“電碳”監(jiān)測助力碳排放核算 提升碳排放監(jiān)測精度

　　黨的二十大報告提出，“完善碳排放統(tǒng)計核算制度，健全碳排放權(quán)市場交易制度”，彰顯了黨中央對碳排放核算工作的高度重視。碳排放統(tǒng)計核算是碳交易體系建設(shè)運行的基石，也是做好碳達(dá)峰碳中和工作的基礎(chǔ)依據(jù)。碳排放監(jiān)測作為支撐碳排放統(tǒng)計核算的關(guān)鍵要素，對如期實現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)有重要作用。

 

“電碳”監(jiān)測助力碳排放核算

 

　　碳排放監(jiān)測是碳排放統(tǒng)計核算體系的重要組成部分。科學(xué)、有序開展碳排放監(jiān)測工作，可以直接服務(wù)碳排放核算，并對核算結(jié)果進(jìn)行協(xié)同校驗，從而有效降低碳排放清單的不確定性。同時，也可以為國家、行業(yè)、企業(yè)的碳減排進(jìn)程及時提供量化的過程監(jiān)控和輔助管理手段。

 

　　當(dāng)前，碳排放監(jiān)測方法存在監(jiān)測成本高、靈活性低、覆蓋范圍有限等問題。目前廣泛采用的碳排放監(jiān)測方法主要包括在線實測法和衛(wèi)星遙感監(jiān)測法等。其中，在線實測法通過計量設(shè)施直接測量排放源的碳排放濃度、流速、流量等數(shù)據(jù)，從而得到連續(xù)實時的碳排放量。該方法需要安裝額外的監(jiān)測裝置，推廣普及的時間成本和經(jīng)濟成本較高，難以對無組織排放實現(xiàn)有效監(jiān)測，短期內(nèi)難以對大量排放源實現(xiàn)廣泛監(jiān)測。衛(wèi)星遙感監(jiān)測法基于大氣觀測的溫室氣體濃度和氣象場資料，結(jié)合大氣化學(xué)傳輸模式，通過數(shù)據(jù)同化方法，利用濃度觀測結(jié)果反演通量，從而估算區(qū)域碳排放量。該方法受限于衛(wèi)星遙感觀測數(shù)據(jù)的精度和覆蓋率，偏微觀尺度的監(jiān)測結(jié)果不確定性較高。

 

　　電力是能源消費的重要構(gòu)成，也是工業(yè)的重要生產(chǎn)要素之一，電力消費與能源活動具有高度耦合性，為碳排放監(jiān)測提供了新的思路。電力大數(shù)據(jù)具有采集范圍廣、準(zhǔn)確性高、實時性強、價值密度大等特點?；陔娏Υ髷?shù)據(jù)有望“窺一斑而知全豹”，有效反演、推算能源活動和碳排放情況。因此，研究如何以電力大數(shù)據(jù)為核心，支撐碳排放監(jiān)測工作高效開展，促進(jìn)碳排放監(jiān)測成本降低，提升碳排放監(jiān)測的靈活性和覆蓋范圍，并滿足不同應(yīng)用場景下的監(jiān)測精度需求，將具有重要的理論和現(xiàn)實意義。

 

“電碳”監(jiān)測技術(shù)優(yōu)勢突出

 

　　“電碳”監(jiān)測技術(shù)是以區(qū)域、行業(yè)及企業(yè)等為研究對象，以大量電力數(shù)據(jù)為核心輸入，結(jié)合能耗、產(chǎn)能數(shù)據(jù)等，構(gòu)建多層級“電碳”分析模型，發(fā)現(xiàn)不同層級的電力數(shù)據(jù)與碳排放量間的關(guān)系規(guī)律，研究構(gòu)建基于電力數(shù)據(jù)為核心輸入的碳排放相關(guān)指標(biāo)測算模型，從而實現(xiàn)對碳排放低成本、廣覆蓋、高信度監(jiān)測的技術(shù)。由于電力數(shù)據(jù)具有覆蓋面廣、實時性強、可靠性強、數(shù)字化程度高等優(yōu)勢，相較在線監(jiān)測法，應(yīng)用范圍廣，可適用于所有用電企業(yè)，且監(jiān)測成本低；相較衛(wèi)星遙感監(jiān)測法，監(jiān)測頻度高，有望進(jìn)一步提升數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。

 

　　以水泥行業(yè)為例驗證企業(yè)級“電碳”監(jiān)測技術(shù)的可行性。水泥行業(yè)是國民經(jīng)濟的重要基礎(chǔ)行業(yè)，也是傳統(tǒng)的高耗能、高碳排放行業(yè)。根據(jù)《中國建筑材料工業(yè)碳排放報告（2020年度）》，2020年水泥行業(yè)碳排放量約13.7億噸，占全國碳排放總量的13%左右，是僅次于電力行業(yè)和鋼鐵行業(yè)的第三大碳排放行業(yè)。作為碳排放大戶，水泥或?qū)⒊蔀榈诙{入全國碳交易市場的行業(yè)。

 

　　電力作為貫穿水泥生產(chǎn)工藝中的關(guān)鍵要素，有望為構(gòu)建水泥企業(yè)的“電碳”監(jiān)測模型提供重要支撐。水泥生產(chǎn)過程中的碳排放可大致分為生產(chǎn)工藝排放（碳酸鹽分解）、化石燃料燃燒排放和電力間接排放3個部分。通過對典型水泥企業(yè)的生產(chǎn)工藝流程進(jìn)行分析，電力間接排放雖然僅占碳排放總量的4%左右，但與水泥企業(yè)碳排放產(chǎn)生的主要環(huán)節(jié)高度相關(guān)（如熟料制備工段、水泥粉磨工段），研究水泥企業(yè)的“電碳”關(guān)聯(lián)關(guān)系，有望探索構(gòu)建具有實踐意義的企業(yè)級“電碳”監(jiān)測模型。

 

　　根據(jù)典型水泥企業(yè)樣本，熟料制備工段占碳排放總量的98%以上，其中電力消耗占全部電力消費的5成左右；水泥制備工段碳排放占比僅不到2%，但電力消耗占全部電力消費的4成左右。綜合考慮“電碳”監(jiān)測技術(shù)的監(jiān)測頻度、可推廣性及數(shù)據(jù)可得性，基于深入生產(chǎn)工序的“電碳”關(guān)系建模，可構(gòu)建單企業(yè)樣本高頻度“電碳”監(jiān)測模型，以及具有潛在推廣應(yīng)用價值的多企業(yè)樣本低頻度“電碳”監(jiān)測模型。

 

　　構(gòu)建水泥行業(yè)“電碳”監(jiān)測模型的主要步驟為：首先，基于企業(yè)碳排放量及電力消費量構(gòu)建因變量，建立表征“電碳”關(guān)系的核心指標(biāo)；其次，結(jié)合企業(yè)生產(chǎn)工藝流程及企業(yè)碳排放報送指標(biāo)，選取與水泥企業(yè)“電碳”關(guān)系密切相關(guān)的自變量；再次，結(jié)合變量相關(guān)性分析和敏感度分析等，針對性篩選關(guān)鍵自變量；最后，確定采用的機器學(xué)習(xí)方法和評估指標(biāo)，基于不同方法嘗試構(gòu)建“電碳”監(jiān)測模型，對比評估所構(gòu)建模型的擬合優(yōu)度和監(jiān)測精度等。

 

　　實踐結(jié)果證明，利用電力數(shù)據(jù)的高頻可靠特性，基于典型水泥企業(yè)的生產(chǎn)工藝相關(guān)數(shù)據(jù)，單企業(yè)樣本的“電碳”監(jiān)測模型擬合優(yōu)度可達(dá)到0.9以上，多企業(yè)樣本的年度“電碳”監(jiān)測模型擬合優(yōu)度可達(dá)到0.8以上?；谔囟ㄆ髽I(yè)樣本構(gòu)建的“電碳”監(jiān)測模型，將為具體企業(yè)的高頻次碳排放監(jiān)測、碳排放數(shù)據(jù)校核、異常數(shù)據(jù)篩查等提供有力支撐。

 

“電碳”監(jiān)測研究要進(jìn)一步推進(jìn)

 

　　進(jìn)一步推進(jìn)“電碳”監(jiān)測研究，需要協(xié)調(diào)電力的分時空、高頻度特性和碳排放的宏觀性、同質(zhì)性，考慮精確性和成本性的平衡，既研究碳排放監(jiān)測技術(shù)在電力系統(tǒng)內(nèi)部的應(yīng)用場景，也研究“電碳”監(jiān)測切實服務(wù)碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)的支撐作用，為主管部門、企業(yè)主體等創(chuàng)造價值。

 

　　一是充分發(fā)揮有關(guān)部門的牽頭作用，推動電力企業(yè)、用能企業(yè)、用電企業(yè)等合作，匯聚能源電力數(shù)據(jù)，逐步實現(xiàn)能源電力數(shù)據(jù)的聚合及梳理分析，為“電碳”監(jiān)測夯實數(shù)據(jù)分析基礎(chǔ)。

 

　　二是多方力量協(xié)同開展“電碳”監(jiān)測技術(shù)攻關(guān)。構(gòu)建相關(guān)聯(lián)合技術(shù)攻關(guān)機制，深入辨識不同時空尺度的“電—能—碳”作用機理，融合市場交易等信息，推動構(gòu)建覆蓋面廣、科學(xué)性強的一整套模型體系，在此基礎(chǔ)上協(xié)同推動有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)體系的研究制定。

 

　　三是逐步拓展成果應(yīng)用場景。結(jié)合區(qū)域、行業(yè)及重點企業(yè)碳排放監(jiān)測預(yù)警，碳達(dá)峰碳中和進(jìn)度管控，碳排放“雙控”支撐服務(wù)等應(yīng)用場景，結(jié)合不同場景下對模型的技術(shù)要求，逐步形成顯性化的研究成果并推動其落地應(yīng)用。

 

（作者：南方電網(wǎng)能源發(fā)展研究院有限責(zé)任公司 李沛 陳暉 劉年 張舒涵 楊至元）