燃煤電廠關(guān)鍵排放因子對碳排放量影響研究

王小龍，王 強(qiáng)，王小峰，郭 振，劉亦芳，張 銘，王 靜

(1.華電電力科學(xué)研究院有限公司,浙江 杭州 310000；2.凱迪陽光生物能源投資有限公司,湖北 武漢 430223；3.中鐵城建集團(tuán)北京工程有限公司，北京 100024)

國內(nèi)外學(xué)者達(dá)成共識，當(dāng)人類活動等造成過多溫室氣體排放而達(dá)到一定濃度時，地球平均溫度將會在溫室效應(yīng)的作用下提高，同時其他極端天氣與氣候事件的發(fā)生概率也將受到影響[1]。全球積極行動應(yīng)對氣候變化，我國在應(yīng)對全球氣候變化中凸顯大國擔(dān)當(dāng)，在控制碳排放方面起引領(lǐng)作用。

面對國外碳市場較為成熟[2]的壓力，我國在迎頭趕上，2017年12月19日，國家發(fā)展改革委就落實(shí)《全國碳排放權(quán)交易市場建設(shè)方案(發(fā)電行業(yè))》的部署工作召開了電視電話會議，標(biāo)志著中國碳市場建設(shè)全面啟動。2018年已圓滿完成了中國碳市場的基礎(chǔ)建設(shè)工作，今年的模擬運(yùn)行工作也在高效有序推進(jìn)，國內(nèi)碳市場的正式運(yùn)行交易即將啟動。

火電企業(yè)作為國內(nèi)碳排控制的排頭兵，碳市場正式交易的啟動將對其碳排放量計量的準(zhǔn)確度和公正性提出更高要求，雖然國家相關(guān)部委和行業(yè)協(xié)會已聯(lián)手推進(jìn)煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)(CEMS)在電力行業(yè)碳排放監(jiān)測領(lǐng)域應(yīng)用研究等相關(guān)研究工作，但是國內(nèi)電力行業(yè)仍然以《中國發(fā)電企業(yè)溫室氣體排放核算方法與報告指南(試行)》為依據(jù)，開展企業(yè)的MRV工作，對影響根據(jù)《中國電力行業(yè)溫室氣體排放核算方法與報告指南(試行)》核算企業(yè)碳排量因子的研究有助于企業(yè)的MRV工作順利推進(jìn)，同時也對國家碳市場穩(wěn)健運(yùn)行將會起到支撐作用。

1 影響因子分析

火力發(fā)電企業(yè)一般都是根據(jù)《中國發(fā)電企業(yè)溫室氣體排放核算方法與報告指南(試行)》對本企業(yè)月度、季度和年度二氧化碳排放量進(jìn)行核算。為了能對影響企業(yè)二氧化碳排放量的因子進(jìn)行較為全面的分析，下面對具體的核算過程進(jìn)行完整的描述。

1.1 燃煤機(jī)組二氧化碳排放量核算

燃煤機(jī)組二氧化碳排放量與燃煤單位熱值含碳量、碳氧化率、燃煤低位熱值、燃煤消耗量和轉(zhuǎn)化因子等因素有關(guān)，具體計算公式如下

式中：

CC煤—燃煤單位熱值含碳量(tC/TJ)，分為實(shí)測值和缺省值兩種情況；

OF煤—碳氧化率(%)，有缺省值和計算值兩種情況，計算公式是公式(2)；

FC煤—燃煤的消耗量(t)；

NCV煤—燃煤的平均低位發(fā)熱值(kJ/kg)。

1.2 燃煤機(jī)組碳氧化率計算

燃煤機(jī)組的碳氧化率是影響燃煤機(jī)組二氧化碳排放量的因素之一，受燃煤機(jī)組的渣量、渣的含碳量、灰量、灰的含碳量、除塵效率、燃煤低位熱值、燃煤量和單位熱值含碳量等8個參數(shù)的影響，是影響燃煤機(jī)組二氧化碳排放量因素中受約參數(shù)最多的一個量。燃煤機(jī)組碳氧化率的計算如下：

式中：

G渣—爐渣產(chǎn)量(t)，有實(shí)測值和計算值兩種情況，計算公式是公式(3)；

C渣—爐渣的平均含碳量(%)；

G灰—飛灰產(chǎn)量(t)，有實(shí)測值和計算值兩種情況，計算公式是公式(3)；

C灰—飛灰的平均含碳量(%)；

η除塵—除塵系統(tǒng)平均除塵效率(%)，有缺省值和設(shè)計值兩種情況；

CC煤—燃煤單位熱值含碳量(tC/TJ)，有實(shí)測值和缺省值兩種情況；

FC煤—燃煤的消耗量(t)；

NCV煤—燃煤的平均低位發(fā)熱值(kJ/kg)。

1.3 燃煤機(jī)組灰渣量計算

按《中國發(fā)電企業(yè)溫室氣體排放核算方法與報告指南(試行)》的要求，如果燃煤火電企業(yè)對機(jī)組產(chǎn)生的灰渣量不進(jìn)行實(shí)測，需計算灰渣量。計算機(jī)組灰渣量需要燃煤的灰分、低位熱值和鍋爐的固體不完全燃燒損失q43個參數(shù)，具體計算方式如下：

(4)

G渣=G灰渣量×φ

(5)

G灰=G灰渣量×(1-φ)

(6)

式中：

G灰渣量-計算所得的爐渣總產(chǎn)量(t)；

φ-渣所占灰渣總量的百分比，有缺省值和設(shè)計值兩種情況；

G渣—爐渣產(chǎn)量(t)；

G灰—飛灰產(chǎn)量(t)；

FC煤—燃煤的消耗量(t)；

NCV煤—燃煤的平均低位發(fā)熱值(kJ/kg)；

q4-固體不完全損失，有缺省值和設(shè)計值兩種情況。

1.4 不同的計算組合

按國家對發(fā)電企業(yè)溫室氣體排放核算方法的要求，一個數(shù)據(jù)完善的燃煤火電企業(yè)，其二氧化碳排放量有22種不同的計算結(jié)果。這22種不同的計算結(jié)果是由于相關(guān)參數(shù)之間的組合不同造成的，表1展示22不同的參數(shù)組合方式[3]。

表1 不同參數(shù)的組合方式

注："×"表示改參數(shù)在該組合中不使用，"√"表示改參數(shù)在該組合中使用了。

2 影響因子計算

根據(jù)上文的分析，選擇A電廠4號機(jī)組4月份和B電廠2號機(jī)組9月份的運(yùn)行數(shù)據(jù)對每種組合下企業(yè)二氧化的排放量進(jìn)行計算，通過計算結(jié)果分析對企業(yè)二氧化的排放量影響最大的因子。

2.1 A電廠的試算結(jié)果分析

A電廠的4號機(jī)組是一臺高壓、容量50 MW的熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組，以其2018年4月份的燃料數(shù)據(jù)、排放數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，按上文的計算規(guī)則對各種組合下的排放量進(jìn)行計算，計算結(jié)果如附表2所示。在所有符合條件的計算組合中，二氧化碳排放量的最大計算結(jié)果是110227.48 t、最小計算結(jié)果是是：107147.18 t，相對于最小計算結(jié)果的差值為3.2%。因單位熱值含碳量的選取不同(在討論某個因子的變化時，其他參數(shù)是保持不變的，下同。)，導(dǎo)致二氧化碳核算量的波動在1.41%～1.43%之間；因灰渣分配比例的不同，導(dǎo)致二氧化碳核算量的波動在0.02%左右；因q4不同，導(dǎo)致二氧化碳核算量的波動在0.00003%左右;因除塵效率不同，導(dǎo)致二氧化碳核算量的波動在0.0006%左右。

從上文分析知，對A電廠4號機(jī)組二氧化碳核算量影響最大的因子是單位熱值含碳量，其次是灰渣分配比例，q4和除塵效率的影響幾乎可以忽略。

2.2 B電廠的試算結(jié)果分析

B電廠的2號機(jī)組是一臺超超臨界、容量660 MW的熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組，以其2018年9月份的燃料數(shù)據(jù)、排放數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，按上文的計算規(guī)則對各種組合下的排放量進(jìn)行了計算，計算結(jié)果如附表3所示。在所有符合條件的計算組合中，二氧化碳排放量的最大計算結(jié)果是171136.65 t、最小計算結(jié)果是是：153583.29 t，相對于最小計算結(jié)果的差值為11.4%。因單位熱值含碳量的選取不同，導(dǎo)致二氧化碳核算量的波動在8.99%～9.04%之間；因灰渣分配比例的不同，導(dǎo)致二氧化碳核算量的波動在0.06%左右；因q4不同，導(dǎo)致二氧化碳核算量的波動在0.00001%左右;因除塵效率不同，導(dǎo)致二氧化碳核算量的波動在0.002%左右。

B電廠2號機(jī)組的分析結(jié)果和A電廠4號機(jī)組基本一致，也是單位熱值含碳量對二氧化碳核結(jié)果影響最大，其次是灰渣分配比例。不同的是q4除塵效率的影響和灰渣分配比例的影響處在同一個量級。

2.3 分析結(jié)果小結(jié)

從上文對A電廠4號機(jī)組和B電廠2號機(jī)組的計算結(jié)果分析看，對燃煤火電企業(yè)二氧化碳核算量影響最大的因子是單位熱值含碳量，特別是B電廠2號機(jī)組，單位熱值含碳量的影響幾乎達(dá)到了10%；機(jī)械不完全燃燒損失q4的影響在千萬分之一的量級，可以忽略不計；除塵效率的影響也處在十萬分之一的量級，也可以忽略不計；灰渣分配比例的影響其實(shí)質(zhì)是碳氧化率的影響，相對較大，在萬分之一量級。

4 小結(jié)與建議

綜上所述，對燃煤火電企業(yè)二氧化碳排放量核算影響最大的因子是單位熱值含碳量，其次是碳氧化率，影響最小的是鍋爐固體未完全燃燒損失q4和除塵器效率。對于同一燃用相同煤種機(jī)組，由于企業(yè)在核算排放量是所選參數(shù)組合的不同，排放量的核算結(jié)果會出有較大差異。國內(nèi)百萬機(jī)組的年度碳排放量約在400萬t左右，有文章指出碳市場能接受的碳價區(qū)間幅度是56～280元/tCO2[4]，一旦全國范圍內(nèi)的碳交易正式開始，對百萬機(jī)組造成的經(jīng)濟(jì)波動在2000萬～8000萬之間(按核算結(jié)果有10%的差異計算),這對碳市場的健康發(fā)展非常不利。

我國已成為全球 CO2排放總量最多的國家[5]，利用碳交易機(jī)制控制排放量已成必然[6]。企業(yè)對碳排放量的精準(zhǔn)的核算是碳交易的基礎(chǔ)，歐美碳市場利用CEMS系統(tǒng)核算企業(yè)碳排量已經(jīng)成熟[7-8]。我國僅要求對污染物采用CEMS監(jiān)測，并未涉及二氧化碳[9-10]，對企業(yè)二氧化碳的核算暫時還只能依靠《中國發(fā)電企業(yè)溫室氣體排放核算方法與報告指南(試行)》提供的方法進(jìn)行[11]。由本文分析可知, 《中國發(fā)電企業(yè)溫室氣體排放核算方法與報告指南(試行)》提供的核算方法可操空間很大，很容易使碳市場失去公平、公正性，基于上述現(xiàn)實(shí)情況，提出如下建議：

一是完善《中國發(fā)電企業(yè)溫室氣體排放核算方法與報告指南(試行)》中相關(guān)規(guī)定與算法,把企業(yè)的可操作空間壓縮至最小，使遵照《中國發(fā)電企業(yè)溫室氣體排放核算方法與報告指南(試行)》核算二氧化碳排放量的企業(yè)能處在同一基準(zhǔn)線上。

二是提高對單位熱值碳含量檢測精度，并形成對單位熱值碳含量檢測精度的監(jiān)管機(jī)制，把燃煤火電企業(yè)單位熱值碳含量的檢測規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化，使這個對企業(yè)碳排放量影響最大的因子處在可控狀態(tài)下。

三是加快在火電企業(yè)推廣應(yīng)用二氧化碳CEMS的步伐，歐美碳市場的運(yùn)行經(jīng)驗表明使用二氧化碳CEMS開展企業(yè)碳排放MRV工作是完全可行的。在國內(nèi)碳市場形成采用二氧化碳CEMS進(jìn)行企業(yè)碳排放MRV工作和依據(jù)《中國發(fā)電企業(yè)溫室氣體排放核算方法與報告指南(試行)》進(jìn)行企業(yè)碳排放MRV工作并行的情景，相互參照，共同促進(jìn)我國碳市場的穩(wěn)健發(fā)展。