燃煤電廠關鍵排放因子對碳排放量影響研究

王小龍，王 強，王小峰，郭 振，劉亦芳，張 銘，王 靜

(1.華電電力科學研究院有限公司,浙江 杭州 310000；2.凱迪陽光生物能源投資有限公司,湖北 武漢 430223；3.中鐵城建集團北京工程有限公司，北京 100024)

國內外學者達成共識，當人類活動等造成過多溫室氣體排放而達到一定濃度時，地球平均溫度將會在溫室效應的作用下提高，同時其他極端天氣與氣候事件的發生概率也將受到影響[1]。全球積極行動應對氣候變化，我國在應對全球氣候變化中凸顯大國擔當，在控制碳排放方面起引領作用。

面對國外碳市場較為成熟[2]的壓力，我國在迎頭趕上，2017年12月19日，國家發展改革委就落實《全國碳排放權交易市場建設方案(發電行業)》的部署工作召開了電視電話會議，標志著中國碳市場建設全面啟動。2018年已圓滿完成了中國碳市場的基礎建設工作，今年的模擬運行工作也在高效有序推進，國內碳市場的正式運行交易即將啟動。

火電企業作為國內碳排控制的排頭兵，碳市場正式交易的啟動將對其碳排放量計量的準確度和公正性提出更高要求，雖然國家相關部委和行業協會已聯手推進煙氣排放連續監測系統(CEMS)在電力行業碳排放監測領域應用研究等相關研究工作，但是國內電力行業仍然以《中國發電企業溫室氣體排放核算方法與報告指南(試行)》為依據，開展企業的MRV工作，對影響根據《中國電力行業溫室氣體排放核算方法與報告指南(試行)》核算企業碳排量因子的研究有助于企業的MRV工作順利推進，同時也對國家碳市場穩健運行將會起到支撐作用。

1 影響因子分析

火力發電企業一般都是根據《中國發電企業溫室氣體排放核算方法與報告指南(試行)》對本企業月度、季度和年度二氧化碳排放量進行核算。為了能對影響企業二氧化碳排放量的因子進行較為全面的分析，下面對具體的核算過程進行完整的描述。

1.1 燃煤機組二氧化碳排放量核算

燃煤機組二氧化碳排放量與燃煤單位熱值含碳量、碳氧化率、燃煤低位熱值、燃煤消耗量和轉化因子等因素有關，具體計算公式如下

式中：

CC煤—燃煤單位熱值含碳量(tC/TJ)，分為實測值和缺省值兩種情況；

OF煤—碳氧化率(%)，有缺省值和計算值兩種情況，計算公式是公式(2)；

FC煤—燃煤的消耗量(t)；

NCV煤—燃煤的平均低位發熱值(kJ/kg)。

1.2 燃煤機組碳氧化率計算

燃煤機組的碳氧化率是影響燃煤機組二氧化碳排放量的因素之一，受燃煤機組的渣量、渣的含碳量、灰量、灰的含碳量、除塵效率、燃煤低位熱值、燃煤量和單位熱值含碳量等8個參數的影響，是影響燃煤機組二氧化碳排放量因素中受約參數最多的一個量。燃煤機組碳氧化率的計算如下：

式中：

G渣—爐渣產量(t)，有實測值和計算值兩種情況，計算公式是公式(3)；

C渣—爐渣的平均含碳量(%)；

G灰—飛灰產量(t)，有實測值和計算值兩種情況，計算公式是公式(3)；

C灰—飛灰的平均含碳量(%)；

η除塵—除塵系統平均除塵效率(%)，有缺省值和設計值兩種情況；

CC煤—燃煤單位熱值含碳量(tC/TJ)，有實測值和缺省值兩種情況；

FC煤—燃煤的消耗量(t)；

NCV煤—燃煤的平均低位發熱值(kJ/kg)。

1.3 燃煤機組灰渣量計算

按《中國發電企業溫室氣體排放核算方法與報告指南(試行)》的要求，如果燃煤火電企業對機組產生的灰渣量不進行實測，需計算灰渣量。計算機組灰渣量需要燃煤的灰分、低位熱值和鍋爐的固體不完全燃燒損失q43個參數，具體計算方式如下：

(4)

G渣=G灰渣量×φ

(5)

G灰=G灰渣量×(1-φ)

(6)

式中：

G灰渣量-計算所得的爐渣總產量(t)；

φ-渣所占灰渣總量的百分比，有缺省值和設計值兩種情況；

G渣—爐渣產量(t)；

G灰—飛灰產量(t)；

FC煤—燃煤的消耗量(t)；

NCV煤—燃煤的平均低位發熱值(kJ/kg)；

q4-固體不完全損失，有缺省值和設計值兩種情況。

1.4 不同的計算組合

按國家對發電企業溫室氣體排放核算方法的要求，一個數據完善的燃煤火電企業，其二氧化碳排放量有22種不同的計算結果。這22種不同的計算結果是由于相關參數之間的組合不同造成的，表1展示22不同的參數組合方式[3]。

表1 不同參數的組合方式

注："×"表示改參數在該組合中不使用，"√"表示改參數在該組合中使用了。

2 影響因子計算

根據上文的分析，選擇A電廠4號機組4月份和B電廠2號機組9月份的運行數據對每種組合下企業二氧化的排放量進行計算，通過計算結果分析對企業二氧化的排放量影響最大的因子。

2.1 A電廠的試算結果分析

A電廠的4號機組是一臺高壓、容量50 MW的熱電聯產機組，以其2018年4月份的燃料數據、排放數據為基礎，按上文的計算規則對各種組合下的排放量進行計算，計算結果如附表2所示。在所有符合條件的計算組合中，二氧化碳排放量的最大計算結果是110227.48 t、最小計算結果是是：107147.18 t，相對于最小計算結果的差值為3.2%。因單位熱值含碳量的選取不同(在討論某個因子的變化時，其他參數是保持不變的，下同。)，導致二氧化碳核算量的波動在1.41%～1.43%之間；因灰渣分配比例的不同，導致二氧化碳核算量的波動在0.02%左右；因q4不同，導致二氧化碳核算量的波動在0.00003%左右;因除塵效率不同，導致二氧化碳核算量的波動在0.0006%左右。

從上文分析知，對A電廠4號機組二氧化碳核算量影響最大的因子是單位熱值含碳量，其次是灰渣分配比例，q4和除塵效率的影響幾乎可以忽略。

2.2 B電廠的試算結果分析

B電廠的2號機組是一臺超超臨界、容量660 MW的熱電聯產機組，以其2018年9月份的燃料數據、排放數據為基礎，按上文的計算規則對各種組合下的排放量進行了計算，計算結果如附表3所示。在所有符合條件的計算組合中，二氧化碳排放量的最大計算結果是171136.65 t、最小計算結果是是：153583.29 t，相對于最小計算結果的差值為11.4%。因單位熱值含碳量的選取不同，導致二氧化碳核算量的波動在8.99%～9.04%之間；因灰渣分配比例的不同，導致二氧化碳核算量的波動在0.06%左右；因q4不同，導致二氧化碳核算量的波動在0.00001%左右;因除塵效率不同，導致二氧化碳核算量的波動在0.002%左右。

B電廠2號機組的分析結果和A電廠4號機組基本一致，也是單位熱值含碳量對二氧化碳核結果影響最大，其次是灰渣分配比例。不同的是q4除塵效率的影響和灰渣分配比例的影響處在同一個量級。

2.3 分析結果小結

從上文對A電廠4號機組和B電廠2號機組的計算結果分析看，對燃煤火電企業二氧化碳核算量影響最大的因子是單位熱值含碳量，特別是B電廠2號機組，單位熱值含碳量的影響幾乎達到了10%；機械不完全燃燒損失q4的影響在千萬分之一的量級，可以忽略不計；除塵效率的影響也處在十萬分之一的量級，也可以忽略不計；灰渣分配比例的影響其實質是碳氧化率的影響，相對較大，在萬分之一量級。

4 小結與建議

綜上所述，對燃煤火電企業二氧化碳排放量核算影響最大的因子是單位熱值含碳量，其次是碳氧化率，影響最小的是鍋爐固體未完全燃燒損失q4和除塵器效率。對于同一燃用相同煤種機組，由于企業在核算排放量是所選參數組合的不同，排放量的核算結果會出有較大差異。國內百萬機組的年度碳排放量約在400萬t左右，有文章指出碳市場能接受的碳價區間幅度是56～280元/tCO2[4]，一旦全國范圍內的碳交易正式開始，對百萬機組造成的經濟波動在2000萬～8000萬之間(按核算結果有10%的差異計算),這對碳市場的健康發展非常不利。

我國已成為全球 CO2排放總量最多的國家[5]，利用碳交易機制控制排放量已成必然[6]。企業對碳排放量的精準的核算是碳交易的基礎，歐美碳市場利用CEMS系統核算企業碳排量已經成熟[7-8]。我國僅要求對污染物采用CEMS監測，并未涉及二氧化碳[9-10]，對企業二氧化碳的核算暫時還只能依靠《中國發電企業溫室氣體排放核算方法與報告指南(試行)》提供的方法進行[11]。由本文分析可知, 《中國發電企業溫室氣體排放核算方法與報告指南(試行)》提供的核算方法可操空間很大，很容易使碳市場失去公平、公正性，基于上述現實情況，提出如下建議：

一是完善《中國發電企業溫室氣體排放核算方法與報告指南(試行)》中相關規定與算法,把企業的可操作空間壓縮至最小，使遵照《中國發電企業溫室氣體排放核算方法與報告指南(試行)》核算二氧化碳排放量的企業能處在同一基準線上。

二是提高對單位熱值碳含量檢測精度，并形成對單位熱值碳含量檢測精度的監管機制，把燃煤火電企業單位熱值碳含量的檢測規范化、標準化，使這個對企業碳排放量影響最大的因子處在可控狀態下。

三是加快在火電企業推廣應用二氧化碳CEMS的步伐，歐美碳市場的運行經驗表明使用二氧化碳CEMS開展企業碳排放MRV工作是完全可行的。在國內碳市場形成采用二氧化碳CEMS進行企業碳排放MRV工作和依據《中國發電企業溫室氣體排放核算方法與報告指南(試行)》進行企業碳排放MRV工作并行的情景，相互參照，共同促進我國碳市場的穩健發展。