某電解鋁企業(yè)的碳排放核算方案

羅麗芬 周云峰 李昌林 李榮柱 胡 璇 李新華

(中國鋁業(yè)鄭州有色金屬研究院有限公司， 河南 鄭州 450041)

0 前言

全球氣候變暖早已成為國際熱點(diǎn)關(guān)注的問題，同時(shí)也是各國遇到的共同挑戰(zhàn)和危機(jī)。我國在哥本哈根氣候峰會(huì)上宣布，到2020年碳強(qiáng)度與2005年相比下降40%～45%。2014年11月，中美發(fā)表了《中美氣候變化聯(lián)合聲明》，我國提出要在2030年二氧化碳排放達(dá)到峰值，并且爭(zhēng)取早日達(dá)到峰值，單位GDP的CO2排放要比2005年下降60%～65%[1]。2011年底啟動(dòng)了“兩省五市”碳排放權(quán)的交易試點(diǎn)計(jì)劃，2016年12月啟動(dòng)了福建碳排放權(quán)交易所，這是我國第8個(gè)碳資產(chǎn)交易所。2010—2017年之間全球大氣中CO2濃度呈上升趨勢(shì)，與前40年相比增速不但沒有下降反而增加[2]，但是中國自2013年以來增速基本為零，2017年單位GDP的碳排放強(qiáng)度比2005年下降了46%，已經(jīng)提前實(shí)現(xiàn)在哥本哈根氣候峰會(huì)上的承諾[3-4]。2019年1月，國家生態(tài)環(huán)境部辦公廳發(fā)文將開展2018年度碳排放的數(shù)據(jù)報(bào)告與核查以及排放監(jiān)測(cè)計(jì)劃制定等相關(guān)工作，涵蓋石化、化工、鋼鐵、有色等重點(diǎn)排放行業(yè)；針對(duì)2013—2018年中，任意一年溫室氣體排放量達(dá)2.6萬噸CO2e(綜合能源消耗量約1萬t標(biāo)準(zhǔn)煤)及以上的企業(yè)或者其他經(jīng)濟(jì)組織，要求地方主管部門在2019年3月31日前根據(jù)公布的行業(yè)溫室氣體排放核算方法與報(bào)告指南要求，組織管轄范圍內(nèi)的企業(yè)核算2018年的溫室氣體排放量并上報(bào)相關(guān)數(shù)據(jù)[5]。

我國電解鋁產(chǎn)能發(fā)展迅速，產(chǎn)量已連續(xù)多年穩(wěn)居世界第一，因此電解鋁企業(yè)是我國碳排放核查的重點(diǎn)。電解鋁企業(yè)可以通過內(nèi)部組織或者聘請(qǐng)相關(guān)咨詢機(jī)構(gòu)對(duì)企業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中產(chǎn)生的碳排放進(jìn)行核算。某電解鋁企業(yè)的電解槽容量為200 kA，年產(chǎn)電解鋁10萬t，鋁錠作為商品外賣，同時(shí)配套有年產(chǎn)3萬t預(yù)焙陽極炭素廠，該企業(yè)用電均為外購。本文將以某電解鋁企業(yè)2017年年度的碳排放核算為例，詳細(xì)介紹電解鋁企業(yè)如何進(jìn)行碳排放的核算工作。

1 電解鋁企業(yè)碳排放核算的作用和內(nèi)容

1.1 碳排放核算的作用

電解鋁生產(chǎn)企業(yè)的碳排放分為直接排放和間接排放。直接排放包括陽極消耗產(chǎn)生的二氧化碳排放、運(yùn)輸工具燃油等燃料燃燒導(dǎo)致的排放以及電解槽發(fā)生陽極效應(yīng)時(shí)的PFC排放；間接排放是企業(yè)消耗的電量在發(fā)電過程中產(chǎn)生的碳排放。企業(yè)做好碳排放核算有如下作用：

1)可以較好地填報(bào)生態(tài)環(huán)境部要求企業(yè)報(bào)送的碳排放數(shù)據(jù)。

2)企業(yè)自己做好充分準(zhǔn)備，可配合好第三方的碳核查工作。

3)企業(yè)可以通過碳排放信息披露，吸引投資者以及消費(fèi)者的關(guān)注，提高企業(yè)形象。

1.2 碳排放核算的內(nèi)容

電解鋁企業(yè)法人邊界的碳排放，根據(jù)《中國電解鋁生產(chǎn)企業(yè)溫室氣體排放核算方法與報(bào)告指南(試行)》[6]和溫室氣體排放核算與報(bào)告要求[7]進(jìn)行碳排放核算。其核算包括直接生產(chǎn)系統(tǒng)、輔助生產(chǎn)系統(tǒng)和附屬生產(chǎn)系統(tǒng)等產(chǎn)生的碳排放。輔助生產(chǎn)系統(tǒng)主要包含動(dòng)力、供電、供水、機(jī)修、化驗(yàn)和運(yùn)輸?shù)龋桓綄偕a(chǎn)系統(tǒng)主要是生產(chǎn)指揮系統(tǒng)(廠部)，以及廠內(nèi)相關(guān)的生產(chǎn)服務(wù)部門和單位(浴室、職工食堂等)。具體來說，電解鋁企業(yè)碳排放核算范圍包括：化石燃料燃燒導(dǎo)致的二氧化碳排放；能源作為原材料用途的二氧化碳排放；工業(yè)生產(chǎn)過程中的二氧化碳排放；凈購入電力和熱力導(dǎo)致的二氧化碳排放。

2 電解鋁企業(yè)碳排放核算的過程

2.1 碳排放源信息

根據(jù)某電解鋁企業(yè)炭素焙燒工藝、電解鋁工藝以及企業(yè)情況，確定了企業(yè)的碳排放源，見表1。

表1 某電解鋁企業(yè)的碳排放源信息

2.2 化石燃料燃燒的碳排放

化石燃料燃燒產(chǎn)生的二氧化碳量，主要依據(jù)各種化石燃料的消耗量以及燃料的低位發(fā)熱值、單位熱值含碳量和碳氧化率等進(jìn)行計(jì)算。

2.2.1 計(jì)算公式

1)根據(jù)式(1)核算某電解鋁企業(yè)年度范圍內(nèi)各種化石燃料燃燒產(chǎn)生的二氧化碳排放量總和：

(1)

式中：E燃燒——核算年度內(nèi)化石燃料燃燒產(chǎn)生的二氧化碳排放量，tCO2；

ADi——核算年度內(nèi)的第i種化石燃料活動(dòng)水平，GJ；

EFi——第i種化石燃料二氧化碳排放因子， tCO2/GJ；

i——化石燃料類型的代號(hào)。

2)ADi按式(2)計(jì)算：

ADi=NCVi×FCi

(2)

式中：NCVi——核算年度內(nèi)的第i種化石燃料的平均低位發(fā)熱量，對(duì)固體或液體燃料，單位為GJ/t；對(duì)氣體燃料，單位為GJ/萬Nm3；

FCi——核算年度內(nèi)的第i種化石燃料的凈消耗量，對(duì)固體或液體燃料，單位為t；對(duì)氣體燃料，單位為萬Nm3。

3)EFi按式(3)計(jì)算：

EFi=CCi×OFi×44/12

(3)

式中：CCi——第i種化石燃料的單位熱值含碳量，tC/GJ；

OFi——第i種化石燃料的碳氧化率，%。

2.2.2 數(shù)據(jù)獲取和計(jì)算結(jié)果

某電解鋁企業(yè)2017年度所使用的天然氣、汽油和柴油等化石燃料的消耗量可根據(jù)企業(yè)能源消費(fèi)臺(tái)帳、統(tǒng)計(jì)表或者財(cái)務(wù)等數(shù)據(jù)確定，化石燃料消耗量的測(cè)量?jī)x器必須符合管理通則[8]的相關(guān)規(guī)定，具備條件的企業(yè)也可按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[9-11]實(shí)測(cè)天然氣、柴油和汽油的低位發(fā)熱值。本文中某電解鋁企業(yè)暫不具備條件，因此化石燃料的低位發(fā)熱值、單位熱值含碳量和碳氧化率均選用核算指南[6]中給出的推薦值。根據(jù)上述公式計(jì)算得到的企業(yè)2017年年度內(nèi)化石燃料燃燒的碳排放結(jié)果見表2。

表2 某電解鋁企業(yè)化石燃料燃燒的碳排放計(jì)算結(jié)果

2.3 能源作為原材料用途的碳排放

2.3.1 計(jì)算公式

鋁電解生產(chǎn)過程中，炭陽極作為原材料消耗而不是燃燒，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生二氧化碳，炭陽極消耗產(chǎn)生的二氧化碳排放量按式(4)計(jì)算：

E原材料=EF炭陽極×P

(4)

式中：E原材料——核算年度內(nèi)炭陽極消耗導(dǎo)致的二氧化碳排放量，tCO2；

EF炭陽極——炭陽極消耗二氧化碳的排放因子， tCO2/t-Al；

P——活動(dòng)水平，即核算年度內(nèi)的原鋁產(chǎn)量，t。

其中，EF炭陽極按式(5)計(jì)算：

EF炭陽極=NC炭陽極×(1-S炭陽極-A炭陽極)×44/12

(5)

式中：NC炭陽極——核算年度內(nèi)的噸鋁碳陽極凈耗，tC/t-Al；

S炭陽極、A炭陽極——核算年度內(nèi)的碳陽極平均硫含量和灰分含量，%。

2.3.2 數(shù)據(jù)獲取和計(jì)算結(jié)果

某電解鋁企業(yè)年度原鋁產(chǎn)量根據(jù)企業(yè)生產(chǎn)報(bào)表統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)確定，計(jì)量器具的檢定或校準(zhǔn)必須符合國家要求。對(duì)于噸鋁陽極凈耗，具備條件的企業(yè)可以按月稱重檢測(cè)，然后取年度平均值；不具備條件的企業(yè)可采用中國有色金屬工業(yè)協(xié)會(huì)的推薦值0.42。對(duì)于硫含量和灰分含量，具備條件的企業(yè)可以按照鋁用炭素材料檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)[12]對(duì)每批次的炭陽極進(jìn)行抽樣檢測(cè)硫分和灰分，然后取年度平均值；不具備條件的企業(yè)可采用中國有色金屬工業(yè)協(xié)會(huì)的推薦值2%和0.4%。由于企業(yè)不具備條件，因此噸鋁陽極凈耗量、碳陽極平均硫含量和灰分含量均采用推薦值。計(jì)算得到的企業(yè)2017年年度內(nèi)能源作為原材料用途的碳排放結(jié)果見表3。

表3 能源作為原材料用途的碳排放計(jì)算結(jié)果

2.4 工業(yè)生產(chǎn)過程中的碳排放

當(dāng)電解槽發(fā)生陽極效應(yīng)時(shí)，會(huì)釋放CF4和C2F6兩種強(qiáng)溫室氣體(全氟化碳PFCs)，因此在核算企業(yè)碳排放的時(shí)候還需核算電解槽發(fā)生陽極效應(yīng)時(shí)產(chǎn)生的四氟化碳和六氟化二碳，然后根據(jù)兩種氣體的溫室效應(yīng)系數(shù)折算為二氧化碳當(dāng)量。

2.4.1 計(jì)算公式

電解槽陽極效應(yīng)過程導(dǎo)致的碳排放量根據(jù)式(6)進(jìn)行計(jì)算：

EPFCs=(6500×EFCF4+9200×EFC2F6)×P/1 000

(6)

式中：EPFCs——核算年度內(nèi)陽極效應(yīng)過程導(dǎo)致的全氟化碳的排放量，tCO2；

6500、9200 ——CF4和C2F6的溫室效應(yīng)折算值；

EFCF4、EFC2F6——陽極效應(yīng)過程的CF4和C2F6碳排放因子，kg/t-Al；

P——陽極效應(yīng)活動(dòng)水平，即核算年度內(nèi)的原鋁產(chǎn)量，t。

2.4.2 數(shù)據(jù)獲取和計(jì)算結(jié)果

陽極效應(yīng)過程中的CF2和C2F6排放因子與電解槽的工藝技術(shù)條件、控制和管理等密切相關(guān)。根據(jù)我國電解鋁行業(yè)的生產(chǎn)現(xiàn)狀，中國有色金屬工業(yè)協(xié)會(huì)推薦的CF4和C2F6排放因子分別為 0.034 kg CF4/t-Al和 0.0034 kgC2F6/t-Al；具備條件的企業(yè)也可根據(jù)國際上通用的斜率法經(jīng)驗(yàn)公式，測(cè)算陽極效應(yīng)過程中CF4和C2F6排放因子。由于某電解鋁企業(yè)電解槽控制系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)不完善，因此陽極效應(yīng)過程中CF4和C2F6排放因子選用推薦值，計(jì)算得到的企業(yè)2017年年度內(nèi)生產(chǎn)過程的碳排放結(jié)果見表4。

表4 某電解鋁企業(yè)生產(chǎn)過程的碳排放計(jì)算結(jié)果

2.5 凈購的電力產(chǎn)生的碳排放

某電解鋁企業(yè)凈購入電力消費(fèi)對(duì)應(yīng)生產(chǎn)過程產(chǎn)生的二氧化碳排放量根據(jù)式(7)進(jìn)行計(jì)算：

E電=AD電力×EF電力

(7)

式中：E電——凈購入電力消費(fèi)對(duì)應(yīng)生產(chǎn)過程的二氧化碳排放量，tCO2；

AD電力——核算年度內(nèi)的凈外購電量，MWh；

EF電力——電力消費(fèi)的排放因子，tCO2/MWh；

某電解鋁企業(yè)外購電量以企業(yè)的電表記錄數(shù)據(jù)為準(zhǔn)，也可根據(jù)供電部門提供的電費(fèi)發(fā)票或電力結(jié)算單等結(jié)算憑證，數(shù)據(jù)為1 444 822.35 MWh。企業(yè)在西北地區(qū)，因此電力的排放因子采用最新的西北區(qū)域的電網(wǎng)排放因子0.667 1 tCO2/MWh。則計(jì)算得到的企業(yè)2017年年度內(nèi)凈購入電力對(duì)應(yīng)生產(chǎn)過程的碳排放結(jié)果為963 840.99 tCO2。

2.6 全廠碳排放總量

電解鋁企業(yè)的碳排放總量是企業(yè)邊界內(nèi)所有的化石燃料燃燒的碳排放量、能源作為原材料用途的碳排放量、工業(yè)生產(chǎn)過程中的碳排放量、企業(yè)凈購入的電力和熱力導(dǎo)致的碳排放量的總和[13]。因此某電解鋁企業(yè)的碳排放總量E=E燃燒+E原材料+EPFCs+E電=1 138 879.63 tCO2。而企業(yè)的原鋁產(chǎn)量為96 321.49 t，則噸鋁產(chǎn)生的二氧化碳排放為11.82 t；若扣除碳素廠使用的天然氣導(dǎo)致的二氧化碳排放(4 810.60 t)，則噸鋁產(chǎn)生的二氧化碳為11.77 t。

3 結(jié)束語

國家對(duì)能源和環(huán)境日益重視，加大了環(huán)保的監(jiān)管力度。為了應(yīng)對(duì)氣候變化，國家要求電解鋁行業(yè)要重點(diǎn)推廣低碳工藝技術(shù)，控制電解鋁工業(yè)的碳排放。電解鋁行業(yè)的生存條件越來越嚴(yán)苛，為了生存和發(fā)展，電解鋁企業(yè)必須降低用電成本，同時(shí)還應(yīng)加強(qiáng)節(jié)能降碳技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用。電解鋁行業(yè)的碳交易即將來臨，電解鋁企業(yè)應(yīng)積極學(xué)習(xí)碳交易的相關(guān)知識(shí)，及時(shí)跟蹤國內(nèi)碳市場(chǎng)的最新動(dòng)態(tài)，提高企業(yè)的碳資產(chǎn)管理能力，同時(shí)企業(yè)還應(yīng)根據(jù)自身情況和國家相關(guān)規(guī)定，配置監(jiān)測(cè)設(shè)備，提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度與可靠性，積極、持續(xù)地推進(jìn)企業(yè)的節(jié)能降碳工作。