CN108062617B - 一种火力机组碳排放配额调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种火力机组碳排放配额调节方法，本方法基于时间序列积分确定机组碳排放量和碳排放强度的基础上，根据碳排放量与预测机组配额的比选判定，通过特定参数的敏感性分析手段，给出生产策略调节方案。其根本落脚点在于生产策略调节，最终目的为实现碳排放配额非负值。主要包括4个步骤：第一步，获取机组履约碳排放量E和机组碳排放强度q核算的参数；第二步，获取机组配额A计算参数，并进行计算；第三步，根据履约碳排放量E、碳排放强度q、配额A和基准值b判定配额盈缺及绩效；第四步，根据采集发电企业实际运行参数，根据对碳排放强度的影响进行关键参数敏感性分析，得出生产策略。

Description

一种火力机组碳排放配额调节方法

技术领域

本发明涉及火力发电供热机组的碳排放领域，具体的涉及一种火力机组碳排放配额调节方法。

背景技术

燃煤发电企业是纳入全国碳排放权交易的重点排放单位，配额整体短缺，是碳市场的主要买方之一。发明一种低成本的碳排放配额调节方法控制燃煤发电企业二氧化碳排放量，改变其配额短缺的现状具有重要的现实意义。

依据现有温室气体排放政策，(1)发电企业报告期内二氧化碳排放量的核算依据为国家标准委发布的《温室气体排放核算与报告要求第1部分：发电企业》(GB/T 32151.1-2015)。标准规定，发电企业二氧化碳排放量为燃料燃烧过程二氧化碳排放、脱硫过程二氧化碳排放和外购电引起的二氧化碳排放的加和。其中，燃煤燃烧过程的二氧化碳排放量由活动水平和排放因子乘积得出，燃烧过程排放因子由月平均低位发热量、月平均元素碳含量、碳氧化率和二氧化碳与碳的相对分子质量比共同确定；(2)依据《法人单位二氧化碳排放配额分配方法指南》，全国碳市场建设初期燃煤发电机组排放配额采用基准法进行分配。燃煤发电机组的碳排放配额数量主要取决于机组的装机容量、压力参数、冷却方式、负荷率以及供热比等关键参数，发电机组是否流化床机组也是重要影响因素。配额量分设施测算，由供电碳配额和供热碳配额加和得出。供电碳配额量为供电碳排放基准值、供电量与修正系数的乘积，供热碳配额量为供热碳排放基准值与供热量的乘积。基准值根据上报国家发改委的第三方核查数据，按照一定比例先进机组的加权平均值确定得出。

总体而言，(1)由配额供应侧来看，对于某一纯凝发电机组而言，分配方法关键参数中供电碳排放基准值、供热碳排放基准值、地方调整系数、冷却方式调整系数为固定值，供电量和负荷率调整系数虽一定意义上取决于电网的调度计划，但如能解决掉上网电量外的额外电量的去向问题，通过变化供电量来调节配额分配值理论上是可以实现的。对热电联产机组而言，供热量的改变也同样可以调节分配量。也即，调节产能量是改变配额供应量的有效办法。(2)由机组排放侧来看，碳氧化率和外购电量一般为相对固定因素，当产能量一定时，降低燃料的消耗量、低位发热量和元素碳含量是降低机组排放量的有效方法。也即，调节煤质或煤耗量是改变机组排放量的有效办法。此外，利用二氧化碳捕集、利用及封存技术手段，将机组已排出的二氧化碳进行处理，阻止其直接排入大气，也是减排的有效方法，目前尚未明确对该类机组的二氧化碳排放量核算方法。(3)保障机组配额与二氧化碳排放量差值非负是碳排放配额调节器的根本目标。当前，尚未检索到有碳排放配额调节方法相似相关的发明专利申请或文献研究。

为了指导发电企业科学减排，减轻企业碳交易负担，保障碳市场顺利运行，探索一种具备配额短缺自动预警及协助制定具体调控策略功能的碳排放配额调节方法，对企业实现二氧化碳排放控制和应对全国碳市场排放权交易意义重大。

发明内容

本发明目的在于针对当前火电机组碳排放配额调节方法的缺失，而提供一种步骤设计合理，参数获取方便，科学有效的火电机组碳排放配额调节方法。

该方法工作机理在于，基于时间序列积分确定机组碳排放量和碳排放强度的基础上，根据碳排放量与预测机组配额的比选判定，通过特定参数的敏感性分析手段，给出生产策略调节方案。其根本落脚点在于生产策略调节，最终目的为实现碳排放配额非负值。

其具体的步骤是：

S1：获取机组履约碳排放量E和机组碳排放强度q核算的参数；

S2：获取机组配额A计算参数，并进行计算；

S3：根据履约碳排放量E、碳排放强度q、配额A和基准值b判定配额盈缺及绩效；

S4：根据采集发电企业实际运行参数，根据对碳排放强度的影响进行关键参数敏感性分析，得出生产策略。

在步骤S1中，可以设置排放数据自动获取端口，获取发电机组相关参数具体如下：

上述参数依据下列公式进行核算：

机组履约碳排放量E核算：

E＝E_燃烧+E_电 (1)

E—某特定时间间隔内发电机组产生的CO₂，单位为tCO₂；

E_燃烧—某特定时间间隔内发电机组化石燃料燃烧产生的CO₂，单位为tCO₂；

E_电—某特定时间间隔内发电机组外购电力产生的CO₂，单位为tCO₂；

需要指出的是：

1)用于履约的机组碳排放量E是不包含脱硫过程CO₂排放量的；

2)特定时间间隔即为统计频次，如日、周、月、年。

机组燃烧过程碳排放量E_燃烧核算：

n—积分频次上限，无量纲参数。若求日燃烧过程碳排放量，则为化验批次总数，比如2或3；若统计周燃烧过程碳排放量，则为总天数7；若统计月燃烧过程碳排放量，则为总周数4；若统计年燃烧过程碳排放量，则为总月数12；

i—积分频次，与n相对应，无量纲参数；

—i积分频次段对应月份的缩分样收到基元素碳含量，无量纲参数；

—i积分频次段对应月份的缩分样收到基低位发热量，单位为kJ/kg；

G_z，i—i积分频次段对应的炉渣产量,单位为t；

G_h，i—i积分频次段对应的飞灰产量,单位为t；

C_z，i—i积分频次段对应的炉渣含碳量，无量纲参数；

C_h，i—i积分频次段对应的飞灰含碳量，无量纲参数；

θ_除尘，i—i积分频次段对应的除尘效率，单位为％；

FC_i—i积分频次段对应的燃料消耗量，单位为t；

Q_net.ar.i—i积分频次段对应的燃料加强平均收到基低位发热量，单位为kJ/kg

机组外购电碳排放量E_电核算：

AD_i—i积分频次段对应的机组外购电量，单位为MWh；

EF_i—i积分频次段对应的机组外购电区域电网排放因子，单位tCO₂/MWh；

在步骤S2中，同样可以设置排放数据自动获取端口，获取发电企业相关参数具体如下：

机组配额A核算：

A＝[P_i×(1-f_i)×(B_e×F_l×F_fh×F_r×F_c)]+(Q_h，i×B_h) (4)

P_i—i积分频次段对应的机组发电量，单位为MWh；

f_i—i积分频次段对应的机组发电厂用电率，无量纲参数；

B_e—机组供电排放基准，tCO₂/MWh；

F_l—机组冷却方式修正系数，无量纲参数；

F_fh—机组负荷率修正系数，无量纲参数；

F_r—机组供热量修正系数，无量纲参数；

F_c—机组燃料修正系数，无量纲参数；

Q_h，i—i积分频次段对应的机组供热量，单位为GJ；

B_h—机组供热排放基准，tCO₂/GJ；

在步骤S3中，设定同类型机组的碳排放强度基准值为b，制定配额预警机制和排放强度预警机制；

配额预警机制为：当碳排放量E小于等于配额A时，配额盈余、碳排放权交易获益，反之，则配额短缺，碳排放权交易存在负担，激发预警机制。这种预警机制可以一般设置为红色预警机制。

排放强度预警机制为；当碳排放强度q小于等于同类型机组基准值b时，则机组先进，反之则落后，激发预警机制。这种预警机制通常设置为黄色预警机制。当然，基准值b可以设置为国家基准线划分基值，也可以采用更严格标准。

在步骤S4中，对关键参数的敏感性分析包含且不限于供热比、单位热值含碳量、掺混比等对供热碳排放强度的影响，根据不同机组的性能曲线，提供生产策略调整建议。

本发明中涉及的火电机组的碳排放量配额调节方法，其最大的作用在于帮助发电企业更好应对全国碳排放权交易以及科学实现控排目标，填补该领域空白。其可实现的技术效果是用较低的数据采集及处理成本来提供生产策略的调控方案建议，最终达到碳排放权交易获利最大化和碳减排的低成本化。

相比于利用二氧化碳捕集、利用及封存CCUS工艺，碳排放配额调节器具有占地面积更小、造价更低、调控碳交易及排放强度效果更明显、更易于操作掌握、维护成本更低等优点。

本方法发明尤其适用于以下情况：1)机组配额缺口不是太大的情况；2)机组燃料及智能化管控水平较完善的情况。

综上所述，鉴于燃煤发电企业机组燃料、脱硫、外购电、产能等数据管控较为规范全面，本发明所述方法相较对比方法具有明显的优势。

附图说明

为了更清楚地说明本发明，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为一种火力机组碳排放量配额调节方法的工作流程图

图2供热比对碳排放强度的影响

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。

如图1所示，本实施例记载了一种火力机组碳排放配额调节方法，按照以下步骤获取数据，

第一步，获取机组履约碳排放量E和机组碳排放强度q核算的参数：燃煤消耗量及低位发热量、入炉煤工业分析结果、入炉煤全硫分析结果、缩分样低位热值及元素分析、灰渣统计及分析结果、外购电、产能数据。以上数据由企业生产管理自动化系统直接抓取。

核算机组履约碳排放量E：

1)核算机组化石燃料年活动水平AD，根据企业生产管理自动化系统抓取的月入炉煤量FCi和加权平均收到基低位发热量Q_net,ar，i由(5)获得。

2)核算机组化石燃料影响因子EF，可以分为两种情形：

一是发电企业可以提供第三方机构或自身检验的元素碳含量检测及证明资料，并且发电企业未对灰渣量进行统计。也即生产管理自动化系统中可以获取每月缩分样的低位发热值Q*net,ar,i和收到基元素碳C*ar,i，但无非获取灰渣量统计资料。此种情形下每月的燃料影响因子EFi可由(6)获得。

二是无法获取发电企业缩分样元素碳含量检测值，但可获取燃料的工业分析及全硫分析，可获取灰渣量统计及含碳量分析值。此种情形下每月的燃料影响因子EFi可由(7)获得。

年燃料影响因子EF，由月燃料影响因子EFi根据月化石燃料消耗量加权平均获得。

3)机组的化石燃料排放量即为年活动水平AD与年燃料影响因子的乘积。

4)机组的外购电排放量由(3)获得。

5)机组履约排放量E为化石燃料排放量与外购电排放量之和。

6)机组的总排放量E’为机组履约排放量与机组脱硫排放量之和。机组年脱硫排放量E_脱硫由(8)获得。

E_脱硫＝B·I·EF_脱硫 (8)

其中，B为脱硫剂的年消耗量，单位吨；I为脱硫剂中碳酸盐的含量，单位为％；EF_脱硫为碳酸盐的转换因子，常用碳酸钙因子为0.44。

核算机组碳排放强度q：

机组碳排放强度可由获取的发电量P、发电厂用电率f按(9)获得：

第二步,获取机组配额A计算参数:燃烧设备类型、冷却方式、运行参数及所属地域。以上数据由企业生产管理自动化系统直接抓取，然后按(4)进行核算。随着国家政策的调整，公式中相应基准强度或系数可以自行调整。

A＝[P_i×(1-f_i)×(B_e×F_l×F_fh×F_r×F_c)]+(Q_h，i×B_h) (4)

第三步：根据机组履约碳排放量E、碳排放强度q、配额A和基准值b判定配额盈缺及绩效；

1)比较机组碳排放强度q和基准值b，假若机组碳排放强度q大于基准值b，黄色预警机制启动，这意味着机组管理水平低于行业基准水平，但配额不一定为负；

2)比较机组履约碳排放量E和配额A，假若机组履约碳排放量E大于配额A，红色预警机制启动，这意味着必须调整生产策略。二者的差值即为机组的配额盈缺量绝对值。

第四步，根据发电企业生产管理自动化系统采集的实际供热比、燃料掺混比、单位热值含碳量及锅炉负荷率等运行参数，对碳排放强度及配额盈余量的影响进行关键参数敏感性分析，输出不同调整值下的效率变化曲线。以某亚临界300MW热电联产机组供热比影响为例，曲线如图2所示。

燃料掺混比、单位热值含碳量及锅炉负荷率的敏感性分析曲线类似，根据定量研究，制定机组的综合生产策略调整方案。

需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同。凡依本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种火力机组碳排放配额调节方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：获取机组机组履约碳排放量E和机组碳排放强度q核算的参数；

S2：获取机组配额A计算参数，并进行计算；

S3：根据机组履约碳排放量E、碳排放强度q、配额A和基准值b判定配额盈缺及绩效；机组的总排放量E’为机组履约排放量与机组脱硫排放量之和，机组年脱硫排放量E_脱硫由以下公司获得：

E_脱硫＝B·I·EF_脱硫

其中，B为脱硫剂的年消耗量，单位吨；I为脱硫剂中碳酸盐的含量，

单位为％；EF_脱硫为碳酸盐的转换因子，常用碳酸钙因子为0.44；

核算机组碳排放强度q：

机组碳排放强度可由获取的发电量P、发电厂用电率f按以下公式获得：

S4：根据采集发电企业实际运行参数，根据对供热碳排放强度的影响进行关键参数敏感性分析，得出生产策略；

所述步骤S1中的参数包括下列指标类型及参数：

燃料消耗量FC及低位发热值：入炉煤消耗量、天然气消耗量、其他燃料消耗量、加权平均收到基低位发热量Q_net,ar、加权平均干燥基高位发热量Q_gr,d；

入炉煤工业分析：空干基水分M_ad、空干基灰分A_ad、空干基挥发分V_ad、空干基固定碳FC_ad、干燥基灰分A_d、干燥基挥发份V_d；

入炉煤全硫分析：干燥基全硫S_t，d；

缩分样低位热值及元素分析：低位发热值Q^* _net,ar、收到基元素碳C^* _ar；

灰渣统计及分析：飞灰量G_h、炉渣量G_z、飞灰含碳量C_h、炉渣含碳量C_z；

外购电：外购电量AD、电网排放因子EF；

产能数据：发电量P、发电厂用电率f、供热量H；

所述步骤S2中的参数包括下列指标类型及参数：

燃烧设备：循环流化床CFB或IGCC、非循环流化床CFB或IGCC、压力等级、装机容量、F级及以上、F级以下；

冷却方式：空冷、水冷；

运行参数：负荷率、供热比；

所属地域：地方调整系数；

所述步骤S3中，同类型机组的碳排放强度基准值为b，制定配额预警机制和排放强度预警机制；

所述配额预警机制为：当机组履约碳排放量E小于等于配额A时，配额盈余、碳排放权交易获益，反之，则配额短缺，碳排放权交易存在负担，激发预警机制；

所述排放强度预警机制为；当碳排放强度q小于等于同类型机组基准值b时，则机组先进，反之则落后，激发预警机制；

所述步骤S4中，对关键参数的敏感性分析包含供热比、单位热值含碳量、掺混比；

所述步骤S1中机组履约碳排放量E的核算公式为：

E＝E_燃烧+E_电

E—特定时间间隔内发电机组产生的CO₂，单位为tCO₂；

E_燃烧—特定时间间隔内发电机组化石燃料燃烧产生的CO₂，单位为tCO₂；

E_电—特定时间间隔内发电机组外购电力产生的CO₂，单位为tCO₂；

所述E_电的核算公式为：

所述

AD_i—i积分频次段对应的机组外购电量，单位为MWh；

EF_i—i积分频次段对应的机组外购电区域电网排放因子，单位tCO₂/ MWh；

所述E_燃烧的核算公式为：

所述

n—积分频次上限，无量纲参数；

i—积分频次，与n相对应，无量纲参数；

—i积分频次段对应时间的缩分样收到基元素碳含量，无量纲参数；

—i积分频次段对应时间的缩分样收到基低位发热量，单位为kJ/kg；

G_z，i—i积分频次段对应的炉渣产量,单位为t；

G_h，i—i积分频次段对应的飞灰产量,单位为t；

C_z，i—i积分频次段对应的炉渣含碳量，无量纲参数；

C_h，i—i积分频次段对应的飞灰含碳量，无量纲参数；

θ_除尘，i—i积分频次段对应的除尘效率，单位为％；

FC_i—i积分频次段对应的燃料消耗量，单位为t；

Q_net，ar，i—i积分频次段对应的燃料加强平均收到基低位发热量，单位为kJ/kg；

所述的机组配额A核算公式为：

A＝[P_i×(1-f_i)×(B_e×F_l×F_fh×F_r×F_c)]+(Q_h，i×B_h)

所述

P_i—i积分频次段对应的机组发电量，单位为MWh；

f_i—i积分频次段对应的机组发电厂用电率，无量纲参数；

B_e—机组供电排放基准，tCO₂/MWh；

F_l—机组冷却方式修正系数，无量纲参数；

F_fh—机组负荷率修正系数，无量纲参数；

F_r—机组供热量修正系数，无量纲参数；

F_c—机组燃料修正系数，无量纲参数；

Q_h，i—i积分频次段对应的机组供热量，单位为GJ；

B_h—机组供热排放基准，tCO₂/GJ。

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