燃煤电厂碳排放核算与在线监测对比研究

刘健

关键词：燃煤电厂；碳排放；碳核算；监测

1引言

2021年10月～12月，生态环境部组织对400多家火电企业开展碳排放报告质量专项监督帮扶，工作过程中发现碳排放数据失真、失信问题突出，主要体现在碳排放煤炭计量及检测等关键数据造假，违规修改参数和数据、质量控制不规范、数据的稳定性和准确性差，碳盘查和核算机构未能履行相应职责等。2022年4月8日，国家碳达峰碳中和工作领导小组办公室通报了典型、突出涉嫌数据造假的问题，强调数据质量是碳市场的生命线，要严厉打击数据造假行为，维护碳市场公平公正[1-2]。

为了进一步落实国家“双碳”政策，提升碳排放数据管理质量，生态环境部印发《关于做好2022年企业温室气体排放报告管理相关重点工作的通知》，强调要“组织开展重点排放单位碳排放数据质量管理相关能力建设，推动加快健全完善企业内部碳排放管理制度，提升碳排放数据质量水平。鼓励有条件的地方探索开展多源数据比对，识别异常数据，增强监管针对性”“鼓励地方组织有条件的发电行业重点排放单位探索开展自动化存证，加强样品自动采集与分析技术应用，采取创新技术手段，加强原始数据防篡改管理”等，因此开展燃煤电厂碳排放核算与在线监测对比研究，与当前碳排放管理中行业需要和企业需求高度契合[3]。

2碳核算及监测技术现状

目前，二氧化碳排放量化的方法有核算法和监测法，从国外方面来看，两种方法均有一定的应用范围和实践经验。美国发电企业碳排放计量方法主要参照《联邦法律汇编第40卷第98部分一强制性温室气体报告》，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，涵盖排放因子法、质量平衡法和连续监测法，且要求受酸雨计划约束的燃煤和采用其他固体燃料的发电机组（装机超过25MW））必须采用连续监测法。

欧盟碳排放计量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》（MMR）和《认证及审核条例》（AVR）[4]。文件规定了3种不同碳排放计量方法（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。企业要根据企业的实际情况和MRR的要求，选择对应的碳排放量的核算方法。在实际电厂运行中，欧盟应用的最多的核算方法是排放因子法中的燃烧排放法，其次是连续监测法，而质量平衡法和排放因子法中的过程排放法在电厂中应用较少。

当前，我国火电行业碳排放计量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）》。

为了进一步加强碳排放数据质量管理，生态环境部在2020年探索C02排放连续监测试点。连续监测系统（CEMS）主要包括气体取样和条件控制系统、气体监测和分析系统、数据采集和控制系统等。由于使用CEMS对火电厂C02排放量进行监测，直接测量烟气流速、C02浓度和湿度等参数即可得到排放量，能够实时、自动地监测固定排放源温室气体排放量，无需对多种燃料类型的排放量进行区分和单独核算，具有数据显示更加直观、操作更加简便的特点[6]。

3核算及监测技术应用成本对比分析

为了能够开展CO2连续在线监测并满足碳排放数据准确性的要求。以辽宁某电厂碳监测应用为例，其充分利用现有CEMS系统，安装CO2浓度分析仪，保障现有烟气流速监测的准确性在满足要求的前提下，开展日常监测运行维护并进行成本对比测算分析。

3.1项目初期投资

3.1.1本体部分

根据本项目现有配置CEMS设备以及CEMS小间的实际情况分析，气态污染物CEMS机柜没有预留空间，且现有CEMS小间空间能够满足新增1台机柜位置。本项目在现有的CEMS小间内单独配置1套CO2浓度分析机柜，并配置单独的取样系统和预处理系统。涉及的CO2浓度分析仪及其配套机柜、辅助系统（包括取样、预处理等）设备购置、安装等费用共计约为45万元[7]。

3.1.2烟气流量计部分

本项目原烟气流量计为单点皮托管形式，烟道条件不满足“前四后二”直管段长度要求，本次改造在烟道上重新配置1套多点皮托管烟气流量计，设备购置费用约为15万元，设备安装调试费用约为15万元。

3.1.3日常運维费用

本项目CEMS运行维护委托第三方服务，正常1年运行维护成本约为5万元，每季度比对校验成本约为2万元，合计年运行维护成本约为13万元[8]。

3.2成本对比

目前，核算法在火电厂应用过程中，企业需根据国家对排放数据监测要求，具体开展排放因子实测工作（主要针对燃煤单位热值含碳量及碳氧化率实测），并按照工作要求规范化进行数据监测、报告，配合第三方核查以及由此带来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实测成本。采用核算法和监测法的运行成本对比如表1所列。

采用监测法因每个厂利旧情况不一致，通常增设1套独立的C02分析系统，较核算法初投资相当，若再考虑更换烟气流量计，则初投资成本将大大高于核算法，年运行成本核算法略低于监测法[9]。

4碳排放结果对比

本项目“监测法”碳排放量通过新配置的C02浓度分析仪和烟气流量计连续监测的C02浓度与烟气流量值以月度为计量周期，进行计算统计得到连续监测法的CO2排放量。

“核算法”碳排放量是采用月度单位热值含碳量和碳氧化率实测数据为基础得到的核算法C02排放量[10]。

根据半年时间段内的统计，采用“监测法”碳排放量各月度均低于“核算法”碳排放量，二者的偏差范围在7.9%～19.40%，半年度累计偏差达到14.7%。核算法与监测法统计值对比如图1所示。

通过参比方法测得数据对流速CMS进行校准，校准后监测法碳排放量整体上仍然低于核算法碳排放量，偏差范围在-2.2%～8.9%，累计偏差为3.7%，经过流速CMS校准后，6个月的核算法与监测法碳排放量偏差在可控范围内[11]。

经统计分析机组负荷性相关性数据后发现，连续监测法碳排放速率与机组负荷保持较强的一致性，不同负荷下在线监测数据结果较为稳定。

5结束语

根据本项目的对比研究分析，C02在线连续监测技术作为一种可实时监控碳排放量的技术，在数据质量保证、监管时效及数据应用方面有其价值优势。通过技术经济性对比分析，采用连续监测系统，在一定程度上会增加火电企业的建设和运行维护成本，但其监测过程不受机组燃料掺配等导致的燃煤复杂性影响，很大程度上减少了人为影响，并尽可能与现有火电企业固定污染物CEMS系统相结合，确保系统运行的有效性和可靠性，能够切实保证碳排放量数据的质量。