一种基于碳流追踪的工业园区碳核算方法

1.本发明涉及碳核算技术领域，更具体的说是涉及一种基于碳流追踪的工 业园区碳核算方法。


背景技术：

2.目前，工业园区采用的碳排放核算方法普遍基于根据《工业其他行业企业 温室气体排放核算方法与报告指南(试行)》(发改办气候〔2015〕1722号)， 尽管在许多领域应用广泛；
3.但是存在的问题颇多，实际使用的效果差强人意：
4.一是园区外购电力碳核算不够准确。目前工业园区外购电力碳核算大都 采取基于区域电网平均供电因子的排放因子法。区域电网平均供电因子自 2012年之后便未更新，现已不具有时效性。且并未反映时空特性，也难以有 效促进电碳联动。
5.二是核算覆盖的碳源不够全面。目前碳源仅涉及化石燃料燃烧、外购电 量、废弃物处理三个方面，并未考虑气体逃逸。对于气体逃逸产生碳排放多 的园区，覆盖范围不够广，结果也不具准确性。
6.因此，有必要提出一种基于碳流追踪的工业园区碳核算计量方法，使工 业园区的碳核算更加准确，以此准确量化新能源绿色属性，优化产业布局是 本领域技术人员亟需解决的问题。


技术实现要素：

7.有鉴于此，本发明提供了一种基于碳流追踪的工业园区碳核算方法，通 过根据各时段发电、用电数据和各支路功率分布，计算出各节点消耗单位电 量对应的碳排放量，也即该时段处于该节点位置企业的外购电力碳排放因子； 本方法可有效反映不同时间、不同节点的电力碳排放情况。
8.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
9.一种基于碳流追踪的工业园区碳核算方法，包括以下步骤：
10.s1、确定核算边界、排放源和气体种类；
11.s2、基于排放源及气体种类对工业园区碳排放进行分类核算；
12.s3、基于分类核算结果对工业园区碳排放核算，得到园区总碳排放量。
13.优选的，所述步骤s1具体包括：
14.以园区的的行政区域划分边界，设定排放源类别和气体种类为：燃料燃 烧co2排放、逃逸排放、废弃物处理排放、外购电量间接产生的co2排放
15.优选的，所述步骤s2具体包括：
16.s21、化石燃料燃烧排放量核算：
17.[0018][0019]
adi＝ncvi×
fciꢀꢀ
(3)
[0020][0021][0022][0023]
其中，e
燃烧
为核算和报告期内燃烧化石燃料产生的温室气体排放量，为核算和报告期内燃烧化石燃料产生的co2排放量，为算和 报告期内运输车辆燃烧化石燃料产生的ch4排放量，为核算和报告 期内运输车辆燃烧化石燃料产生的n2o排放量，adi为核算和报告期内第i种化石燃料的活动水平，efi为第i种化石燃料的co2排放因子，ncvi为核算 和报告期内第i种化石燃料的平均低位发热量，fci为核算和报告期内用于燃 料的第i种化石燃料消费量，cci为第i种化石燃料的单位热值含碳量，ofi为第i种化石燃料的碳氧化率，k
a,b,c
为核算和报告期内运输车辆的不同车型、 燃料种类、排放标准的行驶里程，为ch4的排放因子，为no2的排 放因子，分别为ch4和n2o的全球增温潜势；
[0024]
s22、气体逃逸排放量核算：
[0025]e气体逃逸
＝∑ad
gei
×
ef
gei
ꢀꢀ
(7)
[0026]
其中，e
气体逃逸
为气体逃逸的碳排放量，ad
gei
为第i种逃逸气体的逃逸量，ef
gei
为第i中逃逸气体的排放因子；
[0027]
s23、废弃物处理ch4排放
[0028][0029]esolid
＝∑ad
swi
×
ef
swi
ꢀꢀ
(9)
[0030][0031][0032]
其中，e
solid
为碳排放量；ad
swi
为第i种方式处理处置的固废量；ef
swi
为其排放因子，tow为可降解有机物总量；s为以污泥形式沉降的可降解有机 物量；为排放因子；为回收利用的ch4量；tn为污水总氮含量； 为排放因子；
[0033]
s24、外购电量间接产生的碳排放核算
[0034]e电力
＝∑ad
k,t
×
ef
i,t
ꢀꢀ
(12)
[0035]
ef
i,t
＝(∑
j∈zlj,t
×ej,t
)/(∑
j∈zlj,t
)
ꢀꢀ
(13)
[0036]e电力
为核算和报告期内工业园区使用外购电量间接产生的碳排放量，ad
k,t
为核算和报告期内工业园区用户k在时段t的用电量，ef
i,t
为区域电网i在时段t的动态碳排放因子，z表示区域电网i所覆盖范围内的节点集合，l
j,t
为节点j在时段t的负荷量，e
j,t
为节点j的碳势大小。
[0037]
优选的，所述步骤s3具体包括：
[0038]
e＝e
燃烧
+e
电力
+e
气体逃逸
+e
废弃物
ꢀꢀ
(14)
[0039]
其中，e为工业园区温室气体排放总量，单位为吨co2当量，e
燃烧
为工业 园区净消耗的各种化石燃料燃烧活动产生的温室气体排放量，e
电力
为工业园 区外购电力隐含的co2排放量，e
气体逃逸
为工业园区涉及的气体逃逸，e
废弃物 为工业园区废弃物处理产生的碳排放量。
[0040]
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种基 于碳流追踪的工业园区碳核算，通过根据各时段发电、用电数据和各支路功 率分布，计算出各节点消耗单位电量对应的碳排放量，也即该时段处于该节 点位置企业的外购电力碳排放因子；本方法可有效反映不同时间、不同节点 的电力碳排放情况。
附图说明
[0041]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，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 付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0042]
图1附图为本发明提供的工业园区碳核算流程结构示意图。
[0043]
图2附图为本发明提供的电力系统碳流计算流程结构示意图。
具体实施方式
[0044]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行 清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而 不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做 出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0045]
本发明实施例公开了一种基于碳流追踪的工业园区碳核算方法，包括以 下步骤：
[0046]
s1、确定核算边界、排放源和气体种类；
[0047]
s2、基于排放源及气体种类对工业园区碳排放进行分类核算；
[0048]
s3、基于分类核算结果对工业园区碳排放核算，得到园区总碳排放量。
[0049]
为进一步优化上述技术方案，步骤s1具体包括：
[0050]
以园区的的行政区域划分边界，设定排放源类别和气体种类为：燃料燃 烧co2排放、逃逸排放、废弃物处理排放、外购电量间接产生的co2排放
[0051]
为进一步优化上述技术方案，步骤s2具体包括：
[0052]
s21、化石燃料燃烧排放量核算：
[0053][0054][0055]
adi＝ncvi×
fciꢀꢀ
(3)
[0056][0057]
[0058][0059]
其中，e
燃烧
为核算和报告期内燃烧化石燃料产生的温室气体排放量，为核算和报告期内燃烧化石燃料产生的co2排放量，为算和 报告期内运输车辆燃烧化石燃料产生的ch4排放量，为核算和报告 期内运输车辆燃烧化石燃料产生的n2o排放量，adi为核算和报告期内第i 种化石燃料的活动水平，efi为第i种化石燃料的co2排放因子，ncvi为核算 和报告期内第i种化石燃料的平均低位发热量，fci为核算和报告期内用于燃 料的第i种化石燃料消费量，cci为第i种化石燃料的单位热值含碳量，ofi为第i种化石燃料的碳氧化率，k
a,b,c
为核算和报告期内运输车辆的不同车型、 燃料种类、排放标准的行驶里程，为ch4的排放因子，为no2的排 放因子，分别为ch4和n2o的全球增温潜势；
[0060]
s22、气体逃逸排放量核算：
[0061]e气体逃逸
＝∑ad
gei
×
ef
gei
ꢀꢀ
(7)
[0062]
其中，e
气体逃逸
为气体逃逸的碳排放量，ad
gei
为第i种逃逸气体的逃逸量， ef
gei
为第i中逃逸气体的排放因子；
[0063]
s23、废弃物处理ch4排放
[0064][0065]esolid
＝∑ad
swi
×
ef
swi
ꢀꢀ
(9)
[0066][0067][0068]
其中，e
solid
为碳排放量；ad
swi
为第i种方式处理处置的固废量；ef
swi
为其排放因子，tow为可降解有机物总量；s为以污泥形式沉降的可降解有机 物量；为排放因子；为回收利用的ch4量；tn为污水总氮含量； 为排放因子；
[0069]
s24、外购电量间接产生的碳排放核算
[0070]e电力
＝∑ad
k,t
×
ef
i,t
ꢀꢀ
(12)
[0071]
ef
i,t
＝(∑
j∈z
l
j,t
×ej,t
)/(∑
j∈z
l
j,t
)
ꢀꢀ
(13)
[0072]e电力
为核算和报告期内工业园区使用外购电量间接产生的碳排放量， ad
k,t
为核算和报告期内工业园区用户k在时段t的用电量，ef
i,t
为区域电网i 在时段t的动态碳排放因子，z表示区域电网i所覆盖范围内的节点集合，l
j,t
为节点j在时段t的负荷量，e
j,t
为节点j的碳势大小。
[0073]
为进一步优化上述技术方案，步骤s3具体包括：
[0074]
e＝e
燃烧
+e
电力
+e
气体逃逸
+e
废弃物
ꢀꢀ
(14)
[0075]
其中，e为工业园区温室气体排放总量，单位为吨co2当量，e
燃烧
为工业 园区净消耗的各种化石燃料燃烧活动产生的温室气体排放量，e
电力
为工业园 区外购电力隐含的co2排放量，e
气体逃逸
为工业园区涉及的气体逃逸，e
废弃物 为工业园区废弃物处理产生的碳排放量。
[0076]
见图1，包括以下步骤：
[0077]
步骤1：明确核算边界。
[0078]
核算边界包括园区的地理边界和数据统计边界。实践发现大量园区实际 管辖面积已与公告目录存在较大差异，需对园区边界进行明确界定，以确保 温室气体核算结果的准确性与完整性。对于数据统计边界，不同部门日常管 理可能会采用不同的核算边界，具有不同的统计口径。
[0079]
因此，在开展工业园区温室气体排放核算工作时，应对园区实际管辖范 围、数据统计边界、温室气体核算边界等进行明确与统一，使核算结果对园 区减碳工作更具现实指导意义。
[0080]
对于步骤2：明确排放源和气体种类。
[0081]
对于核算气体种类，《京都议定书》及《多哈修正案》规定了7种主要 的温室气体，包括co2、ch4、n2o、hfcs、pfcs、sf6和nf3，我国生态环 境部发布的《碳排放权交易管理办法(试行)》也明确将温室气体定义为这7 种气体。在工业园区碳排放的三类主要来源中，能源部门是碳排放的最主要 组成部分，涉及的温室气体主要是co2、ch4和n2o；ippu部门涵盖园区企 业各种生产过程，涉及的温室气体组成复杂且不同园区间差异显著，同时此 部门也需充分考虑非co2温室气体；废弃物处理产生的碳排放主要为co2、 ch4和n2o，其中垃圾填埋和废水处理产生的co2属生物成因，对大气的影 响是中性的，因此不用核算。总体而言，各园区均普遍产生的温室气体主要 是co2、ch4和n2o，这也是温室效应贡献最多的三种气体，当前阶段可以这 三种气体为减碳的主要抓手。
[0082]
核算的排放源类别和气体种类包括：
[0083]
(1)燃料燃烧co2排放
[0084]
主要指工业园区用车化石燃料用于动力或热力供应的燃烧过程产生的 co2排放。
[0085]
(2)逃逸排放
[0086]
主要指空调冷媒剂、co2灭火器及未被定义为工艺放空的其他压力设备泄 露产生的无组织ch4、co2排放。
[0087]
(3)废弃物处理排放
[0088]
主要指固体废物(以下简称“固废”)和废水产生的co2、ch4、n2o排放。
[0089]
(4)外购电量间接产生的co2排放
[0090]
该部分排放实际上发生在生产这些电力企业，但由工业园区主体的消费 活动引起，也应计入名下。
[0091]
对于步骤3：确定工业园区碳核算计量方法。
[0092]
按照气体排放来源于与分类，计算四种碳源对应的碳排放量。再折算叠 加确定工业园区碳排放量总和，总计算方法按公式(1)计算。
[0093]
e＝e
燃烧
+e
电力
+e
气体逃逸
+e
废弃物处理
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0094]
式中，
[0095]
e为工业园区温室气体排放总量，单位为吨co2当量(tco2e)；
[0096]e燃烧
为工业园区净消耗的各种化石燃料燃烧活动产生的温室气体排放量， 单位为吨co2当量(tco2e)；
[0097]e电力
为工业园区外购电力隐含的co2排放量，单位为吨co2(tco2)；
[0098]e气体逃逸
为工业园区涉及的气体逃逸，单位为吨ch4，按ipcc第二次评估 报告推荐的
数值，在100年时间尺度下的数值，ch4转换成co2当量计的gwp 值为21。
[0099]e废弃物处理
为工业园区废弃物处理产生的碳排放量，单位为吨co2当量 (tco2e)。
[0100]
对于步骤4：确定各个排放源的核算方法。具体为：
[0101]
1、化石燃料燃烧排放量核算
[0102]
1)机关车队燃料燃烧排放
[0103]
燃料燃烧活动产生的温室气体排放量是工业园区核算和报告期内各种化 石燃料燃烧产生的温室气体排放量之和。
[0104][0105]
式中，
[0106]e燃烧
为核算和报告期内燃烧化石燃料产生的温室气体排放量，单位为吨 co2当量(tco2e)；
[0107]
为核算和报告期内燃烧化石燃料产生的co2排放量，单位为吨 (tco2)；
[0108]
为核算和报告期内运输车辆燃烧化石燃料产生的ch4排放量，单 位为吨co2当量(tco2e)；
[0109]
为核算和报告期内运输车辆燃烧化石燃料产生的n2o排放量，单 位为吨co2当量(tco2e)。
[0110]
①
co2排放量计算
[0111][0112]
adi＝ncvi×
fciꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0113]
式中，
[0114]
adi为核算和报告期内第i种化石燃料的活动水平，单位为百万千焦(gj)；
[0115]
efi为第i种化石燃料的co2排放因子，单位为吨二氧化碳/百万千焦 (tco2/gj)；
[0116]
ncvi是核算和报告期内第i种化石燃料的平均低位发热量，对液体燃料， 单位为百万千焦/吨(gj/t)；对气体燃料，单位为百万千焦/万立方米 (gj/
×
104nm3)；
[0117]
fci是核算和报告期内用于燃料的第i种化石燃料消费量，对液体燃料， 单位为吨(t)；对气体燃料，单位为万立方米(
×
104nm3)。
[0118][0119]
式中，
[0120]
cci为第i种化石燃料的单位热值含碳量，单位为吨碳/百万千焦(tc/gj)；
[0121]
ofi为第i种化石燃料的碳氧化率，以％表示；
[0122]
为二氧化碳与碳的分子量之比。
[0123]
(注：计算得到的ef汽油：0.067914，ef柴油0.072585)
[0124]
②
ch4与n2o排放量计算
[0125]
[0126][0127]
式中，
[0128]ka,b,c
为核算和报告期内运输车辆的不同车型、燃料种类、排放标准的行 驶里程，单位为公里(km)；
[0129]
ef为ch4或n2o排放因子，单位为毫克ch4(n2o)/公里 (mgch4(n2o)/km)；分别为ch4和n2o的全球增温潜势。 按ipcc第二次评估报告推荐的、在100年时间尺度下的数值，ch4和n2o转 换成co2当量计的gwp值分别为21和310；
[0130]
a:燃料类型，如柴油、汽油、天然气、液化石油气等；
[0131]
b:车辆类型，如轿车、其他轻型车、重型车；
[0132]
c:排放标准，如执行国i及以下、国ii、国iii或国iv及以上排放标准。
[0133]
(2)固定源—柴油发电机燃烧排放(e
燃烧
)计算
[0134]
按照柴油发电机使用情况，本发明中仅计算燃料消耗产生的co2量，计 算方法同车辆燃料消耗产生的co2，公式(3)～(5)所示。
[0135]
2、气体逃逸排放量核算
[0136]e气体逃逸
＝∑ad
gei
×
ef
gei
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(8)
[0137]
式中，e
气体逃逸
为气体逃逸的碳排放量，ad
gei
为第i种逃逸气体的逃逸量， ef
gei
为第i中逃逸气体的排放因子。
[0138]
3、废弃物处理ch4排放
[0139]
废弃物处理处置部分的碳排放包括固体废物(以下简称“固废”)和废水两 部分。
[0140][0141]
对于固废部分，垃圾填埋产生的碳排放为多年间持续释放，应采用ipcc 提供的一阶衰减方法计算，其余处理方式的碳排放可按下式计算：
[0142]esolid
＝∑ad
swi
×
ef
swi
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(10)
[0143]
其中，e
solid
为碳排放量；ad
swi
为第i种方式处理处置的固废量；ef
swi
为 其排放因子。
[0144]
废水处理的碳排放主要包含生物源co2、ch4和n2o，其中生物源co2无须计算，按ipcc第二次评估报告推荐的、在100年时间尺度下的数值，ch4和n2o转换成co2当量计的gwp值分别为21和310。ch4和n2o的排放量 可分别由以下公式计算：
[0145][0146][0147]
其中，tow为可降解有机物总量；s为以污泥形式沉降的可降解有机物 量；为排放因子；为回收利用的ch4量；tn为污水总氮含量； 为排放因子。
[0148]
4、外购电量间接产生的碳排放核算
[0149]e电力
＝∑ad
k,t
×
ef
i,t
[0150]
式中，
[0151]e电力
为核算和报告期内工业园区使用外购电量间接产生的碳排放量，单位 为吨(tco2)；
[0152]
ad
k,t
为核算和报告期内工业园区用户k在时段t的用电量，单位为兆瓦 时(mwh)；
[0153]
ef
i,t
为区域电网i在时段t的动态碳排放因子，单位为吨co2/兆瓦时 (tco2/mwh)。
[0154][0155]
式中，
[0156]
ef
i,t
为区域电网i在时段t的动态碳排放因子；
[0157]
z表示区域电网i所覆盖范围内的节点集合；
[0158]
l
j,t
为节点j在时段t的负荷量；
[0159]ej,t
为节点j的碳势大小。
[0160]
下面进行系统中所有节点的碳势计算：
[0161]
节点j的碳势e
j,t
为：
[0162][0163]
式中，
[0164]
j+
表示有潮流流入节点j的支路集合；
[0165]
p
bs
为支路s的有功功率；
[0166]
p
gj
为接入节点j的发电机组出力，若该节点无发电机组或发电机组出力 为0，则p
gj
＝0；
[0167]egj
为发电机组的碳排放强度；
[0168]
ρs为支路s的碳流密度。
[0169]
将支路碳流密度ρs由支路始端节点碳势替代，将式(14)改成以下矩阵 形式：
[0170][0171]
式中，
[0172]
为n维单位行向量，其中第j个元素为1；
[0173]en
为节点碳势向量，en＝[e
n1 e
n2
···enn
]
t
；
[0174]
pb为支路潮流分布矩阵，n阶方阵，用pb＝(p
bij
)n×n表示；
[0175]
pg为机组注入分布矩阵，k
×
n阶矩阵，用pg＝(p
gkj
)k×n表示；
[0176]
p
bvj
为流入节点有功潮流；
[0177]
p
gtj
为机组向系统中注入的有功潮流；
[0178]eg
为发电机组碳排放强度向量，eg＝[e
g1 e
g2
···egk
]
t
。
[0179][0180]
由式(15)和式(16)可得，
[0181][0182]
扩充至全系统维度得，
[0183][0184]
整理后可得系统所有节点的碳势计算公式为：
[0185][0186]
式中，
[0187]en
为节点碳势向量，en＝[e
n1 e
n2
···enn
]
t
；
[0188]
pn为节点有功通量矩阵，n阶对角阵，用pn＝(p
nij
)n×n表示；
[0189]
pb为支路潮流分布矩阵，n阶方阵，用pb＝(p
bij
)n×n表示；
[0190]
pg为机组注入分布矩阵，k
×
n阶矩阵，用pg＝(p
gkj
)k×n表示；
[0191]
p
l
为负荷分布矩阵，m
×
n阶矩阵，用p
l
＝(p
lmj
)m×n表示；
[0192]eg
为发电机组碳排放强度向量，eg＝[e
g1 e
g2
···egk
]
t
。
[0193]
请参阅图2：系统碳流追踪计算碳势见图2。系统所有节点的碳势计算公 式见式(19)。
[0194]
碳流追踪的核心原则是比例分享原则，即出线支路的功率由各进线支路 按功率比例提供，进线支路的功率也由各出线支路按功率比例分配。通过碳 流追踪，可得出工业园区所消耗的电力来源，再根据各时段发电、用电数据 和各支路功率分布，即可计算出各节点消耗单位电量对应的碳排放量，也即 该时段处于该节点位置企业的外购电力碳排放因子。本方法可有效反映不同 时间、不同节点的电力碳排放情况，且计算过程较为清晰，通用性好。
[0195]
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都 是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。 对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述 的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
[0196]
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用 本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易 见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下， 在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例， 而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。