構建碳排放監測技術體系助力實現“雙碳”目標

2020年9月，我國提出二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現碳中和。作為中央骨干能源企業，華電集團積極響應“碳達峰、碳中和”要求，持續強化碳排放領域關鍵技術研究，堅決落實“雙碳”目標。

華電電力科學研究院（以下簡稱“華電電科院”）是中國華電集團直屬的科研機構，自2016年取得國家級資質認定以來，承擔著華電集團和電力行業大量的檢驗檢測以及發電設備性能測試試驗工作。圍繞國家發改委委托的“煙氣自動控制系統（CEMS）在碳排放監測領域應用”應對氣候變化領域重大研究需求，華電電科院作為集團低碳技術研發平臺和碳排放技術支撐單位，2018年超前謀劃搭建了電力行業首個碳排放在線檢測實驗平臺，研發了煙氣二氧化碳排放連續監測技術體系。通過自主創新和技術攻關，在典型火電機組開展二氧化碳排放連續監測技術應用，為火電廠碳排放連續監測推廣提供了技術支撐和規范依據。

一、案例創新點

據中國電力企業聯合會權威數據統計，目前，我國發電行業碳排放量約占全國碳排放總量的40%，火電企業是落實國家應對氣候變化戰略的重點行業。目前國際上的火電企業碳排放核算方法包括排放因子法、物料守衡法和在線監測法3種。前兩者是通過各類參數間接核算排放量，屬于計算方法；而在線監測法是通過安裝CEMS，通過二氧化碳濃度和煙氣流量測算碳排放量的監測方法。整個監測過程不受機組燃料復雜性的影響，較大程度上減少了人為參與和操作的可能性，具有影響參數少、精確度高、數據實時性強、人為因素少等優點。且該技術可將監測數據實時傳輸至政府監管部門，對于異常監測數據可實時報警，可依托現有環保監管體系保障監測設備有效運行，切實有效的提升和保障數據監測質量，是溫室氣體和大氣污染物的協同管控的必然趨勢。

據報道，美國及歐盟從制度政策層面均已推行CEMS用于監測二氧化碳排放，具有豐富的碳排放在線監測經驗。相較于發達國家，我國建立二氧化碳排放監測體系較晚，開展在線監測二氧化碳的研究時間有限。一方面，不同火電企業的燃料狀況、裝機容量、工況負荷等復雜場景均需開展大量的工作進行驗證；另一方面，二氧化碳排放在線監測缺乏相關技術標準，限制了我國二氧化碳在線監測技術的發展。因此國家現已發布的標準指南中發電企業的碳排放量計算仍以排放因子法為主。

為解決應用場景復雜、缺乏必要的技術標準這兩項阻礙國內二氧化碳在線監測技術發展的最大障礙，華電電科院開展了以下創新性工作：

（一）搭建電力行業首個碳排放在線監測研究實驗平臺

為解決二氧化碳排放在線監測應用場景復雜這一突出難題，華電集團發明了《一種碳排放在線檢測系統及檢測方法》，以此為基礎搭建了電力行業首個碳排放在線檢測實驗平臺。該平臺通過幾何相似和動力學相似原理對實際煙氣進行精確模擬，開展了大量試驗對比研究CEMS監測二氧化碳與物料衡算法的數據偏差及差異，同時開展了碳排放在線連續監測方法、關鍵影響因素及相應因素監測不確定度的研究，并在此基礎上進行對煙氣監測參數的量值溯源，實現了在實驗室中模擬復雜環境下的碳排放在線檢測過程，解決了在線監測技術推廣應用的科學問題，并為后續行業標準起草提供理論支撐。

（二）建立適用于我國火電廠煙氣二氧化碳排放連續監測技術規范

2019年，中國電力企業聯合會受生態環境部氣候變化司委托，開展煙氣排放連續監測系統在碳排放監測領域的應用研究。華電電科院作為課題研究技術組牽頭單位，全面開展火電廠煙氣二氧化碳排放連續監測技術規范的研究工作。提出涵蓋性能指標、監測站房、安裝施工、調試檢測、技術驗收、運行全過程質控的二氧化碳排放連續監測技術要求，編制形成電力行業標準《火電廠煙氣二氧化碳排放連續監測技術規范》（報批稿）。在編制過程中，為論證技術規范中各類技術性能指標的合理性，團隊選取了3臺不同類型的儀器設備、在不同二氧化碳濃度下，開展了大量現場驗證測試實驗，最終確定了二氧化碳濃度、煙氣流速、煙氣溫度和煙氣濕度四個影響二氧化碳排放量計算的關鍵指標，并成功應用于6臺典型火電機組。利用現場試驗充分驗證了技術規范中性能指標要求的合理性，有力保障二氧化碳連續監測數據質量。

二、工作成效

（一）驗證了碳排放在線監測數據的可靠性

在現場試驗的過程中，通過多項性能測試和準確度比對試驗，研究確定了煙氣二氧化碳排放連續監測技術指標要求及三類排放源流速準確度要求；并創造性提出“以碳排放量為依據的流速準確度分級指標控制”技術要求，借助自行研發的流速高準確度校準技術，形成了適用于我國火電廠煙氣二氧化碳排放的在線監測技術體系，并實現工程應用，實現二氧化碳排放量實時、準確計量，攻克了碳排放連續監測技術難以應用于碳市場的難題。從現場試驗結果、成本分析等方面系統驗證了連續監測技術在二氧化碳排放方面的可用性，為火電企業碳排放數據連續監測提供了規范依據。

（二）提供了碳排放數據獲取的新理念

隨著國家大力推進能源電力結構綠色低碳轉型，我國火力發電量中火電占比連年降低，但仍占據總發電量的56%，未來很長一段時間內準確的火電排放核算方法對我國碳核查工作都具有重要意義。通過在多臺示范機組上的工程技術應用示范及現場試驗驗證，二氧化碳CEMS系統組成和功能、監測站房、安裝、技術性能指標、日常運行管理和質量保證等均滿足技術規范要求，率先成功構建了可量化碳市場監測、報告、交易和履約全流程管控水平的評價指標和方法，實現火電企業碳排放全過程管控，全面提升火電企業應對全國碳市場能力。

（三）拓寬了碳排放數據應用寬度

充分利用現場試驗獲取的海量數據，篩選得到了影響碳排放強度的44個特征指標，分析了42個不同工況下的能效特征指標，有效指導燃煤機組的低碳優化運行，對推動二氧化碳監測設備研發和推廣，助推碳排放數據管理數字化、智能化均有重要意義。