燃煤電廠碳排放核算與在線監(jiān)測對比研究

劉健

關(guān)鍵詞：燃煤電廠；碳排放；碳核算；監(jiān)測

1引言

2021年10月～12月，生態(tài)環(huán)境部組織對400多家火電企業(yè)開展碳排放報(bào)告質(zhì)量專項(xiàng)監(jiān)督幫扶，工作過程中發(fā)現(xiàn)碳排放數(shù)據(jù)失真、失信問題突出，主要體現(xiàn)在碳排放煤炭計(jì)量及檢測等關(guān)鍵數(shù)據(jù)造假，違規(guī)修改參數(shù)和數(shù)據(jù)、質(zhì)量控制不規(guī)范、數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性差，碳盤查和核算機(jī)構(gòu)未能履行相應(yīng)職責(zé)等。2022年4月8日，國家碳達(dá)峰碳中和工作領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室通報(bào)了典型、突出涉嫌數(shù)據(jù)造假的問題，強(qiáng)調(diào)數(shù)據(jù)質(zhì)量是碳市場的生命線，要嚴(yán)厲打擊數(shù)據(jù)造假行為，維護(hù)碳市場公平公正[1-2]。

為了進(jìn)一步落實(shí)國家“雙碳”政策，提升碳排放數(shù)據(jù)管理質(zhì)量，生態(tài)環(huán)境部印發(fā)《關(guān)于做好2022年企業(yè)溫室氣體排放報(bào)告管理相關(guān)重點(diǎn)工作的通知》，強(qiáng)調(diào)要“組織開展重點(diǎn)排放單位碳排放數(shù)據(jù)質(zhì)量管理相關(guān)能力建設(shè)，推動(dòng)加快健全完善企業(yè)內(nèi)部碳排放管理制度，提升碳排放數(shù)據(jù)質(zhì)量水平。鼓勵(lì)有條件的地方探索開展多源數(shù)據(jù)比對，識別異常數(shù)據(jù)，增強(qiáng)監(jiān)管針對性”“鼓勵(lì)地方組織有條件的發(fā)電行業(yè)重點(diǎn)排放單位探索開展自動(dòng)化存證，加強(qiáng)樣品自動(dòng)采集與分析技術(shù)應(yīng)用，采取創(chuàng)新技術(shù)手段，加強(qiáng)原始數(shù)據(jù)防篡改管理”等，因此開展燃煤電廠碳排放核算與在線監(jiān)測對比研究，與當(dāng)前碳排放管理中行業(yè)需要和企業(yè)需求高度契合[3]。

2碳核算及監(jiān)測技術(shù)現(xiàn)狀

目前，二氧化碳排放量化的方法有核算法和監(jiān)測法，從國外方面來看，兩種方法均有一定的應(yīng)用范圍和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。美國發(fā)電企業(yè)碳排放計(jì)量方法主要參照《聯(lián)邦法律匯編第40卷第98部分一強(qiáng)制性溫室氣體報(bào)告》，根據(jù)數(shù)據(jù)的來源和形式規(guī)定了廣義固定源化石燃料燃燒碳排放的4種層級和相應(yīng)計(jì)算方法供企業(yè)選用，涵蓋排放因子法、質(zhì)量平衡法和連續(xù)監(jiān)測法，且要求受酸雨計(jì)劃約束的燃煤和采用其他固體燃料的發(fā)電機(jī)組（裝機(jī)超過25MW））必須采用連續(xù)監(jiān)測法。

歐盟碳排放計(jì)量方法的核心執(zhí)行文件是2012年發(fā)布的碳監(jiān)測報(bào)告指導(dǎo)文件《監(jiān)測及報(bào)告條例》（MMR）和《認(rèn)證及審核條例》（AVR）[4]。文件規(guī)定了3種不同碳排放計(jì)量方法（標(biāo)準(zhǔn)方法，即排放因子法；質(zhì)量平衡法；連續(xù)監(jiān)測法）和3種不同的分類方式。企業(yè)要根據(jù)企業(yè)的實(shí)際情況和MRR的要求，選擇對應(yīng)的碳排放量的核算方法。在實(shí)際電廠運(yùn)行中，歐盟應(yīng)用的最多的核算方法是排放因子法中的燃燒排放法，其次是連續(xù)監(jiān)測法，而質(zhì)量平衡法和排放因子法中的過程排放法在電廠中應(yīng)用較少。

當(dāng)前，我國火電行業(yè)碳排放計(jì)量所執(zhí)行的最新官方文件為《企業(yè)溫室氣體排放核算方法與報(bào)告指南發(fā)電設(shè)施（2022修訂版）》。

為了進(jìn)一步加強(qiáng)碳排放數(shù)據(jù)質(zhì)量管理，生態(tài)環(huán)境部在2020年探索C02排放連續(xù)監(jiān)測試點(diǎn)。連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)（CEMS）主要包括氣體取樣和條件控制系統(tǒng)、氣體監(jiān)測和分析系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)等。由于使用CEMS對火電廠C02排放量進(jìn)行監(jiān)測，直接測量煙氣流速、C02濃度和濕度等參數(shù)即可得到排放量，能夠?qū)崟r(shí)、自動(dòng)地監(jiān)測固定排放源溫室氣體排放量，無需對多種燃料類型的排放量進(jìn)行區(qū)分和單獨(dú)核算，具有數(shù)據(jù)顯示更加直觀、操作更加簡便的特點(diǎn)[6]。

3核算及監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用成本對比分析

為了能夠開展CO2連續(xù)在線監(jiān)測并滿足碳排放數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的要求。以遼寧某電廠碳監(jiān)測應(yīng)用為例，其充分利用現(xiàn)有CEMS系統(tǒng)，安裝CO2濃度分析儀，保障現(xiàn)有煙氣流速監(jiān)測的準(zhǔn)確性在滿足要求的前提下，開展日常監(jiān)測運(yùn)行維護(hù)并進(jìn)行成本對比測算分析。

3.1項(xiàng)目初期投資

3.1.1本體部分

根據(jù)本項(xiàng)目現(xiàn)有配置CEMS設(shè)備以及CEMS小間的實(shí)際情況分析，氣態(tài)污染物CEMS機(jī)柜沒有預(yù)留空間，且現(xiàn)有CEMS小間空間能夠滿足新增1臺機(jī)柜位置。本項(xiàng)目在現(xiàn)有的CEMS小間內(nèi)單獨(dú)配置1套CO2濃度分析機(jī)柜，并配置單獨(dú)的取樣系統(tǒng)和預(yù)處理系統(tǒng)。涉及的CO2濃度分析儀及其配套機(jī)柜、輔助系統(tǒng)（包括取樣、預(yù)處理等）設(shè)備購置、安裝等費(fèi)用共計(jì)約為45萬元[7]。

3.1.2煙氣流量計(jì)部分

本項(xiàng)目原煙氣流量計(jì)為單點(diǎn)皮托管形式，煙道條件不滿足“前四后二”直管段長度要求，本次改造在煙道上重新配置1套多點(diǎn)皮托管煙氣流量計(jì)，設(shè)備購置費(fèi)用約為15萬元，設(shè)備安裝調(diào)試費(fèi)用約為15萬元。

3.1.3日常運(yùn)維費(fèi)用

本項(xiàng)目CEMS運(yùn)行維護(hù)委托第三方服務(wù)，正常1年運(yùn)行維護(hù)成本約為5萬元，每季度比對校驗(yàn)成本約為2萬元，合計(jì)年運(yùn)行維護(hù)成本約為13萬元[8]。

3.2成本對比

目前，核算法在火電廠應(yīng)用過程中，企業(yè)需根據(jù)國家對排放數(shù)據(jù)監(jiān)測要求，具體開展排放因子實(shí)測工作（主要針對燃煤單位熱值含碳量及碳氧化率實(shí)測），并按照工作要求規(guī)范化進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)測、報(bào)告，配合第三方核查以及由此帶來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實(shí)測成本。采用核算法和監(jiān)測法的運(yùn)行成本對比如表1所列。

采用監(jiān)測法因每個(gè)廠利舊情況不一致，通常增設(shè)1套獨(dú)立的C02分析系統(tǒng)，較核算法初投資相當(dāng)，若再考慮更換煙氣流量計(jì)，則初投資成本將大大高于核算法，年運(yùn)行成本核算法略低于監(jiān)測法[9]。

4碳排放結(jié)果對比

本項(xiàng)目“監(jiān)測法”碳排放量通過新配置的C02濃度分析儀和煙氣流量計(jì)連續(xù)監(jiān)測的C02濃度與煙氣流量值以月度為計(jì)量周期，進(jìn)行計(jì)算統(tǒng)計(jì)得到連續(xù)監(jiān)測法的CO2排放量。

“核算法”碳排放量是采用月度單位熱值含碳量和碳氧化率實(shí)測數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)得到的核算法C02排放量[10]。

根據(jù)半年時(shí)間段內(nèi)的統(tǒng)計(jì)，采用“監(jiān)測法”碳排放量各月度均低于“核算法”碳排放量，二者的偏差范圍在7.9%～19.40%，半年度累計(jì)偏差達(dá)到14.7%。核算法與監(jiān)測法統(tǒng)計(jì)值對比如圖1所示。

通過參比方法測得數(shù)據(jù)對流速CMS進(jìn)行校準(zhǔn)，校準(zhǔn)后監(jiān)測法碳排放量整體上仍然低于核算法碳排放量，偏差范圍在-2.2%～8.9%，累計(jì)偏差為3.7%，經(jīng)過流速CMS校準(zhǔn)后，6個(gè)月的核算法與監(jiān)測法碳排放量偏差在可控范圍內(nèi)[11]。

經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析機(jī)組負(fù)荷性相關(guān)性數(shù)據(jù)后發(fā)現(xiàn)，連續(xù)監(jiān)測法碳排放速率與機(jī)組負(fù)荷保持較強(qiáng)的一致性，不同負(fù)荷下在線監(jiān)測數(shù)據(jù)結(jié)果較為穩(wěn)定。

5結(jié)束語

根據(jù)本項(xiàng)目的對比研究分析，C02在線連續(xù)監(jiān)測技術(shù)作為一種可實(shí)時(shí)監(jiān)控碳排放量的技術(shù)，在數(shù)據(jù)質(zhì)量保證、監(jiān)管時(shí)效及數(shù)據(jù)應(yīng)用方面有其價(jià)值優(yōu)勢。通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)性對比分析，采用連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)，在一定程度上會(huì)增加火電企業(yè)的建設(shè)和運(yùn)行維護(hù)成本，但其監(jiān)測過程不受機(jī)組燃料摻配等導(dǎo)致的燃煤復(fù)雜性影響，很大程度上減少了人為影響，并盡可能與現(xiàn)有火電企業(yè)固定污染物CEMS系統(tǒng)相結(jié)合，確保系統(tǒng)運(yùn)行的有效性和可靠性，能夠切實(shí)保證碳排放量數(shù)據(jù)的質(zhì)量。