張孝軍 / 安徽省計(jì)量科學(xué)研究院

0 引言

目前，國際常用的碳排放核算標(biāo)準(zhǔn)有CDM（清潔發(fā)展機(jī)制）、GS（黃金標(biāo)準(zhǔn)）、VCS（自愿碳標(biāo)準(zhǔn)）等，不過這些標(biāo)準(zhǔn)都是基于項(xiàng)目層面的，不適用于組織層次的排放量計(jì)算。只有2006年3月發(fā)布的ISO 14064 - 1：2006《溫室氣體-第一部分：在組織層面溫室氣體排放和移除的量化和報(bào)告指南性規(guī)范》[1]是關(guān)于基于組織的溫室氣體排放量核算標(biāo)準(zhǔn)，但這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)也未涉及核算的具體方法，未能覆蓋中國國情的需要。在這樣的背景下，研究基于組織的溫室氣體排放核算方法及在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)意義重大：一是可以服務(wù)于我國政府提出的單位GDP碳排放量考查的要求；二是可以為組織特別是企業(yè)建立單位產(chǎn)值碳排放強(qiáng)度記錄提供依據(jù)，使企業(yè)做到心中有數(shù)，能有的放矢地采取減排措施；三是可以作為碳交易的基礎(chǔ)工具發(fā)揮作用。

通過科技查新，發(fā)現(xiàn)國內(nèi)已有關(guān)于溫室氣體濃度在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究；有對(duì)油氣田、煤炭等行業(yè)和關(guān)于單個(gè)城市的溫室氣體清單編制方法研究；有對(duì)火電等個(gè)別高耗能行業(yè)的溫室氣體排放量估算方法研究，但未見有基于組織的溫室氣體排放核算方法及在線監(jiān)測(cè)平臺(tái)建設(shè)的技術(shù)研究。

本文探討利用物聯(lián)網(wǎng)在線監(jiān)測(cè)技術(shù)[2]核算溫室氣體排放量，研究建立溫室氣體排放在線監(jiān)測(cè)平臺(tái)需要解決的技術(shù)問題及實(shí)現(xiàn)的可能性。

1 關(guān)于溫室氣體排放核算的幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)

1.1 核算范圍

溫室效應(yīng)氣體（簡(jiǎn)稱：GHG）主要包括二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）、氧化亞氮（N2O）、氫氟碳化物（HFCs）、全氟碳化物（PFCs）和六氟化硫（SF6）六類氣體。溫室氣體（GHG）排放核算的目的在于編制GHG排放清單，編制清單首先要明確核算范圍，范圍的確定可以通過財(cái)務(wù)控制或運(yùn)營控制的方法確定應(yīng)包含在組織GHG排放核算范圍內(nèi)的業(yè)務(wù)，即依據(jù)ISO 14064-l：2006的相關(guān)原則確定組織邊界，并在組織邊界內(nèi)確定主要的GHG源，同時(shí)明確其是直接排放源還是間接排放源。

直接排放源是組織實(shí)際擁有或控制的GHG源，包括能源的開采生產(chǎn)、加工轉(zhuǎn)化及輸配送過程、化石燃料燃燒過程、生物質(zhì)燃料燃燒過程和工業(yè)產(chǎn)品使用以及廢棄物處理過程中產(chǎn)生的GHG排放。

間接排放源是指因組織活動(dòng)引起但被其他組織擁有或控制的GHG源，包括因組織所消耗的外購電力、熱力（蒸汽）、新水的生產(chǎn)和配送造成的GHG排放；組織產(chǎn)生的但由其他組織管理的廢棄物處理的排放；組織員工公務(wù)出差的排放；外包活動(dòng)、契約制造的排放；以及來自所采購原物料和初級(jí)物料的生產(chǎn)造成的排放。

1.2 計(jì)算方法

1.2.1 對(duì)組織活動(dòng)的溫室氣體排放量的計(jì)算

GHG排放量的獲得方法有多種：可以通過直接測(cè)量獲得，也可根據(jù)具體設(shè)施或工藝的物質(zhì)平衡或化學(xué)當(dāng)量計(jì)算得到，但最普遍的做法是采用活動(dòng)水平數(shù)據(jù)和排放因子相乘的方法，即

式中：AE — 組織活動(dòng)GHG排放量（以質(zhì)量單位的二氧化碳當(dāng)量表示，如tCO2e）；

AD — 組織活動(dòng)水平數(shù)據(jù)；

EF — 活動(dòng)排放因子；

GWP — GHG全球變暖潛值

由式（1）計(jì)算GHG排放，首先需要選擇和收集GHG活動(dòng)數(shù)據(jù)。一個(gè)組織（企業(yè)或機(jī)關(guān)）可以利用財(cái)務(wù)審核和物料平衡相結(jié)合的方法獲得組織的活動(dòng)水平數(shù)據(jù)，這種事后審計(jì)的方法現(xiàn)在使用較多，但存在審計(jì)深度不夠時(shí)，獲得的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度和可信性較差的問題。建議使用溫室氣體排放在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)獲得組織的主要活動(dòng)水平數(shù)據(jù)。

獲得活動(dòng)水平數(shù)據(jù)后，還要選擇和確定合理的排放因子。一般排放因子的確定按可靠等級(jí)依次提高排序有三種方法可選：方法一：IPCC國家溫室氣體清單指南提供的默認(rèn)值；方法二：國家或行業(yè)機(jī)構(gòu)提供的特定值；方法三：組織在GHG排放現(xiàn)場(chǎng)的自測(cè)值。三種方法其可靠等級(jí)是依次提高的。對(duì)于多數(shù)組織而言，一般首先采用國家或IPCC公布的排放因子。必要時(shí)，也可采用多種數(shù)據(jù)來源相結(jié)合的方法確定排放因子。但如果有具體排放源或設(shè)施的排放因子則應(yīng)優(yōu)先使用。另外在可以獲得足夠的國家或行業(yè)數(shù)據(jù)時(shí)，則使用方法二。而煤的開采、石油、天然氣的生產(chǎn)和運(yùn)輸、消耗外購熱力、蒸汽等活動(dòng)，由于涉及的過程復(fù)雜，應(yīng)主要采用方法三確定排放因子。

1.2.2 對(duì)組織活動(dòng)的溫室氣體清除量計(jì)算

組織可以采用特定的技術(shù)手段對(duì)組織活動(dòng)排放進(jìn)行收集和消除；如對(duì)排放的CH4進(jìn)行回收并火炬燃燒，對(duì)排放的N2O回收銷毀等都可以根據(jù)GHG的回收量和消除效率計(jì)算得到清除量。組織也可以通過植樹造林，根據(jù)造林和再造林清潔發(fā)展機(jī)制（CDM）項(xiàng)目規(guī)則計(jì)算得到GHG清除量。

1.3 核算中需關(guān)注的主要技術(shù)指標(biāo)

結(jié)合我國的政府和企業(yè)需求，在GHG排放清單編制中一般至少應(yīng)有總排放量、排放強(qiáng)度、排放變幅三個(gè)指標(biāo)。 其中排放強(qiáng)度是指在統(tǒng)計(jì)報(bào)告期內(nèi)，組織的GHG排放量與增加值的比值。該指標(biāo)用于考查單位增加值下溫室氣體的排放量，與我國的碳減排目標(biāo)相適應(yīng)。排放量變幅是組織在統(tǒng)計(jì)報(bào)告期內(nèi)（通常為1 a）的排放量或排放強(qiáng)度與基準(zhǔn)年相比變化的幅度，以質(zhì)量單位的二氧化碳當(dāng)量表示。變幅是反映組織排放狀況的重要指標(biāo)，也是政府監(jiān)督、控制、考核組織排放情況的重要依據(jù)。

在計(jì)算一個(gè)組織的減排量之前，要首先建立GHG排放和增加值的歷史基準(zhǔn)年。由于我國設(shè)立的減排目標(biāo)是以2005年為比較基準(zhǔn)的，因此應(yīng)首選2005年作為基準(zhǔn)年。如果無法獲得2005年的數(shù)據(jù)，則使用擁有可靠GHG排放數(shù)據(jù)的最早時(shí)間點(diǎn)作為基準(zhǔn)年。

當(dāng)一個(gè)組織在報(bào)告期內(nèi)的排放強(qiáng)度相對(duì)于基準(zhǔn)年減少時(shí)，計(jì)算所得的GHG排放強(qiáng)度變幅應(yīng)為正值；相反，當(dāng)組織在統(tǒng)計(jì)報(bào)告期內(nèi)的排放強(qiáng)度相對(duì)于基準(zhǔn)年增加時(shí)，變幅為負(fù)值。

2 利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)溫室氣體排放進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)的設(shè)計(jì)

2.1 搭建系統(tǒng)

利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)搭建GHG在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可對(duì)企業(yè)或公共機(jī)構(gòu)等組織排放數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)。物聯(lián)網(wǎng)是指通過信息傳感設(shè)備如GPRS、射頻設(shè)備（RFID）等，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，進(jìn)行信息交換和通信，以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)[3]。通常情況下，物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)由感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層構(gòu)成[4]。感知層主要包括各種信息傳感技術(shù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)的識(shí)別和采集。網(wǎng)絡(luò)層包括互聯(lián)網(wǎng)、3G無線網(wǎng)絡(luò)和物聯(lián)網(wǎng)的信息中心等。當(dāng)感知層的信息傳到網(wǎng)絡(luò)層時(shí)，由網(wǎng)絡(luò)層進(jìn)行轉(zhuǎn)換與處理，并儲(chǔ)存數(shù)據(jù)以等待應(yīng)用。網(wǎng)絡(luò)層是感知層和應(yīng)用層的中間環(huán)節(jié)，起著承上啟下的作用。應(yīng)用層將網(wǎng)絡(luò)層所儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)運(yùn)用到實(shí)際應(yīng)用中。

系統(tǒng)從底層逐級(jí)向上可分為三個(gè)層次，分別是：數(shù)據(jù)采集層、通信網(wǎng)絡(luò)和GHG排放在線監(jiān)測(cè)平臺(tái)。GHG排放在線監(jiān)測(cè)平臺(tái)通過通信網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)采集終端交換數(shù)據(jù)、發(fā)起和應(yīng)答指令。在組織現(xiàn)場(chǎng)有一套或多套計(jì)量數(shù)據(jù)采集設(shè)備，計(jì)量數(shù)據(jù)采集設(shè)備具有模擬或數(shù)字輸出接口或通信接口，連接到獨(dú)立的計(jì)量數(shù)據(jù)采集終端，GHG排放在線監(jiān)測(cè)平臺(tái)通過數(shù)據(jù)采集終端實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換和收發(fā)指令。系統(tǒng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.2 數(shù)據(jù)采集

在組織現(xiàn)場(chǎng)采集的計(jì)量數(shù)據(jù)主要是活動(dòng)水平數(shù)據(jù)，活動(dòng)水平數(shù)據(jù)采集使用的計(jì)量傳感器種類較多，除電表外，其他的通信協(xié)議均無相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)。研究一套能支持多種不同協(xié)議的活動(dòng)水平數(shù)據(jù)采集終端，該采集終端擬通過模擬量、485、串口、以太網(wǎng)等接口采集各種傳感器的數(shù)據(jù)，對(duì)采集的各類參數(shù)進(jìn)行存儲(chǔ)和處理，并按安徽省地方標(biāo)準(zhǔn)DB34/T 1812-2013《能源計(jì)量數(shù)據(jù)采集與傳輸通訊協(xié)議技術(shù)規(guī)范》通過GPRS把數(shù)據(jù)上傳至數(shù)據(jù)中心

圖1 系統(tǒng)的總體框架

在組織現(xiàn)場(chǎng)采集的另一類計(jì)量數(shù)據(jù)用于確定排放因子值，按照前述，排放因子的確定有三種方法，第三種方法即是組織在GHG排放現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行自測(cè)。如火電行業(yè)排放因子會(huì)因?yàn)椴煌夹g(shù)水平、不同煤質(zhì)來源和區(qū)域差異而不同，有研究者利用U23多組分紅外氣體分析儀及TH880F煙塵分析儀對(duì)全國39臺(tái)具有代表性的火力發(fā)電機(jī)組排放的CO2和N2O量進(jìn)行了在線監(jiān)測(cè)[5]，其檢測(cè)數(shù)據(jù)同樣可以作為一個(gè)輸入值通過GPRS把數(shù)據(jù)上傳至數(shù)據(jù)中心用于排放因子的確定和GHG排放值的計(jì)算。

2.3 軟件開發(fā)

結(jié)合核算范圍、計(jì)算方法及需要輸出的總排放量、排放強(qiáng)度、排放變幅等關(guān)鍵指標(biāo)的條件和要求，開發(fā)基于組織的GHG排放量在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件。系統(tǒng)只需將獲得的組織各個(gè)工序、設(shè)備的活動(dòng)水平數(shù)據(jù)、排放因子等有關(guān)參數(shù)輸入，軟件將自動(dòng)完成計(jì)算，獲得GHG排放量化結(jié)果并對(duì)組織排放情況進(jìn)行各種分析。可選擇時(shí)間段、行業(yè)種類、排放種類等條件顯示總排放量、排放強(qiáng)度、排放變幅等指標(biāo)監(jiān)測(cè)結(jié)果，以折線圖、直方圖、餅形圖和表格等形式進(jìn)行顯示，并分別作出總排放、排放對(duì)比、單位產(chǎn)品排放等結(jié)果分析。

2.4 試點(diǎn)運(yùn)行

選取典型單位，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集及軟件運(yùn)行測(cè)試，檢驗(yàn)系統(tǒng)的運(yùn)行能力，并結(jié)合示范案例，建立合適的質(zhì)量管理體系，保證GHG排放量監(jiān)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性；對(duì)活動(dòng)水平數(shù)據(jù)、排放因子及GHG排放量化結(jié)果進(jìn)行測(cè)量不確定度分析，并使不確定度置于合理的置信區(qū)間和誤差范圍內(nèi)。為在安徽省重點(diǎn)耗能企業(yè)及公共機(jī)構(gòu)中推廣運(yùn)行積累經(jīng)驗(yàn)。

2.5 推廣運(yùn)用 形成數(shù)據(jù)庫

在列入萬家企業(yè)節(jié)能減排名單的企業(yè)及大型公共機(jī)構(gòu)中推廣實(shí)施本系統(tǒng)，切實(shí)為實(shí)現(xiàn)GHG減排和完善碳交易市場(chǎng)服務(wù)。

3 結(jié)語

本文結(jié)合ISO 14064-1：2006中GHG計(jì)算方法及物聯(lián)網(wǎng)在線監(jiān)測(cè)技術(shù)，建立GHG排放在線監(jiān)測(cè)平臺(tái)，快速準(zhǔn)確客觀地獲取GHG排放數(shù)據(jù)。研究內(nèi)容包括GHG排放在線監(jiān)測(cè)平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)、GHG源數(shù)據(jù)采集方法、GHG排放因子測(cè)算和數(shù)據(jù)質(zhì)量分析；研究目標(biāo)立足于解決當(dāng)前GHG排放量核算難、核算不準(zhǔn)的實(shí)際問題，對(duì)于應(yīng)對(duì)氣候變化和落實(shí)《“十二五”控制溫室氣體排放工作方案》具有重要的技術(shù)支撐作用。

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