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碳监测:积极探索,稳步前行

碳监测:积极探索,稳步前行

发布日期:2024-03-29 编辑:环境经济杂志 点击:

导读

实现碳达峰、碳中和是我国的重大战略决策,而且随着我国碳市场的逐步扩容,碳监测在支撑服务方面的重要作用日益凸显。然而,二氧化碳自动监测、固定污染源碳排放监测、减污降碳协同效应监测技术……对很多生态环境监测业内人士来说依然是崭新的命题。

第十四次全国生态环境监测学术交流会上,与会专家深度解读碳监测的实践经验和前沿技术,推动固定污染源自动与现场监测技术的发展和创新。


核算方法和自动监测方法各有优势

环境及污染源排放二氧化碳的直接测量是核算和评估等工作的基础和数据支撑,目前广泛使用的污染源温室气体排放量化方法主要有两种:即基于核算的方法(以下简称核算方法)和基于自动监测的方法(以下简称自动监测方法)。那么,核算方法和自动监测方法有什么不同?目前的应用情况如何?

“我国部分碳市场试点地区核算和报告指南是允许使用烟气自动监控系统(CEMS)方法来确定温室气体排放量的,但由于缺乏详细的技术要求,自动监测方法在我国还没有应用到碳交易过程中,但是不管是自动监测管理方面还是监测相关标准方面,我国都有比较好的基础,已经有了比较适应我国工业源污染物排放实际情况的标准体系。”中国环境监测总站正高级工程师夏青说。

据夏青先容,自动监测方法每个排放源只需一套监测设备,原始数据分析量少;可在排放设施直接获取排放量;数据采集、评估、质量控制和数据记录方面都有标准规范;在评估排放数据方面,可实现高度自动化;不管在任何时间,自动监测方法都可以获得原始数据,且数据可自动传输到管理部门;当多种燃料混合燃烧时,其有更好的适用性且不用付出额外成本。但其也存在一些缺点,比如说不适用于分散的排放源。

“2015年的时候,美国已经有70%以上的火电机组应用自动监测的方法进行碳排放监测。在质量控制方面,也有一些规定提出火电机组要完成自动监测系统的安装、认证、校准校验等质量控制的要求。”夏青说,欧盟也是通过规定各类数据应该满足的数据层级要求来确保核算和监测两种方法具有可比的数据质量,在2019年欧盟有155个设施应用了自动监测方法。“这个比例相对于美国来说要低,大概占总设施数的1.5%。”

对于核算方法的特点,夏青也进行了进一步先容。核算方法有多年实施经验,企业、主管机构及核查单位大都了解;有各种物质的组分及特性(如热值、排放因子等),可基于此综合评估排放量;如果测量设备相对独立,系统误差一般较小;可采用多源数据交叉方式保证质量;核算监测方法较适用于分散的排放源。

“但是核算方法需要大量的人工处理步骤,当多种燃料混合燃烧时,有较高的取样和分析成本。”提到核算方法的局限性,夏青这样说。

在碳监测的质量控制方面,总的来说分为建设条件、运维管理、数据报送三部分。“监测点位是不是规范设置,是不是有规范的校准校验和维护,数据审核处理和动态管控是否规范都会影响碳监测数据质量。”夏青举例进行说明,“比如说大家熟知的监测点位设置,监测断面的设置应该满足‘前4后2’(采样点应设置在距弯头、阀门、变径管下游方向不小于4倍烟道直径以及距上述部件上游方向不小于2倍烟道直径的位置)。如果不能满足‘前4后2’的话,也最好采取相应的措施来保证监测断面气流分布相对均匀。”


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监测人员手持YSI便携式多参数测量仪对水温、溶解氧等监测项目进行现场监测。雷英杰/摄

此外,流速监测对质量控制方面至关重要。夏青说,流速监测的准确与否,对碳排放量统计来说是个非常大的制约因素。目前市面上对于流速监测有很多方法,比如矩阵式流量计、三维皮托管、超声波流量计等。对此,夏青建议试点单位根据监测断面前后直管段长度、监测断面流速分布均匀程度等科学选取。

核算方法和自动监测方法各自在不同的监测需求和应用场景中发挥作用,两者并非毫无关系。“核算方法和自动监测方法是互为交融的,是你中有我、我中有你的关系。它们可以互为验证手段,从而获得更为精准的碳排放数据。”上海市环境监测中心高级工程师裴冰说。


碳监测评估试点行稳步健

地方试点工作不仅为解决特定问题提供了可行性验证,同时也为其他地区提供了可复制的成功范本。2021年9月,生态环境部启动碳监测评估试点工作,济南是全国16个试点城市之一,也是山东省唯一开展城市碳监测评估试点工作的城市。2023年,生态环境部又启动了深化碳监测评估试点工作。

山东省济南生态环境监测中心研究员潘光先容道,深化碳监测评估试点总体目标是,到2024年底,通过开展重点行业、省市和区域深化试点工作,初步建立较为完善的碳监测评估技术方法体系,探索建立个别重点行业、领域的碳监测评估业务化运行模式,推动碳监测评估试点成果创新应用,更好地发挥示范效应,为降碳减污和国际履约提供监测支撑。

潘光表示,近年来,济南的碳监测评估试点工作取得成效。“首先是初步建成了‘天空地’一体化监测网络,包括天基卫星遥感监测,可以了解全域温室气体柱浓度分布情况。还有以无人机为主的空基监测,用于掌握温室气体垂直的分布规律。除此之外还有以高精度为核心的地面监测体系,综合运用高精度、中精度监测技术手段,再与卫星遥感、地基遥感、无人机、移动走航车等多种方式相配合,实现了温室气体实时、动态、立体的监测。”

“在工作机制方面,大家建立了碳监测工作专班,各技术小组分工负责、协同配合的工作机制有效推进了工作进展。”潘光补充道,在清单编制方面,济南依托现有大气污染源排放清单编制工作机制,首次协同开展高空间分辨率温室气体清单编制工作,获得济南市高空间分辨率温室气体清单,明确温室气体排放源构成。

此外,济南还与中国科学院大气物理所合作,完成城市碳同化反演系统的本地化构建,具备城市尺度1km逐小时的碳同化能力;探索建立了覆盖“系统构建—体系验证—结果验证”全过程的碳同化反演技术路线;获得了城市尺度“自上而下”碳排放量的核算结果,探索利用同化反演结果校验碳排放清单。

通过探索和实践,济南初步建立了一套系统性、科学化的评估框架,为城市的碳减排工作提供了坚实的数据基础,同时也为其他城市提供了宝贵的经验。


减污降碳协同监测成趋势 

“2020年12月,中央财政工作会议中提出要继续打好污染防治攻坚战,实现减污降碳协同效应。2021全国生态环境保护工作会议中也明确提出,生态环境保护工作在新发展阶段面临的最大机遇,就是把实现减污降碳协同效应作为深入打好污染防治攻坚战的目标要求,推动减污降碳协同治理成为促进经济社会发展全面绿色低碳转型的重要抓手。这也是大家做天津市减污降碳协同效应监测分析研究的大背景。”天津市生态环境监测中心高级工程师刘茂辉说。

2022年6月,生态环境部等七部门印发的《减污降碳协同增效实施方案》中,明确指出要开展重点城市、产业园区、重点企业减污降碳协同度评价研究,引导各地区优化协同管理机制。于是,针对当时的这一热点,天津市生态环境监测中心开展了一系列研究。

刘茂辉先容,2013年至今,天津市生态环境监测中心就承担了天津市大气污染源排放清单的编制,将大气排放源分为固定燃烧源、工艺过程源、溶剂使用源、移动源、扬尘源、农业源、储存运输、生物质燃烧源、废弃物处理源以及其他排放源等十大类,并逐年更新。

2019年至今,开展了大气污染源排放清单与温室气体排放清单的协同编制,将排放源分为能源活动、工业生产过程、农业、土地利用变化和林业、废弃物处理等五大类,研究依据环境统计,将排放源分为工业源、交通源、建筑源、农业源、生活源和集中式等六大类。

2020年至今,开展天津市双碳目标研究,构建了适合天津市本地的LMDI模型、Tapio脱钩模型和可拓展的环境影响评估模型,利用这三大模型分析了天津市碳达峰碳中和的路径,提出了天津市完成双碳目标的对策和建议。

“2013年,大家首先在污染源的末端开始发力,所以大气污染当量开始减排,但这个时候温室气体还是增排的。”对于近年来天津市减污降碳协同增效的成果历程,刘茂辉进一步先容道,“从2015年开始,大家在源头开始治理,尤其重视煤炭总量的控制,因此温室气体也开始减排。2015~2017年,大气污染当量和温室气体是同时减排的,实现了协同效应。”

据了解,2018年开始,《打赢蓝天保卫战三年行动计划》接力“大气十条”继续推动大气污染当量的减排。但是受国际形势变化和新冠疫情影响,尤其是中美贸易战的影响,天津市为减缓经济增长的乏力,能源、资源的消耗略有增加,从而导致温室气体排放增加,2018~2023年大气污染当量减排、温室气体增排,减污降碳不具有协同效应。

对此,刘茂辉表示,通过“十四五”规划纲要中采取的措施进行预测,2024年天津市温室气体开始减排,具备在2025年之前实现碳达峰的条件,预计2024~2060年天津市可实现减污降碳协同增效。

展望未来,刘茂辉说,下一步将会持续开展不同区域、不同部门、不同产业园区、不同重点企业的减污降碳协同效应建设分析。此外,要突破单一模型工具的局限,将多种模型的优点相结合,加强减污降碳协同效应模型体系的构建和应用。最后要加强减污降碳与环境效益、经济效益、健康效益的协同度建设分析,进一步丰富协同效应的技术体系。


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