论文部分内容阅读
一、研究背景
2011年底，国务院发布了《“十二五”控制温室气体排放工作方案》，提出了“探索建立碳排放交易市场”的要求。为逐步建立起碳排放交易市场，首先需要建设和完善企业层面的温室气体排放核算与报告体系，特别是在高耗能、高排放行业。电解铝等有色金属行业是中国的能耗大户，涉及能源活动和工业生产过程等多类温室气体排放机理，因此必将成为未来碳排放交易的重要参与行业。
在国家发改委的组织下，清华大学与中国有色金属工业协会合作，针对我国电解铝行业开发了企业温室气体排放核算方法，是我国碳排放交易市场建设中的一项重要的基础性工作，对合理分配企业的碳排放权、保证市场的公平性具有十分重要的意义。
二、方法学的技术概要
（一）核算边界
本方法的温室气体排放核算边界，是以电解铝生产为主营业务的独立法人企业或视同法人单位。核算边界内的次级排放主体包括电解工序、铸造工序、生产辅助附属设施等，有些企业还配备自备电厂。此外，部分电解铝企业还可能从事矿山开采、氧化铝生产、炭素电极生产和后续产品加工等上下游生产经营活动。
（二）排放源
电解铝企业核算边界内的关键温室气体排放源包括：
1、燃料燃烧排放：电解铝生产过程中使用的燃料包括天然气和石油产品等，燃料燃烧会导致CO2排放。
2、能源作为原材料用途的排放：电解铝生产中，以炭阳极（能源产品）作为还原剂。我国对炭阳极消耗量计入能源的原材料用途进行统计，消耗的炭阳极被氧化成为CO2排放至大气中，此类排放属于能源作为原材料用途的排放。
3、工业生产过程排放：指工业生产活动中，除能源的使用以外所发生的物理变化或化学反应，导致温室气体排放。我国电解铝企业包括以下1—2类工业生产过程排放源：1）电解铝生产中会不可避免地发生阳极效应，导致全氟化碳（PFCs，是CF4和C2F6等的统称）排放；2）部分电解铝企业还同时从事氧化铝生产，使用的石灰石原料（主要成分为碳酸钙）经煅烧分解会导致CO2排放。
4、其他排放：指企业净购入电力和净购入热力所隐含的燃料燃烧产生的温室气体排放。此类排放实际发生在其他企业所控制的发电和供热设施上。
（三）量化计算方法
电解铝企业的温室气体排放量是其各项排放源的排放量之和，按公式（1）计算。
EM =ΣEMi （1）
式中：
EM——企业温室气体排放总量；
EMi——企业核算边界内某项排放源的温室气体排放量；
i——排放源类型，包括燃料燃烧、能源的原材料用途、工业生产过程、外购电力和外购热力等。
按照以下内容核算各类排放源的温室气体排放量。
1、燃料燃烧排放
所需的活动水平是统计期内各种燃料消耗量，以热量单位计，按公式（2）计算。
ACf = Qf ×HVf /106（2）
式中：
AC——燃料的活动水平，单位为太焦（TJ）；
Q ——统计期内企业计量的燃料消耗量，单位为吨（t）或立方米（m3），相关计量器具应符合《GB17167用能单位能源计量器具配备和管理通则》要求；
HV——燃料的热值，单位为兆焦/吨（MJ/t）或兆焦/立方米（MJ/m3），推荐采用缺省值，也可委托有资质的专业机构进行检测，检测应遵循《GB/T213煤的发热量测定方法》、《GB/T384石油产品热值测定法》、《GB/T 22723天然气能量的测定》等要求；
f——燃料类型代号。
燃料燃烧的二氧化碳排放因子按公式（3）计算。
EFf = Cf ×OXf × 44/12 （3）
式中：
EFf——燃料类型f的二氧化碳排放因子，单位为吨二氧化碳/太焦（tCO2/TJ）；
Cf——统计期内，燃料类型f的平均含碳量，单位为吨碳/太焦（tC/TJ），推荐采用缺省值，也可委托有资质的专业机构进行检测，检测应遵循《GB/T476煤的元素分析方法》、《SH/T0656石油产品及润滑剂中碳、氢、氮测定法》、《GB/T13610天然气的组成分析》等要求；
OXf——统计期内，燃料类型f的平均碳氧化率，单位为%，推荐采用缺省值，也可采用国家权威机构发布的行业采样检测数据。
燃料燃烧导致的二氧化碳排放量（EMf，单位t），是各种燃料燃烧排放量的加总，按公式（4）计算。
EMf = （EFf × ACf） （4）
2、能源作为原材料用途的排放（炭阳极消耗）
所需的活动水平是统计期内的原铝产量，企业计量数据，单位为吨（t）。
炭阳极消耗的二氧化碳排放因子按公式（5）计算。
EFa = NCa × （1-Sa-Aa）× 44/12 （5）
式中：
EFa——炭阳极消耗的二氧化碳排放因子，单位为吨二氧化碳/吨铝（tCO2/t-Al）；
NCa——统计期内的吨铝炭阳极净耗，单位为吨碳/吨铝（tC/t-Al），推荐采用中国有色金属工业协会提供的缺省值0.42 tC/t-Al，也可采用企业称重检测值；
Sa——统计期内的炭阳极平均含硫量，单位为%，推荐采用中国有色金属工业协会提供的缺省值2%，也可按照《YS/T63.20—2006铝用炭素材料检测方法第20部分：硫分的测定》进行检测；
Aa ——统计期内的炭阳极平均灰分含量，单位为%，推荐采用中国有色金属工业协会提供的缺省值0.4%，也可按照《YS/T63.19—2006铝用炭素材料检测方法第19部分：灰分含量的测定》进行检测。 炭阳极消耗的二氧化碳排放量按公式（6）计算。
EMa = EFa × P （6）
式中：
EMa——统计期内，炭阳极消耗的二氧化碳排放量，单位为吨（t）；
P——统计期内的原铝产量，单位为吨（t）。
3、工业生产过程排放
（1）阳极效应
所需的活动水平是统计期内的原铝产量，企业计量数据，单位为吨（t）。
目前我国电解铝生产采用的技术类型是点式下料预焙槽技术（PFPB），属于国际先进技术，中国有色金属工业协会推荐的排放因子缺省值为0.034 kg CF4/t-Al和0.0034 kg C2F6/t-Al。也可采用国际通用的斜率法经验公式，按照公式（7）和公式（8），测算企业特定的阳极效应排放因子。
EFCF4 = 0.143×AEM （7）
EFC2F6 = 0.1×EFCF4 （8）
式中：
EFCF4——阳极效应的CF4排放因子，单位为公斤CF4/吨铝（kg CF4/t-Al）；
EFC2F6——阳极效应的C2F6排放因子，单位为公斤C2F6/吨铝（kg C2F6/t-Al）；
AEM——平均每天每槽阳极效应持续时间，单位为分钟。
电解铝生产阳极效应温室气体排放量的计算公式见式（9）。
EMPFCs = （6500×EFCF4+9200×E-FC2F6）×P/1000 （9）
式中：
EMPFCs——阳极效应全氟化碳排放量，单位为吨二氧化碳当量（tCO2e）；
P——统计期内的原铝产量，单位为吨（t）。
（2）煅烧石灰石（仅针对氧化铝生产）
所需的活动水平是统计期内石灰石原料的消耗量，企业计量数据，单位为吨（t）。由于氧化铝生产不是电解铝企业的主要生产活动，因此其工业生产过程的排放因子采用有色金属工业协会推荐的缺省值，0.405吨二氧化碳/吨石灰石。石灰石煅烧分解过程的二氧化碳排放量计算公式见式（10）。
EML = L × 0.405 （10）
式中：
EML——石灰石煅烧分解的二氧化碳排放量，单位为吨二氧化碳（tCO2）；
L——统计期内石灰石的消耗量，单位为吨（t）。
4、其他排放
（1）外购电力
所需的活动水平是统计期内企业测量和计算的净外购电量，按照公式（11）计算，相关计量器具应符合《GB17167用能单位能源计量器具配备和管理通则》要求。
ACe = ELim - ELex （11）
式中：
ACe——统计期内的净外购电量，单位为千瓦时（kWh）；
ELim——统计期内从其他企业购买的电量，单位为千瓦时（kWh）；
ELex——有自备电厂的企业在统计期内外销的电量，单位为千瓦时（kWh）。
排放因子推荐采用区域电网平均排放因子，由国家主管部门每年发布。企业应选用最近年份公布的区域电网平均排放因子进行计算。
按公式（12）计算外购电力导致的二氧化碳排放量。
EMe = EFe × ACe /1000 （12）
式中：
EMe——统计期内，外购电力导致的CO2排放量，单位为吨（t）；
EFe——中国区域电网排放因子，单位为千克/千瓦时（kg/kWh）。
（2）外购热力
所需的活动水平是统计期内企业测量和计算的净外购热量，按照公式（13）计算，相关计量器具应符合《GB17167用能单位能源计量器具配备和管理通则》要求。
ACh = HTim-HTex （13）
式中：
ACh——统计期内的净外购热量，单位为吉焦（GJ）；
HTim——统计期内从其他企业购买的热量，单位为吉焦（GJ）；
HTex——统计期内外销的热量，单位为吉焦（GJ）。
外购热力的CO2排放因子数值由国家统一规定确定，现采用0.11 t/GJ。按公式（14）计算外购热力导致的二氧化碳排放量（EMh，单位为吨二氧化碳）。
EMh = ACh × 0.11 （14）
三、主要结论
（一）核算边界与统计接轨
发达国家碳排放权交易市场大都以生产设施为核算边界，但我国现行统计和计量制度采用的则是企业级别的报告边界，很多企业无法达到设施级的计量器具配置水平。本方法以企业为核算边界，符合我国目前的统计和计量水平，在数据获取方面不增加企业的负担，得到了业内企业和专家认同。
（二）量化方法与国际接轨
采用国际通用的活动数据法，即按照不同排放机理识别温室气体排放源，选择各类能源的消耗量、原材料消耗量或主要产品产量等作为分排放源的活动水平数据，排放量等于活动水平与排放因子的乘积。方法原理具有权威性。
（三）排放源筛选力求完整
对于部分电解铝企业所从事的上下游生产经营活动（次要活动）可能导致的能源作为原材料用途的排放和工业生产过程排放，提供了排放因子的缺省值，用以进行简化的温室气体排放量核算，保证了方法学的完整性。
（佟庆，1977年生，清华大学核能与新能源技术研究院工程师，长期从事应对全球气候变化战略与政策研究。周胜，1973年出生，博士，清华大学核能与新能源技术研究院副研究员，长期从事应对全球气候变化战略与政策研究）
2011年底，国务院发布了《“十二五”控制温室气体排放工作方案》，提出了“探索建立碳排放交易市场”的要求。为逐步建立起碳排放交易市场，首先需要建设和完善企业层面的温室气体排放核算与报告体系，特别是在高耗能、高排放行业。电解铝等有色金属行业是中国的能耗大户，涉及能源活动和工业生产过程等多类温室气体排放机理，因此必将成为未来碳排放交易的重要参与行业。
在国家发改委的组织下，清华大学与中国有色金属工业协会合作，针对我国电解铝行业开发了企业温室气体排放核算方法，是我国碳排放交易市场建设中的一项重要的基础性工作，对合理分配企业的碳排放权、保证市场的公平性具有十分重要的意义。
二、方法学的技术概要
（一）核算边界
本方法的温室气体排放核算边界，是以电解铝生产为主营业务的独立法人企业或视同法人单位。核算边界内的次级排放主体包括电解工序、铸造工序、生产辅助附属设施等，有些企业还配备自备电厂。此外，部分电解铝企业还可能从事矿山开采、氧化铝生产、炭素电极生产和后续产品加工等上下游生产经营活动。
（二）排放源
电解铝企业核算边界内的关键温室气体排放源包括：
1、燃料燃烧排放：电解铝生产过程中使用的燃料包括天然气和石油产品等，燃料燃烧会导致CO2排放。
2、能源作为原材料用途的排放：电解铝生产中，以炭阳极（能源产品）作为还原剂。我国对炭阳极消耗量计入能源的原材料用途进行统计，消耗的炭阳极被氧化成为CO2排放至大气中，此类排放属于能源作为原材料用途的排放。
3、工业生产过程排放：指工业生产活动中，除能源的使用以外所发生的物理变化或化学反应，导致温室气体排放。我国电解铝企业包括以下1—2类工业生产过程排放源：1）电解铝生产中会不可避免地发生阳极效应，导致全氟化碳（PFCs，是CF4和C2F6等的统称）排放；2）部分电解铝企业还同时从事氧化铝生产，使用的石灰石原料（主要成分为碳酸钙）经煅烧分解会导致CO2排放。
4、其他排放：指企业净购入电力和净购入热力所隐含的燃料燃烧产生的温室气体排放。此类排放实际发生在其他企业所控制的发电和供热设施上。
（三）量化计算方法
电解铝企业的温室气体排放量是其各项排放源的排放量之和，按公式（1）计算。
EM =ΣEMi （1）
式中：
EM——企业温室气体排放总量；
EMi——企业核算边界内某项排放源的温室气体排放量；
i——排放源类型，包括燃料燃烧、能源的原材料用途、工业生产过程、外购电力和外购热力等。
按照以下内容核算各类排放源的温室气体排放量。
1、燃料燃烧排放
所需的活动水平是统计期内各种燃料消耗量，以热量单位计，按公式（2）计算。
ACf = Qf ×HVf /106（2）
式中：
AC——燃料的活动水平，单位为太焦（TJ）；
Q ——统计期内企业计量的燃料消耗量，单位为吨（t）或立方米（m3），相关计量器具应符合《GB17167用能单位能源计量器具配备和管理通则》要求；
HV——燃料的热值，单位为兆焦/吨（MJ/t）或兆焦/立方米（MJ/m3），推荐采用缺省值，也可委托有资质的专业机构进行检测，检测应遵循《GB/T213煤的发热量测定方法》、《GB/T384石油产品热值测定法》、《GB/T 22723天然气能量的测定》等要求；
f——燃料类型代号。
燃料燃烧的二氧化碳排放因子按公式（3）计算。
EFf = Cf ×OXf × 44/12 （3）
式中：
EFf——燃料类型f的二氧化碳排放因子，单位为吨二氧化碳/太焦（tCO2/TJ）；
Cf——统计期内，燃料类型f的平均含碳量，单位为吨碳/太焦（tC/TJ），推荐采用缺省值，也可委托有资质的专业机构进行检测，检测应遵循《GB/T476煤的元素分析方法》、《SH/T0656石油产品及润滑剂中碳、氢、氮测定法》、《GB/T13610天然气的组成分析》等要求；
OXf——统计期内，燃料类型f的平均碳氧化率，单位为%，推荐采用缺省值，也可采用国家权威机构发布的行业采样检测数据。
燃料燃烧导致的二氧化碳排放量（EMf，单位t），是各种燃料燃烧排放量的加总，按公式（4）计算。
EMf = （EFf × ACf） （4）
2、能源作为原材料用途的排放（炭阳极消耗）
所需的活动水平是统计期内的原铝产量，企业计量数据，单位为吨（t）。
炭阳极消耗的二氧化碳排放因子按公式（5）计算。
EFa = NCa × （1-Sa-Aa）× 44/12 （5）
式中：
EFa——炭阳极消耗的二氧化碳排放因子，单位为吨二氧化碳/吨铝（tCO2/t-Al）；
NCa——统计期内的吨铝炭阳极净耗，单位为吨碳/吨铝（tC/t-Al），推荐采用中国有色金属工业协会提供的缺省值0.42 tC/t-Al，也可采用企业称重检测值；
Sa——统计期内的炭阳极平均含硫量，单位为%，推荐采用中国有色金属工业协会提供的缺省值2%，也可按照《YS/T63.20—2006铝用炭素材料检测方法第20部分：硫分的测定》进行检测；
Aa ——统计期内的炭阳极平均灰分含量，单位为%，推荐采用中国有色金属工业协会提供的缺省值0.4%，也可按照《YS/T63.19—2006铝用炭素材料检测方法第19部分：灰分含量的测定》进行检测。 炭阳极消耗的二氧化碳排放量按公式（6）计算。
EMa = EFa × P （6）
式中：
EMa——统计期内，炭阳极消耗的二氧化碳排放量，单位为吨（t）；
P——统计期内的原铝产量，单位为吨（t）。
3、工业生产过程排放
（1）阳极效应
所需的活动水平是统计期内的原铝产量，企业计量数据，单位为吨（t）。
目前我国电解铝生产采用的技术类型是点式下料预焙槽技术（PFPB），属于国际先进技术，中国有色金属工业协会推荐的排放因子缺省值为0.034 kg CF4/t-Al和0.0034 kg C2F6/t-Al。也可采用国际通用的斜率法经验公式，按照公式（7）和公式（8），测算企业特定的阳极效应排放因子。
EFCF4 = 0.143×AEM （7）
EFC2F6 = 0.1×EFCF4 （8）
式中：
EFCF4——阳极效应的CF4排放因子，单位为公斤CF4/吨铝（kg CF4/t-Al）；
EFC2F6——阳极效应的C2F6排放因子，单位为公斤C2F6/吨铝（kg C2F6/t-Al）；
AEM——平均每天每槽阳极效应持续时间，单位为分钟。
电解铝生产阳极效应温室气体排放量的计算公式见式（9）。
EMPFCs = （6500×EFCF4+9200×E-FC2F6）×P/1000 （9）
式中：
EMPFCs——阳极效应全氟化碳排放量，单位为吨二氧化碳当量（tCO2e）；
P——统计期内的原铝产量，单位为吨（t）。
（2）煅烧石灰石（仅针对氧化铝生产）
所需的活动水平是统计期内石灰石原料的消耗量，企业计量数据，单位为吨（t）。由于氧化铝生产不是电解铝企业的主要生产活动，因此其工业生产过程的排放因子采用有色金属工业协会推荐的缺省值，0.405吨二氧化碳/吨石灰石。石灰石煅烧分解过程的二氧化碳排放量计算公式见式（10）。
EML = L × 0.405 （10）
式中：
EML——石灰石煅烧分解的二氧化碳排放量，单位为吨二氧化碳（tCO2）；
L——统计期内石灰石的消耗量，单位为吨（t）。
4、其他排放
（1）外购电力
所需的活动水平是统计期内企业测量和计算的净外购电量，按照公式（11）计算，相关计量器具应符合《GB17167用能单位能源计量器具配备和管理通则》要求。
ACe = ELim - ELex （11）
式中：
ACe——统计期内的净外购电量，单位为千瓦时（kWh）；
ELim——统计期内从其他企业购买的电量，单位为千瓦时（kWh）；
ELex——有自备电厂的企业在统计期内外销的电量，单位为千瓦时（kWh）。
排放因子推荐采用区域电网平均排放因子，由国家主管部门每年发布。企业应选用最近年份公布的区域电网平均排放因子进行计算。
按公式（12）计算外购电力导致的二氧化碳排放量。
EMe = EFe × ACe /1000 （12）
式中：
EMe——统计期内，外购电力导致的CO2排放量，单位为吨（t）；
EFe——中国区域电网排放因子，单位为千克/千瓦时（kg/kWh）。
（2）外购热力
所需的活动水平是统计期内企业测量和计算的净外购热量，按照公式（13）计算，相关计量器具应符合《GB17167用能单位能源计量器具配备和管理通则》要求。
ACh = HTim-HTex （13）
式中：
ACh——统计期内的净外购热量，单位为吉焦（GJ）；
HTim——统计期内从其他企业购买的热量，单位为吉焦（GJ）；
HTex——统计期内外销的热量，单位为吉焦（GJ）。
外购热力的CO2排放因子数值由国家统一规定确定，现采用0.11 t/GJ。按公式（14）计算外购热力导致的二氧化碳排放量（EMh，单位为吨二氧化碳）。
EMh = ACh × 0.11 （14）
三、主要结论
（一）核算边界与统计接轨
发达国家碳排放权交易市场大都以生产设施为核算边界，但我国现行统计和计量制度采用的则是企业级别的报告边界，很多企业无法达到设施级的计量器具配置水平。本方法以企业为核算边界，符合我国目前的统计和计量水平，在数据获取方面不增加企业的负担，得到了业内企业和专家认同。
（二）量化方法与国际接轨
采用国际通用的活动数据法，即按照不同排放机理识别温室气体排放源，选择各类能源的消耗量、原材料消耗量或主要产品产量等作为分排放源的活动水平数据，排放量等于活动水平与排放因子的乘积。方法原理具有权威性。
（三）排放源筛选力求完整
对于部分电解铝企业所从事的上下游生产经营活动（次要活动）可能导致的能源作为原材料用途的排放和工业生产过程排放，提供了排放因子的缺省值，用以进行简化的温室气体排放量核算，保证了方法学的完整性。
（佟庆，1977年生，清华大学核能与新能源技术研究院工程师，长期从事应对全球气候变化战略与政策研究。周胜，1973年出生，博士，清华大学核能与新能源技术研究院副研究员，长期从事应对全球气候变化战略与政策研究）