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欧盟火电厂二氧化碳排放在线监测质量保证体系对中国的启示

北极星大气网  来源:中国电力  作者:王霂晗 朱林等  2020/4/26 10:41:00  我要投稿  
所属频道: 大气治理  关键词:二氧化碳 CEMS 火电厂

北极星大气网讯:摘要: 从法规标准、数据质量要求、质量保证等方面总结梳理欧盟对火电厂在线监测二氧化碳的质量控制要求,对比分析中国现阶段在二氧化碳监测方法及法规标准方面的情况,对中国火电厂下一阶段利用连续排放监测系统(CEMS)开展二氧化碳实测法及建立完整的标准与监管体系提出了建议。

0 引言

中国碳市场将于2020 年进入全面实施阶段,连续排放监测系统(continuous emission monitoringsystem,CEMS)对火电厂碳排放的实时监测能够为碳交易提供准确、完整、及时的数据。数据的质量既关系到单个企业的排放情况、行业整体排放水平及减排效果的客观真实性,又关系到碳市场的建设、交易履约和稳定运行。因此,CEMS 的质量保证尤为重要。严格的标准、完善的法律框架及先进的技术为欧盟在CEMS 质量保证体系建设方面打下坚实基础,中国应借鉴其经验,建立完善的质量保证体系,推动全国碳市场发展。

1 中国现行火电行业二氧化碳排放核算方法

目前,国际上有2 种监测火电厂温室气体排放量的方法, 即核算法和测量法。基于“ 十二五”时期提出的碳市场交易体系建设要求、电厂建设的硬件条件及仪器制造的客观水平,2013 年国家发展和改革委员会发布了《发电行业温室气体排放核算方法与报告指南》,规定电力行业温室气体监测采用核算法中的排放因子法。该方法通过活动数据( 包括燃料消耗量、燃料发热量、原材料使用量等)、排放因子(包括单位热值含碳量或元素碳含量、氧化率等)计算CO2 排放量,为中国建设碳排放监测体系打牢基础。通过近几年的研究表明,随着监测体系的完善、技术的发展,使用CEMS 方法进行测量可以提供更加精准的数据,能够更好地弥补因子法中人为干扰多、误差较大、成本高等缺点,为数据质量提供更多的保障。

使用CEMS 对火电厂CO2 排放量进行监测,只需直接测量烟气流速、CO2 浓度和湿度等参数即可得到排放量,数据准确度大大提高,方法直接、简单,优势明显。与此同时,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,建立完善的在线监测质量保证体系对推动中国碳市场具有积极意义。

2 欧盟火电二氧化碳在线监测系统质量保证经验

2.1 监测范围与方法

欧盟委员会自2005 年启动欧盟碳排放交易系统(European Union emission trading scheme,EUETS),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2 0 0 5 — 2 0 0 7 年的EU ETS第1 阶段就已纳入管控范围。采用的监测方法包括核算法和利用CEMS 开展的实测法,目前22 个欧洲国家中大约有140 台机组采用实测法。

2.2 法规标准体系

为保证EU ETS 的正式运行,欧盟形成了一套“指令–规范–标准”的系统性管理模式。2003 年颁布的《2003/87 号指令》(Directive 2003/87)对温室气体进行全面管理,该指令包括监测方法的说明、质量控制总体原则。在总体原则基础上,制定了专门的指南、条例,具体指导CO2 监测质量保证的实施。质量保证体系的所有环节使用的方法统一依据欧盟标准、国际标准化组织(ISO)标准和行业最佳实用导则。整个过程中涉及的法律法规和标准见表1。

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随着监测技术的不断进步,根据实施过程中遇到的状况,欧盟委员会及时调整、充实、完善条例和法规。《温室气体排放核算与报告指南》(monitoring and reporting guidelines,MRG,包括MRG2004 和MRG2007)历经2 个阶段的调整,从MRG2004 修正形成MRG2007。2012 年,欧盟第3 阶段出台了《监测及报告条例》(monitoring andreporting regulation, MRR) 和《认证及审核条例》(AVR)2 项新的规则,形成监测、报告、验证(mnitoring、reporting、verification)体系。至此,2 项法规替代《2003/87 号指令》和MRG,在欧盟初步形成了质量保证体系。以上3 个阶段分别从提出质量控制概念、完善具体要求以及细化管理这3 个角度完成了质量控制体系的建设,更加明确了CEMS 在CO2 排放监测的地位。第1 阶段引入了数据质量等级的概念,提出在能够证明监测系统的数据质量高于核算的前提下可采用CEMS 进行监测。第2 阶段完善了质量控制和质量保证的要求;根据机组类型和排放量进行分类细化,规定了不同的数据质量等级;增加了对数据不确定性分析的审核步骤。第3 阶段不再需要证明CEMS 的数据质量等级高于核算法,同时增加了数据不确定性分析和风险评估的要求。

2.3 质量保证要求

欧盟的质量控制主要执行EN 14181《固定源排放―自动测量系统的质量保证》,此标准是欧洲标准化委员会有史以来制定的最重要、要求最高的标准之一,此标准奠定了欧盟CEMS 质量保证体系的基础,对监管机构、设备制造商和流程运营商提出了更高的要求。标准执行初期,存在内容繁复,不易操作的问题。为了让标准快速实施,欧盟各成员国根据新电厂和现有电厂的排放水平、燃烧技术、电厂类型、燃料类型编制指导性文件,对4 个级别的质量保证分别做了简单、明确的说明,包括测试时间、频率、主管部门和对应的相关标准。通过指导,操作人员能够快速掌握质量保证程序,确保计量设备的正常校准、调整和校验,保证数据质量。

2.4 指标数据的分级管理

欧盟对CEMS 需达到的数据质量要求做了明确规定, 选取不确定度作为反映数据质量的指标,同时根据电厂年度CO2 排放量对数据质量分级管理。

国际上反映数据质量的常用参数有精度、准确度和不确定度3 种。不确定度综合了精度和准确度2 个概念,既能反映数据的真实性又考虑了其可重复性。

考虑到监测成本和数据质量的必要性,按年度CO2 排放量确定数据质量的层级。数据质量等级共分为4 级,排放量越少层级越低,数据质量要求也越低。在确保数据达标的情况下尽力减少企业的成本。表2 给出了各层级数据允许的最大不确定度。

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2.5 数据质量的持续管控

欧盟的质量控制共包含3 个质量保证级别(quality assurance levels,QAL)和1 个年度监视测试(annual surveillance test,AST),从仪器的安装到年度的检测, 欧盟对数据进行持续性把控,确保数据质量始终处于规定的不确定度范围内, 及时调整仪器, 减少系统误差。各质量保证级别测试时间、频率、主管部门和相关标准见表3。

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CEMS 安装前进行适用性评估,保证安装后仪器性能正常、稳定、连续、准确地上传数据。适用性试验包括实验室测试和至少3 个月的现场测试。实验室测试的目的是确保受控条件下仪器满足相关性能要求,现场适用性检测确保仪器的稳定性、工作的连续性以及在现实苛刻工况中的技术性能。检测的主要性能指标包括仪器反应指标( 响应时间、零点、量程点的重复性标准偏差)、环境影响指标(温度、样气压力、电压变化、振动、干扰物交叉敏感度的影响)、实验室和现场条件拟合指标( 线性、零点和量程的漂移、现场条件下的再现性)等。

安装后或监测数据偏离监测准确范围时需要进行QAL2 评估,此项评估的目的一是确定仪器功能持续性正常,二是校准和验证仪器,及时调整仪器,减少系统误差。经过国家认证的实验室负责评估,将监测数据与一系列使用已批准的标准参考方法(standard reference method, SRM)进行的测量结果进行比较[12],根据结果评估校准。

正常运行的过程中,为确保运行的CEMS 数据质量持续稳定,CEMS 质量保证程序包括QAL3和年度监视测试(AST)两部分。通常情况下,QAL3使用质量控制图对CEMS 周期性零点和跨距检查的结果进行评估,预测仪器失控的可能,从而对CEMS 进行调整或运营维护。每年定期由认可的验室依照EN14181 开展AST,此测试是对仪器校准功能可变性和有效性的测试,以证明仪器设备功能完备、性能有效,校准功能没有发生改变。

2.6 中立性和客观性要求

为保证CEMS 系统建设和运营维护的中立性和客观性,欧盟层面规定第三方核查机构应独立于运营商;同时,要建立起一套申请、建设、实施和维护的标准流程,定期检测核查人员的绩效情况,以确保核查人员的能力保持一定水平并实现稳定提升。除此以外,成员国层面要建立技术人员认证机构,定期对技术人员进行测评。

3 启示与建议

中国碳市场即将全面实施,CEMS 质量控制体系的建设任重而道远, 应基于国情、借鉴经验、尽早规划安排,形成具有中国特色的质量控制体系。针对中国质量控制体系的建设提出以下建议。

(1)借鉴欧盟经验,加强火电厂CO2 排放在线监测法规标准体系建设。

首先,明确CO2 在线监测技术的法律地位。中国现行获取CO2 排放数据的方法仅有核算法,考虑到在线监测CO2 技术成熟可行,且参考欧盟关于在线监测CO2 的政策经验,建议在推进中国碳市场制度建设时应将在线监测技术纳入其中。

其次,完善中国火电厂CO2 排放在线监测的技术标准及配套政策。当前,针对CO2 在线监测的基本技术规定仅有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》、H J 7 6 — 2 0 1 7《固定污染源(SO2、NOx、颗粒物) 排放连续监测系统技术要求及检测方法》和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》,缺乏监测校验、奖惩规定等技术细节有关内容,无法支撑该方法有效实施。建议将火电厂CO2 排放在线监测方法列入国家环境标准管理计划,在国家、行业层面上尽快制定支撑性技术标准,对火电厂CO2 在线监测从安装、运营维护、监管、数据处理等方面进行详细规定,打牢法律依据和标准基础。

(2)充分利用现有CEMS 建设、管理基础,降低CO2 排放监测成本。

在中国广泛利用CEMS 监测大气污染物的基础上,利用现有在线监测系统的安装条件可以较为便捷地增设CO2 监测模块,可大大减少软硬件投资。同时,根据CO2 监测特点,在建立、完善相关质量控制体系时, 优化碳市场监管程序与CEMS 质量控制程序中诸如核查、监管等交叉部分的管控,提高效率、降低运行成本,减少不必

要的监管步骤和行政管理开支。

(3)充分利用自动数据处理工具,实现数据自动化质量控制。

充分利用质量控制图等质控工具, 开发简单、便捷的自动化数据校准工具、现场校核工具,减少仪器人工维修成本和审核成本,在有效预防系统故障的同时减轻企业负担,便于管理,达到低成本实现质量控制的目标。

(4)建立质量可控的CO2 排放数据信息平台,纳入现行环保监管体系。

中国应形成统一要求的质量控制规范体系,建立火电企业“自行监测、实时报送”的行业、省级CO2 排放数据信息平台,数据准确形成统一规范,真实反映碳排放量的实际情况,有效减少

数据造假情况的发生,为建立健康的碳排放和碳交易市场提供有力技术支撑。若条件成熟,建议将火电厂CO2 在线监测和管理纳入环境监管系统,企业利用现有在线监测系统、平台报送数据,政府利用现有环境管理、执法队伍实现监管,既减轻企业负担,也减少环境行政管理成本。

4 结语

2020 年,中国将要正式启动碳市场,CO2 在线监测系统的数据质量对碳市场的建设至关重要。本文对欧盟火电厂CO2 排放在线监测系统质量保证体系进行了梳理和总结,中国应借鉴其经验,建立完善的质量保证体系,推动全国碳市场发展。

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