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(shù)研究院有限公司，廣東 廣州 510630；2.華北電力大學環(huán)境科學與工程系，河北 保定 071003；3.清華大學環(huán)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(xiàn)碳中和”[1]。在我國眾多排放源中，電力行業(yè)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(yè)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(jiān)管對象，而碳排放量的統(tǒng)計是其中的關(guān)鍵一環(huán)[3]。

在碳排放量統(tǒng)計領(lǐng)域，主要方法有質(zhì)量平衡法、排放因子法和連續(xù)監(jiān)測法。其中質(zhì)量平衡法由于誤差較大，在火電企業(yè)漸漸不再使用[4]。相比于歐美地區(qū)，我國在碳排放量統(tǒng)計領(lǐng)域起步較晚，數(shù)據(jù)積累不足，早期國內(nèi)試點碳排放量統(tǒng)計過程中所使用的各種缺省都是參考國外，由于部分數(shù)據(jù)不符合我國實情，最終核算數(shù)據(jù)存在著較大的誤差[5]。2015 年，我國正式發(fā)布實施了《溫室氣體排放核算與報告要求第1 部分：發(fā)電企業(yè)》（GB/T 32151.1—2015），火電企業(yè)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(tǒng)計過程出現(xiàn)數(shù)據(jù)造假問題，暴露出我國碳排放量統(tǒng)計相關(guān)標準存在數(shù)據(jù)質(zhì)量控制方面的不足，由此國外現(xiàn)行的連續(xù)監(jiān)測法和相關(guān)質(zhì)量控制標準逐漸受到了業(yè)內(nèi)重視[7-9]。

本文以煤電和氣電企業(yè)為背景，簡要梳理了國內(nèi)外火電企業(yè)現(xiàn)行碳排放量統(tǒng)計方法，并結(jié)合制度條文、標準對國內(nèi)外碳排放量統(tǒng)計方法和數(shù)據(jù)質(zhì)量要求的主要差異進行比較分析，最后總結(jié)并展望了我國未來碳排放量統(tǒng)計的發(fā)展趨勢。

1 國內(nèi)火電企業(yè)碳排放量統(tǒng)計現(xiàn)狀

1.1 排放因子法

我國的碳排放量統(tǒng)計方法主體源于聯(lián)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(jīng)過多年的探索和修訂，當前我國火電行業(yè)碳排放量統(tǒng)計所執(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告指南 發(fā)電設(shè)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(huán)節(jié)的碳排放計算。其中化石燃料燃燒排放由火電企業(yè)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(fā)電行業(yè)化石燃料燃燒產(chǎn)生的CO2排放量，t；i為化石燃料類型代號；FCi為監(jiān)測期第i種化石燃料的凈消耗量，即一次能源消費量，根據(jù)企業(yè)實測的能源消費臺帳或統(tǒng)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(quán)重進行加權(quán)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(guī)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(zhì)量之比。使用缺省值時，Car,i依托化石燃料的平均低位發(fā)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(shù)據(jù)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(xiàn)實測。這和企業(yè)某些工藝設(shè)計有關(guān)，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(xù)監(jiān)測法

連續(xù)監(jiān)測法在歐美地區(qū)已受法律認可，而在國內(nèi)仍然處于試點探索階段。關(guān)于連續(xù)監(jiān)測法的企業(yè)應(yīng)用技術(shù)規(guī)范與計算要求則可參考國內(nèi)2022 年3 月實施的《火電廠煙氣二氧化碳排放連續(xù)監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》（DL/T 2376—2021）。該標準在實施應(yīng)用層面的描述內(nèi)容大量參考了煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)（continuous emission monitoring system，CEMS）相關(guān)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(zhì)量流率，t/h；CD為標準狀態(tài)下CO2干基質(zhì)量濃度，g/m3；Qsn為標準狀態(tài)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(shù)據(jù)、月數(shù)據(jù)和年數(shù)據(jù)。

此外，由于國內(nèi)外CO2連續(xù)監(jiān)測設(shè)備廠家多、技術(shù)流派多，所以作為連續(xù)監(jiān)測設(shè)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(tǒng)性能特征的確定》（GB/T 40789—2021）（對標ISO 12039—2019）于2022 年5 月在國內(nèi)實施，其中描述了測定CO2所適用的技術(shù)和性能要求[14]。同期，2021 年9 月，國家生態(tài)環(huán)保部印發(fā)《碳監(jiān)測評估試點工作方案》，部分地區(qū)和行業(yè)逐步開始碳排放連續(xù)監(jiān)測法的試點工作。但目前為止（2022 年4 月），連續(xù)監(jiān)測數(shù)據(jù)仍未納入可履約的碳排放量數(shù)據(jù)統(tǒng)計范疇[15]。

2 歐美火電企業(yè)碳排放量統(tǒng)計現(xiàn)狀

國際通行碳排放量統(tǒng)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(chǔ)上，歐美各自根據(jù)自身情況進而完善提出了更多的細分規(guī)定與標準，逐步由依靠缺省值計算向依靠連續(xù)監(jiān)測統(tǒng)計升級。

2.1 美國碳排放量統(tǒng)計現(xiàn)狀

目前美國發(fā)電企業(yè)碳排放量統(tǒng)計方法主要參照《聯(lián)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(lián)邦法律匯編第40 卷第75 部分-連續(xù)排放監(jiān)測》（40 CFR part 75）。其中part 98 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)計算方法供企業(yè)選用，涵蓋了排放因子法、質(zhì)量平衡法和連續(xù)監(jiān)測法[18-19]。part 75 則規(guī)定了CEMS 的安裝、驗收、運維等技術(shù)要求，且規(guī)定符合驗收要求的CEMS 所采集數(shù)據(jù)具有法律效力，可作為環(huán)保報送數(shù)據(jù)被美國環(huán)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(fā)電機組及溫室氣體減排區(qū)城內(nèi)（regional greenhouse gas initiative，RGGI）發(fā)電量超過25 MW 的火電機組；

二類 用于具有北美工業(yè)分類系統(tǒng)（North American industry classification system，NAICS）特定代碼和州內(nèi)要求監(jiān)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(fā)電機組（裝機超過25 MW）必須采用連續(xù)監(jiān)測法。到2015 年為止，美國電力行業(yè)執(zhí)行40 CFR part 75 標準進行碳排放監(jiān)測統(tǒng)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(jiān)測[20]。

2.2 歐盟碳排放量統(tǒng)計現(xiàn)狀

為了適應(yīng)碳排放權(quán)交易，歐盟在碳排放監(jiān)測與數(shù)據(jù)質(zhì)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(tǒng)計方法的核心執(zhí)行文件是2012 年發(fā)布的碳監(jiān)測報告指導(dǎo)文件《監(jiān)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(xù)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(guī)定了3 種不同碳排放量統(tǒng)計方法（標準方法，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：

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(zhì)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(chǎn)品）分類；

3）基于測量數(shù)據(jù)（依據(jù)連續(xù)監(jiān)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(quán)交易制第3 階段（2013—2020 年）明確規(guī)定，納入碳市場的企業(yè)采用CEMS 監(jiān)測的碳排放量數(shù)據(jù)等同于核算法計算碳排放量數(shù)據(jù)，即承認了連續(xù)監(jiān)測數(shù)據(jù)的法律效力。在這期間為了指導(dǎo)連續(xù)監(jiān)測法的應(yīng)用，歐盟還發(fā)布了關(guān)于連續(xù)監(jiān)測法的一系列質(zhì)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(yè)使用連續(xù)監(jiān)測法，企業(yè)可以基于這些分類要求和自己可提供的數(shù)據(jù)源來查詢裝置、燃料和排放源適用的統(tǒng)計方法和相應(yīng)數(shù)據(jù)質(zhì)量控制要求，最終組合出合適的碳排放量統(tǒng)計報告。

3 國內(nèi)外碳排放數(shù)據(jù)質(zhì)量控制現(xiàn)狀

3.1 美國碳排放數(shù)據(jù)質(zhì)量控制現(xiàn)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(tǒng)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(yè)碳排放數(shù)據(jù)報告要求出具相應(yīng)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(qū)火電企業(yè)基本都采用連續(xù)監(jiān)測法，所以實施方法中主要以設(shè)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(xù)測點。40 CFR 98.3 規(guī)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(shù)據(jù)質(zhì)量控制現(xiàn)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(qū)間，且該區(qū)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(zhì)量控制指標，設(shè)計了較為復(fù)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(yè)和地方管理機構(gòu)參考選擇[21,23-24]。對于基于計算方法進行碳排放量統(tǒng)計的企業(yè)，參考EU 2018/2066 附件Ⅱ、Ⅴ：小源流（小于5 000 t 或小于企業(yè)總排放量的10%，其中企業(yè)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(yè)總排放量的2%，其中企業(yè)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(shù)據(jù)質(zhì)量）。對于基于測量方法進行碳排放量統(tǒng)計的企業(yè)，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(zhí)行，除非能證明技術(shù)上不可行或者會產(chǎn)生不合理費用時才能向下降級；但同時也規(guī)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(nèi)碳排放數(shù)據(jù)質(zhì)量控制現(xiàn)狀

我國目前具有法律效力的碳排放量統(tǒng)計數(shù)據(jù)質(zhì)量控制可以參考《指南》?！吨改稀分袛?shù)據(jù)質(zhì)量控制主要針對活動數(shù)據(jù)獲取過程中采樣、統(tǒng)計與檢測某單一環(huán)節(jié)執(zhí)行相應(yīng)的標準，并未對最終結(jié)果數(shù)據(jù)提出明確的質(zhì)量控制要求。《指南》中碳排放數(shù)據(jù)質(zhì)量控制關(guān)聯(lián)標準數(shù)量匯總見表3[10]。從表3 可發(fā)現(xiàn)有關(guān)于質(zhì)量控制的指標為測量設(shè)備精度，但其中未給出統(tǒng)一填寫標準。此外，根據(jù)《指南》所引用的通用規(guī)范GB/T 27052，數(shù)據(jù)質(zhì)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(jù)《指南》所引用的GB/T 21369，數(shù)據(jù)質(zhì)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(shù)據(jù)質(zhì)量控制所使用的指標有所差異。

表3 《指南》中碳排放數(shù)據(jù)質(zhì)量控制關(guān)聯(lián)標準數(shù)量Tab.3 Number of relevant standards for quality control of carbon emissions data in China

而對于連續(xù)監(jiān)測法，我國仍然處于探索階段，其數(shù)據(jù)質(zhì)量控制可參考DL/T 2376—2021 和GB/T 40789—2021；此外也有相關(guān)學者開展了相關(guān)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(zhì)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(shù)規(guī)范。其中給出的數(shù)據(jù)質(zhì)量控制限值見表4[11]。不過該標準也未給出關(guān)于最終碳排放量統(tǒng)計結(jié)果的數(shù)據(jù)質(zhì)量要求。GB/T 40789—2021 僅適用于CO2體積分數(shù)自動測量系統(tǒng)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(shù)據(jù)質(zhì)量指標，給出了關(guān)于煙氣CO2體積分數(shù)結(jié)果的零點重復(fù)性、量程重復(fù)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(shù)據(jù)質(zhì)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(tǒng)計發(fā)展趨勢探討

基于數(shù)據(jù)統(tǒng)計方法和質(zhì)量控制相關(guān)信息，國內(nèi)外火電企業(yè)碳排放量數(shù)據(jù)統(tǒng)計方法與質(zhì)量控制現(xiàn)狀總覽見表5。

表5 國內(nèi)外火電企業(yè)碳排放量數(shù)據(jù)統(tǒng)計方法與質(zhì)量控制現(xiàn)狀Tab.5 Domestic and international statistical methods and quality control status of carbon emission data for fossil-fired power enterprises

從數(shù)據(jù)質(zhì)量控制的角度考慮，歐美在碳排放量統(tǒng)計中大量普及連續(xù)監(jiān)測法且以最高要求進行質(zhì)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(yè)，連續(xù)監(jiān)測法顯然比依據(jù)計算的排放因子法和質(zhì)量平衡法更容易確保數(shù)據(jù)質(zhì)量。這是因為：一方面，連續(xù)測量法的必要數(shù)據(jù)均從測點設(shè)備直接傳輸獲得，數(shù)據(jù)實時存檔，人為造假較難；另一方面，連續(xù)測量法所需進行質(zhì)量控制的環(huán)節(jié)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(shè)備的運維即可，更加易于火電企業(yè)執(zhí)行。通過梳理國內(nèi)新發(fā)布的煙氣CO2連續(xù)監(jiān)測法相關(guān)標準，也可以看出我國正在加快探索連續(xù)監(jiān)測法在碳排放統(tǒng)計工作中的應(yīng)用方案。

另外，國內(nèi)現(xiàn)行《指南》未給出對火電企業(yè)采用排放因子法的統(tǒng)一質(zhì)量控制要求，更加傾向于依據(jù)數(shù)據(jù)獲取過程中的單一獨立環(huán)節(jié)所涉及的規(guī)范標準來控制質(zhì)量。僅從數(shù)據(jù)質(zhì)量控制手段上，目前國內(nèi)方法相較于歐美方法更精細。從國內(nèi)企業(yè)實施方面考慮，當前精細化分別控制的方法可以與現(xiàn)行的相關(guān)標準體系無縫銜接，便于碳排放統(tǒng)計工作快速推進。

不過從國內(nèi)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(shù)據(jù)質(zhì)量評價報告。而這個報告是基于各自統(tǒng)一數(shù)據(jù)質(zhì)量指標形成的，可以在歐美跨國境跨行業(yè)互認。這就說明歐美設(shè)置統(tǒng)一指標的目的之一是便于提供通用的碳交易數(shù)據(jù)質(zhì)量信用證明。統(tǒng)一的數(shù)據(jù)質(zhì)量指標和明確的控制限值更利于雙邊協(xié)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(yè)碳排放總量數(shù)據(jù)，如果按照當前國內(nèi)標準采用大量精細但不同的指標，則碳排放總量數(shù)據(jù)互認的必要條件就成了每個精細指標所關(guān)聯(lián)的標準都必須和歐美對應(yīng)標準互認，進而支撐碳排放總量數(shù)據(jù)互認。這會導(dǎo)致國內(nèi)的碳排放數(shù)據(jù)質(zhì)量報告是包含多指標的，而歐美碳排放數(shù)據(jù)質(zhì)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(fā)，當下不統(tǒng)一的數(shù)據(jù)質(zhì)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(xiàn)“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(shù)據(jù)質(zhì)量指標和控制限值是必然發(fā)展趨勢。

5 結(jié)論

1）歐美地區(qū)火電企業(yè)在碳排放權(quán)交易制第3 階段均開始普及連續(xù)監(jiān)測法，數(shù)據(jù)已受法律認可。美國已要求在大部分火電企業(yè)強制執(zhí)行；歐盟未做強制要求，只需碳排放數(shù)據(jù)報告符合數(shù)據(jù)質(zhì)量控制層級要求即可；而國內(nèi)近2 年連續(xù)監(jiān)測法也已進入試點階段，相關(guān)標準也逐步建立，可以預(yù)見不久的將來連續(xù)監(jiān)測法也有極大可能被納入碳排放統(tǒng)計方法之一。

2）國內(nèi)現(xiàn)行標準與歐美現(xiàn)行標準在數(shù)據(jù)質(zhì)量控制尺度上有明顯差異。僅從數(shù)據(jù)質(zhì)量控制手段上，目前國內(nèi)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(fā)，當下不統(tǒng)一的數(shù)據(jù)質(zhì)量指標體系不利于我國與歐美進行數(shù)據(jù)跨境體系互認，因此建立全面的、科學的、一致的數(shù)據(jù)質(zhì)量指標和控制限值是必要的。