“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運行的基石，也是做好碳達峰碳中和工作的基礎依據(jù)。碳排放監(jiān)測作為支撐碳排放統(tǒng)計核算的關鍵要素，對如期實現(xiàn)碳達峰碳中和目標有重要作用。

 

“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?？茖W、有序開展碳排放監(jiān)測工作，可以直接服務碳排放核算，并對核算結果進行協(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)的碳減排進程及時提供量化的過程監(jiān)控和輔助管理手段。

 

　　當前，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濟成本較高，難以對無組織排放實現(xiàn)有效監(jiān)測，短期內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，結合大氣化學傳輸模式，通過數(shù)據(jù)同化方法，利用濃度觀測結果反演通量，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)測結果不確定性較高。

 

　　電力是能源消費的重要構成，也是工業(yè)的重要生產要素之一，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、準確性高、實時性強、價值密度大等特點。基于電力大數(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)測技術優(yōu)勢突出

 

　　“電碳”監(jiān)測技術是以區(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，結合能耗、產能數(shù)據(jù)等，構建多層級“電碳”分析模型，發(fā)現(xiàn)不同層級的電力數(shù)據(jù)與碳排放量間的關系規(guī)律，研究構建基于電力數(shù)據(jù)為核心輸入的碳排放相關指標測算模型，從而實現(xiàn)對碳排放低成本、廣覆蓋、高信度監(jiān)測的技術。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，有望進一步提升數(shù)據(jù)準確性。

 

　　以水泥行業(yè)為例驗證企業(yè)級“電碳”監(jiān)測技術的可行性。水泥行業(yè)是國民經濟的重要基礎行業(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，水泥或將成為第二批納入全國碳交易市場的行業(yè)。

 

　　電力作為貫穿水泥生產工藝中的關鍵要素，有望為構建水泥企業(yè)的“電碳”監(jiān)測模型提供重要支撐。水泥生產過程中的碳排放可大致分為生產工藝排放（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)的生產工藝流程進行分析，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)碳排放產生的主要環(huán)節(jié)高度相關（如熟料制備工段、水泥粉磨工段），研究水泥企業(yè)的“電碳”關聯(lián)關系，有望探索構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)測技術的監(jiān)測頻度、可推廣性及數(shù)據(jù)可得性，基于深入生產工序的“電碳”關系建模，可構建單企業(yè)樣本高頻度“電碳”監(jiān)測模型，以及具有潛在推廣應用價值的多企業(yè)樣本低頻度“電碳”監(jiān)測模型。

 

　　構建水泥行業(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建因變量，建立表征“電碳”關系的核心指標；其次，結合企業(yè)生產工藝流程及企業(yè)碳排放報送指標，選取與水泥企業(yè)“電碳”關系密切相關的自變量；再次，結合變量相關性分析和敏感度分析等，針對性篩選關鍵自變量；最后，確定采用的機器學習方法和評估指標，基于不同方法嘗試構建“電碳”監(jiān)測模型，對比評估所構建模型的擬合優(yōu)度和監(jiān)測精度等。

 

　　實踐結果證明，利用電力數(shù)據(jù)的高頻可靠特性，基于典型水泥企業(yè)的生產工藝相關數(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)度可達到0.8以上?；谔囟ㄆ髽I(yè)樣本構建的“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)測研究要進一步推進

 

　　進一步推進“電碳”監(jiān)測研究，需要協(xié)調電力的分時空、高頻度特性和碳排放的宏觀性、同質性，考慮精確性和成本性的平衡，既研究碳排放監(jiān)測技術在電力系統(tǒng)內部的應用場景，也研究“電碳”監(jiān)測切實服務碳達峰碳中和目標的支撐作用，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。

 

　　二是多方力量協(xié)同開展“電碳”監(jiān)測技術攻關。構建相關聯(lián)合技術攻關機制，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，推動構建覆蓋面廣、科學性強的一整套模型體系，在此基礎上協(xié)同推動有關標準體系的研究制定。

 

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

 

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