碳交易與碳排放及碳減排量的核定方法

東南大學能源與環境學院 韋思超 王培紅

碳交易與碳排放及碳減排量的核定方法

東南大學能源與環境學院 韋思超 王培紅

碳交易是一種全新的市場機制，是應對氣候變化，減少包括化石燃料燃燒排放二氧化碳在內的溫室氣體的一種有效的途徑，碳排放量與碳減排量的核定是碳交易的核心問題之一。本文以火力發電為例，探討碳排放量的核定方法；同時介紹了工業企業七類典型節能項目的節能量及其碳減排量的核定方法。

碳交易；碳排放量；碳減排量；核定

工業經濟的快速發展，導致了化石燃料的過度消費，相應的CO2等溫室氣體排放量亦急劇增長，加劇了全球氣候異常、海平面升高等一系列危險。

碳減排、低碳經濟成為人們關注的焦點之一。

為了減少CO2等溫室氣體的排放，需要從消減碳源和增加碳匯兩個方面入手。其中改善經濟結構、改善能源結構、提高能源利用效率可以有效地消減碳源；而擴展生態碳匯（如綠化、濕地等）和工程碳匯（如碳捕集CCS）資源則是增加碳匯的主要手段。

然而，無論是消減碳源還是增加碳匯，都需要巨額資金和先進技術的支撐，建立一種全新的市場機制就成為碳減排的重要途徑。

1背景

1992年5月聯合國政府間氣候變化專門委員會通過聯合國氣候變化框架公約，1997年12月通過了第一個附加協議，即京都議定書。

京都議定書引入市場機制，開辟了解決包括二氧化碳在內的溫室氣體減排問題的新途徑，即把包括二氧化碳在內的溫室氣體碳排放權作為一種商品，從而形成溫室氣體排放權的交易，簡稱碳交易。

2005年京都議定書正式生效后，全球碳交易市場出現了爆炸式的增長，2007年碳交易量從2006年的16億噸躍升到27億t，上升68.75%。

2011年10月國家發展改革委印發“關于開展碳排放權交易試點工作的通知”，批準北京、上海、天津、重慶、湖北、廣東和深圳等7省市開展碳交易試點工作。

2013年6月18日，深圳碳排放權交易市場在全國七家試點省市中率先啟動交易。

2013年11月26日，上海市碳排放權交易鳴鑼，試點地區碳排放權交易相繼啟動。

碳交易市場可以簡單地分為配額交易市場和自愿交易市場兩種。

配額交易市場為那些有溫室氣體排放上限的國家或企業提供碳交易平臺，以滿足其碳減排需求；自愿交易市場則是企業基于其他目標（如企業社會責任、品牌建設、社會效益等）而自愿進行的碳交易。

配額碳交易可以分成兩大類，一是基于配額的交易，買家在“總量管制與交易制度”體制下購買由管理者制定、分配（或拍賣）的減排配額，譬如京都議定書下的分配數量單位（AAUs）；二是基于項目的交易，買主向可證實減低溫室氣體排放的項目購買減排額，最典型的此類交易為清潔發展機制（Clean Development Mechanism，CDM）以及聯合履行機制（Joint Imp lementation，JI）)下分別產生核證減排量(Certified Emm issions Reduc tion，CERs)和減排單位(Em ission Reduc tion Unit，ERUs)。

自愿減排交易市場早在強制性減排市場建立之前就已經存在，由于其不依賴法律進行強制性減排，因此其中的大部分交易也不需要對獲得的減排量進行統一的認證與核查。雖然自愿減排市場缺乏統一管理，但是機制靈活，從申請、審核、交易到完成所需時間相對更短，價格也較低，主要被用于企業的市場營銷、企業社會責任、品牌建設等，雖然目前該市場碳交易額所占的比例很小，不過潛力巨大。

中國是全球第大溫室氣體排放國之一，雖然沒有減排約束，但中國被許多國家看作是最具潛力的減排市場。

碳交易以利于調動企業節能減排的積極性，減少生產過程中CO2的排放，從而幫助國家向低碳經濟的轉型。

可見，碳排放量與碳減排量的統計與核算是碳交易的核心問題之一。

2火電行業碳排放量的核算方法

燃煤火力發電是我國電力生產的主要方式，亦是我國動力用煤的主要消費用戶，同樣也是我國溫室氣體CO2的主要排放用戶。隨著我國燃煤火電機組裝機容量的快速上升，我國已成為溫室氣體排放的主要國家之一。

由于我國燃煤火電機組處于煤質多變與負荷多變的復雜外部環境，同時火電機組性能大范圍非線性變化，增加了溫室氣體排放核算的復雜性。

政府間氣候變化專門委員會（IPCC）為了便于各國的溫室氣體清單估算結果具有可比性、透明性和一致性，編制了《IPCC1995國家溫室氣體清單編制指南》，1997年出版了《IPCC國家溫室氣體清單編制指南（1996年修訂版）》，2000年編制出版了《IPCC國家溫室氣體清單優良作法指南和不確定性管理》報告。這其中包括能源，工業過程及產品，農業、林業及其土地利用，廢棄物等4大類排放源的指南。

美國對化石燃料CO2排放的評估采用了“自下而上（bottom-up）”的方法。美國國家溫室氣體清單中確定不同消費部門的碳排放系數的方法分為以下4步：一是分別按煤炭類型和產地確定其碳排放（含量）系數；二是按照煤炭類型和產地確定該部門消費量；三是確定反映煤炭類型和產地特點的消費部門碳排放系數加權值；四是，獲得與IPCC按煤炭類型給出的國家級碳系數。

歐盟國家溫室氣體清單中的溫室氣體清單數據主要依據大氣排放物清單（CORINAIR）的排放清單指南（em ission inventory guidebook）技術標準執行。CORINAIR采用基于企業的自下而上的清單編制方法，對發電機組、鍋爐的排放系數及特殊使用條件等方面進行考慮。

我國的電力企業，煤炭產地與供貨渠道多變是一種比較普遍的現實狀況，導致以下兩個問題：一是煤炭類型和產地多變，難以確定碳排放系數；二是由產地難以確定火電機組煤炭消費量。

事實上，燃煤的碳排放系數主要取決于燃煤低位熱值，文獻[1]提供了燃煤電站鍋爐二氧化碳排放量隨燃煤低位熱值變化的關系曲線。

作者所在的科研團隊發明了“電站鍋爐效率與燃煤熱值、灰分和水分的同步測算方法”，可以利用火電機組廠級監控系統（SIS）中，排煙溫度、排煙氧量、飛灰含碳量等實時數據信息，同步確定鍋爐效、燃煤熱值、灰分和水分等燃煤成分（如圖1），為確定燃煤火電機組的碳排放量，創造了條件。

基于上述發明，本文提出一種基于發電量與燃煤熱值的火電機組排放量核算方法（見圖2），該方法具有可追溯且計算精度高等特點。

3典型節能項目節能量及其碳排放量的核算方法

國家目前認可的節能項目共分7大類[3-6]，各類型項目的特點不同，故各類型項目的節能量計算方法也有不同，審核人員需根據項目類型，選擇相應的計算方法。

3.1鍋爐（窯爐）改造項目

3.1.1、鍋爐改造項目

（1）單耗法

式（1）中，

ΔΕ——總節能量；

Ε0——改造前所有鍋爐年耗能量；

圖1電站鍋爐效率與燃煤熱值、灰分和水分的同步測算框圖

圖2利用火電機組發電量核算其CO2排放量的測算框圖

Ε1——改造后所有鍋爐年耗能量；

G0——改造前所有鍋爐年蒸汽產量；

G1——改造后所有鍋爐年蒸汽產量；

G——改造前、后鍋爐年蒸汽產量中較小的產量

需關注以下要點：

①煤折標系數采用實測值或參考GB/T2589《綜合能耗計算通則》；

②改造前后鍋爐年蒸汽產量折算為同品質；

③改造前該產品的正常產量可采用前一年的產量或前三年算數平均值；

④對電站鍋爐，宜采用供電煤耗、供熱煤耗作為單耗指標進行計算。

（2）效率法

式（2）中，

ΔΕn——單臺改造鍋爐的節能量；

η0n——改造前單臺鍋爐熱效率；

η1n——改造后單臺鍋爐熱效率；

E——改造前、后單臺鍋爐年耗能量中較小的耗能量

需關注以下要點：

①原煤折標系數采用實測值或參考GB/ T2589《綜合能耗計算通則》；

②計算中產量選取方法，同單耗法；

③工業鍋爐計量器具配備不完善、統計臺賬不齊全的情況，宜采用本法。

3.1.2、窯爐改造項目

計算單臺改造窯爐的節能量：

式（3）中，

ΔΕ——總節能量；

Ε0——改造前窯爐年耗能量；Ε1——改造后窯爐年耗能量；G0——改造前窯爐產量；G1——改造后窯爐產量；

G——改造前、后窯爐年產量中較小的產量需關注以下要點：

①如改造前能耗統計不全，可參考國家、地方標準中相關產品限額指標；

②對初審項目，可參考國家、地方標準中規定的國際、國內先進值指標；

③對于無國家、地方標準規定的產品，可參考同行業內該產品單耗。

3.2余熱余壓利用項目

3.2.1、余熱余壓發電改造項目

式（4）中，

ΔE——項目節能量；

W——裝機容量；

T——全年運行h；

k——每萬kWh電力折合的等價值標準煤量；

P——電站自用電率；

E0——項目基準能耗

需關注以下要點：

①全年運行小時數取決于所依附的主體，按企業上年度主體實際運行時間計算，如果該主體改造前一年未正常運行，則采用前3年運行時間的算術平均值；

②公式中k按國家統計局發布的當年供電煤耗計算，噸標準煤/萬kWh；

③若企業不能提供設計的廠用電率，則可按電力行業內的估計值8%取值；

④按裝機容量計算節能量，往往計算結果偏大，審核人員應根據可研報告等有關資料進一步核算。

（2）已完工項目（終審）

（1）未完工項目（初審）

式（5）中，

ΔE——項目節能量；

k——每萬千瓦時電力折合的等價值標準煤量；

Pt——項目實施后余熱余壓電站年總發電量；

Ps——項目實施后余熱余壓電站年自用電量；

E1——項目實施前已利用的余熱余壓資源；

E2——項目實施后新增加的能耗量

需關注以下要點：

①公式中k按國家統計局發布的當年供電煤耗計算，t標煤/萬kWh；

②應考慮改造前后依附的主體實際產量變化對節能量的影響；

③項目實施前存在已部分利用余熱余壓資源的情況下，計算節能量是應對Pt、Ps進行相應核減。

3.2.2、余熱回收項目

式（6）中，

ΔE——項目節能量；

E0——項目實施后回收并利用的余熱量；

E1——項目實施前已利用的余熱量；

E

2——項目實施后新增加的能耗量

需關注以下要點：

①E0應按等價值進行折標；

②應考慮改造前后依附的主體實際產量變化對節能量的影響。

3.2.3、廢棄資源生產可利用能源項目

式（7）中，

ΔΕ——項目節能量；

Εsc——產生可利用能源折算成標準煤值；

Εxh——產生可利用能源時，系統增加的能耗量

需關注以下要點：

①產生的可利用能源的折標系數，根據實測值計算；

②無實測數據時，可按國家相關規定選取；③如國家無相關規定，可引用公開發表的書刊中相關數據。

3.3節約和替代石油項目3.3.1、分工序計算法

式（8）（9）（10）中，

ΔE——節能量；

ΔΕ1——啟停節油量；

Εu0——改造前單位啟停基準耗油量；

Εu1——改造后單位啟停耗油量；

n——改造前年啟停次數；

ΔΕ2——低負荷穩燃節油量；

Εu2——改造前單位低負荷穩燃運行時間基準耗油量；

Εu3——改造后單位低負荷穩燃運行時間耗油量；

h——改造前低負荷穩燃運行時間

需關注以下要點：

①電力企業節約石油項目宜采用本法；

②將各工序的啟停節油量和低負荷穩燃節油量相加，并折算成標煤，即為項目節能量。

3.3.2、單耗法

式（11）中，

ΔΕ——節能量；

Εu0——基準期單位產品能耗；

Εu1——改造后單位產品能耗；

M0——改造前產品產量

需關注以下要點：

①替代石油項目、不易計算各工序節油量時，宜采用本法；

②能源折標系數采用實測值或參考GB/ T2589《綜合能耗計算通則》。

3.4電機系統節能項目

3.4.1、單耗法

式（12）中，

ΔΕ——節能量；

Εu0——改造前產品單耗；

Εu1——改造后產品單耗；

M0——改造前產品產量

需關注以下要點：

①對涉及電機數量多、范圍廣、分布在各個環節的項目，宜采用本方法。

②應考慮管理節能等非直接節能因素對項目節能量的影響。

3.4.2、節能率計算法

調速節電項目的節能量計算方法：

式（13）中，

ΔE——項目節能量；

k——每萬kWh電力折合的等價值標準煤量。按國家統計局發布的當年發電煤耗計算；

η——設備運轉功率；

η1——設備運轉率；

η2——節電率；

N——設備運轉時間

需關注以下要點：

①節電率的計算

式（14）中，

P%——實際消耗功率百分值；

平方轉矩負載類的生產設備，P%=S3

恒轉矩負載類的生產設備，P%=η1/η2

S——實際轉速與額定轉速的比值

η1、η2—改造前后的電動機轉速，r/m in。

②本計算方法更多是體現瞬時狀態，不能完全反應設備全年運行工況。審核時，應盡可能選擇與全年運行工況相符的時段選取數值。

3.5能量系統優化項目

3.5.1、生產工藝系統優化項目

式（15）中，ΔΕ——項目節能量；

Εi——各子項目節能量；

Εj——各子項目的能源泄漏量，可正可負

需關注以下要點：

①本計算方法適用的行業、改造內容較多，如子項目與前四類項目近似，可按前4類方法計算；

②計算各子項目節能量時，在可行的前提下，優先推薦單耗法。

3.5.2、能量梯級利用項目

計算方法與“生產工藝系統優化”類似。

3.5.3、發電機組通流改造項目

（1）只供電不供熱的機組

A.供電煤耗法

式（16）中，

bgp0、bgp1——汽機在通流改造前、后的供電煤耗；

P——改造前后該汽機的供電量取小值B.熱耗率法

式（17）中，

q0、q1——分別為汽機在通流改造前、后的熱耗率；

P——改造前后該汽機的供電量取小值

需關注以下要點：

①本計算方法更多是體現瞬時狀態，不能完全反應設備全年運行工況。審核時，應盡可能選擇與全年運行工況相符的時段選取數值；

②采用測試報告中出現的熱耗率數值時，應審核測試機構資質及測試工況等相關信息；

(2)既供電又供熱的機組A.供電、供熱煤耗法

式（18）中，

bgp0、bgp1——汽機在通流改造前、后的供電煤耗；

P——改造前后該汽機的供電量取小值；

brp0、brp1——汽機在通流改造前、后的供熱標準煤耗；

Q——改造前后該汽機的供熱量取小值B.熱工實驗法

式（19）中，

bgp0、bgp1——汽機在通流改造前、后的熱工實驗得出的供電煤耗；

P——改造前后該汽機的供電量取用值；

3.5.4、汽輪機組抽凝改背壓機組（供電、供熱煤耗法）

式（20）中，

bgp0、bgp1——汽機改造前、后的供電煤耗；

brp0、brp1——汽機在改造前、后的供熱標準煤耗；

P——改造前后該汽機的供電量取小值；

Q——改造前后該汽機的供熱量取小值

3.5.5、循環水供熱項目

式（21）中，

Q——機組低真空供熱量；

d1、d2——改造前后汽耗率；

hzq——主蒸汽焓；

hgs——給水焓；

W——發電負荷；

η——鍋爐效率；

T——運行小時數；

E1——改造后循環水泵多耗能；

E2——改造后補水泵多耗能

需關注以下要點：

①本計算方法多個數據只能選取瞬時狀態值，不能完全反映全年運行工況。審核時，應盡可能選擇代表全年平均運行工況的數值；

②E1、E2兩項數據切勿漏減，這是典型的能耗泄漏情況。

3.6建筑節能改造項目

式（22）中，

ΔΕ——項目節能量；

Εi——各子項目節能量；

Εj——各子項目的能源泄露量，可正可負

3.7綠色照明改造項目

3.7.1、功率法：

式（23）中，

ΔE——項目節能量；

P1——改造前照明設備功率；

P2——改造后照明設備功率；

T——年使用時間；

k——每萬kWh電力折合的等價值標準煤量。按國家統計局發布的當年供電煤耗計算

需關注以下要點：

①改造后，照明燈具的照度應符合使用要求；

②應根據各種照明燈具的特點、用途及使用情況，分類統計、核實各種照明燈具的使用時間。

3.7.2、直接計量法

式（24）中，

ΔE——項目節能量；

E1——改造前照明設備全年用電量；

E2——改造后照明設備全年用電量；

k——每萬kWh電力折合的等價值標準煤量。按國家統計局發布的當年供電煤耗計算，

需關注以下要點：

①改造前后有完整計量設備的項目適用本方法；

②如計量期不足一年，可相應折算至全年。

3.7.3、節電率法

式（25）中，

ΔE——項目節能量；

P1——改造前照明設備功率；

η——改造后照明設備節電率；

T——年使用時間；

k——每萬kWh電力折合的等價值標準煤量。按國家統計局發布的當年供電煤耗計算需關注以下要點：

①照明設備節電率的來源有2個，一是有資質的第三方出具的測試報告，二是合同能源管理雙方共同認可的測試結果（包括測試原始記錄）；

②如改造涉及到數種照明設備，應分別出具節電率測試報告。

當無法準確核定燃煤熱值時，可以采用燃煤的平均熱值（如21000kJ/kg），將上述節約標準煤折算成實際節煤量，并換算成為相應的CO2排放量。

[1]、Th.博恩等，熱力工程計算圖冊，水利電力出版社[M]北京，1991.11

[2]、王培紅等，電站鍋爐效率與燃煤熱值、灰分和水分的同步測算方法(ZL20111 0358714.6) [Z]，2014.4

[3]、國家發展改革委、財政部，《節能項目節能量審核指南》（發改環資[2008]704號）[Z]，2008

[4]、GB/T17166-1997企業能源審計技術通則[S].北京：中國標準出版社，1998.

[5]、GB/T13234-2009企業節能量計算方法[S].北京：中國標準出版社，2009.

[6]、GB/T 28750-2012節能量測量和驗證技術通則[S].北京：中國標準出版社，2013.

Carbon Ttrading and Carbon Em issions and Approved Methods of Carbon Reductions

Wei Si chao,Wang Pei hong

Carbon trading is a brand new market mechanism for add ressin g c limate change,which is a effec tive way to reduce greenhouse gases inc lud ing carbon dioxide after fossil fue l combustion em ission.Carbon em ission and app roved methods of carbon reductions are one of core issues of carbon trading.The artic le is based on coal-fired power generation to discuss over app roved methods of carbon em ission.Meanwhile it introduces seven typical energy-saving p rojects of industrial enterp rises energy conservation and app roved m ethods of carbon em ission reduction.

carbon trad ing,carbon em ission,carbon reduction,app roved methods

國家自然科學基金重點資助項目51036002

韋思超，男，東南大學能源與環境學院，工學碩士研究生，從事火電機組性能檢測與優化技術的研究。王培紅，男，東南大學能源與環境學院教授，工學博士，長期從事復雜熱力系統性能分析與優化領域的研究與教學工作。