某發(fā)電企業(yè)CO2排放量和減排分析

1、某發(fā)電企業(yè)CO2排放量和減排分析發(fā)布時間：2013-10-1010:04:26摘要:分析了電力企業(yè)CO2排放量的計算模式，提出IPCC排放因子計算模式、實測方法、物料衡算方法和宏觀模型方法，弁就影響排放因子的因素進(jìn)行校核,提出電力生產(chǎn)低碳發(fā)展靜脈循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式下的捕獲和資源化應(yīng)用CCU減排思路.關(guān)鍵詞：火力發(fā)電；CO2排放量；計算模式；排放因子；靜脈低碳模式AnalysisonCarbonDioxideEmissionandReductionofThermalPowerPlantAbstract:Thequantifyingmodeofthecarbondioxideemissionsforth

2、ermalpowerplantincludesIPCCCO2emissionfactormode,practicalmeasurementmode,massconservationmodeandquantifyingmod-el,IPCCCO2emissionfactorneedtobechecked,thebestmodeoflow-carbonelectricityproductionisCCU(CO2CaptureandUse).Keywords:thermalpowerplant;amountofCO2emission;calculatingmode;emissionfactor;in

3、tra-venouslow-carbonmodel低碳經(jīng)濟(jì)(LowCarbonEconomy)1作為一種新的能源發(fā)展觀成為世界能源生產(chǎn)和發(fā)展的制約因素.國際能源署報告表明，世界CO2排放量在2010年后將會以更快的速度增長，尤以美國和中國最為明顯.中國火力發(fā)電以煤為主的能源結(jié)構(gòu)在未來幾十年不會改變，燃煤發(fā)電的環(huán)境成本最高2.研究者稱地球今后的氣候主要取決于大氣中的CO2濃度增加的程度,這與CO2的增溫效應(yīng)及生命期密切相關(guān)3.有效的計算方法是掌握碳源排放量的手段，目前主要采用IPCC推薦方法,根據(jù)各國基礎(chǔ)資料，用物料衡算、排放系數(shù)和決策樹方法進(jìn)行估算.排放量估算方法的研究必須考慮碳源的類型、各種

4、不確定因素，比如電力燃料的燃燒完全性等.全球總的碳排放量可以通過諸多方法確定，如宏觀模型、直接測量、計算和估算等.具體到某一國家、某一企業(yè)甚至某個人的排放量,目前使用的主要是統(tǒng)計方法，而不是檢測方法.統(tǒng)計方法是宏觀方法，存在不確定性；對于企業(yè)，根據(jù)具體數(shù)據(jù)的直接計算方法更合理和準(zhǔn)確.排放量的計算通常采用間接的方法，發(fā)電廠以燃燒的煤炭量進(jìn)行計算，而不是去直接計算捕獲量.1IPCC推薦CO2排放量計算方法4基于聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會IPCC(IntergovernmentalPanelonClimateChange)國家溫室氣體排放清單指南CO2排放量計算為：碳排放量=2能源i的消費量？能

5、源i的排放系數(shù),i為能源種類(EmissionsGHG,fuel=FuelConsumptionfuelEmissionFactorGHG,fuel).計算的關(guān)鍵是排放系數(shù)，對化石燃料，一般采用國際通用的IPCC默認(rèn)值作為排放系數(shù)進(jìn)行CO2排放量的計算，各種能源的碳排放系數(shù)見表14.表1各種能源的碳排放系數(shù)表Tab*ICO2emissionfactorsofdifferenttypefuels能源種類原煤洗精煤焦炭其他焦化產(chǎn)品原油汽油煤油柴油碳排放系數(shù)I10*/104)0.75590.75590.85500.64490.5857().55380.57140.5921能源種類燃料油其他石油制品液

6、化石油氣天然氣焦?fàn)t煤氣煉廠干氣其他煤氣水電核電碳排放系數(shù)(1。%041)0.61850.58570.50420.44830.35480.46020.35480IPCC的排放系數(shù)適合宏觀排放量統(tǒng)計計算'具體到某個IPCC的排放系數(shù)適合宏觀排放量統(tǒng)計計算,具體到某個企業(yè)排放量會存在差異.俄羅斯關(guān)于鋼鐵企業(yè)排放量的計算方法規(guī)定了碳的發(fā)射系數(shù)和氧化系數(shù)兩個概念,排放量為燃料的能量含量與發(fā)射系數(shù)和氧化系數(shù)的乘積.1）IPCC方法中工業(yè)生產(chǎn)CO2排放量區(qū)分為燃料燃燒和工藝過程排放兩部分，由于將燃料數(shù)據(jù)和產(chǎn)品數(shù)據(jù)分開統(tǒng)計,不易反映集中排放的特點.2）由煤到電的轉(zhuǎn)換過程可在實驗室得到理論值，但在實際生

7、產(chǎn)中是不可能的，所以使用IPCC推薦的系數(shù)肯定是有出入的.具體到一個企業(yè)實體，如某火力發(fā)電廠，據(jù)煤質(zhì)及鍋爐設(shè)備的相應(yīng)參數(shù)和管理決定的燃燒效率的不同,轉(zhuǎn)換系數(shù)也不同.因此在計算CO2排放量時，會導(dǎo)入高度不確定性.3）排放系數(shù)與火電廠的發(fā)電煤耗息息相關(guān)，發(fā)電煤耗降低、排放系數(shù)自然也有所降低.火力發(fā)電的能源消耗量是個動態(tài)數(shù)，各個企業(yè)煤耗依據(jù)管理水平、主體設(shè)備的不同會存在差異.宏觀統(tǒng)計時一般使用的是國家發(fā)改委和國家統(tǒng)計局公布的統(tǒng)計數(shù)字.不過這個數(shù)字也不是一成不變，比如在2000年，中國火電廠平均每千瓦時電的煤耗是0?392kg標(biāo)準(zhǔn)煤，而目前已經(jīng)下降至U0?36kg左右，預(yù)計到2020年可以下降到0?3

8、2kg.根據(jù)相關(guān)資料報道5,CO2排放系數(shù)（t/t標(biāo)煤）中，國家發(fā)改委能源研究所推薦值為0?67、日本能源經(jīng)濟(jì)研究所參考值為0?68（日本能源與經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計手冊,2003年版）、美國能源部能源信息署參考值為0?69（DOE/EIAInternationalEnergyOutlook2002）.與以上的推薦值（0?67）基本相當(dāng).以相當(dāng)于單位煤當(dāng)量的29307kJ/kg的化石燃料燃燒，煤炭、石油和天然氣的CO2排放系數(shù)（以碳計）分別為0?6510?755,0?50?585,0?3950?447.我國原國家計委能源所測定的煤炭、石油、天然氣的CO2的排放系數(shù)（以碳計）分別為0?651,0?543,0?

9、4046.5）綜合能源消耗宏觀CO2排放研究.綜合能源消耗宏觀CO2排放由IPCC碳排放計算式轉(zhuǎn)換為Et=5fEf+5mEm+SnEn,式中:Et為碳排放量，Ef為煤炭消耗標(biāo)準(zhǔn)煤量,f為煤炭消耗的碳排放轉(zhuǎn)換系數(shù);Em為以標(biāo)準(zhǔn)煤計算的石油消耗量,5m為石油消耗的碳排放轉(zhuǎn)換系數(shù);En為天然氣消耗標(biāo)準(zhǔn)煤量，8n為天然氣消耗的碳排放轉(zhuǎn)換系數(shù).國內(nèi)研究者得出的碳排放轉(zhuǎn)換系數(shù)8煤炭（t/t標(biāo)準(zhǔn)煤）為0?7476;石油（t/t標(biāo)準(zhǔn)煤）為0?5825;天然氣（t/t標(biāo)準(zhǔn)煤）為0?44357.2實測與物料衡算方法2?1實測方法實測方法的前提條件是有國家或相關(guān)部門認(rèn)可的監(jiān)督手段，如煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)（CEMS）

10、,采用監(jiān)測手段或在線計量設(shè)施連續(xù)監(jiān)測排放氣體的流量（流速）、CO2濃度,以兩者乘積直接計算瞬時排放量,通過統(tǒng)計計算總排放量.此方法監(jiān)測精確，然而監(jiān)督成本較高.目前僅美國的CEMS運行比較完善，我國現(xiàn)有的CEMS系統(tǒng)弁不理想.推薦的煙氣中CO2濃度分析方法有非分散紅外氣體分析儀法、容量滴定法和氣相色譜法，現(xiàn)多采用非分散紅外線氣體分析儀法，此方法的缺點是無法消除CO、碳?xì)浠衔锖退母蓴_.2?2物料衡算方法2?2?1物料衡算方法CO2排放量分析燃燒1kgC產(chǎn)生44/12kgCO2.物料衡算方法CO2排放量分析方法適用于既定的生產(chǎn)系統(tǒng)、工序、燃燒設(shè)備等的碳平衡計算單純以燃煤量的多少來比較不同鍋爐的

11、經(jīng)濟(jì)性是不妥的,須折算到統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定低位發(fā)熱量為29307kJ/kg的煤為標(biāo)準(zhǔn)煤，將發(fā)熱量不是29307kJ/kg的煤統(tǒng)一折算到29307kJ/kg來進(jìn)行比較，用于計算和比較標(biāo)準(zhǔn)煤耗.下面進(jìn)行CO2排放量計算，以熱電廠為例全面計算，如果是單純發(fā)電的電廠,則在計算式中不包括供熱煤耗即可.電廠綜合熱效率（刀0）.40=（供熱量+供電量）/（供熱標(biāo)煤量+供電標(biāo)煤量）,1kg標(biāo)煤熱值=0?0293GJ.統(tǒng)一計量單位后的綜合熱效率計算公式為ri0=(Qr+36Eg)/(BX0?0293)X100%,式中：Qr為供熱量,GJ;Eg為供電量，萬kW?h;B為總標(biāo)煤耗量,t.在已知電廠供電量和供熱量的基礎(chǔ)上

12、,可以計算標(biāo)準(zhǔn)煤消耗量.B=(Qr+36Eg)/0?0293t0.以電廠實際燃煤的含碳量(C)來計算CO2的產(chǎn)生量MCO2=ACX(44/12)=BXC/QcoalXCX(44/12)=(Qr+36Eg)/29?340X29?3/Qcoal>CX(44/12).MCO2=(44/12)C(Qr+36Eg)/29?340X29?3/Qcoal=(44/12)C(Qr+36Eg)/(刀0Qcoal),式中:C為煤的含碳量，kg/t;Qcoal為煤的實際熱值,kJ/kg.2?2.2含碳量分析和校核煤的種類不同，含碳量也就不同，產(chǎn)生的CO2也就不一樣.煤中碳含量約為20%70%.一般電廠使用貧煤

13、，煙煤，褐煤較多，含碳量約為55%.用煤的收到基燃燒熱值Qar代替煤的實際熱值Qcoal,以收到基含碳量Car代替C進(jìn)行計算，總CO2的產(chǎn)生量為MCO2=(44/12)Car(Qr+36Eg)/(40Qar)2?2?3收到基低位發(fā)熱量Qnet,ar校核燃料的發(fā)熱量包括低位發(fā)熱量和高位發(fā)熱量，單位為kJ/kg,MJ/kg.高位發(fā)熱量Qgr指1kg煤完全燃燒時放出的全部熱量，包括煙氣中水蒸汽凝結(jié)時放出的熱量；低位發(fā)熱量Qnet指在1kg煤完全燃燒時放出的全部熱量中扣除水蒸汽汽化潛熱后所得的熱量，即煤中可燃質(zhì)的一部分燃燒熱量被用于水分的汽化，沒有得到利用.我國均采用低位發(fā)熱量,有些國家采用高位發(fā)熱量

14、,必要時說明.高位發(fā)熱量與低位發(fā)熱量間的換算公式為nnJ900%M4H100+l(xj"。即2-25.1(9/7+2?2?4不完全燃燒校核按照平均煤耗，煤中有多少克的碳,也就會生成相應(yīng)的二氧化碳，這是在煤完全燃燒的情況下產(chǎn)生的，只是個定性的值.不完全燃燒碳平衡計算所需的設(shè)備排出的灰渣、飛灰及煙塵中的含碳量是計算的重要數(shù)據(jù).引入燃料氧化效率的CO2排放量為E=Ee=E(TJxtC/T-JTC)x4%,式中:E為碳總排放量;e為分品種燃料的碳排放量;TJ為分品種燃料的實際消費量；tC/TJ為分品種單位燃料含碳量；TC為非能源利用固碳量；”為燃料的氧化率,%.如果煤炭燃燒設(shè)備落后，氧化率低

15、，排放系數(shù)就較低.依據(jù)能源消費量、燃燒率、含碳量和碳氧化率等指標(biāo),可直接計算出該種產(chǎn)品消費能源所引起的碳排放量廠-32X66fac二4二式中:q為固體未完全燃燒熱損失,%;Gs,Gm,Gh分別為爐渣、漏煤和各種灰的質(zhì)量，kg/h;Cs,Cm,Ch分別為爐渣、漏煤和各種灰的含碳量,%;B為燃料消耗量,kg/h或m3/h;Qnet,ar為單位燃料輸入鍋爐的熱量,kJ/kg或kJ/m3.燃料中還有少量的碳在爐內(nèi)未完全燃燒生成一氧化碳?xì)怏w隨煙氣逸出鍋爐排入大氣，但考慮到這些一氧化碳最終仍將氧化成二氧化碳,因此將這少量的碳也歸入鍋爐燃燒生成二氧化碳的碳量中.2?2?5有脫硫裝置的電廠的排放校核脫硫裝置對

16、CO2排放量的影響是基于熱力學(xué)、動力學(xué)和微觀化學(xué)平衡的復(fù)雜過程，可能表現(xiàn)為正影響，也可能表現(xiàn)為負(fù)影響.石灰石膏法脫硫過程中產(chǎn)生大量二氧化碳，脫除1t二氧化硫產(chǎn)生0?7t二氧化碳.濕法脫硫脫硫劑和CO2之間存在酸堿物質(zhì)的平衡反應(yīng)，如堿性脫硫劑氨類、石灰類及雙堿法Na2CO3或NaOH液吸收煙氣中的SO2的同時也吸收CO2.其化學(xué)反應(yīng)式為Ca（OH）2+CO2=CaCO3J+H2O,CaCO3+CO2+H2O=Ca（HCO3）2同時濕法溶液對CO2的溶解平衡存在影響，遵循亨利定律,CO2分壓p（CO2）和水溫（T）之間存在如下關(guān)系（428C）溶解平衡主要取決于吸收液的pH,pH不同時碳酸化合物的比

17、例不同.脫硫吸收液的pH通?？刂圃??55?7之間，此時游離CO2和HCO3-是碳酸的主要形式.另一方面，從動力學(xué)的角度看，物理吸收和化學(xué)吸收都受氣相擴(kuò)散速度（或氣膜阻力）和液相擴(kuò)散速度（或液膜阻力）的影響，脫硫工程上常用加強氣液兩相的擾動來消除氣膜與液膜的阻力，動力學(xué)因素影響溶解度平衡關(guān)系.馬麗麗8等研究表明流體的流動引起二氧化碳-水體系遠(yuǎn)離原有靜態(tài)溶解平衡.在常溫25?5C下,原有靜態(tài)飽和狀態(tài)下溶解在水中的二氧化碳的量約有6?55%被解吸出來，亨利系數(shù)可產(chǎn)生高達(dá)15%的偏差.3宏觀模型與企業(yè)產(chǎn)能方法3?1宏觀模型方法美國勞倫斯-伯克利國家實驗室研究開發(fā)的LEAP模型(Long-rangeE

18、nergyAlternativesPlan-ningSystem)9是一個能源-環(huán)境情景分析模型.模型從能源供應(yīng)、能源加工轉(zhuǎn)換、終端能源需求等環(huán)節(jié)預(yù)測在不同驅(qū)動因素影響下全社會中長期的能源供應(yīng)與需求,弁計算能源在流通和消費過程中的大氣污染物及溫室氣體排放量.王克等10利用LEAPChina長期能源替代規(guī)劃系統(tǒng)模型模擬了3個不同情景下中國鋼鐵行業(yè)2000-2030年CO2排放量及相應(yīng)的減排潛力，根據(jù)減排成本評估其可行性弁識別重點減排技術(shù).主春杰11等運用對數(shù)平均迪氏指數(shù)法LMDI(LogarithmicMeanDivisiaIndex)對中國部分省份、區(qū)域能源消費導(dǎo)致的二氧化碳排放量進(jìn)行了分解分

19、析，將二氧化碳排放總量的變化分解成5個主要影響因素，即化石燃料的排放系數(shù)、能源消費結(jié)構(gòu)、能源強度、人均GDP和人口總數(shù).3?2企業(yè)產(chǎn)能方法以企業(yè)產(chǎn)量和產(chǎn)能為基礎(chǔ)12,采用同時考慮燃料燃燒和工藝過程因素的綜合排放因子計算點源的排放量匯總得總排放量13為(£口3。=(EF)ji(=，kl'fji(/J/"T%；f力J=X*j式中:(ECO2)ji為第j個行業(yè)第i個企業(yè)CO2年排放量;(EF)ji為該企業(yè)CO2綜合排放因子;(P1)ji為產(chǎn)品年產(chǎn)量；(P2)ji為企業(yè)產(chǎn)能;(A)ji為產(chǎn)能利用系數(shù)；(T)ji為設(shè)備平均利用時間；(E)CO2為整個行業(yè)排放總量(CO2est

20、imatedperindustry).4火力發(fā)電低碳突圍”存在問題分析低碳發(fā)展對中國中長期能源環(huán)境建設(shè)具有顯著的多重效應(yīng).煤樣的分析是確定煤炭質(zhì)量的依據(jù),所以火力發(fā)電企業(yè)關(guān)于入廠和入爐煤質(zhì)的分析十分重要，采樣和分析方法必須嚴(yán)格化,否則對其潛在排放系數(shù)產(chǎn)生的影響不可估量，進(jìn)而對排放量估算結(jié)果產(chǎn)生影響,導(dǎo)致排放量估算結(jié)果的不確定性.電力部門燃煤的低位發(fā)熱量數(shù)值與煤化所的研究結(jié)果相比普遍偏低,其原因是多方面的，也就是說，基于不同的環(huán)節(jié)(生產(chǎn)、銷售和消費)煤炭的質(zhì)量有差別在我國是一個客觀現(xiàn)實,而這個事實使得溫室氣體排放的估算量存在不同程度的不確定性14.火力發(fā)電CO2排放量和減排量是一項基礎(chǔ)研究工作，

21、需要在以下方面進(jìn)行完善：基于火力發(fā)電實體的排放因子研究是必須完善的.需要解決各種不確定影響因素的干擾.協(xié)調(diào)好CO2排放源和吸收匯的關(guān)系是關(guān)鍵.在發(fā)展綠色能源的同時，傳統(tǒng)火力發(fā)電企業(yè)實現(xiàn)碳減排的基本出發(fā)點是CO2捕獲和存儲，即CCS(CarbonCaptureandStorage)技術(shù),將二氧化碳從工業(yè)或相關(guān)能源的排放源中分離出來(捕獲),輸送到一個經(jīng)過選擇的地點加以封存，使本可能排入大氣中的二氧化碳儲存于地質(zhì)結(jié)構(gòu)中,并且長期與大氣隔絕的一個過程.CCS可以使單位發(fā)電碳排放量減少85%90%.如何使傳統(tǒng)火力發(fā)電企業(yè)在減排的同時將其作為一個盈利的市場是需要認(rèn)真研究的，如果CCS技術(shù)能在火力發(fā)電生產(chǎn)

22、過程取得突破性進(jìn)展,那么高污染發(fā)電廠將成為碳中立”企業(yè).同時在強調(diào)二氧化碳排放源頭控制的同時，不要忽視二氧化碳資源化利用的價值，由CCS轉(zhuǎn)變?yōu)镃CU,即二氧化碳捕集和利用(CO2CaptureandUtilization)的技術(shù).制約CCS技術(shù)發(fā)展的一個重要因素，就是它的成本很高，捕獲每噸二氧化碳大約需2040美元.CCU是發(fā)展中國家更加實際的減排路線.高碑店電廠是個很好的例證,資源化用于二氧化碳生產(chǎn)碳酸汽水的嘗試，同時每噸干冰賣出去的價格是1200元，食品級二氧化碳的生產(chǎn)成本是600元/t.積極開展CCU技術(shù)的研究是降低捕獲成本的有效途徑.如果把電力生產(chǎn)看作是動脈經(jīng)濟(jì)的話,CO2捕獲和資源化

23、利用屬于靜脈經(jīng)濟(jì),只有兩者合理匹配才是火力發(fā)電的低碳經(jīng)濟(jì)模式.某發(fā)電企業(yè)CO2排放量和減排分析RSS打印復(fù)制鏈接大中小發(fā)布時間：2013-10-1010:04:262黃雷，張彩虹，秦琴.環(huán)境成本與林木生物質(zhì)發(fā)電J.電力需求側(cè)管理,2007,9(1):77-80.HUANGLei,ZHANGCaihong,QINQin.EnvironmentalCostandGenerationbyWoodyBiomassJ.PowerDe-mandSideManagement,2007,9(1):77-80.(inChinese)3吳兌.溫室氣體與溫室效應(yīng)M.北京：氣象出版社，2003.WUDui.Green

24、houseGasesandGreenhouseEffectM.Beijing:ChinaMet42006IPCCGuidelinesforNationalGreenhouseGasInven-tories,1?1IntroductionsM.IPCC,2006.5國家統(tǒng)計局.中國統(tǒng)計年鑒2003M.北京：中國統(tǒng)計出版社，2003.NationalBureauofStatisticsofChina.ChianStatisticalYearbook2003M.Beijing:ChinaStatisticsPress,2003.(inChinese)6國家統(tǒng)計局能源統(tǒng)計司與國家能源局綜合局.中國能源

25、統(tǒng)計年鑒2008M.北京：中國統(tǒng)計出版社，2008.NationalBureauofStatisticsDivisionandBureauforCom-prehensiveNationalEnergyBoard.ChinaEnergyStatisticalYearbook2008M.Beijing:ChinaStatisticsPress,2008.(inChinese)7宋濤，鄭挺國，佟連軍.環(huán)境污染與經(jīng)濟(jì)增長之間關(guān)聯(lián)性的理論分析和計量檢驗J.地理科學(xué)，2007(2):156-162.SONGTao,ZHENGTingguo,TONGLianjun.Theoreti-calAnalysisa

26、ndEconometricTestingonRelationshipofEnvironmentalPollutionandEconomicGrowthJ.ScientiaGeographicaSinica,2007(2):156-162.(inChinese)8馬麗麗,張珍,郭錯.二氧化碳-水體系動態(tài)溶解平衡的探索性研究J.北京化工大學(xué)學(xué)報,2009,36(6):11-15.MALili,ZHANGZhenzhen,GUOKai.ExplorativeRe-searchonDynamicDissolutionEquilibriumintheCarbonDioxideWaterSystemJ.JournalofBeijingUniversityofChemicalTechnology,2009,36(6):11-15.(in9LEAPDeveloperandCOMMENDManager.AnIntroduc-tiontoLEAPEB/OL.2010-03-09.http/w