中外火电企业碳排放统计方法与质量控制现状分析

陈公达，邹祥波，卢锐，陈建军，马双忱

（1.广东能源集团科学技术研究院有限公司，广东 广州 510630；2.华北电力大学环境科学与工程系，河北 保定 071003；3.清华大学环境学院，北京 100084）

为了控制日益增长的温室气体排放，中国提出“二氧化碳排放力争于2030 年前达到峰值，努力争取2060 年前实现碳中和”[1]。在我国众多排放源中，电力行业CO2排放约占全国CO2排放总量的50%，而煤电CO2排放约占电力行业CO2总排放的80%（远高于世界平均值40%）[2]。可见，火电尤其是煤电机组接下来将会成为碳排放重点监管对象，而碳排放量的统计是其中的关键一环[3]。

在碳排放量统计领域，主要方法有质量平衡法、排放因子法和连续监测法。其中质量平衡法由于误差较大，在火电企业渐渐不再使用[4]。相比于欧美地区，我国在碳排放量统计领域起步较晚，数据积累不足，早期国内试点碳排放量统计过程中所使用的各种缺省都是参考国外，由于部分数据不符合我国实情，最终核算数据存在着较大的误差[5]。2015 年，我国正式发布实施了《温室气体排放核算与报告要求第1 部分：发电企业》（GB/T 32151.1—2015），火电企业开始依托排放因子法完成碳排放核查报告[6]。但近2 年依靠人工报表开展的碳排放量统计过程出现数据造假问题，暴露出我国碳排放量统计相关标准存在数据质量控制方面的不足，由此国外现行的连续监测法和相关质量控制标准逐渐受到了业内重视[7-9]。

本文以煤电和气电企业为背景，简要梳理了国内外火电企业现行碳排放量统计方法，并结合制度条文、标准对国内外碳排放量统计方法和数据质量要求的主要差异进行比较分析，最后总结并展望了我国未来碳排放量统计的发展趋势。

1 国内火电企业碳排放量统计现状

1.1 排放因子法

我国的碳排放量统计方法主体源于联合国政府间气候变化专门委员会（intergovernmental panel on climate change，IPCC）推荐的排放因子法。经过多年的探索和修订，当前我国火电行业碳排放量统计所执行的最新官方文件为《企业温室气体排放核算方法与报告指南 发电设施（2022 修订版）》（以下简称《指南》）[5,10]。《指南》中，碳排放量主要由化石燃料燃烧排放和外购电力折算排放2 部分组成。相较于较早的指南，删除了脱硫环节的碳排放计算。其中化石燃料燃烧排放由火电企业依托排放因子法计算得出。化石燃料燃烧排放通用计算可参考《指南》提供的计算公式：

式中：Ecombustion为核查期间发电行业化石燃料燃烧产生的CO2排放量，t；i为化石燃料类型代号；FCi为监测期第i种化石燃料的净消耗量，即一次能源消费量，根据企业实测的能源消费台帐或统计报表来确定，t 或104m3；Car,i为第i种化石燃料的收到基元素含碳量，以煤量为权重进行加权累计计算得到，t/t 或t/(104m3)；OFi为第i种化石燃料的碳氧化率，《指南》规定燃煤和天然气电厂氧化率取值为99%；44/12 为CO2与碳的相对分子质量之比。使用缺省值时，Car,i依托化石燃料的平均低位发热量和单位热值含碳量得出；使用元素实测时，Car,i依托收到基、干燥基和空气干燥基的元素含碳量与水分数据得出。

若将式(1)中Car,i×OFi×44/12 替换为指定燃料的排放因子，则成为排放因子法（欧盟称为标准方法）。不过其中碳氧化率的获取并未实现实测。这和企业某些工艺设计有关，比如炉底采样湿式捞渣工艺时很多碳颗粒会浮出水面，使得难以直接准确测定炉渣中的残余碳。

1.2 连续监测法

连续监测法在欧美地区已受法律认可，而在国内仍然处于试点探索阶段。关于连续监测法的企业应用技术规范与计算要求则可参考国内2022 年3 月实施的《火电厂烟气二氧化碳排放连续监测技术规范》（DL/T 2376—2021）。该标准在实施应用层面的描述内容大量参考了烟气排放连续监测系统（continuous emission monitoring system，CEMS）相关的标准HJ 75—2017 和HJ 76—2017[11-13]。其中，CO2小时排放计算式为：

式中：GH为烟气CO2排放质量流率，t/h；CD为标准状态下CO2干基质量浓度，g/m3；Qsn为标准状态干烟气体积流量，m3/h，可由湿烟气流量、烟气温度、大气压力、烟气静压、测点断面面积计算得出。通过对GH积分累积即可得到日数据、月数据和年数据。

此外，由于国内外CO2连续监测设备厂家多、技术流派多，所以作为连续监测设备的适用性选型参考，《一氧化碳含量、二氧化碳含量和氧气含量在线自动测量系统性能特征的确定》（GB/T 40789—2021）（对标ISO 12039—2019）于2022 年5 月在国内实施，其中描述了测定CO2所适用的技术和性能要求[14]。同期，2021 年9 月，国家生态环保部印发《碳监测评估试点工作方案》，部分地区和行业逐步开始碳排放连续监测法的试点工作。但目前为止（2022 年4 月），连续监测数据仍未纳入可履约的碳排放量数据统计范畴[15]。

2 欧美火电企业碳排放量统计现状

国际通行碳排放量统计与碳足迹评价的主要通用文件为ISO 14064 体系标准和ISO 14067 体系标准[16-17]。在此基础上，欧美各自根据自身情况进而完善提出了更多的细分规定与标准，逐步由依靠缺省值计算向依靠连续监测统计升级。

2.1 美国碳排放量统计现状

目前美国发电企业碳排放量统计方法主要参照《联邦法律汇编第40 卷第98 部分-强制性温室气体报告》（40 CFR part 98 subpart C,D）和《联邦法律汇编第40 卷第75 部分-连续排放监测》（40 CFR part 75）。其中part 98 根据数据的来源和形式规定了广义固定源化石燃料燃烧碳排放的4 种层级和相应计算方法供企业选用，涵盖了排放因子法、质量平衡法和连续监测法[18-19]。part 75 则规定了CEMS 的安装、验收、运维等技术要求，且规定符合验收要求的CEMS 所采集数据具有法律效力，可作为环保报送数据被美国环保署（EPA）采用。在实施过程中，主要将火电机组分为2 类：

一类 用于所有参与酸雨计划的发电机组及温室气体减排区城内（regional greenhouse gas initiative，RGGI）发电量超过25 MW 的火电机组；

二类 用于具有北美工业分类系统（North American industry classification system，NAICS）特定代码和州内要求监测的火电机组。

其中，受酸雨计划约束的燃煤机组和采用其他固体燃料的发电机组（装机超过25 MW）必须采用连续监测法。到2015 年为止，美国电力行业执行40 CFR part 75 标准进行碳排放监测统计的碳排放量占总量的95%以上，且绝大部分已安装CEMS 进行碳排放监测[20]。

2.2 欧盟碳排放量统计现状

为了适应碳排放权交易，欧盟在碳排放监测与数据质量控制上也已建立了相对完善的制度与标准。目前欧盟碳排放量统计方法的核心执行文件是2012 年发布的碳监测报告指导文件《监测及报告条例》（monitoring and reporting regulation,MRR）和《认证及审核条例》（accreditation and verification regulation,AVR）。至今针对这2 份文件的持续完善和修订仍在进行（最近一次修订时间为2022 年3 月）[21-22]。文件规定了3 种不同碳排放量统计方法（标准方法，即排放因子法；质量平衡法；连续监测法）和3 种不同的分类方式：

1）基于上一交易期的年度核实碳排放量进行装置分类（A 类小于等于5 万t；B 类为超过5 万到50 万t；C 类大于50 万t）；

2）基于计算方法（依托排放因子法或质量平衡法）的年度合计CO2排放量进行源流（指特定燃料、原材料或产品）分类；

3）基于测量数据（依据连续监测法）的年度碳排放量进行排放源分类。

尤其需要指出的是，在碳排放权交易制第3 阶段（2013—2020 年）明确规定，纳入碳市场的企业采用CEMS 监测的碳排放量数据等同于核算法计算碳排放量数据，即承认了连续监测数据的法律效力。在这期间为了指导连续监测法的应用，欧盟还发布了关于连续监测法的一系列质量保证标准[10]。相对美国而言，欧盟碳排放核查工作并不强制火电企业使用连续监测法，企业可以基于这些分类要求和自己可提供的数据源来查询装置、燃料和排放源适用的统计方法和相应数据质量控制要求，最终组合出合适的碳排放量统计报告。

3 国内外碳排放数据质量控制现状

3.1 美国碳排放数据质量控制现状

美国40 CFR 98.6 subpart A 仅仅定义了准确度（accuracy，指测量值与真实值或参考值之间的接近程度，同时考虑了系统因素和随机因素的影响，可以满量程或者指定测量值的百分比表示），对于火电企业碳排放数据报告要求出具相应的准确度评估报告及自我承诺声明[18-19]。考虑到目前美国地区火电企业基本都采用连续监测法，所以实施方法中主要以设备校准误差（calibration error）表示准确度，适用于CO2浓度、烟气流速、烟温、湿度等连续测点。40 CFR 98.3 规定了2 种不同校准误差计算方法和准确度要求：只以参考值计算时，每个测点不能超过参考值的5%；以参考值和满量程共同计算时，每个测点不能超过满量程的2%或者3 个测点在每个校准等级的校准误差之和不超过6%。

3.2 欧盟碳排放数据质量控制现状

欧盟MMR（EU 2018/2066 文件）定义了准确度、不确定度和最大允许误差，但主要以不确定度（uncertainty，指平均值的置信区间，且该区间覆盖95%的推断值，以百分比表示，参照ISO/IEC Guide 98-3:2008 与JCGM 100:2008）为质量控制指标，设计了较为复杂的最低不确定度层级（Tier）（表1[21]）要求和实施方法（表2[21]）供企业和地方管理机构参考选择[21,23-24]。对于基于计算方法进行碳排放量统计的企业，参考EU 2018/2066 附件Ⅱ、Ⅴ：小源流（小于5 000 t 或小于企业总排放量的10%，其中企业总排放量上限10 万t，两者取最大绝对值）和极小源流（小于1 000 t 或小于企业总排放量的2%，其中企业总排放量上限2 万t）可采用较低的层级；而大源流必须满足更高的层级（即涉及更可靠的数据质量）。对于基于测量方法进行碳排放量统计的企业，参考EU 2018/2066 附件Ⅷ：大排放源（大于等于5 000 t 或大于等于装置总排放量的10%）需要按照最高等级执行，除非能证明技术上不可行或者会产生不合理费用时才能向下降级；但同时也规定了A 类装置（上一年核算碳排放量小于等于5 万t）的最小层级为2。

表1 欧盟不确定度分级参考（EU 2018/2066 附件Ⅱ、Ⅴ）Tab.1 EU uncertainty classification (Annex II and V of EU 2018/2066)

表2 欧盟A 类装置不确定度最低分级要求（EU 2018/2066 附件Ⅴ、Ⅷ）Tab.2 EU minimum requirements of uncertainty for the device of Class A (Annex V,VIII of EU 2018/2066)

3.3 国内碳排放数据质量控制现状

我国目前具有法律效力的碳排放量统计数据质量控制可以参考《指南》。《指南》中数据质量控制主要针对活动数据获取过程中采样、统计与检测某单一环节执行相应的标准，并未对最终结果数据提出明确的质量控制要求。《指南》中碳排放数据质量控制关联标准数量汇总见表3[10]。从表3 可发现有关于质量控制的指标为测量设备精度，但其中未给出统一填写标准。此外，根据《指南》所引用的通用规范GB/T 27052，数据质量可以由测量不确定度表示且参照ISO/IEC Guide 98-3 系列标准；而根据《指南》所引用的GB/T 21369，数据质量亦可以由准确度和最大允许误差表示：可见当参照标准不同时数据质量控制所使用的指标有所差异。

表3 《指南》中碳排放数据质量控制关联标准数量Tab.3 Number of relevant standards for quality control of carbon emissions data in China

而对于连续监测法，我国仍然处于探索阶段，其数据质量控制可参考DL/T 2376—2021 和GB/T 40789—2021；此外也有相关学者开展了相关探索研究[25]。DL/T 2376—2021 中定义了准确度（以参比方法计算的相对误差表示），并对准确度的验收、校准与质量控制要求分别进行了详细的说明，是专门适用于火电厂烟气CO2的CEMS 技术规范。其中给出的数据质量控制限值见表4[11]。不过该标准也未给出关于最终碳排放量统计结果的数据质量要求。GB/T 40789—2021 仅适用于CO2体积分数自动测量系统的性能判断，其中定义了标准不确定度（以标准偏差表示，参照ISO/IEC Guide 98-3）、测量不确定度、允许误差等数据质量指标，给出了关于烟气CO2体积分数结果的零点重复性、量程重复性、零点漂移、量程漂移、敏感性等性能特征判定指标，但未涉及烟气流速、烟温、湿度等测量指标。

表4 DL/T 2376—2021 数据质量控制限值（相对误差）Tab.4 Data quality control limits in DL/T 2376—2021 (relative error)

4 我国碳排放量统计发展趋势探讨

基于数据统计方法和质量控制相关信息，国内外火电企业碳排放量数据统计方法与质量控制现状总览见表5。

表5 国内外火电企业碳排放量数据统计方法与质量控制现状Tab.5 Domestic and international statistical methods and quality control status of carbon emission data for fossil-fired power enterprises

从数据质量控制的角度考虑，欧美在碳排放量统计中大量普及连续监测法且以最高要求进行质量控制。这一方式值得重点参考。对于只有烟囱一个排放源、燃料成分多变且碳排放量极大的火电企业，连续监测法显然比依据计算的排放因子法和质量平衡法更容易确保数据质量。这是因为：一方面，连续测量法的必要数据均从测点设备直接传输获得，数据实时存档，人为造假较难；另一方面，连续测量法所需进行质量控制的环节较少、流程较短，不涉及燃料的采样、处理等过程，只需保障好测点设备的运维即可，更加易于火电企业执行。通过梳理国内新发布的烟气CO2连续监测法相关标准，也可以看出我国正在加快探索连续监测法在碳排放统计工作中的应用方案。

另外，国内现行《指南》未给出对火电企业采用排放因子法的统一质量控制要求，更加倾向于依据数据获取过程中的单一独立环节所涉及的规范标准来控制质量。仅从数据质量控制手段上，目前国内方法相较于欧美方法更精细。从国内企业实施方面考虑，当前精细化分别控制的方法可以与现行的相关标准体系无缝衔接，便于碳排放统计工作快速推进。

不过从国内外一直都在推动的碳交易市场方面考虑，欧美的碳交易准入要求附属1 个数据质量评价报告。而这个报告是基于各自统一数据质量指标形成的，可以在欧美跨国境跨行业互认。这就说明欧美设置统一指标的目的之一是便于提供通用的碳交易数据质量信用证明。统一的数据质量指标和明确的控制限值更利于双边协商和单一维度评价指标互认，尤其是市场准入门槛的互认。因为碳交易使用的是企业碳排放总量数据，如果按照当前国内标准采用大量精细但不同的指标，则碳排放总量数据互认的必要条件就成了每个精细指标所关联的标准都必须和欧美对应标准互认，进而支撑碳排放总量数据互认。这会导致国内的碳排放数据质量报告是包含多指标的，而欧美碳排放数据质量报告是单一指标，建立多对一的指标限制互认显然比建立一对一的指标限制互认难度更大。从适配国际碳交易的角度出发，当下不统一的数据质量指标与限值不利于我国与欧美进行指标与限值互认。

因此，在将来实现“碳达峰、碳中和”的目标与可能的碳交易市场接轨过程中，基于我国国情建立全面的、科学的、一致的数据质量指标和控制限值是必然发展趋势。

5 结论

1）欧美地区火电企业在碳排放权交易制第3 阶段均开始普及连续监测法，数据已受法律认可。美国已要求在大部分火电企业强制执行；欧盟未做强制要求，只需碳排放数据报告符合数据质量控制层级要求即可；而国内近2 年连续监测法也已进入试点阶段，相关标准也逐步建立，可以预见不久的将来连续监测法也有极大可能被纳入碳排放统计方法之一。

2）国内现行标准与欧美现行标准在数据质量控制尺度上有明显差异。仅从数据质量控制手段上，目前国内方法相较于欧美方法更精细，但从接轨国际碳交易的角度出发，当下不统一的数据质量指标体系不利于我国与欧美进行数据跨境体系互认，因此建立全面的、科学的、一致的数据质量指标和控制限值是必要的。