CEMS技术 | 二氧化碳CEMS实测法与核算法数据比较

国际通行的碳排放统计方法包括核算法和连续监测法。核算法通过活动数据乘以排放因子或通过计算生产过程中的碳质量平衡来量化温室气体排放量。核算法计算简单，成本较低，应用广泛，适用于分散的排放源，但主要依靠人为计算，容易出现数据造假问题。连续监测法通过直接测量烟气流速和烟气中CO₂浓度来计算温室气体的排放量，主要通过连续排放监测系统（continuous emission monitoring system，CEMS）来实现。由于连续监测法能够实时、自动地监测固定排放源温室气体排放量，无需对多种燃料类型的排放量进行区分和单独核算，具有数据显示更加直观、操作简便的特点。相对于核算法，连续监测法高度自动化，能够避免系统误差和计算错误，降低人为因素的干扰，能够提高企业排放数据质量的可信度，在碳排放监测领域具有广泛应用前景。

美国采用CEMS设备进行碳排放监测的普及度很高，根据美国环保署（EPA）的统计，2015年美国73.9%的火电机组应用连续监测方法进行碳排放监测。美国环保署认为连续监测的数据准确度高于核算法，规定在选择碳排放统计方法前，企业需要制定成本预算。对于成本收益小、排放量占比低的小装机机组，监测方法相对灵活，可自主决定是否安装CEMS。燃料成分稳定的燃油、燃气机组可选择核算法。而大容量的燃煤机组原料复杂，必须安装CEMS监测碳排放量。美国火电烟囱高度较矮，通常会有运维、监测平台，因此，常会将监测点设在烟囱80米高处，测点气态污染物混合均匀，流场稳定，数据代表性较高，误差较小。美国环保署使用监测数据检查（MDC）软件开展电子审计并提供自动反馈，MDC能够每小时自动查找错误、误算和监察企业的监测报告及报告系统，帮助企业确保排放数据的真实性和完整性，保证数据质量。

欧盟使用连续监测方法的案例较少，2019年只有155个设施（占总设施数的1.5%），绝大多数设施仍采用核算法确定温室气体排放。欧盟要求规模超过20MW的火电机组定期上报碳排放数据，可按照相关要求选择核算法或CEMS监测法。从监测成本角度考虑，欧盟不鼓励低排放量电厂安装高精度CEMS。欧盟提出，在成本预测超负荷时，小排放量企业可申请采用核算法以减轻经济负担。相反，对于排放量越大的电厂，政府会对数据质量提出更高的要求。在欧盟碳交易体系（EU ETS）下，连续监测法与核算法的监测结果具有等效性，排放量数据的质量取决于两种方法各自的标准规范要求、执行严格程度以及持续质量保证措施的实施情况。欧盟通过规定各类数据应满足的数据层级要求，确保两种方法具有可比的数据质量。

我国企业二氧化碳排放量统计方法主要采用核算法。连续监测法在国际上已有较成熟的应用，而在我国的应用尚在试点阶段。2020年6月生态环境部公布《生态环境监测规划纲要（2020—2035年）》提出遵循“核算为主、监测为辅”的原则，探索建立重点排放单位温室气体排放源监测的管理体系和技术体系，在火电行业率先开展CO2排放在线监测试点。2021年9月生态环境部印发《碳监测评估试点工作方案》，组织火电、钢铁等重点行业企业开展二氧化碳、甲烷等温室气体排放监测试点工作。目前碳监测试点工作已取得阶段性成果，基本打通了“测什么、在哪测、怎么测”的碳监测业务链条。试点结果表明，火电行业CO₂排放监测数据与和核算数据总体可比，有望在辅助企业排放量核算、支撑减排监管等方面进一步发挥作用。然而，两种方法都收到多种不确定因素的影响，得到的数据存在一定偏差，解决方案尚不明确。我国试点碳市场中，部分地区的碳核算报告指南中提到允许使用连续监测的方法来确定温室气体排放量。例如，北京市要求连续监测法的数据不确定性不能高于采用核算法的结算结果，上海市要求连续监测法的排放量结果应根据核算法进行验证，类似欧盟和美国的规定。然而，这些指南对于如何应用连续监测方法缺乏详细的技术要求，且没有明确说明如何将连续监测法确定的排放量与核算法确定的历史排放量进行衔接，导致连续监测法难以实施。

基于核算法和连续监测法的碳排放数据从理论上应该高度一致，然而，两种方法得到的实际数据有一定偏差。美国能源信息署（EIA）数据库根据核算法确定排放量，而美国EPA的eGRID数据库包含基于连续监测法的排放量数据。这两个数据库的总排放量的差异在5%以内，连续监测方法的排放量稍高；但是个别生产设施的差异较大（标准差5.4%~8%，平均绝对差17.1%），连续监测法的排放量远高于核算法的排放量。Quick等对比分析了210座燃煤电厂核算法和连续监测法的碳排放结果，认为核算法的数据更加准确，而连续监测法数据由于烟气流量监测准确性较低而具有较大的不确定性。Bryant、Uotila和Lee等的结果表明，核算法和连续监测法具有可比的不确定度（<5%）。德国环境部指出，如果采用高质量的测量设备，合适的分析方法并满足最高层级的要求，则连续监测方法和核算方法的排放量偏差可控制在1%~2%。

国内的一些研究也对连续监测法和核算法的碳排放数据进行了比较。张海滨等对某热电联产企业二氧化碳排放情况进行12天的间断式监测（每天不同时间段内测定6组数据），将质量比法、时间比法、负荷法3种量化方法得到的碳排放数据进行对比。结果表明，核算法的计算结果偏大，连续监测法的数据偏小，而考虑了锅炉负荷的量化法的结果更为可靠。段志洁等在已有CEMS系统基础上加装CO₂监测模块，对比了核算法和连续监测法的统计结果。结果表明：连续监测法的结果大于基于核算法的结果，但由于采样点安装位置、设备运行故障以及系统设计缺陷等原因，造成在线监测结果波动较大，稳定性较差。李峥辉等对比了某320MW热电联产企业碳排放核算法和连续监测法的统计结果。结果表明：核算法和在线监测法统计的碳排放变化趋势大致相同，但在线监测法比核算法的碳排放每天少5%～30%，即每天少500～1500t。造成这一现象可能的原因有不同煤种、不同比例的掺烧影响、排放因子存在的不确定性影响，碳氧化率在锅炉运行过程中不断变化的影响。综上所述，由于案例较少、试验时间较短、对比结果不一致，关于核算法和物料平衡法哪种方法得出的碳排放量更高，尚难以给出客观评价。