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为什么说中国碳排放统计核算的发展方向一定是动态数字化核算

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  • 发布时间:2021-11-17 14:43
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为什么说中国碳排放统计核算的发展方向一定是动态数字化核算

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2020年,在第七十五届联合国大会一般性辩论上,中国明确提出要采取更加有力的政策和措施,二氧化碳排放力争在2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和。2021年7月16日,全国碳交易市场将启动上线交易,这距离2013年6月深圳在国内率先启动碳交易已过去8年之久,虽然全国碳市场首批仅纳入2000余家温室气体排放量达到2.6万吨二氧化碳当量的电力企业,但全国碳市场的覆盖排放量将超过40亿吨,是全球覆盖温室气体排放量规模最大的碳市场。

事实上,国家3060碳达峰碳中和战略的完成、碳交易市场能够公平、有效开展的基础,最重要的一点就是碳排放总量的统计核算。

2021年4月1日,央行副行长刘桂平提出要逐步开展碳排放的核算,探索建立全国性的碳核算体系;4月20日,中国人民银行行长易纲在博鳌亚洲论坛上也提出,正在探索建立全国性的碳排放统计核算体系。

中国是全球制造业中心,企业数量多,碳排放量总量大,我国实现碳达峰碳中和和碳交易市场的整个进程中,碳排放总量的统计核算面临如下挑战:

一,如何准确、公平、合理地分配各行业、各地区、各企业的初始碳排放配额指标?

二,如何测算各企业每年实际的碳排放总量,如何快速、公正、透明、低成本核定每个企业低于碳配额量或高于碳配额量?

三,如何通过对全行业各企业实际碳排放总量核算出该行业真实的碳排放总量平均值并对企业的双碳工作水平进行动态排名,结合重污染天气限产额度等政策驱动降碳能力差的企业加大技术装备和工艺创新水平,不断降低碳排放强度?

四,如何通过对某一地区各企业碳排放总量核算出该地区单位GDP的碳排放总量,从而对各地区的碳排放水平进行排名以促进双碳工作有序推进?

五,如何用无可辩驳的数据体系让国际社会客观、动态展示中国履行2030年碳达峰2060年碳中和承诺的坚强能力和伟大进程?

为了可以更好地回答以上提出的五大问题,那么就需要了解什么是碳核算?现有的碳排放统计核算的办法有哪些?怎么做才能让中国走上最正确的“碳达峰碳中和”的减排之路?为什么中国的重点行业的碳排放统计核算的最终方法必须是以实测法为根本的动态数字化核算?

一、什么是碳核算?

自1997年《京都议定书》通过以来,世界各国均开展了一系列的减排措施,以应对由工业化带来的气候变化。但不同国家、不同地区、不同企业等控排主体,都需要依托于科学数据来明确减碳目标、度量减碳成效。碳核算即是一种测量工业活动向地球生物圈直接和间接排放二氧化碳及其当量气体的措施。可以看到,从核算对象来说,开展碳核算至少需要包含以下两点条件:一是划定造成温室效应的气体,二是确定工业活动主体。

温室气体是大气中吸收和重新放出红外辐射的自然和人为的气态成分,包括二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)、氧化亚氮(N2O)、氢氟碳化物(HFCs)、全氟化碳(PFCs)、六氟化硫(SF6)和三氟化氮(NF3)等。由于不同气体对温室效应的影响程度有所不同,联合国政府间气候变化专门委员会 (Intergovernmental Panel on Climate Change , IPCC)提出了二氧化碳当量(CO2e)这一概念,以统一衡量这些气体排放对环境的影响。而基于全球变暖潜能值(GWP),可以看到不同气体相对于二氧化碳而言对温室效应的影响程度。

另外,仅对于能源活动和工业生产过程而言,根据《省级温室气体清单编制指南》,HFCs、PFCs和SF6等主要涉及铝、镁等少数工业生产过程,而N2O早已纳入空气污染监控范围,故对多数企业的碳核算主要对象是CO2和CH4。又根据《2017年中国温室气体公报》,二氧化碳(CO2)和甲烷(CH4)分别是影响地球辐射平衡的主要和次要长寿命温室气体,在全部长寿命温室气体浓度升高所产生的总辐射强迫中的贡献率分别约为 66%、17%。

为什么说中国碳排放统计核算的发展方向一定是动态数字化核算

资料来源:FederalGreenhouse Gas Accounting and Reporting Guidance

针对于上述核算主体对象,碳核算可以具体根据数据来源、测量方式、数据形式、数据质量、测量地域及时间范围等因素,生成不同类型的碳核算结果产出。

二、碳核算的方法有哪些?

碳核算最主要的形式可以被分为基于实际测量和基于计算两种方式,具体从现有的温室气体排放量核算方法来看,主要可以概括为三种:排放因子法、质量平衡法、实测法。目前发改委公布的24个指南采用的温室气体量化方法只包含排放因子法和质量平衡法,但2020年12月生态环境部发布的《全国碳排放权交易管理办法(试行)》中明确指出,重点排放单位应当优先开展化石燃料低位热值和含碳量实测。

(一)排放因子法

排放因子法是现阶段适用范围广、应用最为普遍的一种碳核算办法。根据IPCC提供的碳核算基本方程:温室气体(GHG)排放=活动数据(AD)×排放因子(EF),其中,AD是导致温室气体排放的生产或消费活动的活动量,如每种化石燃料的消耗量、石灰石原料的消耗量、净购入的电量、净购入的蒸汽量等;EF是与活动水平数据对应的系数,包括单位热值含碳量或元素碳含量、氧化率等,表征单位生产或消费活动量的温室气体排放系数。EF既可以直接采用IPCC、美国环境保护署、欧洲环境机构等提供的已知数据(即缺省值),也可以基于代表性的测量数据来推算。我国已经基于实际情况设置了国家参数,例如《工业其他行业企业温室气体排放核算方法与报告指南(试行)》的附录二提供了常见化石燃料特性参数缺省值数据。

该方法适用于国家、省份、城市等较为宏观的核算层面,可以粗略地对特定区域的整体情况进行宏观把控。然而,由于IPCC是基于发达国家水平估计,特别是燃煤的排放因子主要根据发达国家煤质和煤使用技术,其煤质本身热值较高、洗煤充分且燃烧效率高,因而排放因子较高,而中国的煤质普遍热值低、灰分大、很多地方洗煤时没有充分洗选,造成中国煤燃烧的实际排放因子数值远远小于IPCC推荐的排放因子,因此用IPCC排放因子估算中国碳排放会高于中国的实际排放量,导致数据误差巨大。

据哈佛大学、中国科学院、清华大学的科学家们发现,中国油品和燃气类的排放因子与IPCC推荐值相近,但煤的排放因子比IPCC推荐值低45%。另一项被高估的排放则是水泥生产过程中的排放——水泥生产过程的碳排放比基于IPCC推荐值得计算低40%左右。中国的煤炭中灰分较高,含碳量远低于发达国家水平及世界平均水平,实测中国煤平均含碳量为54%,但IPCC默认值为75%,这也就意味着中国煤炭并没有排放那么多二氧化碳。“2000~2013年间,中国碳排放总量比此前多估计了约15%,二氧化碳排量多估计了106亿吨,106亿吨是什么概念?它是西方国家20年来实际减排量的近百倍。数据严重失实。

而且在实际工作中,由于地区能源品质差异、机组燃烧效率不同、不同地区不同发展水平企业碳排放差异、生产装备的更新换代、产能规模变化等原因,各类能源消费统计及碳排放因子测度容易出现非常大的偏差,这也成为现阶段碳排放核算结果误差的主要来源。

(二)质量平衡法

质量平衡法可以根据每年用于国家生产生活的新化学物质和设备,计算为满足新设备能力或替换去除气体而消耗的新化学物质份额。对于二氧化碳而言,在碳质量平衡法下,碳排放由输入碳含量减去非二氧化碳的碳输出量得到:

二氧化碳(CO2)排放=(原料投入量×原料含碳量-产品产出量×产品含碳量-废物输出量×废物含碳量)×44/12,其中,是碳转换成CO2的转换系数(即CO2/C的相对原子质量)。采用基于具体设施和工艺流程的碳质量平衡法计算排放量,可以从某一个角度大致上反映碳排放发生地的实际排放量,能够区分各类设施之间的差异,还可以分辨单个和部分设备之间的区别。尤其当设备不断更新的情况下,该种方法更为简便。但该方法需要纳入考虑范围的排放的中间过程较多,非常容易出现系统误差,数据获取困难且不具有权威性,而对于我国来说,碳交易市场的数据基础就来自于碳排放的总量核算,如果数据没有权威性,则对国内的碳交易市场会造成非常大的影响,也会影响到碳交易市场的权威性。

而上述碳排放核算模式中的排放因子法还是基于计算的质量平衡法这两种碳核算方法,无论是国家宏观碳排放总量核算还是企业级碳排放核算,本质上都是碳排放静态核算模式,都共同存在以下不足:

1、定性、静态核算,忽略了企业不同生产装备工艺和产能对碳排放总量的影响。

2、碳排放总量主要依靠人工纸介质方式进行监管和排放总量现场复核,效率低,环节多,容易掺入人为主观因素,难以在碳排放基准额度分配、企业年度碳排放总量核查等环节真正实现公平公正、公开透明。

3、企业提供的纸介质碳排放数据及证据资料数量多、复核工作量大、保管检索难、数据容易造假。

4、燃煤的排放因子由国际上发达国家平均水平估算,因子数值普遍偏高,误差较大

而可以很好的解决以上4个问题的碳排放核算方案,就是已经在欧美广泛应用的实测法,也可以叫碳排放总量动态监测可视化核算法。

(三)实测法(碳排放总量动态监测可视化核算法)

实测法(ExperimentApproach)基于排放源实测基础数据,汇总得到相关碳排放量,一般是在烟气排放连续监测系统 (CEMS)中搭载碳排放监测模块,通过连续监测浓度和流速直接测量其排放量,该方法中间环节少、结果准确。

美国推广实测法的力度最高,早在2011年就开始了碳排放测量的强制安装: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2.5万吨二氧化碳当量的排放源自2011年开始必须全部安装烟气连续在线监测系统(CEMS)并在线上报美国环保署。

欧盟委员会自2005 年启动欧盟碳排放交易系统并正式开展监测 CO2 排放量,目前已在23个国家中使用了CEMS(连续监测系统),主要有德国、捷克、法国等国。

而我国其实已经在试点碳排放统计核算实测法,2018年国家出台《发电企业碳排放权交易技术指南》的文件,编制组已经把在线监测法和物料衡算法两种方法都写入标准,用CEMS在线监测法可以为发电企业开展碳排放的统计核算。我国的火电厂基本已安装了 CEMS,已具备使用 CEMS 对 CO2 排放量进行监测的基础。2021年5月27日,国内首个电力行业碳排放精准计量系统上线,实现对火电企业生产全过程二氧化碳排放的“精准画像,在国内率先应用实测法进行碳排放实时在线监测核算,通过实时监测发电全过程排放烟气的流速、湿度、二氧化碳浓度等数据,数据采集精确到每秒,每天采集数据超过上千万条,完成计算比对约50万次,确保了监测数据的实时性、连续性和准确性,再通过关键参数的分析校验,精准计算碳排放量,构建了碳计量实测与核算模型。

三、基于实测法的数字化碳排放统计核算的创新优势

相对于现行清单模式静态核算的国际碳排放统计核算体系,数字化的碳排放统计核算的创新优势在于:

1、通过数字化碳排放统计核算,能够准确的测量出真实的碳排放量,准确的碳计量将助于摸清碳排放的家底,制定更为科学的减排降碳措施。

2、以在线监测动态核算代替传统的排放清单静态核算模式,可以真实反映企业的碳排放实际、实时总量,有效消除主观人为因素,有效避免不同产能规模、不同生产工艺装备引用相同的碳排放核算标准所产生的碳排放总量失真,实现碳治理公平公正,公开透明。

3、以区块链技术实时采集传输企业生产全生命周期的碳排放数据,实现远程可视化碳排放总量申报、核查与大数据分析统计,避免了现在碳排放总量人工纸介质申报与核查的低效率和人为主观因素干扰。

4、与现行的企业生产尘、硫、氮等污染物超低排放系统无缝对接,在现有的烟气在线监测系统中增加碳排放监测模块实现烟气碳排放总量的动态监测核算,有效降低初始投资,有效降低平台运行维护成本。

5、实现企业生产碳排放量、污染物排放量、能源消耗量与实际产量一体化动态实时监测与排名,形成动态单位生产排放量指标并依据单位生产排放量指标确定每个企业的重污染天气定量限产政策,改变十四五以来基于超低排放A、B、C分级水平决定限产比例的定性管控方式,以降低单位生产碳排放量为抓手驱动企业改进生产工艺装备,消除工艺装备水平与碳排放总量脱钩的“劣币驱赶良币”碳治理误区。

6、为行业和地区产业结构调整、产能管控提供实时监测平台,我国许多行业产能扩张监管压力越来越大,难度越来越高。譬如,钢铁工业,“十三五”期间党中央、国务院为了调控钢铁产能出台了一系列方针政策,由于现行的钢铁产能总量调控主要基于企业项目审批备案时的产能指标和工艺装备水平,缺乏对项目投产后企业技术、工艺装备更新换代所产生的实际新增产量进行实时、精准管控的手段,导致账面审批备案钢铁产能和年实际钢铁产量不一致、钢铁总产量因技术进步持续增加的管控难题。实现重点排放企业生产碳排放量、污染物排放量、能源消耗量与实际产量一体化动态实时监测核算,可以实时监测统计各地区、各企业的当日、当月、当季、当年的动态产量,建立基于单位碳排放水平、单位能耗水平、单位污染物排放水平进行产能与产量相统一的新型产能调控机制。

7、碳排放计量的实测数据也可以作为配额依据,提高碳市场的活跃度,促进碳达峰早日实现,国家层面已经在着手大力推广和使用数字化碳排放监测方法作为碳排放核算的国家标准。

在国家2030碳达峰、2060碳中和的双碳目标背景下,以国家双碳重大战略需求为导向,北京金投清蓝公司与清华大学联合成立了“清华大学碳排放数字化监测技术研究中心“,致力于成为全球领先的温室气体数字化监测技术创新高地,结合国家碳达峰碳中和战略目标,研究国家碳排放数字化动态监测理论体系、核心关键技术、地区和行业碳排放监测预警模型、碳排放监测评估标准并展开应用示范和国际交流合作。

清华大学碳排放数字化监测技术研究中心经过多年的理论积淀和行业优势,根据欧美先进的碳排放统计核算的实测法理论框架,历经数年研发了国内领先的《碳排放总量动态监测可视化核算平台C30C60》,该平台是基于智能传感设备实时采集企业生产过程中的关键指标数据,综合运用区块链、物联网、大数据分析等先进技术,构建企业生产量与碳排放量、污染物排放量、能源消耗量一体化动态数字化实时监测指标体系和预警模型,实现企业生产超低排放控制与碳排放控制的有机协同,形成动态的单位碳排放指标、单位能耗指标、单位废水、固废等污染物排放指标,把目前碳排放清单静态核算的碳排放总量核算管理模式发展到在线监测、动态数字化核算、分行业、分地区碳排放水平对标排名的数字化管理模式,是国际碳排放核算模式的数字化、网络化、可视化创新,体现了中国在推进双碳工作中的技术创新能力和水平,是中国实现2030碳达峰、2060碳中和战略目标技术支撑平台。

所以说,中国的碳排放统计核算的发展方向一定是动态数字化核算。

为什么说中国碳排放统计核算的发展方向一定是动态数字化核算

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