图片：互联网

 

随着2020年的到来，依据全国碳市场分阶段建设规划，发电企业（含自备电厂）被首批纳入全国碳交易市场。发电企业的碳排放成本，一方面由发电机组自身能耗利用水平决定，另一方面也受企业碳排放数据管理水平的影响。根据《中国发电企业温室气体排放核算方法与报告指南（试行）》，发电企业碳排放量计算涉及的参数有40余个。相关研究表明在众多参数中，元素碳含量（C）的敏感性最高，其对企业碳排放强度的影响高于燃煤消耗量、低位发热量和碳氧化率。随着碳市场的启动，元素碳含量受到的关注度逐渐提高。作为一个此前相对陌生的参数，将给企业的碳排放数据管理工作带来一定挑战。本文中，笔者将对与元素碳含量相关的问题进行总结，并提出应对建议供控排企业参考。

 

问题索引

 

1）什么是元素碳含量？

2）是否有必要对元素碳含量进行实测？

3）“高限值”究竟有多高？

4）如何开展元素碳含量实测？

5）企业元素碳含量监测面临的问题？

6）企业应该怎么做？
 

 

元素碳含量（C）是指试验煤样测定的碳元素在所有元素中的质量百分比，其含量约占20%~70%（收到基）。煤中的碳元素一部分与氢、氧、硫等元素结合成有机物，在受热时析出成为挥发分，另一部分以单质态存在，成为固定碳。由此可见，元素碳含量与固定碳是两个完全不同的概念，部分企业在进行碳排放量核算时使用固定碳数据计算，这显然是错误的。

 

碳是煤炭中的主要可燃元素，发热量较大，每千克纯碳的发热量为3.27×10⁴kJ/kg。事实上，在常规的煤质工业分析指标中，元素碳含量与低位发热量的相关性明显高于其他参数，据此可以简单得出含碳量越高，发热量越大的结论。但是，元素碳含量还直接影响二氧化碳的排放，因此为了准确衡量燃煤的碳排放水平，应考虑元素碳含量和低位发热量的比值，即单位热值含碳量。
 

 

根据《核算指南》，国家鼓励企业优先采用实测值，即月度燃煤缩分样的实测元素碳含量与低位发热量的比值计算单位热值含碳量。同时，对于不具备实测条件的企业，《核算指南》中也给出了不同煤种单位热值含碳量的缺省值。

 

图片：国家碳市场帮助平台

 

2019年4月，国家碳市场帮助平台更新了一条名为“单位热值含碳上限值、碳氧化率确定”的专家解答，规定发电企业在2018年度的碳核查工作中 “燃煤的单位热值含碳量没有实测值的企业，将不分煤种，取本平台提供的高限值33.56tC/TJ。碳氧化率没有实测值的企业参考IPCC燃烧的碳氧化率缺省值，取碳氧化率高限值100%”。自此以后，几乎所有省市生态环境主管部门都要求核查机构在开展核查时，对未实测的发电企业（含自备电厂）选取高限值。这意味着尚未落实元素碳含量实测的企业，需要尽快行动起来，以避免未实测而面临的采用高限值的“处罚”。
 

 

新解答中的高限值，是以所有煤种中单位热值含碳量最高的型煤所对应的缺省值来确定的。笔者根据已有数据对比发现，以烟煤为例，单位热值含碳量高限值比企业实测值偏高15%-30%。换句话说，如果企业不开展单位热值含碳量（元素碳含量）的实测工作，那么企业的碳排放量将可能增加15%-30%。以一台300MW亚临界机组，燃料以烟煤为主的机组为例，一年排放量约150万吨CO₂，若企业未开展实测，采用高限值计算的年碳排放量将可能比实测元素碳含量算出的年碳排放量高30万吨。以配额单价30元/tCO₂来估算，仅元素碳含量一项参数便使该台机组每年的履约成本提高近1000万元。
 

 

控排企业开展元素碳含量实测工作，按照顺序应涉及煤炭采样、制样、化验三个环节。

 

1）采样：按照GB/T 19494.1《煤炭机械化采样第1部分采样方法》或GB/T 475《商品煤样人工采取方法》采取煤样，按GB/T19494.2《煤炭机械化采样第2部分煤样的制备》或GB474《煤样的制备方法》制备成所需的相应煤样。煤样一般在输送系统中采取，例如皮带上和落煤流处。为达到采样的精确度，入炉煤原煤样的采取应尽量使用机械化采样装置。

 

2）制样：元素碳含量的检测样品为一般分析试验煤样。即经干燥、破碎、混合和缩分后制成粒度小于0.2mm的分析样。《核算指南》规定，控排企业对元素碳含量的实测频率应至少达到每月一次。发电企业（含自备电厂）应每天留样，月底混合并缩分。

 

 

图片：三节炉（左）、元素分析仪（右）

 

3）化验：元素碳含量的检测方法应符合GB/T 476《煤的元素分析方法》、GB/T 30733《煤中碳氢氮的测定仪器法》或DL/T 568《燃料元素的快速分析方法》中的要求。目前主流元素碳含量检测方法为传统分析法和元素分析仪法。传统分析法，也就是发电行业《核算指南》中提到的GB/T476中规定的方法，常用设备为三节炉。它是国家实验室所使用的仲裁分析方法，准确度很高，但具有工作量较大，人工成本高、耗时长等缺点，企业比较少用；元素分析仪法所依据的测定标准是GB/T30733和DL/T 568。与传统方法相比，元素分析仪法省时省力，并且能够保证较高的分析精度，当然设备成本也相对较高，是目前大部分企业选用的方法。两种方法各具特点，且均受国家相关部门认可，企业可根据自身的实际情况选择合适的方法以测定元素碳含量。
 

 

随着近几年全国碳市场的推进，目前国内的大部分大型发电企业已经意识到元素碳含量监测的必要性，并开始采用自检或送检的方式开展元素碳含量的监测，有些管理先进的集团企业还制定了元素碳含量监测制度。然而纵观整个发电行业，特别是自备电厂，由于缺乏相关经验，大部分企业都是凭借自身经验和理解开展实测工作，元素碳含量监测仍然面临很大挑战。例如：元素碳含量数据波动性较大，而电厂监测频率低，煤样制备缺乏代表性；每天留样的质量无统一规定，存在较大人为误差；对于监测出的元素碳含量数据缺乏质量管控，没有监测结果分析校核的措施；电厂元素分析仪，设备操作复杂，耗时较长；设备本身成本高昂，并且很“娇贵”，极易发生故障等。
 

 

企业应对建议

 

发电企业对元素碳含量进行实测是大势所趋，既能加强企业对自身碳排放情况的掌握，又符合企业自身利益。因此，建议尚未对元素碳含量进行实测的企业尽快着手开展实测工作。对于大部分企业，元素碳含量监测工作比较陌生，目前国家尚未发布相关的统一标准或制度。

 

图片：互联网

 

1）大型集团类企业，建议着手开展元素碳含量实测的相关研究，编制元素碳含量监测标准，对元素碳含量实测工作进行细化，并建立完善的数据质量管控措施，确保企业元素碳含量数据的准确性和合理性。

 

2）小型发电企业或自备电厂，由于元素分析设备成本高昂，操作复杂，不宜盲目开展，建议委托专业的咨询服务机构对自身数据进行排查和诊断，合理制定实测方案，有针对性的开展元素碳含量实测工作。当然，对于不具备自行检测条件的企业，外委给具备实验室检测资质（CNAS、CMA）的检测机构进行送检，也是一个不错的选择。