卢伟业，陈小玄，陆继东，李越胜，姚顺春,3

(1.华南理工大学 电力学院，广东 广州 510640；
2.广东省特种设备检测研究院 顺德检测院，广东 佛山 528313；
3.广东省能源高效清洁利用重点实验室，广东 广州 510640)

随着温室气体排放对气候变化和生态环境的影响日益增大，世界各国对控制和减少碳排放已达成共识。我国是全球主要的温室气体排放国家之一，积极承担了重要的减排义务与责任，政府明确提出“2030碳达峰、2060碳中和”的发展目标[1-2]。我国目前温室气体排放核算所用方法体系及排放因子主要源自西方发达国家[3]，在此基础上，建立了国家及试点省市温室气体统计与核算体系，并建立全国碳市场，将电力行业首批纳入全国碳市场行业。2021年1月起，我国碳市场启动了首个履约周期，共2 225家发电行业的重点排放企业纳入范围，标志着全国碳交易市场正式全面启动。

随着碳市场上线、控排企业履约，碳核查计量体系下碳数据质量成为关键。2013年国家发布了《中国发电企业温室气体排放核算方法与报告指南(试行)》[4]，随后生态主管部门根据核查工作实施情况对指南进行多次修订完善，2023年开始施行最新版指南《企业温室气体排放核算与报告指南发电设施》《企业温室气体排放核查技术指南发电设施》[5]，是目前火电企业碳排放核查工作主要依据。为进一步发展碳计量技术，学习欧美碳核算先进模式，2018年，国家发改委在《关于委托中国电力企业联合会开展发电行业碳排放交易相关工作的函》中提出在电力行业研究基于固定源烟气温室气体排放连续监测应用的建议。2021年，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。在碳计量方面，国务院近2 a相继发布了《2030年前碳达峰行动方案》《计量发展规划(2021—2035年)》，强调完善温室气体排放计量监测体系，加强碳排放关键计量测试技术研究和应用，健全碳计量标准装置，为温室气体排放可测量、可报告、可核查提供计量支撑，充分体现多举措发展碳计量的工作思路。

总体而言，我国目前碳排放核查方法与报告指南主要采用实测值与排放因子法。排放因子法存在准确度不高、人为干预过多等缺点，而碳排放连续监测技术因数据可溯源、数据收集简便、数据传输迅速而受到关注，可作为碳排放核查工作的重要技术支撑。然而，碳排放连续监测技术在我国发展尚处于发展阶段，没有完整的碳排放连续监测技术规范体系文件支撑。因此，笔者从目前温室气体核查体系出发，分析温室气体排放核查过程存在的问题，总结国内外温室气体排放连续监测经验，并提出开展火电企业碳计量的工作及建议，从技术手段提高碳排放数据质量，服务全国碳交易市场。

碳核查是政府通过第三方核查获得控排企业碳排放数据的主要手段。企业碳排放核算与报告工作完成后，便启动碳核查工作，碳核查工作涉及3个主体：企业、政府、核查机构，其工作流程如图1所示。从3个不同主体对碳核查常见问题进行分析。

图1 碳核查工作流程Fig.1 Work flow of carbon verification

1.1 政府侧

1)碳核查工作开展难度增大。首批控排行业为碳排放总量、强度较大的企业，主要为央企、国企或较大规模民企，对碳排放核查工作配合积极。随着纳入控排企业范围加大，企业类型增多，碳核查资源及管理压力骤增；
近2 a能源价格暴涨，火电企业普遍亏损严重，碳排放履约带来进一步经济压力，不利于政府推动碳核查工作。

2)碳核查数据质量造假频发。现有核查是企业根据质量控制计划将基准年度的排放数据信息上报形成碳排放报告。部分企业担心排放量过多需购买额外碳配额，以生产机密为由不提供，或刻意隐瞒真实的生产数据信息，部分企业甚至在咨询机构配合下进行数据造假，全国碳市场首例碳数据造假案[6]曝出，直接扰乱碳市场，严重影响碳排放履约的公正性，这对政府监管提出了更高要求。

1.2 核查机构侧

1)核查工期紧迫。碳核查机构需在2～3个月集中资源完成文件评审、现场核查、出具核查结论、复查等全部工作。当出现不可控因素，如近3 a新冠疫情影响，异地核查人员调配困难，核查质量难以保证。

2)核查队伍建设滞后。控排行业企业不断增加，所需碳核查从业人员增多，目前国内缺乏系统的双碳人才培养体系，碳核查机构大多从事能源、环保相关业务，短期内无法培养出足够的核查专业人才，核查队伍平均水平下降。

3)核查机构水平参差不齐。各省的碳核查机构多由政府公开招标选定，中标单位中部分核查机构往往质量管理体系较弱、专业核查人员配备不足，核查数据质量不高。

1.3 企业侧

1)技术人员流失变动严重。国内电力、钢铁、纺织、石化行业均配套有自备电厂等发电设施，大多需纳入全国碳市场。这些行业普遍产能过剩，受疫情影响部分处于停产或半停产状态，人员流失变动严重，造成碳排放报告、核查工作难以有效开展。

2)企业碳排放计量体系建设不完善。核查机构与控排企业容易在燃煤低位发热量、元素碳含量、天然气低位发热量等关键数据实测认定上产生分歧。且除电力企业外，大部分行业企业不具备燃料实测能力，相关燃料排放因子直接采用缺省值，导致数据偏大。

总之，碳核查工作在社会成本、核查队伍、数据质量等方面还有很多问题亟需解决。因此，国内学者引入实测及连续监测技术等手段辅助核查工作。

温室气体连续监测是利用检测仪器对企业温室气体排放进行连续监测，主要通过测量固定污染源排放烟气流速、流量、温室气体浓度和温湿度等参数计算排放总量，并通过构建温室气体连续排放监测平台实现管控[7]。

2.1 国外现状

美国和欧盟是全球温室气体排放的主要区域，温室气体排放监测体系建立较早，欧盟委员会自2005年已启动欧盟碳排放交易系统，正式开展CO2排放量监测。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1万家能源企业，涉及欧盟CO2排放总量的50%。采用的监测方法包括核算法和基于连续排放监测系统(Continuous Emission Monitoring System，CEMS)的实测法。

2.1.1 核算法

自20世纪末以来，国际权威组织如联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)、国际标准化组织(ISO)、世界资源研究所(WRI)和世界可持续发展工商理事会(WBCSD)、英国标准协会(BSI)等均已发布了相关温室气体排放核算标准、规范或指南文件(表1)，涵盖了国家、企业(组织)、项目、产品和服务等层面[8]。其中，《IPCC 国家温室气体清单指南》是当前适用性较广泛的标准，对各国制定减缓温室气体排放政策和应对气候变化行动有较大贡献；
ISO14064和GHG Protocol也是我国发布企业温室气体核算指南、标准的重要参考依据；
PAS 2050、ISO 14040/14044、Product and Supply Chain GHG Protocol、ISO 14067四个标准主要针对产品和服务的温室气体核算标准。这些标准方法体系的实行，为促进全球碳核算和碳减排起到巨大推动作用。

2.1.2 实测法

目前22个欧洲国家中约有140台机组采用实测法[9-11]。美国运行碳排放监测体系时间较长，在《美国温室气体强制报告》《40 CFR part 75 Continuous Emission Monitoring》《RULE 218.1 Continuous Emission Monitoring Performance Specifications》等法规、标准体系下实现火电机组烟气排放连续监测闭环。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t CO2当量的排放源自2011年开始必须全部安装烟气连续排放监测系统(CEMS)，并在线上报美国环保署。美国联邦法律汇编中的第40卷75部分“烟气连续排放监测系统手册”对碳排放监测提出了严格细致的标准规范[9]。主要将火电机组分为2类，不同机组对应不同火电机组碳排放监测方法[12]，具体见表2。

表1 国外温室气体排放核算体系Table 1 Foreign greenhouse gas emission accounting system

表2 不同火电机组碳排放监测方法[12]

美国环保署统计显示2015年美国有73.9%火电机组采用连续监测方法监测CO2排放量，可见通过安装CEMS设备进行碳排放监测的方式在美国普及率较高[12]。2019年，德国环境部详细分析了德国应用连续监测法获得CO2排放量的现状及特点，并对比核算法和连续监测法优缺点，发现在质量保证体系全面和完善的情况下，连续监测法和核算法同样能够提供高质量、可比的CO2监测数据[13]。

2.2 国内现状

国内温室气体排放连续监测技术尚处于试点探索阶段。2018年，我国将CO2控排工作纳入生态环境部门管理，定性为生态环境保护问题，基于国家政策层面的引导和实际需求，近几年来我国已有部分省市开展碳排放在线监测探索。其中，福建省已在2018年开展了碳排放在线监测与应用公共平台建设，并选取了10家试点企业开展企业端个性化配置工作；
华南理工大学和广东省特检院联合研究团队于2018年在大型火力发电企业千吨锅炉上实现工程应用示范，安装了基于可调谐二极管激光吸收光谱原理的碳排放连续监测系统(图2)，实现了CO2浓度连续监测，为建设以CO2气体排放源监测系统为核心的连续监测体系建设提供了技术手段及经验[14-15]。2021年，江苏省推出了电力行业碳排放精准计量系统，并于8家发电企业11台发电机组安装了碳排放计量系统，开展碳排放连续测量试点，并构建了适应多行业的碳计量实测与核算模型[16]；
2021年11月，国网湖北电科院在黄冈大别山电厂4号机组上线试运行碳排放在线监测功能模块[17]；
2022年，国家能源集团龙源电力碳资产公司建设了碳排放在线监测系统，实现碳排放指标数据全自动实时采集、传输、计算和分析[18]。

图2 碳排放连续监测系统和直接监测法与碳核算法结果对比[15]Fig.2 Continuous carbon emission monitoring system and the comparison of results between direct monitoring method and carbon accounting method[15]

在气体排放监测技术标准方面，国内火电厂SO2、NOx和颗粒物等污染物在线监测相对成熟，1996年，我国颁布实施GB/T 16157—1996《固定污染源排气中颗粒物测定与气态污染物采样方法》。2001年，国家环境保护总局发布了《火电厂烟气排放连续监测技术规范》，随后于2007年和2017年分别对其修改并发布第2版和第3版《固定污染源烟气(SO2、NOx、颗粒物)排放连续监测技术规范》。基于上述标准，我国在部分试点开展了CO2排放连续监测，并发布了相关标准。T/CAS 454—2020《火力发电企业二氧化碳排放在线监测技术要求》和DL/T2376—2021《火电厂烟气二氧化碳排放连续监测技术规范》填补了我国在电力行业领域碳排放监测技术的标准空白，进一步完善了电力行业碳排放监测核算技术体系，从技术标准层面为我国做好碳达峰、碳中和工作奠定了核心基础。

从目前国际碳排放核算报告规则来看，基于指南的碳核算方法是主流，以该方法体系为主有利于碳数据与国际接轨。国内连续监测法相关标准及方法尚未成熟，连续监测设备对企业硬件一次性投入有要求，对企业整体管理及人员水平要求较高，数据主要通过采集获得，缺少台账且在材料溯源及交叉验证能力上不及核算法。但连续监测法具有数据精确度高、数据收集简便、数据传输迅速等优势，随着碳数据质量要求及减轻核算压力需求，发展核算为主、监测为辅的碳计量方法是大势所趋。

《企业温室气体排放核算与报告指南发电设施》《企业温室气体排放核查技术指南发电设施》的发布[5]，不断加强碳核查指南法的实用性、科学性，提高碳排放数据质量，完善数据质量管理，尤其采用第三方实测手段提升燃料低位发热量、元素碳含量等关键数据质量，进一步加强了燃料取、制、化、存的要求，体现了核算为主、监测为辅的原则。

我国现有行业中，电力行业是最大的碳排放部门，其CO2排放量约占全国排放总量的40%[19]，根据国家统计局数据，2021年我国发电结构中，火力发电约占电力行业的68%(远高于世界的40%)[20]。电力企业大多是国企，管理水平较高，数据统计基础好，CEMS设备配套率高，且主要产品是热和电，温室气体排放源固定，对开展温室气体排放连续监测有良好基础。目前，300 MW及以上等级机组占我国装机容量比重越来越大，是我国当前火电厂的主力机组之一[21]。因此，笔者建议在个别省份单机容量300 MW以上火力发电企业机组开展试点，待试点成功后，总结经验，向水泥、造纸、钢铁等行业推广。以下对相关工作提出一些建议。

3.1 核查为主

1)建立煤质数据库系统，保障碳排放数据的准确性。2021年10—12月，国家生态环境部组成31个工作组开展碳排放报告质量专项监督帮扶，在全国各地对控排企业碳排放报告开展抽查，将问题大致分为4类，质量问题主要原因见表3。

表3 碳排放报告质量抽查问题和原因分析Table 3 Analysis of problems and reason of carbon emission report quality spot check

碳排放报告存在问题主要集中在2～4，主要原因在于指南模糊性、数据获取流程难以监管等管理问题以及元素碳含量高限定值而引发的数据造假。火电企业燃煤碳排放核算是发电行业重点排放单位主要碳排放活动，采用实测值与指南缺省值偏差较大，碳排放量最大不确定度达38%(表4、图3)。而同样采用实测值，因煤质数据获取中取样、制样、化验过程不规范，导致数据不确定度误差非常大[22]。

表4 发电企业碳排放数据关键参数计算组合方式[22]Table 4 Calculation combination of key parameters of carbon emission data of power generation enterprises[22]

图3 不同组合计算、测量方法不确定度[22]Fig.3 Uncertainty of different combination calculation and measurement methods[22]

近2 a碳排放煤质数据造假问题频出，导致政府和核查机构难以掌握上报数据的可靠性，严重影响碳排放核算的准确性及核查的合规性。准确可靠的碳排放数据是碳排放权交易市场有效规范运行的生命线，面对当前碳排放数据造假及核查机构服务能力和质量等问题，建立完善的碳市场煤质数据库系统迫在眉睫。

煤质数据库系统应包括主控模块、数据模块、煤质判定模块和煤质指标化验结果合理性分析模块等。其中数据模块应包括行业分类、燃煤产地等样品分类信息数据，以及燃煤低位发热量、元素碳含量、水分等化验检测项目。煤质指标化验结果合理性分析模块应包括报告数据分析、规律性分析和排放因子分析等。

通过建立煤质数据库系统，可实现碳市场煤种快速甄别，协助第三方核查机构对企业煤质数据做出合理性审查，并为生态环境部门制定常态化的监管提供技术支撑，提升碳排放数据质量。

2)引入煤质快速分析计量技术，提高碳核查精度。目前，发电行业碳排放核算指南规定燃煤全水分、灰分、挥发分、全硫、低位发热量及元素碳含量测定标准主要采用传统的实验室分析方法，操作复杂且耗时长。作为碳核查机构，在开展现场核查过程中，无法对企业上报煤质数据的真实性和准确性进行校验。因此，建议有条件的碳核查机构引入煤质快速分析计量技术，实现燃煤低位发热量和元素碳含量等参数的快速检测。

近红外光谱分析技术[23-24]、激光诱导击穿光谱技术[25-26]、X射线荧光技术[27]等快速光谱检测技术在煤质快速检测领域已得到广泛认可，通过引入上述煤质快速分析计量技术，可实现第三方核查机构在碳核查过程中对企业上报煤质数据的快速校验，从而提高燃煤热值、元素碳含量等实测参数在采样、制样、送样、化验检测、核算等环节的规范性和准确性，完善碳核查数据质量监管体系。

3.2 监测为辅

1)尽快建立健全温室气体排放监测标准体系及相关政策法规，指导工作有序开展。目前，温室气体排放连续监测技术标准规定主要参考HJ 75—2017《固定污染源烟气(SO2、NOx、颗粒物)排放连续监测技术规范》、HJ 76—2017《固定污染源烟气(SO2、NOx、颗粒物)排放连续监测系统技术要求及检测方法》、HJ 870—2017《固定污染源废气二氧化碳的测定非分散红外吸收法》以及T/CAS 454—2020《火力发电企业二氧化碳排放在线监测技术要求》和DL/T 2376—2021《火电厂烟气二氧化碳排放连续监测技术规范》。仅靠以上技术规范及要求无法支撑碳排放在线监测有效实施，建议尽快建立健全温室气体排放监测相关政策法规及标准，协助政府构建以核算为主、监测为辅的碳排放核算体系，服务碳交易市场。

火电企业CO2连续监测的应用推广需建立一套政策—标准—运维体系，从而实现温室气体排放监测管理。围绕温室气体排放连续监测，制定行业标准和质保体系，需明确技术路线、监测设备、监测方法、设备性能参数、计量要求、日常维保、测试时间、数据采集频次、设备维护、定期校准等[28-29]。形成有效完善的标准体系，可提高温室气体核算效率，减轻甚至免除企业配合温室气体核算的工作量和精力，有利于企业有序开展工作。

2)提升自主创新能力，攻克温室气体监测技术难点。目前，温室气体连续监测技术研究很多，但多停留在技术研究阶段，很少建立成功应用试点，对成套连续监测系统及信息管控平台的搭建也未形成共识[30-31]。国外已有经验无法直接生搬硬套，迫切需要符合我国国情的自主创新。

火电企业温室气体排放包括直接排放和间接排放，主要是化石燃料燃烧产生的直接排放。目前我国火力发电企业普遍安装技术较成熟的CEMS环保监测系统，基本实现了SO2、NOx等参数连续精确监测，CEMS系统数据与政府环境保护部门实时联网，该套系统能测量烟气成分和湿度等，在此基础上只需增加温室气体浓度和流量模块，结合相应碳计量模型，可实现烟道中温室气体排放量的连续监测。

烟气流量测量是实现碳排放连续准确监测的关键环节，多采用差压法[32]、热导法[33]、超声波时差法[34]及光学法[35]等方法[36-38]。烟气流量测量本质是流速的测量，不同烟气流速测量方法对比见表5，其中超声波时差法准确度高、抗干扰能力强，应用广泛，其工作原理如图4所示。

表5 烟气流速测量方法Table 5 Measuring method of flue gas velocity

续表

图4 超声波时差法的工作原理Fig.4 Working principle of ultrasonic time difference method

目前在条件较好，且安装有CEMS系统的火电企业加装一套温室气体监测模块成本为5万～6万元，加装后无需专人管理，可长期使用。采用碳排放在线监测系统能从数据溯源等方面极大提高核查效率，达到监测目的，减少企业和政府管理成本[39]。

3)建立温室气体与大气污染物协同监管机制，共同推进企业监测数据质量提升。“十四五”期间，我国生态文明建设进入以降碳为重点战略方向、推动减污降碳协同增效、促进经济社会发展全面绿色转型。实现温室气体和大气污染物协同监管具有科学基础。降碳与减污之间有很好的协同效应。CO2与污染物排放同根、同源、同过程，治理和减排路径高度协同。同时，二者在管理手段上都突出源头治理、系统治理和综合治理。

通过建立温室气体与大气污染物协同监管机制，将监测数据应用于环保领域的超标判定和气候变化领域的碳排放总量控制，有助于共同推进企业监测数据质量提升，且能协同各类社会资源，大幅降低管理成本，以更小行政成本实现更大管理效益。同时，实现减污降碳协同监管，可避免对企业的重复检查与执法，最大限度降低生产干扰。

4)构建温室气体排放数据信息管理平台，研究挖掘数据价值。温室气体排放监测及数据质量保证对双碳工作至关重要。试点行业实行连续排放监测，政府须建立温室气体排放数据信息管理平台，实现温室气体排放监测数据、煤质分析数据等碳排放信息的实时自动报送，统一规范数据信息，减少人为因素影响，提升数据真实性。为减少资源浪费，建议将温室气体连续排放监测系统的数据与环保部门现有环保监测平台系统中统一管理相互融合。

通过构建温室气体排放数据信息管理平台，研究挖掘其中数据价值。在温室气体排放量核查过程中，排放因子反映了单位活动水平的温室气体排放量。受燃料种类、燃烧机组负荷影响，目前我国温室气体排放核算方法与报告指南中排放因子缺省值均为固定值，与实际有一定偏差。可通过温室气体连续监测设备的引入获得较准确的运行参数，据此对指南中排放因子进行修正和完善，指导低碳生产。

2021年全国碳排放权交易市场正式启动，发电行业率先进入全国碳排放交易体系，推动温室气体排放连续监测系统建设有迫切的现实需求。本文从目前温室气体核查体系出发，分别从政府侧、核查机构侧和企业侧对碳核查常见问题进行分析，梳理和总结了国内外温室气体排放连续监测的经验，欧美等发达国家发展较早，初步形成了各自的碳计量体系，我国温室气体排放连续监测技术尚处于试点探索阶段，缺少完整的碳计量体系、标准及政策。为保证碳排放数据质量，率先在国内火力发电行业试点构建以核查为主、监测为辅的碳计量体系，提出以下建议：① 建立煤质数据库系统，保障碳排放数据的准确性；
② 引入煤质快速分析计量技术，提高碳核查精度；
③ 尽快建立健全温室气体排放监测标准体系及相关政策法规，指导工作有序开展；
④ 提升自主创新能力，攻克温室气体监测技术难点；
⑤ 建立温室气体与大气污染物协同监管机制，共同推进企业监测数据质量提升；
⑥ 构建温室气体排放数据信息管理平台，研究挖掘数据价值，以推动我国火电企业碳计量体系建设，助推“双碳”目标实现。

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