某电解铝企业的碳排放核算方案

罗丽芬 周云峰 李昌林 李荣柱 胡 璇 李新华

(中国铝业郑州有色金属研究院有限公司， 河南 郑州 450041)

0 前言

全球气候变暖早已成为国际热点关注的问题，同时也是各国遇到的共同挑战和危机。我国在哥本哈根气候峰会上宣布，到2020年碳强度与2005年相比下降40%～45%。2014年11月，中美发表了《中美气候变化联合声明》，我国提出要在2030年二氧化碳排放达到峰值，并且争取早日达到峰值，单位GDP的CO2排放要比2005年下降60%～65%[1]。2011年底启动了“两省五市”碳排放权的交易试点计划，2016年12月启动了福建碳排放权交易所，这是我国第8个碳资产交易所。2010—2017年之间全球大气中CO2浓度呈上升趋势，与前40年相比增速不但没有下降反而增加[2]，但是中国自2013年以来增速基本为零，2017年单位GDP的碳排放强度比2005年下降了46%，已经提前实现在哥本哈根气候峰会上的承诺[3-4]。2019年1月，国家生态环境部办公厅发文将开展2018年度碳排放的数据报告与核查以及排放监测计划制定等相关工作，涵盖石化、化工、钢铁、有色等重点排放行业；针对2013—2018年中，任意一年温室气体排放量达2.6万吨CO2e(综合能源消耗量约1万t标准煤)及以上的企业或者其他经济组织，要求地方主管部门在2019年3月31日前根据公布的行业温室气体排放核算方法与报告指南要求，组织管辖范围内的企业核算2018年的温室气体排放量并上报相关数据[5]。

我国电解铝产能发展迅速，产量已连续多年稳居世界第一，因此电解铝企业是我国碳排放核查的重点。电解铝企业可以通过内部组织或者聘请相关咨询机构对企业生产活动中产生的碳排放进行核算。某电解铝企业的电解槽容量为200 kA，年产电解铝10万t，铝锭作为商品外卖，同时配套有年产3万t预焙阳极炭素厂，该企业用电均为外购。本文将以某电解铝企业2017年年度的碳排放核算为例，详细介绍电解铝企业如何进行碳排放的核算工作。

1 电解铝企业碳排放核算的作用和内容

1.1 碳排放核算的作用

电解铝生产企业的碳排放分为直接排放和间接排放。直接排放包括阳极消耗产生的二氧化碳排放、运输工具燃油等燃料燃烧导致的排放以及电解槽发生阳极效应时的PFC排放；间接排放是企业消耗的电量在发电过程中产生的碳排放。企业做好碳排放核算有如下作用：

1)可以较好地填报生态环境部要求企业报送的碳排放数据。

2)企业自己做好充分准备，可配合好第三方的碳核查工作。

3)企业可以通过碳排放信息披露，吸引投资者以及消费者的关注，提高企业形象。

1.2 碳排放核算的内容

电解铝企业法人边界的碳排放，根据《中国电解铝生产企业温室气体排放核算方法与报告指南(试行)》[6]和温室气体排放核算与报告要求[7]进行碳排放核算。其核算包括直接生产系统、辅助生产系统和附属生产系统等产生的碳排放。辅助生产系统主要包含动力、供电、供水、机修、化验和运输等；附属生产系统主要是生产指挥系统(厂部)，以及厂内相关的生产服务部门和单位(浴室、职工食堂等)。具体来说，电解铝企业碳排放核算范围包括：化石燃料燃烧导致的二氧化碳排放；能源作为原材料用途的二氧化碳排放；工业生产过程中的二氧化碳排放；净购入电力和热力导致的二氧化碳排放。

2 电解铝企业碳排放核算的过程

2.1 碳排放源信息

根据某电解铝企业炭素焙烧工艺、电解铝工艺以及企业情况，确定了企业的碳排放源，见表1。

表1 某电解铝企业的碳排放源信息

2.2 化石燃料燃烧的碳排放

化石燃料燃烧产生的二氧化碳量，主要依据各种化石燃料的消耗量以及燃料的低位发热值、单位热值含碳量和碳氧化率等进行计算。

2.2.1 计算公式

1)根据式(1)核算某电解铝企业年度范围内各种化石燃料燃烧产生的二氧化碳排放量总和：

(1)

式中：E燃烧——核算年度内化石燃料燃烧产生的二氧化碳排放量，tCO2；

ADi——核算年度内的第i种化石燃料活动水平，GJ；

EFi——第i种化石燃料二氧化碳排放因子， tCO2/GJ；

i——化石燃料类型的代号。

2)ADi按式(2)计算：

ADi=NCVi×FCi

(2)

式中：NCVi——核算年度内的第i种化石燃料的平均低位发热量，对固体或液体燃料，单位为GJ/t；对气体燃料，单位为GJ/万Nm3；

FCi——核算年度内的第i种化石燃料的净消耗量，对固体或液体燃料，单位为t；对气体燃料，单位为万Nm3。

3)EFi按式(3)计算：

EFi=CCi×OFi×44/12

(3)

式中：CCi——第i种化石燃料的单位热值含碳量，tC/GJ；

OFi——第i种化石燃料的碳氧化率，%。

2.2.2 数据获取和计算结果

某电解铝企业2017年度所使用的天然气、汽油和柴油等化石燃料的消耗量可根据企业能源消费台帐、统计表或者财务等数据确定，化石燃料消耗量的测量仪器必须符合管理通则[8]的相关规定，具备条件的企业也可按照相关标准[9-11]实测天然气、柴油和汽油的低位发热值。本文中某电解铝企业暂不具备条件，因此化石燃料的低位发热值、单位热值含碳量和碳氧化率均选用核算指南[6]中给出的推荐值。根据上述公式计算得到的企业2017年年度内化石燃料燃烧的碳排放结果见表2。

表2 某电解铝企业化石燃料燃烧的碳排放计算结果

2.3 能源作为原材料用途的碳排放

2.3.1 计算公式

铝电解生产过程中，炭阳极作为原材料消耗而不是燃烧，发生化学反应产生二氧化碳，炭阳极消耗产生的二氧化碳排放量按式(4)计算：

E原材料=EF炭阳极×P

(4)

式中：E原材料——核算年度内炭阳极消耗导致的二氧化碳排放量，tCO2；

EF炭阳极——炭阳极消耗二氧化碳的排放因子， tCO2/t-Al；

P——活动水平，即核算年度内的原铝产量，t。

其中，EF炭阳极按式(5)计算：

EF炭阳极=NC炭阳极×(1-S炭阳极-A炭阳极)×44/12

(5)

式中：NC炭阳极——核算年度内的吨铝碳阳极净耗，tC/t-Al；

S炭阳极、A炭阳极——核算年度内的碳阳极平均硫含量和灰分含量，%。

2.3.2 数据获取和计算结果

某电解铝企业年度原铝产量根据企业生产报表统计数据确定，计量器具的检定或校准必须符合国家要求。对于吨铝阳极净耗，具备条件的企业可以按月称重检测，然后取年度平均值；不具备条件的企业可采用中国有色金属工业协会的推荐值0.42。对于硫含量和灰分含量，具备条件的企业可以按照铝用炭素材料检测标准[12]对每批次的炭阳极进行抽样检测硫分和灰分，然后取年度平均值；不具备条件的企业可采用中国有色金属工业协会的推荐值2%和0.4%。由于企业不具备条件，因此吨铝阳极净耗量、碳阳极平均硫含量和灰分含量均采用推荐值。计算得到的企业2017年年度内能源作为原材料用途的碳排放结果见表3。

表3 能源作为原材料用途的碳排放计算结果

2.4 工业生产过程中的碳排放

当电解槽发生阳极效应时，会释放CF4和C2F6两种强温室气体(全氟化碳PFCs)，因此在核算企业碳排放的时候还需核算电解槽发生阳极效应时产生的四氟化碳和六氟化二碳，然后根据两种气体的温室效应系数折算为二氧化碳当量。

2.4.1 计算公式

电解槽阳极效应过程导致的碳排放量根据式(6)进行计算：

EPFCs=(6500×EFCF4+9200×EFC2F6)×P/1 000

(6)

式中：EPFCs——核算年度内阳极效应过程导致的全氟化碳的排放量，tCO2；

6500、9200 ——CF4和C2F6的温室效应折算值；

EFCF4、EFC2F6——阳极效应过程的CF4和C2F6碳排放因子，kg/t-Al；

P——阳极效应活动水平，即核算年度内的原铝产量，t。

2.4.2 数据获取和计算结果

阳极效应过程中的CF2和C2F6排放因子与电解槽的工艺技术条件、控制和管理等密切相关。根据我国电解铝行业的生产现状，中国有色金属工业协会推荐的CF4和C2F6排放因子分别为 0.034 kg CF4/t-Al和 0.0034 kgC2F6/t-Al；具备条件的企业也可根据国际上通用的斜率法经验公式，测算阳极效应过程中CF4和C2F6排放因子。由于某电解铝企业电解槽控制系统采集的数据不完善，因此阳极效应过程中CF4和C2F6排放因子选用推荐值，计算得到的企业2017年年度内生产过程的碳排放结果见表4。

表4 某电解铝企业生产过程的碳排放计算结果

2.5 净购的电力产生的碳排放

某电解铝企业净购入电力消费对应生产过程产生的二氧化碳排放量根据式(7)进行计算：

E电=AD电力×EF电力

(7)

式中：E电——净购入电力消费对应生产过程的二氧化碳排放量，tCO2；

AD电力——核算年度内的净外购电量，MWh；

EF电力——电力消费的排放因子，tCO2/MWh；

某电解铝企业外购电量以企业的电表记录数据为准，也可根据供电部门提供的电费发票或电力结算单等结算凭证，数据为1 444 822.35 MWh。企业在西北地区，因此电力的排放因子采用最新的西北区域的电网排放因子0.667 1 tCO2/MWh。则计算得到的企业2017年年度内净购入电力对应生产过程的碳排放结果为963 840.99 tCO2。

2.6 全厂碳排放总量

电解铝企业的碳排放总量是企业边界内所有的化石燃料燃烧的碳排放量、能源作为原材料用途的碳排放量、工业生产过程中的碳排放量、企业净购入的电力和热力导致的碳排放量的总和[13]。因此某电解铝企业的碳排放总量E=E燃烧+E原材料+EPFCs+E电=1 138 879.63 tCO2。而企业的原铝产量为96 321.49 t，则吨铝产生的二氧化碳排放为11.82 t；若扣除碳素厂使用的天然气导致的二氧化碳排放(4 810.60 t)，则吨铝产生的二氧化碳为11.77 t。

3 结束语

国家对能源和环境日益重视，加大了环保的监管力度。为了应对气候变化，国家要求电解铝行业要重点推广低碳工艺技术，控制电解铝工业的碳排放。电解铝行业的生存条件越来越严苛，为了生存和发展，电解铝企业必须降低用电成本，同时还应加强节能降碳技术的开发与应用。电解铝行业的碳交易即将来临，电解铝企业应积极学习碳交易的相关知识，及时跟踪国内碳市场的最新动态，提高企业的碳资产管理能力，同时企业还应根据自身情况和国家相关规定，配置监测设备，提高数据的准确度与可靠性，积极、持续地推进企业的节能降碳工作。