王萍萍，趙永椿，張軍營(yíng)，熊 卓

(華中科技大學(xué) 煤燃燒國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430074)

0 引 言

隨著3060雙碳目標(biāo)的提出，我國(guó)大力推動(dòng)綠色低碳發(fā)展，但實(shí)現(xiàn)2030年碳達(dá)峰、2060年碳中和仍充滿挑戰(zhàn)。2020年我國(guó)碳排放總量為10.38 Gt，電力碳排放為3.67 Gt，占比超過(guò)總量的1/3，預(yù)測(cè)未來(lái)將達(dá)4.5～50.0 Gt[1-3]，由于新能源的發(fā)展，燃煤電廠占比有所下降，但2019年燃煤電廠發(fā)電仍占總發(fā)電量的62%[4-5]。因此準(zhǔn)確量化燃煤電廠CO2排放量是我國(guó)電力行業(yè)實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰的基石。2021年全國(guó)碳排放權(quán)交易市場(chǎng)(簡(jiǎn)稱碳市場(chǎng))正式啟動(dòng)上線交易，電力行業(yè)被首個(gè)納入碳市場(chǎng)，被納入的重點(diǎn)排放單位超2 000家[6]，電力行業(yè)在碳市場(chǎng)的地位舉足輕重，積極推動(dòng)電力行業(yè)率先碳達(dá)峰，可為其他領(lǐng)域的碳達(dá)峰預(yù)留足夠的時(shí)間和空間，最終確保我國(guó)全領(lǐng)域如期實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰[7]。

碳排放統(tǒng)計(jì)核算是科學(xué)制定國(guó)家政策、評(píng)估考核工作進(jìn)展、參與國(guó)際談判履約等數(shù)據(jù)依據(jù)，《中共中央國(guó)務(wù)院關(guān)于完整準(zhǔn)確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達(dá)峰碳中和工作的意見(jiàn)》和《2030年前碳達(dá)峰行動(dòng)方案》中明確提出統(tǒng)一規(guī)范的碳排放統(tǒng)計(jì)核算體系是雙碳目標(biāo)達(dá)成的關(guān)鍵一環(huán)[8]。目前我國(guó)規(guī)范統(tǒng)一的碳計(jì)量技術(shù)與歐美等國(guó)家先進(jìn)水平仍存在較大差距，通過(guò)研究歐美等國(guó)家的溫室氣體管理機(jī)制可對(duì)我國(guó)電力行業(yè)碳排放統(tǒng)計(jì)核算提供思路[9]。傳統(tǒng)碳核算方法由于排放因子的選取存在較大誤差，統(tǒng)計(jì)的核算數(shù)據(jù)質(zhì)量有待加強(qiáng)，多數(shù)燃煤電廠未安裝CO2在線監(jiān)測(cè)設(shè)備，缺少在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，碳核算體系不完善。保證碳排放數(shù)據(jù)質(zhì)量，制定完整的碳數(shù)據(jù)收集流程，建立完整的碳排放數(shù)據(jù)庫(kù)，探究適合中國(guó)燃煤電廠的碳排放監(jiān)測(cè)、報(bào)告與核查制度是我國(guó)電力行業(yè)碳減排的前提，對(duì)達(dá)成雙碳目標(biāo)具有重要意義。

1 碳排放核算標(biāo)準(zhǔn)及政策

相比其他標(biāo)準(zhǔn)體系，在碳排放管理領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)體系有待完善，是今后重點(diǎn)發(fā)展方向。由政府間氣候變化專門(mén)委員會(huì)(簡(jiǎn)稱IPCC)制定的《2006 IPCC年國(guó)家溫室氣體清單指南》[10](簡(jiǎn)稱指南)為目前世界上應(yīng)用最多的碳計(jì)量核算標(biāo)準(zhǔn)，并于2019年修改。2002年國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)成立環(huán)境管理技術(shù)委員會(huì)(TC207)并于2007年成立溫室氣體管理標(biāo)準(zhǔn)化分技術(shù)委員會(huì)(SC7)，目前已發(fā)布標(biāo)準(zhǔn)11項(xiàng)，正在修訂的有6項(xiàng)[11-12]。ISO分別在2006與2013年發(fā)布了ISO 14064系列標(biāo)準(zhǔn)和ISO 14067系列標(biāo)準(zhǔn)，大氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)(ISO/TC 146)在2014年發(fā)布ISO 19694《固定源排放——確定能量密集型行業(yè)的溫室氣體排放》系列標(biāo)準(zhǔn)[12]，目前世界各國(guó)也分別進(jìn)行相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)體系的建設(shè)。

1.1 國(guó)外燃煤電廠的碳核算標(biāo)準(zhǔn)及政策

目前，美國(guó)火電主要采用在線監(jiān)測(cè)法(CEMS)核算碳排放量，根據(jù)官方統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，70%左右的火電安裝CEMS(Continuous Emission Monitoring System)設(shè)備進(jìn)行碳排放監(jiān)測(cè)，美國(guó)煙囪高度較低，通常將在線監(jiān)測(cè)位點(diǎn)設(shè)置在煙囪80 m高處，測(cè)點(diǎn)氣態(tài)污染物混合均勻，數(shù)據(jù)代表性較高[13]。對(duì)于碳計(jì)量相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，美國(guó)相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范主要在美國(guó)聯(lián)邦法規(guī)(CFR)第60、75和98章節(jié)。第40卷第98條規(guī)定受酸雨計(jì)劃約束(25 MW以上)燃煤機(jī)組須按聯(lián)邦法典第40卷第75條規(guī)定安裝CEMS監(jiān)測(cè)CO2排放量，并進(jìn)行美國(guó)溫室氣體強(qiáng)制性報(bào)告(GHGRP)[14-15]，對(duì)于其他燃油燃?xì)怆姀S和小型燃煤電廠(25 MW以下)可采用傳統(tǒng)的核算法，報(bào)告將不同量化方法引入層級(jí)(Tier)概念，見(jiàn)表1。不同核算方法分為4個(gè)層級(jí)，層級(jí)間無(wú)高低之分。根據(jù)美國(guó)環(huán)保署數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，2011—2017年，美國(guó)不同發(fā)電機(jī)組碳核算方法的應(yīng)用情況如圖1所示，采用CEMS的燃煤電廠數(shù)量約占總量的2/3，遠(yuǎn)超其他2種核算法，CEMS在美國(guó)已成為主流趨勢(shì)。

表1 美國(guó)強(qiáng)制性報(bào)告下燃燒過(guò)程CO2量化方法[14-15]

圖1 美國(guó)發(fā)電機(jī)組碳核算方法應(yīng)用情況Fig.1 Application of carbon accounting methods for generating units in the United States

歐盟目前的碳計(jì)量采用核算法和在線監(jiān)測(cè)法并行。由于歐盟大部分燃煤電廠燃燒煤種單一，核算法應(yīng)用更普遍，歐盟十分重視CEMS發(fā)展，制定了一系列法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)CEMS進(jìn)行質(zhì)量控制?！稖厥覛怏w排放核算及報(bào)告條例》(MRG)第3階段(2013—2020年)出臺(tái)了《監(jiān)測(cè)及報(bào)告條例》(MRR)及《認(rèn)證及審核條例》，規(guī)定CEMS監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量等同核算法數(shù)據(jù)質(zhì)量[16]。歐盟碳排放交易體系(EU ETS)法規(guī)制度提出要增強(qiáng)核算方法靈活性、提高核算數(shù)據(jù)質(zhì)量及提高在線監(jiān)測(cè)法的認(rèn)可度[17]，對(duì)規(guī)模超過(guò)20 MW的火電機(jī)組核算數(shù)據(jù)采取規(guī)范化管理，根據(jù)需要選擇核算法或在線監(jiān)測(cè)法，2020年22個(gè)歐洲國(guó)家約140臺(tái)機(jī)組采用在線監(jiān)測(cè)法[18]。

為保證CEMS數(shù)據(jù)質(zhì)量，在MRG中對(duì)參數(shù)的不確定度要求也引入層級(jí)概念，根據(jù)電廠CO2排放量將電廠分為4種，從小到大依次為A1、A2、B和C，A1級(jí)數(shù)最低，C級(jí)數(shù)最高，級(jí)數(shù)越高要求越高，對(duì)不同層級(jí)數(shù)據(jù)的不確定度要求[18-20]見(jiàn)表2。

表2 CEMS不確定度等級(jí)劃分[9,18-20]

歐盟碳排放交易體系快速發(fā)展，碳排放交易體系自2005年開(kāi)始實(shí)施，先后經(jīng)起步、過(guò)渡、發(fā)展階段，目前處于長(zhǎng)期發(fā)展階段。發(fā)展期間歐盟CO2排放量明顯減少，超額完成減排指標(biāo)。2022年6月22日，歐盟議會(huì)投票通過(guò)了碳邊境調(diào)節(jié)機(jī)制[21](CBAM)，要求進(jìn)出口的高碳產(chǎn)品繳納或退還相應(yīng)的稅費(fèi)或碳稅額，這是歐盟發(fā)展碳交易市場(chǎng)的重要一步。

除上述具有代表性的歐美國(guó)家，新西蘭也非常重視碳排放，2001年制定了《2002年應(yīng)對(duì)氣候變化法》，2008年成為世界上第2個(gè)建立碳交易市場(chǎng)的國(guó)家[22]。澳大利亞于2011年通過(guò)《清潔能源法案》，2015年正式建立碳排放交易市場(chǎng)，重視溫室氣體核算與報(bào)告，環(huán)境與能源部專門(mén)制定了2套管理信息系統(tǒng)對(duì)溫室氣體進(jìn)行核算[23-24]。日本2009年公布碳足跡標(biāo)準(zhǔn)TS Q0010，對(duì)CO2排放量大的企業(yè)推出5項(xiàng)措施并立法，2010年推出強(qiáng)制性減排計(jì)劃，為碳排放交易市場(chǎng)推行做準(zhǔn)備[25]。

2000年后，國(guó)內(nèi)外開(kāi)始建設(shè)溫室氣體核算體系，起步時(shí)間較晚，核算體系建設(shè)還不完善。2015年簽署《巴黎協(xié)定》后，各國(guó)加快了相關(guān)體系建設(shè)步伐，完善碳計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)體系，為實(shí)現(xiàn)低碳發(fā)展而努力。

1.2 國(guó)內(nèi)燃煤電廠的碳核算標(biāo)準(zhǔn)及政策

我國(guó)碳排放標(biāo)準(zhǔn)及政策需基于我國(guó)基本國(guó)情，借鑒歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家的碳核算標(biāo)準(zhǔn)體系經(jīng)驗(yàn)，建設(shè)具有中國(guó)特色的碳核算標(biāo)準(zhǔn)體系。我國(guó)企業(yè)的碳排放計(jì)量工作最初參照ISO相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[26]，國(guó)家發(fā)展改革委等參考《IPCC指南》核算方法理論，2011年5月發(fā)布了《省級(jí)溫室氣體清單編制指南》，并于2013年10月發(fā)布了《中國(guó)發(fā)電企業(yè)溫室氣體排放核算方法與報(bào)告指南(試行)》，推動(dòng)了溫室氣體統(tǒng)計(jì)核算工作有序進(jìn)行。2015年我國(guó)碳排放統(tǒng)計(jì)核算工作步入正軌，首次核算了基于實(shí)測(cè)法排放因子的中國(guó)碳排放總量，并修正了碳排放估計(jì)值，我國(guó)碳排放核算邁出了重要一步。同年，中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局與中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)聯(lián)合發(fā)布了GB/T 32150—2015《工業(yè)企業(yè)溫室氣體排放核算和報(bào)告通則》、GB/T 32151.1—2015《溫室氣體排放核算與報(bào)告要求 第1部分發(fā)電企業(yè)》。2022年我國(guó)生態(tài)環(huán)境部對(duì)近2 a碳排放量達(dá)2.6×104t的發(fā)電企業(yè)執(zhí)行《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年修訂版)》標(biāo)準(zhǔn)，強(qiáng)化數(shù)據(jù)質(zhì)量監(jiān)督管理。與歐美國(guó)家相比，我國(guó)能源產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不同，碳排放量巨大，需制定中國(guó)特色的碳核算體系。文獻(xiàn)[27]探討了我國(guó)碳排放管理標(biāo)準(zhǔn)體系框架的建立可借鑒三維標(biāo)準(zhǔn)體系框架，根據(jù)制度需求和實(shí)際工作在每一維度進(jìn)行分類。以標(biāo)準(zhǔn)性質(zhì)分類為例，主要分為4層5類，如圖2所示。以核算/評(píng)價(jià)和報(bào)告/核查為標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)，了解各大燃煤電廠的排放量范圍，以此為基礎(chǔ)制定最低標(biāo)準(zhǔn)值(基準(zhǔn)值)并強(qiáng)制實(shí)行，進(jìn)而給出推薦的先進(jìn)值，最后給出碳排放技術(shù)規(guī)范，依次遞進(jìn)，形成碳排放管理標(biāo)準(zhǔn)體系。

圖2 碳排放管理標(biāo)準(zhǔn)性質(zhì)分類[27]Fig.2 Property classification of carbon emission management standards[27]

隨著雙碳目標(biāo)的推進(jìn)，對(duì)碳核算的要求越來(lái)越高，基于目前碳計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)體系，我國(guó)各電廠煤質(zhì)成分不同，普遍存在煤種摻燒現(xiàn)象，基數(shù)巨大的碳排放量?jī)H依靠第三方碳核查機(jī)構(gòu)，消耗大量人力物力，且數(shù)據(jù)質(zhì)量無(wú)法保障，應(yīng)注重CEMS的發(fā)展。我國(guó)CEMS剛起步，沒(méi)有完整的核查體系，更缺乏衡量其測(cè)量數(shù)值準(zhǔn)確性的標(biāo)準(zhǔn)，無(wú)論是從成本方面考慮還是從準(zhǔn)確性方面衡量，現(xiàn)階段將CEMS實(shí)測(cè)法覆蓋發(fā)電企業(yè)不現(xiàn)實(shí)。但我國(guó)核算法已有最基本的核算體系與國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，可考慮先實(shí)現(xiàn)核算法的在線監(jiān)測(cè)，創(chuàng)建核算法的在線監(jiān)測(cè)平臺(tái)，為后續(xù)搭建實(shí)測(cè)法在線監(jiān)測(cè)平臺(tái)提供基礎(chǔ)。2020年6月，生態(tài)環(huán)境部公布《生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)規(guī)劃綱要(2020—2035年)》[28]提出遵循“核算為主、監(jiān)測(cè)為輔”的原則。國(guó)內(nèi)火電廠已逐步安裝監(jiān)測(cè)CO2的CEMS系統(tǒng)，彌補(bǔ)在線監(jiān)測(cè)法的數(shù)據(jù)空缺。2020年11月30日，中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)發(fā)布《火力發(fā)電企業(yè)二氧化碳排放在線監(jiān)測(cè)技術(shù)要求》團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)，2021年12月22日，首個(gè)《火電廠煙氣二氧化碳排放連續(xù)檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布，填補(bǔ)了我國(guó)在線監(jiān)測(cè)法標(biāo)準(zhǔn)的空缺。

2 不同碳排放計(jì)算方法

截至目前，國(guó)際上碳計(jì)量方法可基于核算數(shù)據(jù)的獲取方式、準(zhǔn)確度等，簡(jiǎn)單分為核算法和在線監(jiān)測(cè)法，在線監(jiān)測(cè)法又稱實(shí)測(cè)法，目前國(guó)際上最常用的核算法是排放因子法和物料衡算法，均可實(shí)現(xiàn)碳排放的準(zhǔn)確計(jì)量。此外，基于燃煤電廠的碳排放特性，生命周期法和模型法也發(fā)展迅速。因此，本章將從排放因子法、物料衡算法、實(shí)測(cè)法、生命周期法和模型法5種方法介紹燃煤電廠碳計(jì)量的發(fā)展。

2.1 排放因子法

排放因子是表征單位生產(chǎn)或消費(fèi)活動(dòng)量的溫室氣體排放系數(shù)，如每單位化石燃料燃燒產(chǎn)生的CO2排放量、每單位購(gòu)入使用電量所對(duì)應(yīng)的CO2排放量等[29]。排放因子法(Emission Factor Method)在指南中進(jìn)行了詳細(xì)介紹，是目前國(guó)際上使用最多的碳排放核算方法，為能源活動(dòng)水平數(shù)據(jù)、排放因子和燃料碳氧化率的乘積，計(jì)算公式為

(1)

其中，E為CO2排放總量，t；AD,i為第i種燃料的消耗量，以熱值形式表示，TJ；EF,i為第i種燃料的排放因子，t/TJ(以CO2計(jì))；OF,i為第i種燃料的碳氧化率，%。排放因子來(lái)源較多[30](表3)。指南中根據(jù)排放因子不同，分層次共給出3種燃煤電廠CO2排放清單編制方法，從方法1～3精度逐漸增加，具體分級(jí)方法如圖3所示。

表3 排放因子來(lái)源[30]

圖3 分級(jí)方法決策樹(shù)[10]Fig.3 Decision tree of hierarchical method[10]

方法1：采用指南提供的排放因子缺省值計(jì)算CO2排放量，對(duì)于燃煤電廠，指南根據(jù)熱值、含碳量、揮發(fā)分含量等因素將煤分為煙煤、無(wú)煙煤、褐煤等，針對(duì)每個(gè)煤種給出單位熱值含碳量和排放因子缺省值，默認(rèn)碳氧化率為100%，無(wú)CO產(chǎn)生，全部轉(zhuǎn)化成CO2。該方法準(zhǔn)確性最低，指南中的參考值所有國(guó)家均適用，但不精確；方法2：該方法細(xì)化到燃料品種、燃燒技術(shù)等活動(dòng)水平數(shù)據(jù)，采用特定國(guó)家排放因子計(jì)算碳排放；方法3：具體到廠級(jí)數(shù)據(jù)，采用特定情景下的排放因子核算CO2排放量，如在特定情況下實(shí)際測(cè)得的排放因子，是對(duì)方法2中排放因子的進(jìn)一步升級(jí)。

針對(duì)我國(guó)燃煤電廠，目前普遍采用GB/T 32151.1—2015《溫室氣體排放核算與報(bào)告要求 第1部分發(fā)電企業(yè)》[31]規(guī)定的核算方法，CO2排放總量等于化石燃料燃燒、脫硫碳排放和外購(gòu)電力碳排放之和，均采用排放因子法，即

E=Ef+Es+Ee，

(2)

(3)

(4)

Ee=AD，eEF，e。

(5)

其中，Ef為化石燃料燃燒碳排放量，t；Es為脫硫過(guò)程產(chǎn)生的CO2排放量，t；Ee為企業(yè)購(gòu)入的電力碳排放量，t；CAL,k為第k種脫硫劑中碳酸鹽消耗量，t；EF,k為第k種碳酸鹽的排放因子，t/t(以CO2計(jì))；AD，e為外購(gòu)電量，MWh；EF，e為區(qū)域電網(wǎng)平均供電排放因子，t/MWh(以CO2計(jì))?；剂先紵呐欧乓蜃訛樵靥己颗c碳氧化率的乘積，直接影響碳排放。目前，元素碳含量檢測(cè)分為自檢和送檢，從長(zhǎng)期發(fā)展來(lái)看，推薦獲得相關(guān)資質(zhì)的企業(yè)自檢?！吨袊?guó)發(fā)電企業(yè)溫室氣體排放核算方法與報(bào)告指南》[32]給出元素碳含量檢測(cè)方法，提出企業(yè)每天采集縮分樣品，每月最后一天將該月每天獲得的縮分樣品混合，測(cè)量月入爐煤的元素碳含量。對(duì)于燃煤機(jī)組的碳氧化率可使用實(shí)測(cè)值或缺省值，對(duì)于脫硫產(chǎn)生的碳排放僅在使用鈣法脫硫時(shí)考慮。

排放因子法簡(jiǎn)單直接，在缺乏準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的情況下，具有較好的可行性和適用性。聶曦等[33]針對(duì)《溫室氣體核算方法與報(bào)告核算指南(試行)》缺少企業(yè)計(jì)量數(shù)據(jù)來(lái)源和頻率問(wèn)題，指出對(duì)于燃煤?jiǎn)挝粺嶂岛剂亢吞佳趸适走x檢測(cè)獲得的數(shù)據(jù)。索新良等[34]以2臺(tái)600 MW燃煤機(jī)組為例，利用經(jīng)驗(yàn)公式擬合得到燃煤干燥基含碳量，使用排放因子法計(jì)算燃料燃燒和脫硫過(guò)程產(chǎn)生的CO2，發(fā)現(xiàn)燃煤碳排放占全廠碳排放98%以上。蓋志杰等[35]以蒙古自治區(qū)燃煤電廠為例，介紹了對(duì)活動(dòng)水平和排放因子的計(jì)算與獲取過(guò)程，并探究了電廠碳排放量與供電量之間的關(guān)系。

排放因子法活動(dòng)水平的選擇、收集以及排放因子的選取、測(cè)算直接影響最終碳排放量，是不確定度的主要來(lái)源。針對(duì)排放因子本身的計(jì)算，JEON等[36]以韓國(guó)8個(gè)燃煤電廠為研究對(duì)象，運(yùn)用檢測(cè)的燃煤熱值、碳?xì)浜考盁焽锜煔釩O2濃度計(jì)算對(duì)應(yīng)的排放因子，發(fā)現(xiàn)相比IPCC推薦缺省排放因子計(jì)算的碳排放量，使用無(wú)煙煤和亞煙煤排放因子計(jì)算的碳排放量分別高10.8%和1.9%，煙煤低5.5%。LIU等[37]測(cè)算了我國(guó)燃煤發(fā)電過(guò)程和水泥生產(chǎn)過(guò)程中的碳排放量，發(fā)現(xiàn)通過(guò)實(shí)測(cè)計(jì)算出的排放因子與IPCC推薦排放因子的比值為0.6∶1.0，說(shuō)明排放因子的缺省值與實(shí)測(cè)值差別較大。針對(duì)排放因子及活動(dòng)水平對(duì)碳排放量的影響。吳曉蔚等[38]計(jì)算了某火電廠CO2排放量，并將其與套用IPCC計(jì)算所得溫室氣體排放量進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)偏差達(dá)7.5%。王小龍等[39]基于A、B兩電廠運(yùn)行數(shù)據(jù)，研究了排放因子的單位熱值含碳量和碳氧化率對(duì)碳排放量的定量影響，發(fā)現(xiàn)二者對(duì)碳排放量最終影響分別為2%～10%和0.06%。朱德臣[40]采用56家發(fā)電企業(yè)的431組數(shù)據(jù)，分別計(jì)算基于實(shí)際檢測(cè)元素碳含量得到的單位熱值含碳量與缺省值對(duì)應(yīng)的碳排放量，發(fā)現(xiàn)接近50%企業(yè)采用缺省值計(jì)算的碳排放量更高，會(huì)增加碳排放權(quán)交易的損失。孫建衛(wèi)等[41]結(jié)合IPCC國(guó)家溫室氣體清單方法，利用因素分解法計(jì)算中國(guó)2005年碳排放強(qiáng)度為1.905 Gt，該結(jié)論高于其他學(xué)者計(jì)算結(jié)果，如魏一鳴等[42]和劉強(qiáng)等[43]對(duì)中國(guó)碳排放總量的核算結(jié)果分別為1.37 Gt和1.505 Gt。文獻(xiàn)[37]也指出其他數(shù)據(jù)選擇相同時(shí)，由于不同研究機(jī)構(gòu)給出的排放因子之間存在差異，導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果最大相對(duì)偏差可達(dá)40%。

綜上所述，排放因子法流程較簡(jiǎn)單，但我國(guó)煤炭種類及發(fā)電技術(shù)水平與國(guó)外相比存在差異，使用缺省的排放因子數(shù)據(jù)，不一定能反映中國(guó)燃煤電廠CO2排放量的真實(shí)數(shù)據(jù)，應(yīng)結(jié)合國(guó)情建立國(guó)家溫室氣體排放因子數(shù)據(jù)庫(kù)，統(tǒng)籌推進(jìn)各行業(yè)各類設(shè)施的排放因子測(cè)算，提高精準(zhǔn)度，建立數(shù)據(jù)庫(kù)常態(tài)化、規(guī)范化更新機(jī)制，為碳排放核算提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。

2.2 物料衡算法

物料衡算法(MaterialBalance Algorithms)為質(zhì)量平衡，規(guī)定系統(tǒng)邊界后，進(jìn)入系統(tǒng)的物質(zhì)投入量等于離開(kāi)系統(tǒng)的物質(zhì)產(chǎn)出量，計(jì)算公式為

∑Gin=∑Gpro+∑Gout，

(6)

式中，Gin為投入物料總和，t；Gpro為所得產(chǎn)品量總和，t；Gout為物料和產(chǎn)品流失量總和，t。

燃煤電廠物料衡算法主要是碳平衡的運(yùn)用，基于煤炭、飛灰和爐渣含碳量等數(shù)據(jù)，計(jì)算碳排放量。李進(jìn)等[44]分析了燃煤電廠內(nèi)部的碳流通過(guò)程，從燃料消耗和脫硫劑消耗量出發(fā)，基于碳平衡關(guān)系，建立燃煤過(guò)程和脫硫過(guò)程的CO2排放量計(jì)算模型，并以單位發(fā)電量的碳排放量為碳排放強(qiáng)度，比較機(jī)組間排放水平。但模型較簡(jiǎn)單，計(jì)算數(shù)據(jù)的獲取及結(jié)果存在誤差，未考慮廠用電系統(tǒng)對(duì)機(jī)組碳排放量的影響。段升飛[45]采用碳平衡法，假定燃料燃燒全部轉(zhuǎn)化為CO、CO2、總碳?xì)?THC)和顆粒物中的碳，定義不完全燃燒系數(shù)，計(jì)算CO2排放因子。譚超[46]在100%碳氧化率、無(wú)爐渣飛灰含碳量下的碳氧化率以及實(shí)測(cè)碳氧化率3種情形下，使用碳平衡法計(jì)算某電廠碳排放量，利用碳平衡法計(jì)算結(jié)果對(duì)排放因子和碳氧化率進(jìn)行折算，結(jié)果表明碳平衡法最接近電廠實(shí)際排放情況，但計(jì)算精度很大程度上取決于電廠煤耗量及相關(guān)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。蔡宇等[47]基于燃煤電廠的煤質(zhì)日?qǐng)?bào)和經(jīng)濟(jì)日?qǐng)?bào)等數(shù)據(jù)，根據(jù)能量守恒，建立以供電煤耗為基礎(chǔ)的碳排放率計(jì)算模型，實(shí)際應(yīng)用發(fā)現(xiàn)計(jì)算結(jié)果與IPCC缺省排放因子法的相對(duì)誤差達(dá)27%～35%，并指出燃煤中氫含量是2種計(jì)算方法結(jié)果差異的重要原因，但模型未考慮脫硫過(guò)程的碳排放量。文獻(xiàn)[48]基于碳平衡法，以煤粉鍋爐機(jī)組和循環(huán)流化床鍋爐機(jī)組為研究對(duì)象，將化石燃料燃燒碳排放、脫硫碳排放和外購(gòu)電力碳排放為碳排放核算邊界，具體碳流通如圖4所示。建立供電碳排放強(qiáng)度計(jì)算模型，探究發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)和每個(gè)組成部分對(duì)供電碳排放強(qiáng)度的影響，效果較好。

圖4 燃煤電廠碳流通[48]Fig.4 Carbon circulation in coal-fired power plants[48]

物料衡算法是核算法中相對(duì)準(zhǔn)確的核算方法，但需收集大量數(shù)據(jù)，碳排放數(shù)據(jù)完整時(shí)，可考慮物料衡算法。

2.3 實(shí)測(cè)法

實(shí)測(cè)法(Measure Method)是通過(guò)連續(xù)排放監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(CEMS)，直接測(cè)量排放氣體的流量、流速和濃度等參數(shù)計(jì)算氣體排放總量的計(jì)算方法[13]，計(jì)算公式與表1一致。

歐美國(guó)家實(shí)測(cè)法發(fā)展成熟，具有較完整的碳數(shù)據(jù)庫(kù)，并利用所測(cè)數(shù)據(jù)開(kāi)展研究。SCHIVLEY等[49]根據(jù)電力部門(mén)CEMS歷史監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)2001—2017年美國(guó)各地區(qū)年度、季度、月度碳排放強(qiáng)度進(jìn)行核算，指出由于新能源發(fā)電占比增加，在統(tǒng)計(jì)期間美國(guó)CO2排放強(qiáng)度降低了30%左右。在我國(guó)，朱曉睿[50]分析了可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜(TDLAS)檢測(cè)CO2排放的優(yōu)勢(shì)及應(yīng)用到燃煤電廠上的可能性，對(duì)比研究了幾種吸收光譜基線擬合方法，分析其在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境下的適用性，并通過(guò)模擬實(shí)際檢測(cè)環(huán)境進(jìn)行測(cè)量試驗(yàn)，分析影響CO2濃度檢測(cè)精度的主要因素。李崢輝等[51]開(kāi)發(fā)了一套適用于燃煤電廠的碳排放量在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，按照取樣、數(shù)據(jù)預(yù)處理、再測(cè)量的技術(shù)路線，實(shí)現(xiàn)碳排放速率實(shí)時(shí)測(cè)量和排放總量統(tǒng)計(jì)。

燃煤電廠煙氣采樣方式有抽取采樣法和直接測(cè)量法，國(guó)內(nèi)電廠主要使用直接測(cè)量法。直接測(cè)量法又分為點(diǎn)測(cè)量和線測(cè)量2種。點(diǎn)測(cè)量是將傳感器安裝在探頭端部，探頭直接插入煙道內(nèi)測(cè)量CO2濃度；線測(cè)量是將傳感器和探頭直接安裝在煙道或煙囪上，再利用光譜分析技術(shù)或激光技術(shù)對(duì)被測(cè)物進(jìn)行長(zhǎng)距離直線型在線測(cè)量。調(diào)研發(fā)現(xiàn)，實(shí)測(cè)法的煙氣流量檢測(cè)設(shè)備精度及抽取煙氣位置不同，會(huì)導(dǎo)致CEMS測(cè)量誤差偏差達(dá)30%[52]。文獻(xiàn)[46]計(jì)算了某安裝煙氣檢測(cè)系統(tǒng)的燃煤發(fā)電機(jī)組碳排放量，發(fā)現(xiàn)實(shí)測(cè)法的測(cè)量結(jié)果穩(wěn)定性差、數(shù)值跨度大，部分測(cè)量數(shù)據(jù)遠(yuǎn)高于碳平衡法等計(jì)算法的結(jié)果，這是由于煙道或煙囪中流場(chǎng)分布不均使測(cè)量的煙氣流量和流速存在較大誤差。因此對(duì)固定排放源較少的火電行業(yè)，探究煙道和煙囪內(nèi)不同工況下氣體截面流場(chǎng)的均勻性，確定有代表性的測(cè)量位點(diǎn)，可大幅提高實(shí)測(cè)法的測(cè)量精度，進(jìn)而優(yōu)化碳核算方法。目前也有不少學(xué)者對(duì)煙道和煙囪流場(chǎng)進(jìn)行研究。王彤等[53]針對(duì)核電廠氣態(tài)放射性物質(zhì)在管道或煙囪氣體流場(chǎng)中分布不均勻問(wèn)題，以電廠改造前、后煙囪取樣系統(tǒng)布置處的氣體流場(chǎng)作為研究對(duì)象，運(yùn)用流體動(dòng)力學(xué)(CFD)方法對(duì)煙囪氣體取樣，并進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算，通過(guò)分析平均氣旋角、速度分布、示蹤氣體分布、示蹤氣體最大濃度偏差和示蹤氣溶膠分布等指標(biāo)，判定核電廠煙囪取樣處氣體流場(chǎng)的混合均勻情況，最終確定改造后的煙囪高度取樣符合標(biāo)準(zhǔn)要求。KANG等[54]基于煙氣流速研究，將GUM和蒙特卡洛方法應(yīng)用于能源發(fā)電廠的現(xiàn)場(chǎng)煙囪，用皮托管測(cè)量煙囪氣體流量，估計(jì)CEMS碳排放的不確定度。發(fā)現(xiàn)皮托管測(cè)量體積氣體流量的相對(duì)擴(kuò)展不確定度為3.81%，與蒙特卡洛方法不確定度評(píng)定結(jié)果相近，誤差僅為0.05%。楊光俊等[55]建立煙塔合一和煙囪的數(shù)值模型，研究了氣態(tài)污染物濃度場(chǎng)和固態(tài)顆粒污染物運(yùn)動(dòng)軌跡。石巖[56]以某燃煤電廠尾部煙道為研究對(duì)象，運(yùn)用數(shù)值模擬方法，對(duì)鍋爐尾部煙道空預(yù)器出口到引風(fēng)機(jī)入口段煙道及主要零部件分別進(jìn)行流場(chǎng)和濃度場(chǎng)分布優(yōu)化設(shè)計(jì)，并分析優(yōu)化前后磨損特性，提出防磨建議，為燃煤電廠鍋爐尾部煙道設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供重要依據(jù)。

目前中國(guó)燃煤電廠安裝的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)多用于NOx監(jiān)測(cè)，專門(mén)用于CO2監(jiān)測(cè)的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)較少，維修安裝CO2在線監(jiān)測(cè)模塊成本較高，準(zhǔn)確性受檢測(cè)設(shè)備精度和穩(wěn)定性限制，目前擁有完整的CO2在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的電廠較少。我國(guó)電廠摻燒現(xiàn)象嚴(yán)重，實(shí)測(cè)法的監(jiān)測(cè)結(jié)果理論上優(yōu)于核算法，在雙碳目標(biāo)下，國(guó)家正以火電企業(yè)為示范大力發(fā)展實(shí)測(cè)法，未來(lái)電廠的實(shí)測(cè)法將進(jìn)入快速發(fā)展階段。

上述3種方法是目前燃煤電廠進(jìn)行碳排放核算的常用方法，其優(yōu)缺點(diǎn)、適用對(duì)象見(jiàn)表4。

表4 3種核算方法對(duì)比

2.4 其他方法

生命周期法(Life Cycle Method)是對(duì)一個(gè)產(chǎn)品系統(tǒng)的生命周期中輸入、輸出及其潛在環(huán)境影響的匯編和評(píng)價(jià)[57]，該定義由ISO提出，目前被廣泛接受。燃煤電廠碳排放源主要來(lái)源于生產(chǎn)準(zhǔn)備階段、生產(chǎn)階段和廢物處理階段[48](圖5)。3種核算方法主要集中在燃煤電廠的生產(chǎn)階段，相比常用傳統(tǒng)方法，生命周期法可盡可能囊括燃煤電廠的碳排放源，核算邊界更廣。夏德建等[58-60]先后建立了基于生命周期分析的中國(guó)煤炭能源鏈碳排放計(jì)算模型，前者應(yīng)用情景分析法，對(duì)燃煤電廠各環(huán)節(jié)建立煤電鏈生命周期碳排放計(jì)量模型，計(jì)量得到煤電鏈不同情境下碳排放，同期，對(duì)燃煤發(fā)電環(huán)節(jié)進(jìn)行定量分析，得到CO2排放量為840.19 g/kWh。后者對(duì)溫室氣體排放來(lái)源及規(guī)模進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)燃煤電廠CO2排放量為990.72 g/kWh。CHANG等[61]根據(jù)全生命周期理論，研究燃煤在開(kāi)采分選階段的溫室氣體排放情況，給出采煤和選煤過(guò)程中原煤損失率、電能消耗對(duì)應(yīng)的CO2排放因子。文獻(xiàn)[62]考慮到我國(guó)產(chǎn)煤地區(qū)與燃煤電廠距離較遠(yuǎn)，運(yùn)輸過(guò)程碳排放量較大，因此在CO2排放邊界中加入原煤從開(kāi)采到運(yùn)輸至電廠燃燒過(guò)程中的直接或間接碳排放源，建立燃煤電廠全生命周期CO2排放量計(jì)算模型。張莉[63]運(yùn)用生命周期法對(duì)超低碳排放燃煤電廠的碳排放進(jìn)行估算，核算內(nèi)容包括煤的獲取和運(yùn)輸過(guò)程、電力生產(chǎn)過(guò)程以及廢棄物處理過(guò)程。研究發(fā)現(xiàn)整個(gè)電廠平均CO2排放因子為786 g/kWh，明顯低于我國(guó)燃煤電廠CO2排放因子平均值。同時(shí)用生命周期評(píng)價(jià)法將應(yīng)用超低碳排放技術(shù)的電廠與應(yīng)用CO2捕集與封存技術(shù)(CCS)的電廠進(jìn)行比較，對(duì)碳減排效果做出評(píng)價(jià)。燃煤電廠包含多個(gè)系統(tǒng)，系統(tǒng)之間還存在耦合現(xiàn)象，易漏算或重復(fù)計(jì)算碳排放量，生命周期法可全面核算整個(gè)電廠的碳排放，但計(jì)算電廠外各過(guò)程碳排放量時(shí)采用的是排放因子缺省值[64]，因此計(jì)算的碳排放量核算范圍全面但不精確，多數(shù)情況下用于碳排放量的估算。

圖5 燃煤電廠不同生產(chǎn)階段的碳排放源[48]Fig.5 Carbon emission sources in different production stages of coal-fired power plants[48]

模型法(Model Method)是基于能源輸入產(chǎn)出、技術(shù)類型等因素進(jìn)行建模，關(guān)于碳排放模型有IPAT/Kaya恒等式、STIRPAT模型、對(duì)數(shù)平均迪氏指數(shù)法(LMDI)、廣義迪氏指數(shù)分解法(GDIM)、經(jīng)濟(jì)-能源-環(huán)境-一般均衡模型等[65]，這些模型可根據(jù)實(shí)際場(chǎng)景分析影響碳排放的主要因素，可估算人類活動(dòng)等對(duì)碳排放的影響，將經(jīng)濟(jì)、政策和人口等因素與人類活動(dòng)產(chǎn)生的碳排放相關(guān)聯(lián)，根據(jù)核算邊界不同，可預(yù)測(cè)全球、國(guó)家或某區(qū)域的碳排放量[66-70]，多用于宏觀預(yù)測(cè)，具體到單個(gè)電廠的碳排放，應(yīng)用較少。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)快速發(fā)展，基于機(jī)器學(xué)習(xí)的模型被廣泛應(yīng)用于燃煤電廠，選取影響碳排放的主要因素作為模型輸入，以碳排放量作為模型輸出，選取合適的模型可實(shí)現(xiàn)燃煤電廠的碳排放預(yù)測(cè)，有利于國(guó)家及時(shí)了解電廠碳排放發(fā)展趨勢(shì)并制定相應(yīng)的減排政策。孟欣欣[71]以煤質(zhì)參數(shù)和配風(fēng)量為輸入，以CO2排放量為輸出，選用某燃煤電廠提供的150組樣本數(shù)據(jù)，通過(guò)最小二乘支持向量機(jī)進(jìn)行訓(xùn)練，獲得輸入量與輸出量之間的關(guān)系模型。最后，選用20組數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果顯示預(yù)測(cè)數(shù)學(xué)模型結(jié)果與實(shí)際值最大偏差為9.86%。米國(guó)芳等[72]使用帶有周期性殘差修正功能的改進(jìn)GM(1,1)模型，對(duì)我國(guó)2011—2013年火電企業(yè)的CO2排放量進(jìn)行預(yù)測(cè)。除直接利用模型法進(jìn)行碳排放預(yù)測(cè)外，也可采用模型法對(duì)碳排放計(jì)算過(guò)程中的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行預(yù)測(cè)，如通過(guò)易獲得的工業(yè)分析數(shù)據(jù)計(jì)算元素碳含量，可降低檢測(cè)成本并克服某些電廠核心數(shù)據(jù)缺失的問(wèn)題。文孝強(qiáng)等[73]以工業(yè)分析數(shù)據(jù)為輸入、元素碳含量為輸出，利用偏最小二乘回歸算法，得到輸入輸出的預(yù)測(cè)方程式，并對(duì)模型進(jìn)行檢驗(yàn)，結(jié)果表明模型平均相對(duì)誤差為6.12%。許巧玲等[74]同樣以工業(yè)分析數(shù)據(jù)為輸入，采用蟻群算法與支持向量機(jī)結(jié)合的方法對(duì)某工業(yè)鍋爐碳元素含量進(jìn)行預(yù)測(cè)，結(jié)合鍋爐基本參數(shù)、運(yùn)行參數(shù)及煤耗量得到CO2排放量計(jì)算公式，與傳統(tǒng)多元線性回歸預(yù)測(cè)方法比較，結(jié)果顯示預(yù)測(cè)平均誤差為0.64%，優(yōu)于傳統(tǒng)回歸方法。衛(wèi)冬麗[75]利用Matlab采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法，以工業(yè)分析數(shù)據(jù)為輸入、以元素碳含量為輸出，建立基于元素碳含量碳排放模型計(jì)算燃煤電廠碳排放，得到的最終預(yù)測(cè)值相對(duì)誤差絕對(duì)值為0.602%，并以某電廠為例，進(jìn)行了準(zhǔn)確性驗(yàn)證。

生命周期法和模型法常與排放因子法、物料衡算法結(jié)合使用。我國(guó)燃煤電廠數(shù)量巨大，規(guī)模不同，部分電廠無(wú)法給出完整的碳排放計(jì)量所需數(shù)據(jù)，如元素碳檢測(cè)送檢成本高、自檢需檢測(cè)資質(zhì)等問(wèn)題使部分電廠缺少元素碳檢測(cè)數(shù)值；核算范圍有時(shí)存在局限性，對(duì)于煤耗大、煤炭產(chǎn)地較遠(yuǎn)的電廠，煤開(kāi)采及運(yùn)輸產(chǎn)生的碳排放量較大，應(yīng)計(jì)入碳核算范圍。生命周期法和模型法的加入會(huì)在一定程度上提高碳排放核算的準(zhǔn)確性。

綜上所述，燃煤電廠核算過(guò)程中，根據(jù)實(shí)際要求可選擇不同的核算方法。如僅考慮化石燃料燃燒碳排放、脫硫碳排放和外購(gòu)電力碳排放時(shí)，排放因子法、物料衡算法和實(shí)測(cè)法可相對(duì)準(zhǔn)確計(jì)算碳排放。排放因子法過(guò)程簡(jiǎn)單，但誤差較大，具有詳細(xì)碳排放數(shù)據(jù)時(shí)可采用物料衡算法或?qū)嶋H計(jì)算的排放因子計(jì)算碳排放，提高精確度；若電廠具備CO2在線監(jiān)測(cè)裝置和相應(yīng)數(shù)據(jù)質(zhì)量保證措施，應(yīng)優(yōu)先考慮實(shí)測(cè)法；當(dāng)考慮電力生產(chǎn)階段的上下游碳排放時(shí)，可應(yīng)用生命周期法擴(kuò)大核算邊界；具備電廠運(yùn)行數(shù)據(jù)和基本數(shù)據(jù)時(shí)，可采用模型法直接預(yù)測(cè)碳排放量或預(yù)測(cè)關(guān)鍵碳排放數(shù)據(jù)——元素碳含量。

3 核算法與實(shí)測(cè)法數(shù)據(jù)對(duì)比

從國(guó)際上看，核算法與實(shí)測(cè)法在歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家皆有較成熟的應(yīng)用，均有較完整的核算法和CEMS碳排放數(shù)據(jù)庫(kù)，有學(xué)者分析了2種方法所得碳排放數(shù)據(jù)的差距。ACKERMAN等[76]基于美國(guó)能源信息署(EIA)數(shù)據(jù)庫(kù)和美國(guó)環(huán)境保護(hù)署(eGRID)2個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)的碳排放數(shù)據(jù)，運(yùn)用核算法和實(shí)測(cè)法分別計(jì)算了美國(guó)連續(xù)CO2排放量，結(jié)果發(fā)現(xiàn)電廠總排放量(電力加上有用的熱輸出)方面相差3.5%，發(fā)電方面僅相差2.3%。然而，細(xì)化到單個(gè)發(fā)電廠排放估算值時(shí)，平均絕對(duì)差較大，分別為16.9%和25.3%(圖6)。QUICK[77]選取EIA和清潔空氣市場(chǎng)部門(mén)(CAMD)的210家發(fā)電企業(yè)為研究對(duì)象，分析了核算法和在線監(jiān)測(cè)法的差異。BORTHWICK等[78]和GURNEY等[79]研究了美國(guó)各數(shù)據(jù)庫(kù)的排放數(shù)據(jù)差異，討論了數(shù)據(jù)差異對(duì)政府制定相關(guān)政策的影響。

圖6 EIA與eGRID數(shù)據(jù)庫(kù)計(jì)算差距[76]Fig.6 Calculation gap between EIA and eGRID database[76]

針對(duì)單個(gè)電廠的數(shù)據(jù)差異，文獻(xiàn)[38]利用紅外氣體分析儀直接監(jiān)測(cè)我國(guó)30臺(tái)具有代表性的火力發(fā)電機(jī)組CO2排放，結(jié)果表明，直接監(jiān)測(cè)獲取的折算排放因子比IPCC缺省值高。段志潔等[80]以600 MW超超臨界火力發(fā)電機(jī)組為試點(diǎn)，首次安裝中國(guó)溫室氣體在線檢測(cè)系統(tǒng)，對(duì)比了排放因子法、物料衡算法和CEMS三種測(cè)量法的數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)直接監(jiān)測(cè)法數(shù)值波動(dòng)大，且高于排放因子法計(jì)算結(jié)果。張海濱等[81]使用煙氣分析儀等儀器直接監(jiān)測(cè)CO2濃度、CO濃度、煙氣流速等計(jì)算CO2排放，結(jié)果表明，相比排放因子法，直接監(jiān)測(cè)法計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確且數(shù)值更小。張欽等[82]對(duì)比了北京市3家電廠的有效核算法數(shù)據(jù)和在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)在線監(jiān)測(cè)法中不合格和缺少的數(shù)據(jù)進(jìn)行替代，采用相對(duì)差距衡量對(duì)比(式(7))，計(jì)算結(jié)果如圖7所示，與學(xué)者基于發(fā)達(dá)國(guó)家大量企業(yè)數(shù)據(jù)得到的分析結(jié)果基本一致。

(7)

式中，IRD,j為第j個(gè)電廠核算法與在線監(jiān)測(cè)法數(shù)據(jù)相對(duì)差距，%；ECEMS,j為第j個(gè)電廠在線監(jiān)測(cè)法所得CO2排放量，t；EETS,j為第j個(gè)電廠核算法所得CO2排放量，t。

圖7 在線監(jiān)測(cè)法和排放因子法碳排放數(shù)據(jù)的一致度[82]Fig.7 Consistency of carbon emission data obtained by online monitoring method and emission factor method[82]

針對(duì)不同監(jiān)測(cè)方法不確定度水平及來(lái)源分析，LEE等[83]以某燃燒煙煤電廠為例，核算法測(cè)得的碳排放量比CEMS低12.27%，IPCC默認(rèn)的凈熱值是核算法不確定度的主要來(lái)源，煙氣體積流量測(cè)量是CEMS不確定度的主要來(lái)源。QUICK等[84]認(rèn)為，CEMS測(cè)量碳排放數(shù)據(jù)的不確定度范圍低于核算法，相比之下煙氣濃度測(cè)量較可靠。

在線監(jiān)測(cè)法可直接測(cè)量煙氣中CO2濃度和流量，在保證監(jiān)測(cè)位點(diǎn)具有代表性的前提下，碳計(jì)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性高于核算法，且可實(shí)時(shí)更新，中間過(guò)程少，操作簡(jiǎn)單。尤其在燃煤電廠存在嚴(yán)重?fù)綗F(xiàn)象時(shí)，核算法會(huì)產(chǎn)生較大誤差。

4 結(jié)語(yǔ)與展望

論述了歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家的碳排放計(jì)量發(fā)展現(xiàn)狀，綜述了燃煤電廠常用的排放因子法、物料衡算法和實(shí)測(cè)法，總結(jié)了優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍。介紹了生命周期法和模型法，彌補(bǔ)了電廠核算范圍不全和關(guān)鍵碳排放核算數(shù)據(jù)缺失問(wèn)題。最后論述了核算法和實(shí)測(cè)法數(shù)據(jù)對(duì)比現(xiàn)狀，闡明核算法和實(shí)測(cè)法的誤差來(lái)源。相比其他標(biāo)準(zhǔn)體系，國(guó)內(nèi)外在碳排放管理領(lǐng)域的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)體系有待完善。歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家發(fā)展較早，初步形成了各自的碳計(jì)量體系。我國(guó)尚缺少完整的碳計(jì)量體系，實(shí)測(cè)法處于初步發(fā)展階段，缺少完整的碳核算數(shù)據(jù)庫(kù)，標(biāo)準(zhǔn)及政策有待完善。近年來(lái)，隨著我國(guó)碳計(jì)量體系的發(fā)展，我國(guó)逐步實(shí)現(xiàn)“核算為主，監(jiān)測(cè)為輔”的碳排放核算方法。針對(duì)國(guó)際上流行的碳計(jì)量方法，排放因子法應(yīng)用范圍最廣，計(jì)算過(guò)程較簡(jiǎn)單，但若直接運(yùn)用IPCC指南的排放因子缺省值計(jì)算我國(guó)燃煤電廠碳排放，誤差較大；物料衡算法應(yīng)用較多，利用碳平衡計(jì)算燃煤電廠碳排放量，計(jì)算中間過(guò)程較多，需要完整數(shù)據(jù)才可獲得準(zhǔn)確的碳排放量；實(shí)測(cè)法與其他計(jì)算方法不同，可直接測(cè)量煙氣中CO2濃度與煙氣流量，理論上可獲得更準(zhǔn)確的碳排放數(shù)值，在我國(guó)政策推動(dòng)下有望快速發(fā)展；生命周期法可加入電力生產(chǎn)階段的上下游碳排放，故可以擴(kuò)大核算邊界；模型法可直接預(yù)測(cè)碳排放量或預(yù)測(cè)關(guān)鍵碳排放數(shù)據(jù)——元素碳含量，彌補(bǔ)關(guān)鍵核算數(shù)據(jù)缺失問(wèn)題。這5種方法可根據(jù)獲取核算數(shù)據(jù)的方法不同分為實(shí)測(cè)法和核算法2類，通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)核算法的主要誤差來(lái)源為排放因子和凈熱值等數(shù)值的選取和測(cè)量，實(shí)測(cè)法的主要誤差來(lái)源為煙氣流量和CO2濃度的測(cè)量，但實(shí)測(cè)法一般優(yōu)于核算法。我國(guó)火電廠煤種混燒較為普遍，因此，加快實(shí)測(cè)法的發(fā)展是未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。

我國(guó)是煤炭大國(guó)，火電行業(yè)是目前碳排放主要來(lái)源。在雙碳目標(biāo)下，實(shí)現(xiàn)煤炭資源清潔高效利用，制定碳減排政策，減少CO2等溫室氣體排放是我國(guó)燃煤電廠亟待解決的問(wèn)題。碳排放統(tǒng)計(jì)核算是科學(xué)制定國(guó)家政策、評(píng)估考核工作進(jìn)展的數(shù)據(jù)依據(jù)，是燃煤電廠實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)的基石。因此，需加強(qiáng)以下研究：① 我國(guó)火電行業(yè)須加快碳計(jì)量方法發(fā)展和碳數(shù)據(jù)庫(kù)完善，促進(jìn)我國(guó)碳交易市場(chǎng)的發(fā)展，構(gòu)建完整的碳計(jì)量方法標(biāo)準(zhǔn)體系；② 深入探究核算方法的不確定來(lái)源，優(yōu)化核算法和在線監(jiān)測(cè)法；③ 基于全流程碳平衡原理，探究核算法與在線監(jiān)測(cè)法之間的耦合關(guān)系，建立數(shù)據(jù)對(duì)比方法，提高碳排放核算數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性；④ 制定相關(guān)政策法規(guī)制度，規(guī)范電廠碳計(jì)量方法流程，保證碳排放數(shù)據(jù)質(zhì)量，形成中國(guó)特色的統(tǒng)一規(guī)范的燃煤電廠碳排放統(tǒng)計(jì)核算體系，為碳達(dá)峰碳中和工作提供全面、科學(xué)、可靠的數(shù)據(jù)支持。