业温室气体排放核算方法与报告指南(试行)》进行企业碳排放MRV工作并行的情景，相互参照，共同促进我国碳市场的稳健发展。