“电碳”技术提升碳排放监测精度-北极星火力发电网

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党的二十大报告提出，“完善碳排放统计核算制度，健全碳排放权市场交易制度”，彰显了党中央对碳排放核算工作的高度重视。碳排放统计核算是碳交易体系建设运行的基石，也是做好碳达峰碳中和工作的基础依据。碳排放监测作为支撑碳排放统计核算的关键要素，对如期实现碳达峰碳中和目标有重要作用。

“电碳”监测助力碳排放核算

碳排放监测是碳排放统计核算体系的重要组成部分。科学、有序开展碳排放监测工作，可以直接服务碳排放核算，并对核算结果进行协同校验，从而有效降低碳排放清单的不确定性。同时，也可以为国家、行业、企业的碳减排进程及时提供量化的过程监控和辅助管理手段。

当前，碳排放监测方法存在监测成本高、灵活性低、覆盖范围有限等问题。目前广泛采用的碳排放监测方法主要包括在线实测法和卫星遥感监测法等。其中，在线实测法通过计量设施直接测量排放源的碳排放浓度、流速、流量等数据，从而得到连续实时的碳排放量。该方法需要安装额外的监测装置，推广普及的时间成本和经济成本较高，难以对无组织排放实现有效监测，短期内难以对大量排放源实现广泛监测。卫星遥感监测法基于大气观测的温室气体浓度和气象场资料，结合大气化学传输模式，通过数据同化方法，利用浓度观测结果反演通量，从而估算区域碳排放量。该方法受限于卫星遥感观测数据的精度和覆盖率，偏微观尺度的监测结果不确定性较高。

电力是能源消费的重要构成，也是工业的重要生产要素之一，电力消费与能源活动具有高度耦合性，为碳排放监测提供了新的思路。电力大数据具有采集范围广、准确性高、实时性强、价值密度大等特点。基于电力大数据有望“窥一斑而知全豹”，有效反演、推算能源活动和碳排放情况。因此，研究如何以电力大数据为核心，支撑碳排放监测工作高效开展，促进碳排放监测成本降低，提升碳排放监测的灵活性和覆盖范围，并满足不同应用场景下的监测精度需求，将具有重要的理论和现实意义。

“电碳”监测技术优势突出

“电碳”监测技术是以区域、行业及企业等为研究对象，以大量电力数据为核心输入，结合能耗、产能数据等，构建多层级“电碳”分析模型，发现不同层级的电力数据与碳排放量间的关系规律，研究构建基于电力数据为核心输入的碳排放相关指标测算模型，从而实现对碳排放低成本、广覆盖、高信度监测的技术。由于电力数据具有覆盖面广、实时性强、可靠性强、数字化程度高等优势，相较在线监测法，应用范围广，可适用于所有用电企业，且监测成本低；相较卫星遥感监测法，监测频度高，有望进一步提升数据准确性。

以水泥行业为例验证企业级“电碳”监测技术的可行性。水泥行业是国民经济的重要基础行业，也是传统的高耗能、高碳排放行业。根据《中国建筑材料工业碳排放报告（2020年度）》，2020年水泥行业碳排放量约13.7亿吨，占全国碳排放总量的13%左右，是仅次于电力行业和钢铁行业的第三大碳排放行业。作为碳排放大户，水泥或将成为第二批纳入全国碳交易市场的行业。

电力作为贯穿水泥生产工艺中的关键要素，有望为构建水泥企业的“电碳”监测模型提供重要支撑。水泥生产过程中的碳排放可大致分为生产工艺排放（碳酸盐分解）、化石燃料燃烧排放和电力间接排放3个部分。通过对典型水泥企业的生产工艺流程进行分析，电力间接排放虽然仅占碳排放总量的4%左右，但与水泥企业碳排放产生的主要环节高度相关（如熟料制备工段、水泥粉磨工段），研究水泥企业的“电碳”关联关系，有望探索构建具有实践意义的企业级“电碳”监测模型。

根据典型水泥企业样本，熟料制备工段占碳排放总量的98%以上，其中电力消耗占全部电力消费的5成左右；水泥制备工段碳排放占比仅不到2%，但电力消耗占全部电力消费的4成左右。综合考虑“电碳”监测技术的监测频度、可推广性及数据可得性，基于深入生产工序的“电碳”关系建模，可构建单企业样本高频度“电碳”监测模型，以及具有潜在推广应用价值的多企业样本低频度“电碳”监测模型。

构建水泥行业“电碳”监测模型的主要步骤为：首先，基于企业碳排放量及电力消费量构建因变量，建立表征“电碳”关系的核心指标；其次，结合企业生产工艺流程及企业碳排放报送指标，选取与水泥企业“电碳”关系密切相关的自变量；再次，结合变量相关性分析和敏感度分析等，针对性筛选关键自变量；最后，确定采用的机器学习方法和评估指标，基于不同方法尝试构建“电碳”监测模型，对比评估所构建模型的拟合优度和监测精度等。

实践结果证明，利用电力数据的高频可靠特性，基于典型水泥企业的生产工艺相关数据，单企业样本的“电碳”监测模型拟合优度可达到0.9以上，多企业样本的年度“电碳”监测模型拟合优度可达到0.8以上。基于特定企业样本构建的“电碳”监测模型，将为具体企业的高频次碳排放监测、碳排放数据校核、异常数据筛查等提供有力支撑。

“电碳”监测研究要进一步推进

进一步推进“电碳”监测研究，需要协调电力的分时空、高频度特性和碳排放的宏观性、同质性，考虑精确性和成本性的平衡，既研究碳排放监测技术在电力系统内部的应用场景，也研究“电碳”监测切实服务碳达峰碳中和目标的支撑作用，为主管部门、企业主体等创造价值。

一是充分发挥有关部门的牵头作用，推动电力企业、用能企业、用电企业等合作，汇聚能源电力数据，逐步实现能源电力数据的聚合及梳理分析，为“电碳”监测夯实数据分析基础。

二是多方力量协同开展“电碳”监测技术攻关。构建相关联合技术攻关机制，深入辨识不同时空尺度的“电—能—碳”作用机理，融合市场交易等信息，推动构建覆盖面广、科学性强的一整套模型体系，在此基础上协同推动有关标准体系的研究制定。

三是逐步拓展成果应用场景。结合区域、行业及重点企业碳排放监测预警，碳达峰碳中和进度管控，碳排放“双控”支撑服务等应用场景，结合不同场景下对模型的技术要求，逐步形成显性化的研究成果并推动其落地应用。

（作者：南方电网能源发展研究院有限责任公司李沛陈晖刘年张舒涵杨至元）

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