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节能国家标准

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碳中和专题 | 探索碳核算概念、方法与体系

一、什么是碳核算?


自1997年《京都议定书》通过以来,世界各国均开展了一系列的减排措施,以应对由工业化带来的气候变化。但不同国家、不同地区、不同企业等控排主体,都需要依托于科学数据来明确减碳目标、度量减碳成效。碳核算即是一种测量工业活动向地球生物圈直接和间接排放二氧化碳及其当量气体的措施。可以看到,从核算对象来说,开展碳核算至少需要包含以下两点条件:一是划定造成温室效应的气体,二是确定工业活动主体。


温室气体是大气中吸收和重新放出红外辐射的自然和人为的气态成分,包括二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)、氧化亚氮(N2O)、氢氟碳化物(HFCs)、全氟化碳(PFCs)、六氟化硫(SF6)和三氟化氮(NF3)等。由于不同气体对温室效应的影响程度有所不同,联合国政府间气候变化专门委员会 (Intergovernmental Panel on Climate Change , IPCC)提出了二氧化碳当量(CO2e)这一概念,以统一衡量这些气体排放对环境的影响。而基于全球变暖潜能值(GWP),可以看到不同气体相对于二氧化碳而言对温室效应的影响程度。


另外,仅对于能源活动和工业生产过程而言,根据《省级温室气体清单编制指南》,HFCs、PFCs和SF6等主要涉及铝、镁等少数工业生产过程,而N2O早已纳入空气污染监控范围,故对多数企业的碳核算主要对象是CO2和CH4。又根据《2017年中国温室气体公报》,二氧化碳(CO2)和甲烷(CH4)分别是影响地球辐射平衡的主要和次要长寿命温室气体,在全部长寿命温室气体浓度升高所产生的总辐射强迫中的贡献率分别约为 66%、17%。


资料来源:Federal Greenhouse Gas

Accounting and Reporting Guidance



从工业活动主体来说,根据《IPCC国家温室气体排放清单指南》和《省级温室气体清单编制指南》,碳核算主要覆盖五种活动:能源活动、工业生产、农业生产、林业和土地利用变化以及废弃物处理。


针对于上述核算主体对象,碳核算可以具体根据数据来源、测量方式、数据形式、数据质量、测量地域及时间范围等因素,生成不同类型的碳核算结果产出。



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二、碳核算的方法有哪些?  


碳核算最主要的形式可以被分为基于测量和基于计算两种方式,具体从现有的温室气体排放量核算方法来看,主要可以概括为三种:排放因子法、质量平衡法、实测法。目前发改委公布的24个指南采用的温室气体量化方法只包含排放因子法和质量平衡法,但2020年12月生态环境部发布的《全国碳排放权交易管理办法(试行)》中明确指出,重点排放单位应当优先开展化石燃料低位热值和含碳量实测。


(一)排放因子法(基于计算)


排放因子法是适用范围最广、应用最为普遍的一种碳核算办法。根据IPCC提供的碳核算基本方程:


温室气体(GHG)排放=活动数据(AD)×排放因子(EF)


其中,AD是导致温室气体排放的生产或消费活动的活动量,如每种化石燃料的消耗量、石灰石原料的消耗量、净购入的电量、净购入的蒸汽量等;EF是与活动水平数据对应的系数,包括单位热值含碳量或元素碳含量、氧化率等,表征单位生产或消费活动量的温室气体排放系数。EF既可以直接采用IPCC、美国环境保护署、欧洲环境机构等提供的已知数据(即缺省值),也可以基于代表性的测量数据来推算。我国已经基于实际情况设置了国家参数,例如《工业其他行业企业温室气体排放核算方法与报告指南(试行)》的附录二提供了常见化石燃料特性参数缺省值数据。


该方法适用于国家、省份、城市等较为宏观的核算层面,可以粗略的对特定区域的整体情况进行宏观把控。但在实际工作中,由于地区能源品质差异、机组燃烧效率不同等原因,各类能源消费统计及碳排放因子测度容易出现较大偏差,成为碳排放核算结果误差的主要来源。


(二)质量平衡法(基于计算)


质量平衡法可以根据每年用于国家生产生活的新化学物质和设备,计算为满足新设备能力或替换去除气体而消耗的新化学物质份额。对于二氧化碳而言,在碳质量平衡法下,碳排放由输入碳含量减去非二氧化碳的碳输出量得到:


二氧化碳(CO2)排放=(原料投入量×原料含碳量-产品产出量×产品含碳量-废物输出量×废物含碳量)×44/12


其中,是碳转换成CO2的转换系数(即CO2/C的相对原子质量)。采用基于具体设施和工艺流程的碳质量平衡法计算排放量,可以反映碳排放发生地的实际排放量。不仅能够区分各类设施之间的差异,还可以分辨单个和部分设备之间的区别。尤其当年际间设备不断更新的情况下,该种方法更为简便。一般来说,对企业碳排放的主要核算方法为排放因子法,但在工业生产过程(如脱硫过程排放、化工生产企业过程排放等非化石燃料燃烧过程)中可视情况选择碳平衡法。


(三)实测法(基于测量)


实测法基于排放源实测基础数据,汇总得到相关碳排放量。这里又包括两种实测方法,即现场测量和非现场测量。


现场测量一般是在烟气排放连续监测系统 (CEMS)中搭载碳排放监测模块,通过连续监测浓度和流速直接测量其排放量;非现场测量是通过采集样品送到有关监测部门,利用专门的检测设备和技术进行定量分析。二者相比,由于非现场实测时采样气体会发生吸附反映、解离等问题,现场测量的准确性要明显高于非现场测量。


美国推广实测法的力度最高,早在2011年就开始了碳排放测量的强制安装:美国环保署在2009年《温室气体排放报告强制条例》中规定,所有年排放超过2.5万吨二氧化碳当量的排放源自2011年开始必须全部安装烟气连续在线监测系统(CEMS)并在线上报美国环保署。


欧盟委员会自 2005 年启动欧盟碳排放交易系统并正式开展监测 CO2 排放量,但目前23个国家中仅155个排放机组(占比1.5%)使用了CEMS(连续监测系统),主要有德国、捷克、法国。


中国火电厂基本已安装了 CEMS,具备使用 CEMS 对 CO2 排放量进行监测的基础。5月27日,国内首个电力行业碳排放精准计量系统在江苏上线,在国内率先应用实测法进行碳排放实时在线监测核算,预期不久也将向全国普及。



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