從法規(guī)標準、數(shù)據(jù)質量要求、質量保證等方面總結梳理歐盟對火電廠在線監(jiān)測二氧化碳的質量控制要求，對比分析中國現(xiàn)階段在二氧化碳監(jiān)測方法及法規(guī)標準方面的情況，對中國火電廠下一階段利用連續(xù)排放監(jiān)測系統(tǒng)(CEMS)開展二氧化碳實測法及建立完整的標準與監(jiān)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(xù)排放監(jiān)測系統(tǒng)(continuous emission monitoringsystem，CEMS)對火電廠碳排放的實時監(jiān)測能夠為碳交易提供準確、完整、及時的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)的質量既關系到單個企業(yè)的排放情況、行業(yè)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(wěn)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(fā)展。
1 中國現(xiàn)行火電行業(yè)二氧化碳排放核算方法
目前，國際上有2 種監(jiān)測火電廠溫室氣體排放量的方法， 即核算法和測量法?；?ldquo; 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(fā)展和改革委員會發(fā)布了《發(fā)電行業(yè)溫室氣體排放核算方法與報告指南》，規(guī)定電力行業(yè)溫室氣體監(jiān)測采用核算法中的排放因子法。該方法通過活動數(shù)據(jù)( 包括燃料消耗量、燃料發(fā)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(jiān)測體系打牢基礎。通過近幾年的研究表明，隨著監(jiān)測體系的完善、技術的發(fā)展，使用CEMS 方法進行測量可以提供更加精準的數(shù)據(jù)，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(shù)據(jù)質量提供更多的保障。
使用CEMS 對火電廠CO2 排放量進行監(jiān)測，只需直接測量煙氣流速、CO2 濃度和濕度等參數(shù)即可得到排放量，數(shù)據(jù)準確度大大提高，方法直接、簡單，優(yōu)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(jiān)測的基礎，建立完善的在線監(jiān)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(jiān)測系統(tǒng)質量保證經驗
2.1 監(jiān)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(tǒng)(European Union emission trading scheme，EUETS)，正式開展監(jiān)測CO2 排放量。監(jiān)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(yè)，涉及歐盟CO2 排放總量的50%。其中，火電企業(yè)中規(guī)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(jiān)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(guī)標準體系
為保證EU ETS 的正式運行，歐盟形成了一套“指令–規(guī)范–標準”的系統(tǒng)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(jiān)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(jiān)測質量保證的實施。質量保證體系的所有環(huán)節(jié)使用的方法統(tǒng)一依據(jù)歐盟標準、國際標準化組織(ISO)標準和行業(yè)最佳實用導則。整個過程中涉及的法律法規(guī)和標準見表1。
隨著監(jiān)測技術的不斷進步，根據(jù)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(guī)?！稖厥覛怏w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(jiān)測及報告條例》(monitoring andreporting regulation， MRR) 和《認證及審核條例》(AVR)2 項新的規(guī)則，形成監(jiān)測、報告、驗證(mnitoring、reporting、verification)體系。至此，2 項法規(guī)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(jiān)測的地位。第1 階段引入了數(shù)據(jù)質量等級的概念，提出在能夠證明監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)質量高于核算的前提下可采用CEMS 進行監(jiān)測。第2 階段完善了質量控制和質量保證的要求;根據(jù)機組類型和排放量進行分類細化，規(guī)定了不同的數(shù)據(jù)質量等級;增加了對數(shù)據(jù)不確定性分析的審核步驟。第3 階段不再需要證明CEMS 的數(shù)據(jù)質量等級高于核算法，同時增加了數(shù)據(jù)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(zhí)行EN 14181《固定源排放―自動測量系統(tǒng)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(jiān)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(zhí)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(jù)新電廠和現(xiàn)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(shù)據(jù)質量。
2.4 指標數(shù)據(jù)的分級管理
歐盟對CEMS 需達到的數(shù)據(jù)質量要求做了明確規(guī)定， 選取不確定度作為反映數(shù)據(jù)質量的指標，同時根據(jù)電廠年度CO2 排放量對數(shù)據(jù)質量分級管理。
國際上反映數(shù)據(jù)質量的常用參數(shù)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(shù)據(jù)的真實性又考慮了其可重復性。
考慮到監(jiān)測成本和數(shù)據(jù)質量的必要性，按年度CO2 排放量確定數(shù)據(jù)質量的層級。數(shù)據(jù)質量等級共分為4 級，排放量越少層級越低，數(shù)據(jù)質量要求也越低。在確保數(shù)據(jù)達標的情況下盡力減少企業(yè)的成本。表2 給出了各層級數(shù)據(jù)允許的最大不確定度。
2.5 數(shù)據(jù)質量的持續(xù)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(jiān)視測試(annual surveillance test，AST)，從儀器的安裝到年度的檢測， 歐盟對數(shù)據(jù)進行持續(xù)性把控，確保數(shù)據(jù)質量始終處于規(guī)定的不確定度范圍內， 及時調整儀器， 減少系統(tǒng)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(wěn)定、連續(xù)、準確地上傳數(shù)據(jù)。適用性試驗包括實驗室測試和至少3 個月的現(xiàn)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(xiàn)場適用性檢測確保儀器的穩(wěn)定性、工作的連續(xù)性以及在現(xiàn)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(huán)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(xiàn)場條件擬合指標( 線性、零點和量程的漂移、現(xiàn)場條件下的再現(xiàn)性)等。
安裝后或監(jiān)測數(shù)據(jù)偏離監(jiān)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(xù)性正常，二是校準和驗證儀器，及時調整儀器，減少系統(tǒng)誤差。經過國家認證的實驗室負責評估，將監(jiān)測數(shù)據(jù)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(jù)結果評估校準。
正常運行的過程中，為確保運行的CEMS 數(shù)據(jù)質量持續(xù)穩(wěn)定，CEMS 質量保證程序包括QAL3和年度監(jiān)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(fā)生改變。
2.6 中立性和客觀性要求
為保證CEMS 系統(tǒng)建設和運營維護的中立性和客觀性，歐盟層面規(guī)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(xiàn)穩(wěn)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(guī)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(jiān)測法規(guī)標準體系建設。
首先，明確CO2 在線監(jiān)測技術的法律地位。中國現(xiàn)行獲取CO2 排放數(shù)據(jù)的方法僅有核算法，考慮到在線監(jiān)測CO2 技術成熟可行，且參考歐盟關于在線監(jiān)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(jiān)測技術納入其中。
其次，完善中國火電廠CO2 排放在線監(jiān)測的技術標準及配套政策。當前，針對CO2 在線監(jiān)測的基本技術規(guī)定僅有HJ 75—2017《固定污染源煙氣(SO2、NOx、顆粒物)排放連續(xù)監(jiān)測技術規(guī)范》、H J 7 6 — 2 0 1 7《固定污染源(SO2、NOx、顆粒物) 排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)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(jiān)測校驗、獎懲規(guī)定等技術細節(jié)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(jiān)測方法列入國家環(huán)境標準管理計劃，在國家、行業(yè)層面上盡快制定支撐性技術標準，對火電廠CO2 在線監(jiān)測從安裝、運營維護、監(jiān)管、數(shù)據(jù)處理等方面進行詳細規(guī)定，打牢法律依據(jù)和標準基礎。
(2)充分利用現(xiàn)有CEMS 建設、管理基礎，降低CO2 排放監(jiān)測成本。
在中國廣泛利用CEMS 監(jiān)測大氣污染物的基礎上，利用現(xiàn)有在線監(jiān)測系統(tǒng)的安裝條件可以較為便捷地增設CO2 監(jiān)測模塊，可大大減少軟硬件投資。同時，根據(jù)CO2 監(jiān)測特點，在建立、完善相關質量控制體系時， 優(yōu)化碳市場監(jiān)管程序與CEMS 質量控制程序中諸如核查、監(jiān)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(jiān)管步驟和行政管理開支。
(3)充分利用自動數(shù)據(jù)處理工具，實現(xiàn)數(shù)據(jù)自動化質量控制。
充分利用質量控制圖等質控工具， 開發(fā)簡單、便捷的自動化數(shù)據(jù)校準工具、現(xiàn)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(tǒng)故障的同時減輕企業(yè)負擔，便于管理，達到低成本實現(xiàn)質量控制的目標。
(4)建立質量可控的CO2 排放數(shù)據(jù)信息平臺，納入現(xiàn)行環(huán)保監(jiān)管體系。
中國應形成統(tǒng)一要求的質量控制規(guī)范體系，建立火電企業(yè)“自行監(jiān)測、實時報送”的行業(yè)、省級CO2 排放數(shù)據(jù)信息平臺，數(shù)據(jù)準確形成統(tǒng)一規(guī)范，真實反映碳排放量的實際情況，有效減少
數(shù)據(jù)造假情況的發(fā)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(jiān)測和管理納入環(huán)境監(jiān)管系統(tǒng)，企業(yè)利用現(xiàn)有在線監(jiān)測系統(tǒng)、平臺報送數(shù)據(jù)，政府利用現(xiàn)有環(huán)境管理、執(zhí)法隊伍實現(xiàn)監(jiān)管，既減輕企業(yè)負擔，也減少環(huán)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(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)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(jiān)測系統(tǒng)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(fā)展。
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