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准确、可靠的碳排放数据是全国碳市场有效规范运行的生命线，也是我国实现“双碳”目标的基础。我国当前的碳排放监测手段主要是基于物料衡算的方法，随着统计核算体系建设不断完善，基于连续排放监测系统(continuous emission monitoring system，CEMS)的在线监测法重要性不断上升，将与物料衡算法互补互促，共同服务于国家“双碳”战略。本系列文章围绕CEMS技术原理、欧美CEMS监测碳排放的法规、碳市场实践对二氧化碳CEMS进行系统梳理。
本系列文章共分为五篇，以期对我国开展二氧化碳CEMS实测法在火电行业应用提供经验借鉴。本文是《二氧化碳CEMS技术与火电厂实测应用》系列的第三篇“欧盟二氧化碳CEMS法律标准与实践”。
欧盟的二氧化碳CEMS监测在欧盟碳市场第三阶段（2013年）后开始发挥重要作用，与物料衡算法共同支撑欧盟碳市场建设。为保障CEMS数据的可信度与可靠度，欧盟对CO2监测系统的风险评估、不确定性估计和持续准确性监测提出系统要求。本篇文章将系统梳理欧盟碳市场机制下的CEMS相关政策标准的发展历程、数据质量与保证、实践应用方面内容。
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发展历程与制度体系
欧盟CEMS监测汇报法规体系是建立在欧盟碳排放权交易框架之内的，形成了一套“指令-规范-标准”的系统性模式。“指令”即2003 年颁布的《2003/87号指令》（Directive 2003/87），即建设欧共体的温室气体排放配额交易计划；作为温室气体核算的支撑，欧盟颁布《欧盟碳排放监测和报告条例》（EU No. 601/2012）围绕二氧化碳的监测、报告、计划建立规范体系，该条例提出“如果满足某些要求，固定设施运营商有权使用 CEMS 监测设施所有排放源的所有CO2 排放”。为保障CEMS运行，欧盟制定了一系列CEMS质量保证的标准体系。该标准体系由欧盟标准化委员会（European Committee for Standardization，简称CEN）制定，涵盖了CEMS的参考方法、质量控制与保障、不确定性评估等要求和操作原则。
从发展历程来看，从欧盟碳市场第三个阶段开始（2013年），CEMS在欧盟碳排放交易体系（EU ETS）中逐渐发挥重要作用。这一阶段发布了新的监测与报告规定（Monitoring and Reporting Regulation, MRR），与先前政策（2007 Monitoring and Reporting Guidelines，MRG）相比，MRR更加强调了质量保障、修正方面的规定。从电厂的角度看，最重要的更新是对CO2监测系统的风险评估、不确定性估计和持续准确性监测的要求。
表1 基于欧盟ETS的二氧化碳CEMS法规与标准体系
根据MRR第40(2)条规定，如果满足一定要求，即超过 5,000 吨 CO2或超过设施总排放量的 10%（最大为 100,000 吨 CO2），则固定排放源运营商有权使用烟气排放连续监测系统来监测设施中所有排放源的CO2排放量，对于低排放单位，考虑仪器设备和人员成本问题，欧盟不鼓励使用CEMS监测；相比之下，对于高排放量的发电企业，由于微小的数据差异会影响到碳市场运行，因此政府对其有更高的数据质量要求。
表 2 欧盟火电机组碳排放计量方法汇总
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数据质量层级与质量控制体系
MRR提供了一个建筑块式的监测方法体系，根据排放量参数确定数据质量级别。这些数据质量级别被称为“层级”（tiers）。表3 介绍了每种方法的最大允许不确定性的层级定义。可以看到，在不同层级内，不同CO2监测方法的可接受不确定性水平是不均匀的。较低数字的层级表示对要求较低且准确性较低的方法。
表 3 最大允许不确定度等级的划分
注：电厂种类按照年度CO2排放量进行分类。
为了确保测量仪器能够充分准确地确定排放量，必须正确使用仪器、正确安装、定期校准、检查仪器功能。欧盟自2013年起设立了针对CMES的质量保证措施（Quality Assurance Levels，简称QALs，参见EN 14181）。QALs由四个步骤构成，QAL1为安装前的检验环节，QAL2为安装后的测试环节，确保安装和调试正确，QAL3是使用过程中持续的质量控制环节，主要为了确保监测数据稳定一致，AST是年度监测（Annual Surveillance Test）这一环节与QAL2类似，在执行时间上互为补充。上述环节的执行时间、频率、主体及执行标准如表4 所示。
QAL 1要求通过一系列实验室和现场程序来测试系统的性能是否符合预定义的限制，从而证明仪器适用于特定的目的。
QAL 2规定了测试程序，以验证每个CEMS是否符合EN 14181标准规定的准确性要求，QAL 2程序必须在CEMS安装和调试后，或在工厂运行发生重大变化导致排放水平变化、CEM（continuous emission monitoring ，连续排放监测器）设备故障、CEMS升级、QAL 3或AST程序中发生故障后的纠正操作、或其他影响其校准的重大变化之后进行。QAL 2要求操作员确保CEM安装在代表性测量的正确位置，并且有足够的安全通道用于维护和控制。操作员还必须确保CEMS被校准并正常运行。QAL 2测试包含两个部分：在第一部分中，有一组功能测试和检查，以确保CEMS已正确安装并在所需的性能水平内运行。第二部分包括校准和验证，包括使用统计运算和测试进行的并行测量。QAL 2测试必须由获批准的独立测试机构或实验室进行。
QAL 3是持续性的质量保证的程序。通过定期检查零点和跨度读数与参考方法比较，来检测和记录CEMS中的漂移或精度变化。该测试可以通过自动或手动完成。该程序的执行者是控排企业自身，校准过程包括零值校准及量程校准，以检查仪器是否保持在所需规范内。收集的数据需要被记录并绘制控制图。需要被记录的数据除校准数据外，还要求记录CEMS的详细信息，例如监测技术、操作范围和型号。
年度监视测试（AST）是一种每年进行的程序，用于验证校准功能的持续有效性。进行AST测试为具有资质的第三方机构。如果校准功能保持良好，则不需要进一步的操作。如果未达标准，则需要进行完整的QAL 2。
图1 欧盟CEMS质量保证体系
表 4 欧盟CEMS质量保证体系
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年度排放量与不确定度计算
关于CEMS数值计算GHG浓度的方法，该部分记录在MRR附录VIII第三部分中。
其中，
Eannual 为年度排放量，单位为 t；
GHG conhour,i 为GHG的质量浓度，根据小时平均计算，单位为g/Nm3;
flowi 小时平均体积，单位Nm3/h。
对于缺失数据可以采用特定参数在整个报告期内集中的算术平均值替代。如连续排放监测系统内的某台测量设备在任何历年内连续停运超过五天，营运者应立即通知主管当局。
在数据汇报方面，排放设备拥有者应当使用经过认证的DAHS系统对数据进行监测并汇报，提升数据可信度。基于MRR法规，成员国需要使用基于XML的标准化电子报告语言完成电子模板整理信息并上报至EU ETS。通过电子数据交换系统，保证数据的完整性、机密性、数据真实性、不可否认性。
不确定性的计算主要参考EN 14181和EN 15259，基于标准偏差计算后得到。不确定度的计算使用 QAL2 得到的参数得到，并将其与设施相关不确定度阈值进行比较。CEMS的不确定度是由浓度测定相关的不确定度和烟气流量测定相关的不确定度组合而成的，根据以下公式计算：
总体不确定度由烟气浓度和流量的拓展不确定度计算得到，计算公式如下。
根据 MRR相关要求，一般将参数的不确定度始终对应于 95% 的置信区间。在计算过程往往将参数标准不确定度乘以覆盖系数 2，获得扩展不确定度。
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支持欧盟碳市场建设
欧盟委员会自2005 年启动欧盟碳排放交易系统(European Union emission trading scheme，EU ETS)，正式开展监测CO2 排放量。监测范围覆盖欧盟28 个成员国和冰岛、挪威、列支敦士登3个欧洲国家总计超过1 万家的能源企业，涉及欧盟CO2 排放总量的50%。其中，火电企业中规模超过20 MW 的机组在2005-2007年的EU ETS第1阶段就已纳入管控范围。目前22个欧洲国家中大约有140台机组采用CEMS实测法，纳入EU ETS的火电机组共2200余台，采用CEMS测量的火电机组设备占比约6%，占总EU ETS监管企业比例的1.5%。
除政策法规未强制外，成本与技术推广壁垒是应用较少的主要原因。当前开展CEMS应用的主要国家和地区集中在德国、法国、捷克。采用CEMS监测的成本包含仪器设备成本、安装成本、运维成本等。在应用中，CEMS运行环境一般具有高温、高粉尘、高湿度、腐蚀性特点，对仪器带来冲刷、堵塞、腐蚀等影响，易出现仪器故障问题，给维护运营带来额外成本负担；仪器的定期校验核查（QAL2，ASL过程）同样需要定期向第三方检测公司支付费用，同样也增加了后期维护的成本。
END
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参考文献：
[1] 邓程薏等.欧盟碳排放量核算方法及不确定度的研究与借鉴.第十八届中国标准化论坛论文集. 2021,230-239.
[2] 王霂晗.火电厂碳排放监测体系与核算方法的研究.2020.南京信息工程大学(学位论文).
[3] 何少琛 . 欧盟碳排放交易体系发展现状、改革方法及前景. 2016. 吉林 : 吉林大学(学位论文).
[4] German Emissions Trading Authority (DEHSt), Application of continuous emissions measurement systems (CEMS) for the determination of CO2 emissions_ Experience and assessments by the German Emissions Trading Authority (DEHSt). 2019.
[5] Turkka Uotila. CO2 Emission Monitoring and Measurement Quality Control. 2012.
[6] (MRRGD4) The Monitoring and Reporting Regulation – Guidance on Uncertainty Assessment. European Commission. Guidance document No. 4 MRR Guidance document No. 4, Final Version of 5 October 2012.
[7] (MRG) Commission Decision 2007/589/EC of 18 July 2007 establishing guidelines for the monitoring and reporting of greenhouse gas emissions pursuant to Directive
[8] Directive 2003/87/EC of the European Parliament and of the Council.
[9] (MRR) M&R Regulation: Commission Regulation (EU) No. 601/2012 of 21 June 2012 on the monitoring and reporting of greenhouse gas emissions pursuant to Directive