歐盟火電廠二氧化碳排放在線監測質量保證體系對中國的啟示

　　從法規標準、數據質量要求、質量保證等方面總結梳理歐盟對火電廠在線監測二氧化碳的質量控制要求，對比分析中國現階段在二氧化碳監測方法及法規標準方面的情況，對中國火電廠下一階段利用連續排放監測系統(CEMS)開展二氧化碳實測法及建立完整的標準與監管體系提出了建議。

　　0 引言

　　中國碳市場將于2020 年進入全面實施階段，連續排放監測系統(continuous emission monitoringsystem，CEMS)對火電廠碳排放的實時監測能夠為碳交易提供準確、完整、及時的數據。數據的質量既關系到單個企業的排放情況、行業整體排放水平及減排效果的客觀真實性，又關系到碳市場的建設、交易履約和穩定運行。因此，CEMS 的質量保證尤為重要。嚴格的標準、完善的法律框架及先進的技術為歐盟在CEMS 質量保證體系建設方面打下堅實基礎，中國應借鑒其經驗，建立完善的質量保證體系，推動全國碳市場發展。

　　1 中國現行火電行業二氧化碳排放核算方法

　　目前，國際上有2 種監測火電廠溫室氣體排放量的方法， 即核算法和測量法。基于“ 十二五”時期提出的碳市場交易體系建設要求、電廠建設的硬件條件及儀器制造的客觀水平，2013 年國家發展和改革委員會發布了《發電行業溫室氣體排放核算方法與報告指南》，規定電力行業溫室氣體監測采用核算法中的排放因子法。該方法通過活動數據( 包括燃料消耗量、燃料發熱量、原材料使用量等)、排放因子(包括單位熱值含碳量或元素碳含量、氧化率等)計算CO2 排放量，為中國建設碳排放監測體系打牢基礎。通過近幾年的研究表明，隨著監測體系的完善、技術的發展，使用CEMS 方法進行測量可以提供更加精準的數據，能夠更好地彌補因子法中人為干擾多、誤差較大、成本高等缺點，為數據質量提供更多的保障。

　　使用CEMS 對火電廠CO2 排放量進行監測，只需直接測量煙氣流速、CO2 濃度和濕度等參數即可得到排放量，數據準確度大大提高，方法直接、簡單，優勢明顯。與此同時，中國火電廠基本已安裝了CEMS，具備使用CEMS 對CO2 排放量進行監測的基礎，建立完善的在線監測質量保證體系對推動中國碳市場具有積極意義。

　　2 歐盟火電二氧化碳在線監測系統質量保證經驗

　　2.1 監測范圍與方法

　　歐盟委員會自2005 年啟動歐盟碳排放交易系統(European Union emission trading scheme，EUETS)，正式開展監測CO2 排放量。監測范圍覆蓋歐盟28 個成員國和冰島、挪威、列支敦士登3 個歐洲國家總計超過1 萬家的能源企業，涉及歐盟CO2 排放總量的50%。其中，火電企業中規模超過20 MW 的機組在2 0 0 5 — 2 0 0 7 年的EU ETS第1 階段就已納入管控范圍。采用的監測方法包括核算法和利用CEMS 開展的實測法，目前22 個歐洲國家中大約有140 臺機組采用實測法。

　　2.2 法規標準體系

　　為保證EU ETS 的正式運行，歐盟形成了一套“指令–規范–標準”的系統性管理模式。2003 年頒布的《2003/87 號指令》(Directive 2003/87)對溫室氣體進行全面管理，該指令包括監測方法的說明、質量控制總體原則。在總體原則基礎上，制定了專門的指南、條例，具體指導CO2 監測質量保證的實施。質量保證體系的所有環節使用的方法統一依據歐盟標準、國際標準化組織(ISO)標準和行業最佳實用導則。整個過程中涉及的法律法規和標準見表1。

　　

 

　　隨著監測技術的不斷進步，根據實施過程中遇到的狀況，歐盟委員會及時調整、充實、完善條例和法規。《溫室氣體排放核算與報告指南》(monitoring and reporting guidelines，MRG，包括MRG2004 和MRG2007)歷經2 個階段的調整，從MRG2004 修正形成MRG2007.2012 年，歐盟第3 階段出臺了《監測及報告條例》(monitoring andreporting regulation， MRR) 和《認證及審核條例》(AVR)2 項新的規則，形成監測、報告、驗證(mnitoring、reporting、verification)體系。至此，2 項法規替代《2003/87 號指令》和MRG，在歐盟初步形成了質量保證體系。以上3 個階段分別從提出質量控制概念、完善具體要求以及細化管理這3 個角度完成了質量控制體系的建設，更加明確了CEMS 在CO2 排放監測的地位。第1 階段引入了數據質量等級的概念，提出在能夠證明監測系統的數據質量高于核算的前提下可采用CEMS 進行監測。第2 階段完善了質量控制和質量保證的要求;根據機組類型和排放量進行分類細化，規定了不同的數據質量等級;增加了對數據不確定性分析的審核步驟。第3 階段不再需要證明CEMS 的數據質量等級高于核算法，同時增加了數據不確定性分析和風險評估的要求。

　　2.3 質量保證要求

　　歐盟的質量控制主要執行EN 14181《固定源排放―自動測量系統的質量保證》，此標準是歐洲標準化委員會有史以來制定的最重要、要求最高的標準之一，此標準奠定了歐盟CEMS 質量保證體系的基礎，對監管機構、設備制造商和流程運營商提出了更高的要求。標準執行初期，存在內容繁復，不易操作的問題。為了讓標準快速實施，歐盟各成員國根據新電廠和現有電廠的排放水平、燃燒技術、電廠類型、燃料類型編制指導性文件，對4 個級別的質量保證分別做了簡單、明確的說明，包括測試時間、頻率、主管部門和對應的相關標準。通過指導，操作人員能夠快速掌握質量保證程序，確保計量設備的正常校準、調整和校驗，保證數據質量。

　　2.4 指標數據的分級管理

　　歐盟對CEMS 需達到的數據質量要求做了明確規定， 選取不確定度作為反映數據質量的指標，同時根據電廠年度CO2 排放量對數據質量分級管理。

　　國際上反映數據質量的常用參數有精度、準確度和不確定度3 種。不確定度綜合了精度和準確度2 個概念，既能反映數據的真實性又考慮了其可重復性。

　　考慮到監測成本和數據質量的必要性，按年度CO2 排放量確定數據質量的層級。數據質量等級共分為4 級，排放量越少層級越低，數據質量要求也越低。在確保數據達標的情況下盡力減少企業的成本。表2 給出了各層級數據允許的最大不確定度。

　　

 

　　2.5 數據質量的持續管控

　　歐盟的質量控制共包含3 個質量保證級別(quality assurance levels，QAL)和1 個年度監視測試(annual surveillance test，AST)，從儀器的安裝到年度的檢測， 歐盟對數據進行持續性把控，確保數據質量始終處于規定的不確定度范圍內， 及時調整儀器， 減少系統誤差。各質量保證級別測試時間、頻率、主管部門和相關標準見表3。

　　

 

　　CEMS 安裝前進行適用性評估，保證安裝后儀器性能正常、穩定、連續、準確地上傳數據。適用性試驗包括實驗室測試和至少3 個月的現場測試。實驗室測試的目的是確保受控條件下儀器滿足相關性能要求，現場適用性檢測確保儀器的穩定性、工作的連續性以及在現實苛刻工況中的技術性能。檢測的主要性能指標包括儀器反應指標( 響應時間、零點、量程點的重復性標準偏差)、環境影響指標(溫度、樣氣壓力、電壓變化、振動、干擾物交叉敏感度的影響)、實驗室和現場條件擬合指標( 線性、零點和量程的漂移、現場條件下的再現性)等。

　　安裝后或監測數據偏離監測準確范圍時需要進行QAL2 評估，此項評估的目的一是確定儀器功能持續性正常，二是校準和驗證儀器，及時調整儀器，減少系統誤差。經過國家認證的實驗室負責評估，將監測數據與一系列使用已批準的標準參考方法(standard reference method， SRM)進行的測量結果進行比較[12]，根據結果評估校準。

　　正常運行的過程中，為確保運行的CEMS 數據質量持續穩定，CEMS 質量保證程序包括QAL3和年度監視測試(AST)兩部分。通常情況下，QAL3使用質量控制圖對CEMS 周期性零點和跨距檢查的結果進行評估，預測儀器失控的可能，從而對CEMS 進行調整或運營維護。每年定期由認可的驗室依照EN14181 開展AST，此測試是對儀器校準功能可變性和有效性的測試，以證明儀器設備功能完備、性能有效，校準功能沒有發生改變。

　　2.6 中立性和客觀性要求

　　為保證CEMS 系統建設和運營維護的中立性和客觀性，歐盟層面規定第三方核查機構應獨立于運營商;同時，要建立起一套申請、建設、實施和維護的標準流程，定期檢測核查人員的績效情況，以確保核查人員的能力保持一定水平并實現穩定提升。除此以外，成員國層面要建立技術人員認證機構，定期對技術人員進行測評。

　　3 啟示與建議

　　中國碳市場即將全面實施，CEMS 質量控制體系的建設任重而道遠， 應基于國情、借鑒經驗、盡早規劃安排，形成具有中國特色的質量控制體系。針對中國質量控制體系的建設提出以下建議。

　　(1)借鑒歐盟經驗，加強火電廠CO2 排放在線監測法規標準體系建設。

　　首先，明確CO2 在線監測技術的法律地位。中國現行獲取CO2 排放數據的方法僅有核算法，考慮到在線監測CO2 技術成熟可行，且參考歐盟關于在線監測CO2 的政策經驗，建議在推進中國碳市場制度建設時應將在線監測技術納入其中。

　　其次，完善中國火電廠CO2 排放在線監測的技術標準及配套政策。當前，針對CO2 在線監測的基本技術規定僅有HJ 75—2017《固定污染源煙氣(SO2、NOx、顆粒物)排放連續監測技術規范》、H J 7 6 — 2 0 1 7《固定污染源(SO2、NOx、顆粒物) 排放連續監測系統技術要求及檢測方法》和HJ 870—2017《固定污染源廢氣二氧化碳的測定非分散紅外吸收法》，缺乏監測校驗、獎懲規定等技術細節有關內容，無法支撐該方法有效實施。建議將火電廠CO2 排放在線監測方法列入國家環境標準管理計劃，在國家、行業層面上盡快制定支撐性技術標準，對火電廠CO2 在線監測從安裝、運營維護、監管、數據處理等方面進行詳細規定，打牢法律依據和標準基礎。

　　(2)充分利用現有CEMS 建設、管理基礎，降低CO2 排放監測成本。

　　在中國廣泛利用CEMS 監測大氣污染物的基礎上，利用現有在線監測系統的安裝條件可以較為便捷地增設CO2 監測模塊，可大大減少軟硬件投資。同時，根據CO2 監測特點，在建立、完善相關質量控制體系時， 優化碳市場監管程序與CEMS 質量控制程序中諸如核查、監管等交叉部分的管控，提高效率、降低運行成本，減少不必

　　要的監管步驟和行政管理開支。

　　(3)充分利用自動數據處理工具，實現數據自動化質量控制。

　　充分利用質量控制圖等質控工具， 開發簡單、便捷的自動化數據校準工具、現場校核工具，減少儀器人工維修成本和審核成本，在有效預防系統故障的同時減輕企業負擔，便于管理，達到低成本實現質量控制的目標。

　　(4)建立質量可控的CO2 排放數據信息平臺，納入現行環保監管體系。

　　中國應形成統一要求的質量控制規范體系，建立火電企業“自行監測、實時報送”的行業、省級CO2 排放數據信息平臺，數據準確形成統一規范，真實反映碳排放量的實際情況，有效減少

　　數據造假情況的發生，為建立健康的碳排放和碳交易市場提供有力技術支撐。若條件成熟，建議將火電廠CO2 在線監測和管理納入環境監管系統，企業利用現有在線監測系統、平臺報送數據，政府利用現有環境管理、執法隊伍實現監管，既減輕企業負擔，也減少環境行政管理成本。

　　4 結語

　　2020 年，中國將要正式啟動碳市場，CO2 在線監測系統的數據質量對碳市場的建設至關重要。本文對歐盟火電廠CO2 排放在線監測系統質量保證體系進行了梳理和總結，中國應借鑒其經驗，建立完善的質量保證體系，推動全國碳市場發展。

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