重点行业碳排放试点监测技术方案设计思路

碳达峰、碳中和愿景目标的提出，对我国社会经济发展产生全方位的影响。摸清底数，并进行针对性的减排是实现碳达峰、碳中和的重要基础，碳排放监测对于提升排放清单准确度，提高碳减排效果评估科学性具有重要意义。2021年1月，生态环境部印发《关于统筹和加强应对气候变化与生态环境保护相关工作的指导意见》（环综合〔2021〕4号），明确提出“加强温室气体监测，逐步纳入生态环境监测体系统筹实施”的要求。为落实文件精神，做好碳监测评估试点工作，更好的发挥试点的示范引领作用，生态环境部组织编制了《碳监测评估试点工作方案》，重点行业碳排放监测试点是其中重要内容。
一、试点监测的意义和目标

国外发达国家一般认为，碳直接监测方法是作为碳排放量估算方法的辅助工具，可用来评估排放因子和估算结果的可靠性。但我国尚未建立碳排放监测技术方法体系，监测方法与核算方法计算的结果是否有可比性，传统的污染物监测的相关参数能否直接用于量化碳排放，监测方法确定的排放量与核算方法确定的历史排放量之间如何衔接，监测报告与核查机制如何建立等问题有待进一步探讨。减污降碳监测体系还需要根据相关研究成果、试点监测活动开展情况，进行系统设计，形成配套技术体系。

为贯彻落实党中央的决策部署，系统解决我国碳监测有关问题，在2018年党和国家机构改革以来相关研究和工作基础上，组织开展碳监测评估试点工作。

对于重点行业碳排放监测来说，本次试点的主要目标有三个方面：

1、通过试点研究，明确监测点位、监测方法、质控要求等，构建重点行业碳监测技术体系；

2、探索使用监测方法获取本地化排放因子，支撑、检验排放量核算；

3、比较监测与核算数据的系统差异，评估使用直接监测法作为辅助手段，支撑企业层面碳排放量计算的科学性和可行性。

二、试点监测技术方案设计关键要素考虑

1、总体思路和原则

（1）面向管理、辅助核算。根据落实应对气候变化国家自主贡献目标，建设性参与和引领国际履约，适应气候变化管理支撑需要开展监测试点。将监测作为排放量核算的重要支撑、校核和辅助手段。

（2）因地制宜、分类施策。试点企业根据经济社会等客观因素，结合自身基础，重点识别本行业碳排放规律。明确目标，细化方案，构建符合基本要求且有针对性的监测方案。

（3）立足业务、兼顾科研。初步建立业务化运行的碳监测评估试点网络。注重碳达峰、碳中和监测关键科技问题研究，先行先试，积累经验。

（4）统筹融合、协同联动。将碳监测纳入常规生态环境监测网络统筹设计，发挥对减污降碳协同增效的支撑服务作用。充分发挥政府、企业、科研院所等监测资源优势，加强合作共享。

2、试点范围

根据我国《气候变化第二次两年更新报告》，我国CO₂及CH₄排放碳当量占比92.6%（不包括土地利用、土地利用变化和林业），能源活动、工业生产过程、农业活动和废弃物处理的温室气体排放量所占比重分别为77.7%、14.0%、6.7%、1.6%。

按照着眼主要矛盾的基本思路，试点主要考虑排放量占比高的因子和排放源，同时结合现有工作基础，选择污染物排放监测基础较好，便于协同管控的排放源进行试点。基于此，选择火电、钢铁、石油天然气开采、煤炭开采和废弃物处理等五类重点行业，开展碳监测试点：

·火电、钢铁行业以CO₂为主；

·石油天然气、煤炭开采行业以CH₄为主；

·废弃物处理行业以CO₂、CH₄为主兼顾N₂O。

3、试点关键技术

根据本次试点的目的，结合已有研究基础，试点重心在于如何获取高质量监测数据，以及如何根据监测数据科学估算碳排放量。

在获取高质量监测数据方面，本次试点识别的关键技术有两项：烟气流速监测技术的准确性、监测数据的质控措施的有效性；

在根据监测数据估算排放量方面，本次试点识别的关键技术有三项：无组织监测布点的代表性，无组织监测结果估算排放量的可行性和科学性，钢铁行业长链条、多环节排放特征下监测数据和核算数据的融合方法。

（1）烟气流速监测数据的准确性

烟气流量是碳排放监测的关键内容，其准确测量是技术难点，也是影响火电、钢铁等有组织排放源CO₂排放监测数据质量的关键点，研究表明烟气流速的数据不确定度较高。我国废气污染物流量测定主要依据是《固定污染源排气中颗粒物的测定与气态污染物的采样》（GB 16157-1996）和《固定源废气监测技术规范》（HJ/T 397-2007），为了解决烟气流速监测面临的准确性差的问题，试点过程中，对流速对比监测提出要求，针对现场安装位置直管段较短易产生涡流或旋流情况，提出采用三维皮托管作为流速参比方法，提高流速监测的准确度。

（2）质控措施的有效性

碳排放监测数据质控措施的有效性，是碳排放监测数据在国际上得到广泛认可的基础，是基于监测数据开展减排行动的重要依托。为了提高试点数据质量，一方面要求所有试点企业按照相同的质控频次、质控手段、质控标准实施；另一方面，采用相同量值溯源体系确保数据溯源的统一性，保证监测结果的可比性。

（3）无组织监测布点的代表性

无组织监测点位布设代表性是本次试点的一个重要难点，由于研究基础相对薄弱，在试点方案设计时，优先与现有工作相结合，同时借助遥感、走航、无人机手段进行补充优化。获取一部分监测数据之后，在数据分析基础上，再进行监测点位布设的迭代优化。

（4）无组织监测结果应用

无组织监测只能获取代表点位的温室气体浓度信息，难以直接获取排放量结果，还必须结合模型估算方法进行二次加工。根据监测结果选择模型，以及根据模型优化监测方案是本次试点过程中不断探索和研究的关键内容。

（5）监测与核算数据的对比和融合

排放监测结果可用性的分析评估，是本次试点的重要组成部分，也是本次试点成果的重要内容之一。一方面，火电行业等监测能够覆盖全部排放源的行业，需要对核算和监测结果进行对比评估；另一方面，钢铁行业等监测无法覆盖全部排放源的行业，在同样需要核算和监测结果对比分析的基础上，还需要监测结果与核算结果相结合获取全厂排放量。因此，在试点监测过程中，要求所有试点企业按照相应行业核算技术指南收集核算所需要的参数信息。

4、结果应用

由于本次试点目标是构建碳监测技术方法体系，研究直接监测结果用于碳排放量计量的可行性，评估分析碳监测数据的应用潜力，进而提出碳监测的下一步政策建议。生态环境部2021年3月印发的《企业温室气体排放核算方法与报告指南 发电设施》不包括监测方法，目前试点监测数据不能作为碳市场企业报送数据。因此，重点行业碳排放监测数据的应用，尤其是在当前企业、公众、管理部门比较关心的碳交易排放量数据中的应用，可以分两个阶段来认识。

（1）试点阶段。试点企业碳排放监测结果与碳市场参与企业目前监测、核查工作没有直接关系。由于试点的目标是构建碳监测技术方法体系，研究直接监测结果用于碳排放量计量的可行性。在碳监测技术方法体系尚未成熟之前，碳监测数据质量能否达到使用要求无法判断，因此直接监测结果能否用于碳排放量计量尚难定论，故试点企业碳排放监测结果不宜直接用于碳市场参与企业碳排放量核算。若试点企业参与碳市场，则应按照现有监测、核查规定执行。

（2）应用阶段。根据试点成果明确直接监测应用于碳监测工作的规则，企业根据规则得到唯一排放量计算结果。随着试点工作推进，根据试点成果明确碳监测技术和质控要求，研究完善碳市场排放量监测、核算、核查规则，明确直接监测、核算等方法在碳交易排放量计量中的应用条件。参与碳交易的企业应严格按照国家明确的规则开展碳排放量核算，管理部门和第三方机构也应按照相同的规则进行核查和监管，企业的排放量是唯一结果。

三、试点监测技术方案要点

1、各行业试点监测技术方案要点

基于以上考虑，本次试点中，火电、钢铁、油气田开采、煤炭开采、废弃物处理等重点行业试点监测技术方案要点见表1，该监测方案作为试点企业技术参考，具体企业根据本要求和本企业实际情况进行细化和具体化。

表1 重点行业试点监测技术方案要点

 

（1）火电行业

监测项目方面，包括废气总排口的CO₂排放浓度、烟气流量等相关烟气参数，核算法所需的低位发热量、单位热值含碳量和碳氧化率等。

监测点位布设方面，应满足《固定污染源排气中颗粒物测定与气态污染物采样方法》（GB/T 16157-1996）、《固定源废气监测技术规范》（HJ/T 397-2007）、《固定污染源烟气（SO₂、NO_X、颗粒物）排放连续监测技术规范》（HJ 75-2017）要求，监测断面流速应相对均匀，监测平台应安全、稳定、易于到达，且便于监测和运维人员工作。

监测方法方面：自动监测设备的运行管理参照《固定污染源烟气（SO2、NOX、颗粒物）排放连续监测技术规范》（HJ 75-2017）执行。

CO₂浓度手工监测可使用非分散红外吸收法（按照《固定污染源废气 二氧化碳的测定 非分散红外吸收法》（HJ 870-2017））、傅里叶红外吸收法、可调谐激光法等。流量手工监测使用皮托管压差法〔按照《固定污染源排气中颗粒物测定与气态污染物采样方法》（GB/T 16157-1996）〕、三维皮托管法〔参照《Flow Rate Measurement with 3-D Probe》（EPA Method 2F）〕、超声波法、热平衡法、光闪烁法等。

排放量核算相关参数测试按照《中国发电企业温室气体排放核算方法与报告指南（试行）》（发改办气候〔2013〕2526号）执行。其中，化石燃料低位发热量、单位热值含碳量和碳氧化率的测定应按照《煤的发热量测定方法》（GB/T 213-2008）、《石油产品热值测定法》（GB/T 384-81）、《天然气能量的测定》（GB/T 22723-2008）等相关标准。

监测频次方面，自动监测频次应满足《固定污染源烟气（SO₂、NO_X、颗粒物）排放连续监测技术规范》（HJ 75-2017）的要求，试点期间总运行时间不小于180天；手工监测频次不低于1次/月，用于与自动监测设备的比对校验；核算过程所需相关参数测试频次按照《中国发电企业温室气体排放核算方法与报告指南（试行）》执行。

（2）钢铁行业

监测项目方面，包括CO₂排放浓度、烟气流量等相关烟气参数，核算法所需的低位发热量、单位热值含碳量、碳氧化率、熔剂和电极消耗量、外购含碳原料、固碳产品产量等。

点位布设方面，包括烧结、球团机头，焦炉烟囱，高炉热风炉，转炉，电炉，轧钢加热炉，热处理炉，自备电厂，石灰窑等工序的主要碳排放口。

监测方法方面，自动监测设备运行管理、CO₂排放浓度、流量手工监测同火电行业。排放量核算相关参数测试按照《中国钢铁生产企业温室气体排放核算方法与报告指南（试行）》（发改办气候〔2013〕2526号）执行。其中：

化石燃料低位发热量、单位热值含碳量和碳氧化率的测定应按照《煤的发热量测定方法》（GB/T 213-2008）、《石油产品热值测定法》（GB/T 384-81）、《天然气能量的测定》（GB/T 22723-2008）等相关标准；

含碳原料中的生铁、铁合金、直接还原铁等含铁物质排放因子可由相对应的含碳量换算而得，含铁物质含碳量检测按照《钢铁及合金 碳含量的测定 管式炉内燃烧后气体容量法》（GB/T 223.69-2008）、《钢铁及合金 总碳含量的测定 感应炉燃烧后红外吸收法》（GB/T 223.86-2009）、《铬铁和硅铬合金 碳含量的测定 红外线吸收法和重量法》（GB/T 4699.4-2008）、《硅铁 碳含量的测定 红外线吸收法》(GB/T 4333.10-2019)、《钨铁化学分析方法 红外线吸收法测定碳量》（GB/T 7731.10-1988）、《钒铁 碳含量的测定 红外线吸收法及气体容量法》（GB/T 8704.1-2009）、《磷铁 碳含量的测定 红外线吸收法》（YB/T 5339-2015）、《磷铁 碳含量的测定 气体容量法》（YB/T 5340-2015）等相关标准；

含碳原料中的熔剂包括石灰石和白云石两种，排放因子监测按照《石灰石及白云石化学分析方法第9部分：二氧化碳含量的测定 烧碱石棉吸收重量法》（GB/T 3286.9-2014）标准进行。

监测频次方面，自动监测频次应满足《固定污染源烟气（SO₂、NO_X、颗粒物）排放连续监测技术规范》（HJ 75-2017）的要求，试点期间总运行时间不小于180天；手工监测频次不低于1次/月，用于与自动监测设备的比对校验；核算过程所需相关参数测试频次按照《中国钢铁生产企业温室气体排放核算方法与报告指南（试行）》执行。

（3）石油天然气开采行业

监测项目方面，包括逃逸、工艺放空以及火炬燃烧排放的CH₄浓度，其中逃逸排放的CH₄浓度通过地面手工监测形式开展，工艺放空和火炬燃烧排放使用核算方法计算，并与卫星遥感、走航、无人机等手段测得的场站整体CH₄排放情况进行比对验证。同步对核算法所需的火炬气CH₄浓度、流量和碳氧化率，天然气井的无阻流量和排放气中的CH₄浓度等开展监测。

点位布设方面，监测范围覆盖油气田生产全流程，包括油气勘探、开采、储运、处理等，监测点位布设应满足《固定污染源排气中颗粒物测定与气态污染物采样方法》(GB/T 16157-1996)、《固定源废气监测技术规范》（HJ/T 397-2007)、《大气污染物无组织排放监测技术导则》（HJ/T 55-2000)等相关标准要求。

监测方法方面，包含地面监测、遥感监测和排放量核算相关参数监测：

地面监测上，CH₄浓度手工测试可使用气相色谱法（参照《环境空气 总烃、甲烷和非甲烷总烃的测定 直接进样-气相色谱法》（HJ 604-2017））、傅里叶变换红外光谱法〔参照《Vapor Phase Organic and Inorganic Emissions by Extractive FTIR》（EPA Method 320）〕、非分散红外吸收法等；泄漏和敞开液面甲烷排放检测方法可参照《泄漏和敞开液面排放的挥发性有机物检测技术导则》（HJ 733-2014）执行；环境空气CH₄浓度手工测试可使用光腔衰荡光谱法〔参照《大气甲烷光腔衰荡光谱观测系统》（GB/T 33672-2017）〕、离轴积分腔输出光谱法〔参照《温室气体 二氧化碳和甲烷观测规范 离轴积分腔输出光谱法》（QX/T 429-2018）〕等；流量手工测试可使用皮托管压差法〔参照《固定污染源排气中颗粒物测定与气态污染物采样方法》（GB/T 16157-1996）〕、三维皮托管法〔参照《Flow Rate Measurement with 3-D Probe》（EPA Method 2F）〕、超声波法、热平衡法、光闪烁法等。

遥感监测上，针对油气生产过程火炬排放CH4这一重点排放源，使用可见光红外热成像辐射检测(VIIRS)遥感数据和高空间分辨率卫星影像，对试点企业作业区火炬位置、数量及强度进行识别。利用卫星遥感数据对试点企业生产区域高排放数据点(>100kg/h)进行筛查，记录异常高CH₄排放源发生频率及持续时间，对比分析异常值对CH₄核算数据的影响。

排放量核算相关参数监测上，按照《中国石油天然气生产企业温室气体排放核算方法与报告指南（试行）》（发改办气候〔2014〕2920号）执行。其中，碳氧化率的测定按照《石油产品热值测定法》（GB/T 384-81）、《天然气能量的测定》（GB/T 22723-2008）等相关标准执行。

监测频次方面，手工监测频次不低于1次/季度；其他监测方法，如车载、无人机、遥感等监测频次根据现场实际条件确定，一般同一设施的监测频次在试点期间应高于3次，每次监测时长1天以上。

（4）煤炭开采行业

监测项目方面，包括井工开采、露天开采等矿后活动及废弃矿井的CH₄排放浓度，井工开采的通风流量等相关参数，测算结果与卫星遥感、走航、无人机等手段测得的矿区整体CH₄排放情况进行比对印证。

点位布设方面，井工开采CH₄浓度、流量等传感器布设应满足《煤矿安全监控系统及检测仪器使用管理规范》（AQ 1029-2019）要求，手工监测与其在同一点位。露天开采点位布设按照《大气污染物无组织排放监测技术导则》（HJ/T 55-2000)开展。矿后活动煤样采集可参照《商品煤样人工采取方法》（GB/T 475-2008）、《煤炭机械化采样 第1部分：采样方法》（GB/T 19494.1-2004），确保煤样的代表性。

监测方法方面，井工开采的CH₄浓度和流量的测试与石油天然气开采行业相同，矿后活动需采集洗选前后、入库时和出厂前的煤种，监测其中的CH₄吸附量，计算矿后活动CH₄排放量，CH4吸附量测定方法可参照《煤层瓦斯含量井下直接测定方法》（GB/T 23250-2009）《煤的甲烷吸附量测定方法（高压容量法）》（MT/T 752-1997）等。

监测频次方面，自动监测频次应满足《固定污染源烟气（SO₂、NO_X、颗粒物）排放连续监测技术规范》（HJ 75-2017）的要求，试点期间总运行时间不小于180天；手工监测频次不低于1次/月；其他监测方法，如车载、无人机、遥感等监测频次根据现场实际条件确定，一般同一设施的监测频次在试点期间应高于3次，每次监测时长1天以上。

（5）废弃物处理行业

监测项目方面，填埋、焚烧和污水处理的CH₄和N₂O排放，焚烧处理排放的CO₂、CH₄和N₂O，其中密闭环境和烟气排放通过在线监测获得，无组织逸散排放以地面手工监测形式开展，有组织表面排放以静态箱法监测采样，气相色谱实验分析的方法开展，并与走航、无人机等手段测得的场站整体排放情况进行比对验证。

点位布设方面，监测范围覆盖废弃物处理全流程，重点关注温室气体产生过程和关键节点，监测点位布设应满足《固定污染源排气中颗粒物的测定与气态污染物的采样》(GB 16157-1996)、《固定源废气监测技术规范》（HJ 397-2007)、《大气污染物无组织排放监测技术导则》（HJ/T 55-2000)等相关标准要求。

监测方法方面，自动监测同火电、钢铁等行业。静态箱法和气相色谱法〔参照《固定污染源废气 总烃、甲烷和非甲烷总烃的测定 气相色谱法》（HJ 38-2017）〕、傅里叶变换红外光谱法〔参照《Vapor Phase Organic and Inorganic Emissions by Extractive FTIR》（EPA Method 320）〕、非分散红外吸收法等。无组织逸散排放手工测试可使用光腔衰荡光谱法〔参照《大气甲烷光腔衰荡光谱观测系统》（GB/T 33672-2017）〕、离轴积分腔输出光谱法〔参照《温室气体二氧化碳和甲烷观测规范离轴积分腔输出光谱法》（QX/T 429-2018）〕等。

监测频次方面，自动监测频次应满足《固定污染源烟气（SO₂、NO_X、颗粒物）排放连续监测技术规范》（HJ 75-2017）的要求，试点期间总运行时间不小于180天；手工和静态箱法监测频次不低于1次/月。

2、试点监测质量控制和质量保证

为保证试点监测全过程质控效果，除要求监测过程中严格按照相关监测标准规范做好各个测试环节的质量控制外，还重点从监测设备、监测人员、量值溯源、数据校验等四个方面做好质量控制和质量保证。

（1）监测设备

重点是自动监测设备，参照《固定污染源烟气（SO₂、NO_X、颗粒物）排放连续监测系统技术要求及检测方法》（HJ 76-2017）和《固定污染源烟气（SO₂、NO_X、颗粒物）排放连续监测技术规范》（HJ 75-2017）的要求，做好选型、调试、验收和日常维护工作，确保设备正常运行。

（2）监测人员

所有参与试点的监测人员，都要求具备开展相应监测活动的能力。对于自行开展监测运维的，将统一做好培训确保监测人员熟练操作；对于委托监测，应选择有资质信誉好的社会化检测机构。

（3）量值溯源

为保证全国试点结果的可比性，试点监测所用标准气体向中国计量科学研究院统一定制。此外，烟气流量/流速监测仪宜优先量值溯源至我国国家计量基/标准，其他相关温湿度、压力等监测仪应溯源至我国计量基/标准。

（4）数据互验

监测过程中同步记录生产负荷和治理设施运行情况，包括主要产品产量、原辅材料消耗量、脱硫脱硝剂投加量等，密切关注监测结果与生产运行数据的匹配性，及时发现监测存在问题，并进行纠正。

3、试点监测实施建议

为提升试点监测效果，切实夯实我国重点行业碳排放监测基础，充分发挥碳排放监测对碳达峰、碳中和的支撑作用，同时也能最大限度发挥企业、科研院所主动性，对于试点监测组织实施提出以下建议。

（1）细化组织实施

在《碳监测评估试点工作方案》框架下，进一步细化组织实施方案。充分发挥集团公司和试点企业的主观能动性，大胆尝试，为试点工作提供强大动力。细化各技术支持单位分工，各取所长，为试点工作提供技术支持。协调地方政府共同参与，开展多部门合作，为试点工作提供后勤保障。

（2）加强数据综合分析

试点中综合应用手工与自动监测、地面与遥感、监测与核算等多种技术手段，获得大量一手监测数据，应强化数据综合分析。系统全面地对各类手段所得碳监测结果，与核算结果进行量化比较和评估，说清监测法与核算法的差异和原因，为支撑监测数据应用和排放因子本地化提供方法学基础。

（3）强化共享合作

按照试点工作总体部署，建立监测数据生产、使用管理制度，规范报送监测结果。组建技术委员会及其分委会，邀请相关领域专家，群策群力，建立碳监测评估交流与合作机制，定期组织召开技术交流和咨询会。充分发挥监测机构、高等学校、科研院所、企业等各方资源和技术能力优势，推进碳监测评估试点工作高质量实施。