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            碳中和專題 | 探索碳核算概念、方法與體系

            一、什么是碳核算?


            自1997年《京都議定書》通過以來,世界各國均開展了一系列的減排措施,以應對由工業化帶來的氣候變化。但不同國家、不同地區、不同企業等控排主體,都需要依托于科學數據來明確減碳目標、度量減碳成效。碳核算即是一種測量工業活動向地球生物圈直接和間接排放二氧化碳及其當量氣體的措施。可以看到,從核算對象來說,開展碳核算至少需要包含以下兩點條件:一是劃定造成溫室效應的氣體,二是確定工業活動主體。


            溫室氣體是大氣中吸收和重新放出紅外輻射的自然和人為的氣態成分,包括二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)、氧化亞氮(N2O)、氫氟碳化物(HFCs)、全氟化碳(PFCs)、六氟化硫(SF6)和三氟化氮(NF3)等。由于不同氣體對溫室效應的影響程度有所不同,聯合國政府間氣候變化專門委員會 (Intergovernmental Panel on Climate Change , IPCC)提出了二氧化碳當量(CO2e)這一概念,以統一衡量這些氣體排放對環境的影響。而基于全球變暖潛能值(GWP),可以看到不同氣體相對于二氧化碳而言對溫室效應的影響程度。


            另外,僅對于能源活動和工業生產過程而言,根據《省級溫室氣體清單編制指南》,HFCs、PFCs和SF6等主要涉及鋁、鎂等少數工業生產過程,而N2O早已納入空氣污染監控范圍,故對多數企業的碳核算主要對象是CO2和CH4。又根據《2017年中國溫室氣體公報》,二氧化碳(CO2)和甲烷(CH4)分別是影響地球輻射平衡的主要和次要長壽命溫室氣體,在全部長壽命溫室氣體濃度升高所產生的總輻射強迫中的貢獻率分別約為 66%、17%。


            資料來源:Federal Greenhouse Gas

            Accounting and Reporting Guidance



            從工業活動主體來說,根據《IPCC國家溫室氣體排放清單指南》和《省級溫室氣體清單編制指南》,碳核算主要覆蓋五種活動:能源活動、工業生產、農業生產、林業和土地利用變化以及廢棄物處理。


            針對于上述核算主體對象,碳核算可以具體根據數據來源、測量方式、數據形式、數據質量、測量地域及時間范圍等因素,生成不同類型的碳核算結果產出。



             圖片


            二、碳核算的方法有哪些?  


            碳核算最主要的形式可以被分為基于測量和基于計算兩種方式,具體從現有的溫室氣體排放量核算方法來看,主要可以概括為三種:排放因子法、質量平衡法、實測法。目前發改委公布的24個指南采用的溫室氣體量化方法只包含排放因子法和質量平衡法,但2020年12月生態環境部發布的《全國碳排放權交易管理辦法(試行)》中明確指出,重點排放單位應當優先開展化石燃料低位熱值和含碳量實測。


            (一)排放因子法(基于計算)


            排放因子法是適用范圍最廣、應用最為普遍的一種碳核算辦法。根據IPCC提供的碳核算基本方程:


            溫室氣體(GHG)排放=活動數據(AD)×排放因子(EF)


            其中,AD是導致溫室氣體排放的生產或消費活動的活動量,如每種化石燃料的消耗量、石灰石原料的消耗量、凈購入的電量、凈購入的蒸汽量等;EF是與活動水平數據對應的系數,包括單位熱值含碳量或元素碳含量、氧化率等,表征單位生產或消費活動量的溫室氣體排放系數。EF既可以直接采用IPCC、美國環境保護署、歐洲環境機構等提供的已知數據(即缺省值),也可以基于代表性的測量數據來推算。我國已經基于實際情況設置了國家參數,例如《工業其他行業企業溫室氣體排放核算方法與報告指南(試行)》的附錄二提供了常見化石燃料特性參數缺省值數據。


            該方法適用于國家、省份、城市等較為宏觀的核算層面,可以粗略的對特定區域的整體情況進行宏觀把控。但在實際工作中,由于地區能源品質差異、機組燃燒效率不同等原因,各類能源消費統計及碳排放因子測度容易出現較大偏差,成為碳排放核算結果誤差的主要來源。


            (二)質量平衡法(基于計算)


            質量平衡法可以根據每年用于國家生產生活的新化學物質和設備,計算為滿足新設備能力或替換去除氣體而消耗的新化學物質份額。對于二氧化碳而言,在碳質量平衡法下,碳排放由輸入碳含量減去非二氧化碳的碳輸出量得到:


            二氧化碳(CO2)排放=(原料投入量×原料含碳量-產品產出量×產品含碳量-廢物輸出量×廢物含碳量)×44/12


            其中,是碳轉換成CO2的轉換系數(即CO2/C的相對原子質量)。采用基于具體設施和工藝流程的碳質量平衡法計算排放量,可以反映碳排放發生地的實際排放量。不僅能夠區分各類設施之間的差異,還可以分辨單個和部分設備之間的區別。尤其當年際間設備不斷更新的情況下,該種方法更為簡便。一般來說,對企業碳排放的主要核算方法為排放因子法,但在工業生產過程(如脫硫過程排放、化工生產企業過程排放等非化石燃料燃燒過程)中可視情況選擇碳平衡法。


            (三)實測法(基于測量)


            實測法基于排放源實測基礎數據,匯總得到相關碳排放量。這里又包括兩種實測方法,即現場測量和非現場測量。


            現場測量一般是在煙氣排放連續監測系統 (CEMS)中搭載碳排放監測模塊,通過連續監測濃度和流速直接測量其排放量;非現場測量是通過采集樣品送到有關監測部門,利用專門的檢測設備和技術進行定量分析。二者相比,由于非現場實測時采樣氣體會發生吸附反映、解離等問題,現場測量的準確性要明顯高于非現場測量。


            美國推廣實測法的力度最高,早在2011年就開始了碳排放測量的強制安裝:美國環保署在2009年《溫室氣體排放報告強制條例》中規定,所有年排放超過2.5萬噸二氧化碳當量的排放源自2011年開始必須全部安裝煙氣連續在線監測系統(CEMS)并在線上報美國環保署。


            歐盟委員會自 2005 年啟動歐盟碳排放交易系統并正式開展監測 CO2 排放量,但目前23個國家中僅155個排放機組(占比1.5%)使用了CEMS(連續監測系統),主要有德國、捷克、法國。


            中國火電廠基本已安裝了 CEMS,具備使用 CEMS 對 CO2 排放量進行監測的基礎。5月27日,國內首個電力行業碳排放精準計量系統在江蘇上線,在國內率先應用實測法進行碳排放實時在線監測核算,預期不久也將向全國普及。



            原文鏈接




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