基于原煤排放因子缺省值和實測值的碳排放計算及比較

張繼冰，喬小三

(鶴壁豐鶴發(fā)電有限責(zé)任公司，河南 鶴壁 458008)

0 引言

2016年3月河南省對碳排放納入企業(yè)進行了2013—2015年度的碳排放核查，2017年11月進行了碳排放納入企業(yè)2016年度的碳排放核查。通過與現(xiàn)場核查人員溝通交流，大多數(shù)燃煤電廠未進行入爐煤元素碳的實測工作，進行碳排放量計算時，單位熱值含碳量和碳氧化率均采用《省級溫室氣體清單編制指南(試行)》提供的缺省值計算，同時文獻［1］也描述了電廠元素碳含量數(shù)據(jù)普遍缺失情況。由于入爐煤元素碳含量無實測數(shù)據(jù)，進而原煤燃燒碳排放計算中的單位熱值含碳量和碳氧化率均采用缺省值，燃煤碳排放因子即為缺省值。

《國家發(fā)展改革委辦公廳關(guān)于做好2016、2017年度碳排放報告與核查及排放監(jiān)測計劃制定工作的通知》(發(fā)改辦氣候〔2017〕1989號)附件3指出，從2018年起對燃煤單位熱值含碳量和碳氧化率缺省值將采取高限制。為探索燃煤的碳排放量由于碳排放因子缺省值和實測值而引起的差異，選定某電廠設(shè)計煤種、校核煤種，分別采用缺省值和實測值計算單位活動水平的燃煤碳排放量，結(jié)果差異較大。分析了引起差異的影響因素，為發(fā)電企業(yè)應(yīng)對碳排放交易市場提供了參考。

1 原煤燃燒碳排放核算方法

根據(jù)《中國發(fā)電企業(yè)溫室氣體排放核算方法和報告指南(試行)》［2］(以下簡稱《指南》)，燃煤電廠原煤燃燒的碳排放量主要取決于原煤的燃燒量、低位發(fā)熱量、單位熱值的含碳量和碳氧化率，即

式中:E為原煤燃燒的碳排放量(以CO2計)，t;AD為原煤的活動水平，TJ;EF為原煤的排放因子，t/TJ。

原煤的活動水平

原煤排放因子

式中:CC為原煤的單位熱值含碳量(以C計)，t/TJ;OF為原煤的碳氧化率，%;C為原煤平均元素碳含量，%;Gz為爐渣產(chǎn)量，t;Cz為爐渣平均含碳量，%;Gh為飛灰產(chǎn)量，t;Ch為飛灰平均含碳量，%;ηc為除塵系統(tǒng)平均除塵效率，%。

通過《指南》中原煤燃燒碳排放計算公式可以看出，如果企業(yè)沒有原煤的元素碳含量實測值，則無法計算單位熱值含碳量和碳氧化率，進而無法計算原煤的實際碳排放因子，只能采用缺省值進行計算，此時的碳排放因子數(shù)值即為碳排放因子缺省值。

2 碳排放量對比分析

為便于比較排放因子缺省值和實測值對碳排放量的影響，不同煤種選取相同的活動水平。計算原煤燃燒碳排放量時，對于設(shè)計煤種、校核煤種的爐渣產(chǎn)量和飛灰產(chǎn)量采用DL/T 5142—2012《火力發(fā)電廠除灰設(shè)計規(guī)程》［3］中的方法進行估算，鍋爐固體未完全燃燒的熱損失q4值按鍋爐廠提供的數(shù)據(jù)進行計算，飛灰爐渣含碳量由q4設(shè)計值反推得到。

2．1 各計算參數(shù)

某電廠設(shè)計煤種、校核煤種各種參數(shù)見表1。

表1 各煤種參數(shù)Tab．1 Parameters of various coal

活動水平選取1 t標(biāo)準(zhǔn)煤熱值量，q4設(shè)計值為1．77%，電廠燃用煤種均屬于煙煤，單位熱值含碳量(以C計)缺省值為26．18 t/TJ，碳氧化率缺省值為98．00%。

2．2 計算結(jié)果分析

根據(jù)《指南》和現(xiàn)行電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)［3－4］，分別選取不同的參數(shù)采用缺省值計算碳排放量(以C計)，計算結(jié)果見表2。通過數(shù)據(jù)對比可以得到以下結(jié)論。

表2 不同工況下各煤種碳排放量Tab．2 Carbon emissions of various coal under different working conditions t

(1)通過工況1發(fā)現(xiàn):無論任何煤種，在相同的活動水平工況下，只要碳排放因子采取缺省值計算，得到的碳排放量是一樣的。

下面利用邊值關(guān)系和初始條件求解色散關(guān)系和待定系數(shù).將界面兩邊的電場、磁場用下標(biāo)1、2區(qū)別，對該模型而言，沒有自由電荷和自由電流，邊值關(guān)系為[15]：

(2)對比工況2和工況1:設(shè)計煤種碳排放量工況2高于工況1，主要是設(shè)計煤種計算得到的單位熱值含碳量為26．29t/TJ，高于單位熱值含碳量的缺省值26．18t/TJ;校核煤種碳排放量工況2低于工況1，主要是校核煤種計算得到的單位熱值含碳量為25．58 t/TJ，明顯低于單位熱值含碳量的缺省值26．18 t/TJ。

(3)對比工況3和工況2:設(shè)計煤種碳排放量工況3高于工況2，主要是設(shè)計煤種計算得到的碳氧化率為98．09%，高于碳氧化率的缺省值98．00%;校核煤種碳排放量工況3低于工況2，主要是校核煤種計算得到的碳氧化率為97．61%，明顯低于碳氧化率的缺省值98．00%。

(4)對比工況3和工況1:設(shè)計煤種碳排放量工況3高于工況1，主要是其單位熱值含碳量和碳氧化率均高于二者缺省值;校核煤種碳排放量工況3低于工況1，主要是其單位熱值含碳量和碳氧化率均低于二者缺省值。

通過對比分析可以發(fā)現(xiàn)，原煤的元素碳含量是否采取實測值，對碳排放量會產(chǎn)生很大影響。目前，多數(shù)燃煤發(fā)電企業(yè)采用排放因子缺省值計算碳排放量，隨著全國碳市場的啟動，實測數(shù)據(jù)的強制要求，各企業(yè)的碳排放量會發(fā)生很大變化，應(yīng)引起燃煤發(fā)電企業(yè)的高度重視，提早制定合理的碳排放監(jiān)測計劃。

3 供電碳排放強度對比分析

依據(jù)第2部分的參數(shù)和計算結(jié)果，某電廠設(shè)計發(fā)電煤耗284 g/(kW·h)，假定機組在熱耗率驗收工況(THA)各項參數(shù)均無變化，僅考慮煤質(zhì)中灰分、水分變化引起的發(fā)電煤耗變化［5］，廠用電率按6%計算，得到不同情況下的供電碳排放強度(以CO2計)見表3。

表3 不同工況下的供電碳排放強度Tab．3 Carbon emission intensity of power supply under different working conditions g/(kW·h)

通過表3數(shù)據(jù)對比可以看出:

(1)同一煤種，由于元素碳含量是否取實測值，會引起單位熱值含量及碳氧化率的取值不同，致使供電碳排放強度有明顯差異。

(2)碳排放因子采用缺省值計算時，2個煤種的碳排放量相同，但是供電碳排放強度有差異，主要原因是受煤質(zhì)影響，供電煤耗不相同。

(3)碳排放因子采用實測值計算時，2個煤種的碳排放強度差異較大，可見供電碳排放強度受煤種影響加大。

通過分析可以發(fā)現(xiàn)，碳排放計算參數(shù)值的選取和煤種對供電碳排放強度影響較大，應(yīng)引起燃煤發(fā)電企業(yè)的高度重視，制定合理的碳排放監(jiān)測計劃。

4 結(jié)論

隨著全國碳排放市場配額分配和履約的到來，燃煤發(fā)電企業(yè)應(yīng)做好碳排放的相關(guān)工作，準(zhǔn)確計算碳排放水平，把握碳排放交易市場的政策紅利。

(1)對于同一煤種，在相同活動水平前提下，由于碳排放因子采用缺省值和實測值，碳排放量和供電碳排放強度有明顯差異，燃煤發(fā)電企業(yè)應(yīng)做好原煤元素碳含量的實測工作。

(2)校核煤種是比較理想的低碳煤種，考慮碳排放因素的影響可以優(yōu)先采用。

(3)近幾年的碳排放數(shù)據(jù)，多數(shù)燃煤發(fā)電企業(yè)依據(jù)碳排放因子缺省值計算得到，可以肯定與碳排放因子實測值有差異，企業(yè)應(yīng)正確認識，制定合理的碳排放監(jiān)測計劃，做好碳排放計算相關(guān)數(shù)據(jù)的建檔工作。