构建碳排放监测技术体系助力实现“双碳”目标

时间：2024-08-31

2020年9月，我国提出二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和。作为中央骨干能源企业，华电集团积极响应“碳达峰、碳中和”要求，持续强化碳排放领域关键技术研究，坚决落实“双碳”目标。

华电电力科学研究院（以下简称“华电电科院”）是中国华电集团直属的科研机构，自2016年取得国家级资质认定以来，承担着华电集团和电力行业大量的检验检测以及发电设备性能测试试验工作。围绕国家发改委委托的“烟气自动控制系统（CEMS）在碳排放监测领域应用”应对气候变化领域重大研究需求，华电电科院作为集团低碳技术研发平台和碳排放技术支撑单位，2018年超前谋划搭建了电力行业首个碳排放在线检测实验平台，研发了烟气二氧化碳排放连续监测技术体系。通过自主创新和技术攻关，在典型火电机组开展二氧化碳排放连续监测技术应用，为火电厂碳排放连续监测推广提供了技术支撑和规范依据。

一、案例创新点

据中国电力企业联合会权威数据统计，目前，我国发电行业碳排放量约占全国碳排放总量的40%，火电企业是落实国家应对气候变化战略的重点行业。目前国际上的火电企业碳排放核算方法包括排放因子法、物料守衡法和在线监测法3种。前两者是通过各类参数间接核算排放量，属于计算方法；而在线监测法是通过安装CEMS，通过二氧化碳浓度和烟气流量测算碳排放量的监测方法。整个监测过程不受机组燃料复杂性的影响，较大程度上减少了人为参与和操作的可能性，具有影响参数少、精确度高、数据实时性强、人为因素少等优点。且该技术可将监测数据实时传输至政府监管部门，对于异常监测数据可实时报警，可依托现有环保监管体系保障监测设备有效运行，切实有效的提升和保障数据监测质量，是温室气体和大气污染物的协同管控的必然趋势。

据报道，美国及欧盟从制度政策层面均已推行CEMS用于监测二氧化碳排放，具有丰富的碳排放在线监测经验。相较于发达国家，我国建立二氧化碳排放监测体系较晚，开展在线监测二氧化碳的研究时间有限。一方面，不同火电企业的燃料状况、装机容量、工况负荷等复杂场景均需开展大量的工作进行验证；另一方面，二氧化碳排放在线监测缺乏相关技术标准，限制了我国二氧化碳在线监测技术的发展。因此国家现已发布的标准指南中发电企业的碳排放量计算仍以排放因子法为主。

为解决应用场景复杂、缺乏必要的技术标准这两项阻碍国内二氧化碳在线监测技术发展的最大障碍，华电电科院开展了以下创新性工作：

（一）搭建电力行业首个碳排放在线监测研究实验平台

为解决二氧化碳排放在线监测应用场景复杂这一突出难题，华电集团发明了《一种碳排放在线检测系统及检测方法》，以此为基础搭建了电力行业首个碳排放在线检测实验平台。该平台通过几何相似和动力学相似原理对实际烟气进行精确模拟，开展了大量试验对比研究CEMS监测二氧化碳与物料衡算法的数据偏差及差异，同时开展了碳排放在线连续监测方法、关键影响因素及相应因素监测不确定度的研究，并在此基础上进行对烟气监测参数的量值溯源，实现了在实验室中模拟复杂环境下的碳排放在线检测过程，解决了在线监测技术推广应用的科学问题，并为后续行业标准起草提供理论支撑。

（二）建立适用于我国火电厂烟气二氧化碳排放连续监测技术规范

2019年，中国电力企业联合会受生态环境部气候变化司委托，开展烟气排放连续监测系统在碳排放监测领域的应用研究。华电电科院作为课题研究技术组牵头单位，全面开展火电厂烟气二氧化碳排放连续监测技术规范的研究工作。提出涵盖性能指标、监测站房、安装施工、调试检测、技术验收、运行全过程质控的二氧化碳排放连续监测技术要求，编制形成电力行业标准《火电厂烟气二氧化碳排放连续监测技术规范》（报批稿）。在编制过程中，为论证技术规范中各类技术性能指标的合理性，团队选取了3台不同类型的仪器设备、在不同二氧化碳浓度下，开展了大量现场验证测试实验，最终确定了二氧化碳浓度、烟气流速、烟气温度和烟气湿度四个影响二氧化碳排放量计算的关键指标，并成功应用于6台典型火电机组。利用现场试验充分验证了技术规范中性能指标要求的合理性，有力保障二氧化碳连续监测数据质量。

二、工作成效

（一）验证了碳排放在线监测数据的可靠性

在现场试验的过程中，通过多项性能测试和准确度比对试验，研究确定了烟气二氧化碳排放连续监测技术指标要求及三类排放源流速准确度要求；并创造性提出“以碳排放量为依据的流速准确度分级指标控制”技术要求，借助自行研发的流速高准确度校准技术，形成了适用于我国火电厂烟气二氧化碳排放的在线监测技术体系，并实现工程应用，实现二氧化碳排放量实时、准确计量，攻克了碳排放连续监测技术难以应用于碳市场的难题。从现场试验结果、成本分析等方面系统验证了连续监测技术在二氧化碳排放方面的可用性，为火电企业碳排放数据连续监测提供了规范依据。

（二）提供了碳排放数据获取的新理念

随着国家大力推进能源电力结构绿色低碳转型，我国火力发电量中火电占比连年降低，但仍占据总发电量的56%，未来很长一段时间内准确的火电排放核算方法对我国碳核查工作都具有重要意义。通过在多台示范机组上的工程技术应用示范及现场试验验证，二氧化碳CEMS系统组成和功能、监测站房、安装、技术性能指标、日常运行管理和质量保证等均满足技术规范要求，率先成功构建了可量化碳市场监测、报告、交易和履约全流程管控水平的评价指标和方法，实现火电企业碳排放全过程管控，全面提升火电企业应对全国碳市场能力。