中外火電企業碳排放統計方法與質量控制現狀分析

陳公達，鄒祥波，盧銳，陳建軍，馬雙忱

（1.廣東能源集團科學技術研究院有限公司，廣東 廣州 510630；2.華北電力大學環境科學與工程系，河北 保定 071003；3.清華大學環境學院，北京 100084）

為了控制日益增長的溫室氣體排放，中國提出“二氧化碳排放力爭于2030 年前達到峰值，努力爭取2060 年前實現碳中和”[1]。在我國眾多排放源中，電力行業CO2排放約占全國CO2排放總量的50%，而煤電CO2排放約占電力行業CO2總排放的80%（遠高于世界平均值40%）[2]?？梢?，火電尤其是煤電機組接下來將會成為碳排放重點監管對象，而碳排放量的統計是其中的關鍵一環[3]。

在碳排放量統計領域，主要方法有質量平衡法、排放因子法和連續監測法。其中質量平衡法由于誤差較大，在火電企業漸漸不再使用[4]。相比于歐美地區，我國在碳排放量統計領域起步較晚，數據積累不足，早期國內試點碳排放量統計過程中所使用的各種缺省都是參考國外，由于部分數據不符合我國實情，最終核算數據存在著較大的誤差[5]。2015 年，我國正式發布實施了《溫室氣體排放核算與報告要求第1 部分：發電企業》（GB/T 32151.1—2015），火電企業開始依托排放因子法完成碳排放核查報告[6]。但近2 年依靠人工報表開展的碳排放量統計過程出現數據造假問題，暴露出我國碳排放量統計相關標準存在數據質量控制方面的不足，由此國外現行的連續監測法和相關質量控制標準逐漸受到了業內重視[7-9]。

本文以煤電和氣電企業為背景，簡要梳理了國內外火電企業現行碳排放量統計方法，并結合制度條文、標準對國內外碳排放量統計方法和數據質量要求的主要差異進行比較分析，最后總結并展望了我國未來碳排放量統計的發展趨勢。

1 國內火電企業碳排放量統計現狀

1.1 排放因子法

我國的碳排放量統計方法主體源于聯合國政府間氣候變化專門委員會（intergovernmental panel on climate change，IPCC）推薦的排放因子法。經過多年的探索和修訂，當前我國火電行業碳排放量統計所執行的最新官方文件為《企業溫室氣體排放核算方法與報告指南 發電設施（2022 修訂版）》（以下簡稱《指南》）[5,10]?！吨改稀分?，碳排放量主要由化石燃料燃燒排放和外購電力折算排放2 部分組成。相較于較早的指南，刪除了脫硫環節的碳排放計算。其中化石燃料燃燒排放由火電企業依托排放因子法計算得出?；剂先紵欧磐ㄓ糜嬎憧蓞⒖肌吨改稀诽峁┑挠嬎愎剑?/p>

式中：Ecombustion為核查期間發電行業化石燃料燃燒產生的CO2排放量，t；i為化石燃料類型代號；FCi為監測期第i種化石燃料的凈消耗量，即一次能源消費量，根據企業實測的能源消費臺帳或統計報表來確定，t 或104m3；Car,i為第i種化石燃料的收到基元素含碳量，以煤量為權重進行加權累計計算得到，t/t 或t/(104m3)；OFi為第i種化石燃料的碳氧化率，《指南》規定燃煤和天然氣電廠氧化率取值為99%；44/12 為CO2與碳的相對分子質量之比。使用缺省值時，Car,i依托化石燃料的平均低位發熱量和單位熱值含碳量得出；使用元素實測時，Car,i依托收到基、干燥基和空氣干燥基的元素含碳量與水分數據得出。

若將式(1)中Car,i×OFi×44/12 替換為指定燃料的排放因子，則成為排放因子法（歐盟稱為標準方法）。不過其中碳氧化率的獲取并未實現實測。這和企業某些工藝設計有關，比如爐底采樣濕式撈渣工藝時很多碳顆粒會浮出水面，使得難以直接準確測定爐渣中的殘余碳。

1.2 連續監測法

連續監測法在歐美地區已受法律認可，而在國內仍然處于試點探索階段。關于連續監測法的企業應用技術規范與計算要求則可參考國內2022 年3 月實施的《火電廠煙氣二氧化碳排放連續監測技術規范》（DL/T 2376—2021）。該標準在實施應用層面的描述內容大量參考了煙氣排放連續監測系統（continuous emission monitoring system，CEMS）相關的標準HJ 75—2017 和HJ 76—2017[11-13]。其中，CO2小時排放計算式為：

式中：GH為煙氣CO2排放質量流率，t/h；CD為標準狀態下CO2干基質量濃度，g/m3；Qsn為標準狀態干煙氣體積流量，m3/h，可由濕煙氣流量、煙氣溫度、大氣壓力、煙氣靜壓、測點斷面面積計算得出。通過對GH積分累積即可得到日數據、月數據和年數據。

此外，由于國內外CO2連續監測設備廠家多、技術流派多，所以作為連續監測設備的適用性選型參考，《一氧化碳含量、二氧化碳含量和氧氣含量在線自動測量系統性能特征的確定》（GB/T 40789—2021）（對標ISO 12039—2019）于2022 年5 月在國內實施，其中描述了測定CO2所適用的技術和性能要求[14]。同期，2021 年9 月，國家生態環保部印發《碳監測評估試點工作方案》，部分地區和行業逐步開始碳排放連續監測法的試點工作。但目前為止（2022 年4 月），連續監測數據仍未納入可履約的碳排放量數據統計范疇[15]。

2 歐美火電企業碳排放量統計現狀

國際通行碳排放量統計與碳足跡評價的主要通用文件為ISO 14064 體系標準和ISO 14067 體系標準[16-17]。在此基礎上，歐美各自根據自身情況進而完善提出了更多的細分規定與標準，逐步由依靠缺省值計算向依靠連續監測統計升級。

2.1 美國碳排放量統計現狀

目前美國發電企業碳排放量統計方法主要參照《聯邦法律匯編第40 卷第98 部分-強制性溫室氣體報告》（40 CFR part 98 subpart C,D）和《聯邦法律匯編第40 卷第75 部分-連續排放監測》（40 CFR part 75）。其中part 98 根據數據的來源和形式規定了廣義固定源化石燃料燃燒碳排放的4 種層級和相應計算方法供企業選用，涵蓋了排放因子法、質量平衡法和連續監測法[18-19]。part 75 則規定了CEMS 的安裝、驗收、運維等技術要求，且規定符合驗收要求的CEMS 所采集數據具有法律效力，可作為環保報送數據被美國環保署（EPA）采用。在實施過程中，主要將火電機組分為2 類：

一類 用于所有參與酸雨計劃的發電機組及溫室氣體減排區城內（regional greenhouse gas initiative，RGGI）發電量超過25 MW 的火電機組；

二類 用于具有北美工業分類系統（North American industry classification system，NAICS）特定代碼和州內要求監測的火電機組。

其中，受酸雨計劃約束的燃煤機組和采用其他固體燃料的發電機組（裝機超過25 MW）必須采用連續監測法。到2015 年為止，美國電力行業執行40 CFR part 75 標準進行碳排放監測統計的碳排放量占總量的95%以上，且絕大部分已安裝CEMS 進行碳排放監測[20]。

2.2 歐盟碳排放量統計現狀

為了適應碳排放權交易，歐盟在碳排放監測與數據質量控制上也已建立了相對完善的制度與標準。目前歐盟碳排放量統計方法的核心執行文件是2012 年發布的碳監測報告指導文件《監測及報告條例》（monitoring and reporting regulation,MRR）和《認證及審核條例》（accreditation and verification regulation,AVR）。至今針對這2 份文件的持續完善和修訂仍在進行（最近一次修訂時間為2022 年3 月）[21-22]。文件規定了3 種不同碳排放量統計方法（標準方法，即排放因子法；質量平衡法；連續監測法）和3 種不同的分類方式：

1）基于上一交易期的年度核實碳排放量進行裝置分類（A 類小于等于5 萬t；B 類為超過5 萬到50 萬t；C 類大于50 萬t）；

2）基于計算方法（依托排放因子法或質量平衡法）的年度合計CO2排放量進行源流（指特定燃料、原材料或產品）分類；

3）基于測量數據（依據連續監測法）的年度碳排放量進行排放源分類。

尤其需要指出的是，在碳排放權交易制第3 階段（2013—2020 年）明確規定，納入碳市場的企業采用CEMS 監測的碳排放量數據等同于核算法計算碳排放量數據，即承認了連續監測數據的法律效力。在這期間為了指導連續監測法的應用，歐盟還發布了關于連續監測法的一系列質量保證標準[10]。相對美國而言，歐盟碳排放核查工作并不強制火電企業使用連續監測法，企業可以基于這些分類要求和自己可提供的數據源來查詢裝置、燃料和排放源適用的統計方法和相應數據質量控制要求，最終組合出合適的碳排放量統計報告。

3 國內外碳排放數據質量控制現狀

3.1 美國碳排放數據質量控制現狀

美國40 CFR 98.6 subpart A 僅僅定義了準確度（accuracy，指測量值與真實值或參考值之間的接近程度，同時考慮了系統因素和隨機因素的影響，可以滿量程或者指定測量值的百分比表示），對于火電企業碳排放數據報告要求出具相應的準確度評估報告及自我承諾聲明[18-19]?？紤]到目前美國地區火電企業基本都采用連續監測法，所以實施方法中主要以設備校準誤差（calibration error）表示準確度，適用于CO2濃度、煙氣流速、煙溫、濕度等連續測點。40 CFR 98.3 規定了2 種不同校準誤差計算方法和準確度要求：只以參考值計算時，每個測點不能超過參考值的5%；以參考值和滿量程共同計算時，每個測點不能超過滿量程的2%或者3 個測點在每個校準等級的校準誤差之和不超過6%。

3.2 歐盟碳排放數據質量控制現狀

歐盟MMR（EU 2018/2066 文件）定義了準確度、不確定度和最大允許誤差，但主要以不確定度（uncertainty，指平均值的置信區間，且該區間覆蓋95%的推斷值，以百分比表示，參照ISO/IEC Guide 98-3:2008 與JCGM 100:2008）為質量控制指標，設計了較為復雜的最低不確定度層級（Tier）（表1[21]）要求和實施方法（表2[21]）供企業和地方管理機構參考選擇[21,23-24]。對于基于計算方法進行碳排放量統計的企業，參考EU 2018/2066 附件Ⅱ、Ⅴ：小源流（小于5 000 t 或小于企業總排放量的10%，其中企業總排放量上限10 萬t，兩者取最大絕對值）和極小源流（小于1 000 t 或小于企業總排放量的2%，其中企業總排放量上限2 萬t）可采用較低的層級；而大源流必須滿足更高的層級（即涉及更可靠的數據質量）。對于基于測量方法進行碳排放量統計的企業，參考EU 2018/2066 附件Ⅷ：大排放源（大于等于5 000 t 或大于等于裝置總排放量的10%）需要按照最高等級執行，除非能證明技術上不可行或者會產生不合理費用時才能向下降級；但同時也規定了A 類裝置（上一年核算碳排放量小于等于5 萬t）的最小層級為2。

表1 歐盟不確定度分級參考（EU 2018/2066 附件Ⅱ、Ⅴ）Tab.1 EU uncertainty classification (Annex II and V of EU 2018/2066)

表2 歐盟A 類裝置不確定度最低分級要求（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 國內碳排放數據質量控制現狀

我國目前具有法律效力的碳排放量統計數據質量控制可以參考《指南》?！吨改稀分袛祿|量控制主要針對活動數據獲取過程中采樣、統計與檢測某單一環節執行相應的標準，并未對最終結果數據提出明確的質量控制要求?！吨改稀分刑寂欧艛祿|量控制關聯標準數量匯總見表3[10]。從表3 可發現有關于質量控制的指標為測量設備精度，但其中未給出統一填寫標準。此外，根據《指南》所引用的通用規范GB/T 27052，數據質量可以由測量不確定度表示且參照ISO/IEC Guide 98-3 系列標準；而根據《指南》所引用的GB/T 21369，數據質量亦可以由準確度和最大允許誤差表示：可見當參照標準不同時數據質量控制所使用的指標有所差異。

表3 《指南》中碳排放數據質量控制關聯標準數量Tab.3 Number of relevant standards for quality control of carbon emissions data in China

而對于連續監測法，我國仍然處于探索階段，其數據質量控制可參考DL/T 2376—2021 和GB/T 40789—2021；此外也有相關學者開展了相關探索研究[25]。DL/T 2376—2021 中定義了準確度（以參比方法計算的相對誤差表示），并對準確度的驗收、校準與質量控制要求分別進行了詳細的說明，是專門適用于火電廠煙氣CO2的CEMS 技術規范。其中給出的數據質量控制限值見表4[11]。不過該標準也未給出關于最終碳排放量統計結果的數據質量要求。GB/T 40789—2021 僅適用于CO2體積分數自動測量系統的性能判斷，其中定義了標準不確定度（以標準偏差表示，參照ISO/IEC Guide 98-3）、測量不確定度、允許誤差等數據質量指標，給出了關于煙氣CO2體積分數結果的零點重復性、量程重復性、零點漂移、量程漂移、敏感性等性能特征判定指標，但未涉及煙氣流速、煙溫、濕度等測量指標。

表4 DL/T 2376—2021 數據質量控制限值（相對誤差）Tab.4 Data quality control limits in DL/T 2376—2021 (relative error)

4 我國碳排放量統計發展趨勢探討

基于數據統計方法和質量控制相關信息，國內外火電企業碳排放量數據統計方法與質量控制現狀總覽見表5。

表5 國內外火電企業碳排放量數據統計方法與質量控制現狀Tab.5 Domestic and international statistical methods and quality control status of carbon emission data for fossil-fired power enterprises

從數據質量控制的角度考慮，歐美在碳排放量統計中大量普及連續監測法且以最高要求進行質量控制。這一方式值得重點參考。對于只有煙囪一個排放源、燃料成分多變且碳排放量極大的火電企業，連續監測法顯然比依據計算的排放因子法和質量平衡法更容易確保數據質量。這是因為：一方面，連續測量法的必要數據均從測點設備直接傳輸獲得，數據實時存檔，人為造假較難；另一方面，連續測量法所需進行質量控制的環節較少、流程較短，不涉及燃料的采樣、處理等過程，只需保障好測點設備的運維即可，更加易于火電企業執行。通過梳理國內新發布的煙氣CO2連續監測法相關標準，也可以看出我國正在加快探索連續監測法在碳排放統計工作中的應用方案。

另外，國內現行《指南》未給出對火電企業采用排放因子法的統一質量控制要求，更加傾向于依據數據獲取過程中的單一獨立環節所涉及的規范標準來控制質量。僅從數據質量控制手段上，目前國內方法相較于歐美方法更精細。從國內企業實施方面考慮，當前精細化分別控制的方法可以與現行的相關標準體系無縫銜接，便于碳排放統計工作快速推進。

不過從國內外一直都在推動的碳交易市場方面考慮，歐美的碳交易準入要求附屬1 個數據質量評價報告。而這個報告是基于各自統一數據質量指標形成的，可以在歐美跨國境跨行業互認。這就說明歐美設置統一指標的目的之一是便于提供通用的碳交易數據質量信用證明。統一的數據質量指標和明確的控制限值更利于雙邊協商和單一維度評價指標互認，尤其是市場準入門檻的互認。因為碳交易使用的是企業碳排放總量數據，如果按照當前國內標準采用大量精細但不同的指標，則碳排放總量數據互認的必要條件就成了每個精細指標所關聯的標準都必須和歐美對應標準互認，進而支撐碳排放總量數據互認。這會導致國內的碳排放數據質量報告是包含多指標的，而歐美碳排放數據質量報告是單一指標，建立多對一的指標限制互認顯然比建立一對一的指標限制互認難度更大。從適配國際碳交易的角度出發，當下不統一的數據質量指標與限值不利于我國與歐美進行指標與限值互認。

因此，在將來實現“碳達峰、碳中和”的目標與可能的碳交易市場接軌過程中，基于我國國情建立全面的、科學的、一致的數據質量指標和控制限值是必然發展趨勢。

5 結論

1）歐美地區火電企業在碳排放權交易制第3 階段均開始普及連續監測法，數據已受法律認可。美國已要求在大部分火電企業強制執行；歐盟未做強制要求，只需碳排放數據報告符合數據質量控制層級要求即可；而國內近2 年連續監測法也已進入試點階段，相關標準也逐步建立，可以預見不久的將來連續監測法也有極大可能被納入碳排放統計方法之一。

2）國內現行標準與歐美現行標準在數據質量控制尺度上有明顯差異。僅從數據質量控制手段上，目前國內方法相較于歐美方法更精細，但從接軌國際碳交易的角度出發，當下不統一的數據質量指標體系不利于我國與歐美進行數據跨境體系互認，因此建立全面的、科學的、一致的數據質量指標和控制限值是必要的。