燃气分布式供能系统碳排放配额方案的分析及建议

潘军松

上海申能能源服务有限公司

0 前言

《碳排放权交易管理办法（试行）》于2021 年2月正式实施，碳排放计划将在全国范围内开始实施，明确八个高耗能行业于“十四五”期间逐步纳入，包括化工、石化、钢铁、有色、民航、电力、造纸、建材。2019 年起，生态环境部每年发布发电行业（含自备电厂、热电联产）碳排放配额分配实施方案和纳入管理的重点单位名单。

根据全国的碳排放配额分配实施方案，各地每年相应发布了各省市的配额分配方案，逐步将各行业中年度温室气体排放2.6万tCO2e的单位全部纳入。燃气分布式供能项目均涉及电力和热力生产，其中的大型项目同时被纳入全国和地区的碳排放管理。

准确把握和理解配额分配方案，做好分布式供能项目的配额测算，并基于配额机制指导优化运行或技术更新，达到更好的节能减排效益，是分布式供能相关企业的一项迫切任务。本文尝试通过一个实际算例来解析全国和上海的配额方案，推算了配额机制蕴含的机组基准效率，对燃气锅炉供热和燃气分布式供能机组的CO2实际排放进行比较，提出了完善供热配额机制的建议。

1 分布式供能的配额方案及算例

1.1 全国发电行业方案［1］

一般燃气分布式供能系统兼有发电和供热（冷）的功能，其中年耗万吨标准煤的大型项目通常被列入全国碳排放权交易配额总量设定与分配实施方案（发电行业）中，相关的分配方案参照热电联产的燃气机组。根据2022 年的方案, 相关的配额核算方法如下：

1）燃气机组的CO2排放配额

式中：A——机组CO2配额量，单位：tCO2；

Ae——机组供电CO2配额量，单位：tCO2；

Ah——机组供热CO2配额量，单位：tCO2。

2)机组供电CO2配额：

式中：Qe——机组供电量，单位：MWh；

Be——机组所属类别的供电基准值，取值为0.390 1 tCO2/MWh；

Fr ——机组供热量修正系数，燃气机组供热量修正系数为1-0.6×供热比。

3）机组供热CO2配额：

式中：Qh——机组供热量，单位：GJ；

Bh ——机组所属类别的供热基准值，取值0.055 7 tCO2/GJ。

4）豁免条例

考虑到燃气机组实际的减排效果，暂时燃气机组豁免。全国方案的相关参数源于电厂及热电联产数据分析拟合，且涉及机组多数为燃气轮机，因此燃气内燃机组暂不纳入配额管理。

1.2 上海方案［2］

根据上海市的2022 年碳排放配额分配方案，本市大型的分布式供能以及供热企业纳入了《2022 年度碳排放配额管理单位名单》，分布式供能系统通常热电比大于100%，因此在分类中属于供热企业。相关核算方法如下：

1）CO2排放基础配额

根据不同类型供热设备的单位综合供热量碳排放基准和年度综合供热量，确定企业年度基础配额。

企业年度基础配额=单位综合供热量碳排放基准×年度综合供热量

单位综合供热量碳排放基准分两类：

纯供热（燃气锅炉）取值：0.062 33 tCO2/GJ；

燃气热电联产（含冷热电三联供）取值：0.068 85 tCO2/GJ。

2）年度综合供热量

年度综合供热量=年度实际供热量+年度发电折算供热量

其中，年度实际供热量参照《DL/T 904-2015 火力发电厂技术经济指标计算方法》的相关规定计算获取，包括供热量和供冷量。年度发电折算供热量根据企业实际年度发电量折算得出，热电折算系数为3.6 GJ/MWh。

3）直接发放额度

燃气机组：企业年度基础配额×99.5%。

2 能源中心配额算例

以下是尝试用两套方案试算下某能源中心的配额。表1为某能源中心年运行数据。

表1 能源站年运行数据

管道天然气的低位发热量在一定范围内的波动，基本在340 GJ/104Nm3左右，表2 根据每月发热量的变化测算了排放因子，并根据表1 每月天然气的消耗量计算了能源站的CO2实际排放量。表3和表4分别基于全国方案和上海方案进行配额的测算。

表2 能源站实际CO2排放量

表3 年度配额计算——基于全国方案

表4 年度配额计算——基于上海方案

两种方式测算表明，该分布式能源站排放配额约400 t缺口。分布式能源的节能减排效益是确定的，但配额测算表明仍有不足，说明目前的配额机制是基于基准法、历史排放法，按照设备机组的分类，分别作出配额分配，是属于同类机组倾向于高效机组的考核机制，但缺乏不同类机组之间的比较和引导。

3 配额机制中隐含的基准效率

当前的配额机制本质上是基于同类机组的先进性来分配，以促进同类机组的效率提高，达到全社会同类机组的减排量控制。以上海配额方案为例，以下分析其同类机组的基准效率。本文的基准效率定义为：当机组的配额分配值与实际排放量相等时的机组效率。

3.1 燃气锅炉供热的基准效率

假定：供热量＊供热配额指标＊99.5%≥燃气输入热量＊燃气排放系数

那么有：

供热量/燃气输入热量≥燃气排放系数/（供热配额指标＊99.5%）

其中，基准效率η=供热量/燃气输入热量，供热配额指标0.062 33 tCO2/GJ，天然气的排放系数0.055 61 tCO2/GJ，因此得到：

基准效率η ≥0.055 61/0.062 33/99.5%=89.67%≈90%

可以认为在忽略使用电量的情况下，燃气锅炉年运行效率大于90%，可以获得足够的配额量。

3.2 燃气分布式供能组的基准效率

按配额足够的假设，那么有：

年度综合供热量＊供热配额系数＊99.5%≥燃气输入热量＊燃气排放系数

则有：

年度综合供热量/天然气输入热量≥天然气排放系数/（供热配额系数＊99.5%）

其中，η=年度综合供热量/天然气输入热量，天然气排放系数0.055 61 tCO2/GJ，供热配额指标0.068 85 tCO2/GJ。

经计算得到：η≥81.18≈82%。

而年度综合供热量=年度实际供热量+年度发电折算供热量，实际上年度综合供热量就是机组发电量和供热量的总和，因此η实际上就是分布式供能的效率，当η≥82%，分布式机组给的配额足够。

这从表4的数据可以验证，表4中5月到10月，机组运行配额不足，对应的总热效率（相当于表中发电比+供热比）小于82%。

4 不同供热机组的排放比较

在供热方面，上海方案列了2种机组，即燃气锅炉和燃气冷热电机组，当前分机组类别进行分配，达到基准效率后基本上足额配额，而两种机组的供热机组实际排放优劣并没有体现。

燃气分布式供能机组有电力的产出，分配机制中采用热功当量的原则，把电折算热后得出综合供热量再计算配额。这种思路是源于发电行业基于机组边界的考核方式，实际上对于供热行业来说，核心产品是热力，电力是副产品，电力产出可以替代部分供热企业的电网购电，可以按电网排放因子的角度计算其减排量。以下基于供热为边界，分析燃气分布式供能机组供热与燃气锅炉供热的减排效应。

1）比较的边界条件

（1）燃气锅炉

以达到基准效率η=90%的燃气锅炉供热，为简化分析，忽略使用电量。

（2）燃气分布式供能机组

以达到82%的总效率运行，热电比1；

自耗电为5%发电量；

分布式供能的发电量采用自发自用，因而减少了从电网购电，按电网电力排放因子计算其等效排放量，并抵扣用于供热的排放量。

（3）供能量

供应1万t蒸汽(7 000 MWh,折合25 200 GJ）。

（4）排放因子

天然气排放因子：0.055 61 tCO2/GJ；

电网电力排放因子：0.42 tCO2/MWh(0.116 67 tCO2/GJ)。

2）排放量比较

（1）燃气锅炉供热排放

燃气锅炉的供热实际排放就是消耗的天然气的排放，计算如下：

（2）燃气分布式供能机组排放

分布式供能机组供热的排放定义为实际消耗天然气排放扣除发电的等效排放量，计算如下：

燃气分布式供能机组对应燃气锅炉的减排率：

3）排放计算小结

由上分析，采用燃气分布式供能系统代替燃气锅炉，具有显著减排效果，减排率为60%。但在当前配额机制中，燃气锅炉、燃气分布式供能机组只要效率高于基准效率，那么均能获得足够的配额。因此当前的分配机制中没有内在驱动力以促进减排效果明显的分布式供能系统替代高排放的燃气锅炉系统。

5 结论和建议

1）上海的方案更适应于燃气分布式供能机组

全国方案中对于燃气机组的配额指标，是基于当前燃气轮机及热电联产机组实际排放参数统计处理的结果，并不适用于基于内燃机的分布式供能机组，因此在分配方案中明确燃气机组暂时豁免，本文中的测算只是一种参考。

上海的配额分配方案，延续了全国的分配机制的原则，但在行业上做了拓展和分类，单列了供热企业，包括纯供热和燃气分布式机组，因此可适用于分布式供能系统的配额分配，这个变化使得上海方案对于燃气分布式机组的配额分配更为科学。因此，上海方案更适用于燃气分布式机组。

2）基于效率考核的配额机制有待于完善

不管全国方案还是上海方案，配额机制本质上考核的是同类机组的效率指标，当达到基准效率时，配额足够，反之则不足。不同机组之间没有引导和激励措施。

在上海方案中单列了供热机组，又对机组进行分类指标，延续了原来的考核分配思路，按机组类别分别给予配额指标，仅仅是促进同类机组的提效，而不同机组的排放性能没有考虑，无法推进供热产业的机组迭代更新以大幅度推进减排效果。

为进一步完善配额机制，有以下三点建议：

（1）在供热分类中不再分设不同机组的排放系数，把热作为一种产品，确定相应的排放核算界面，合理设定热产品的单一的排放系数，这样有利于推进供热行业技术改进和机组迭代，实现行业的进一步减排。

（2）对于燃气分布式机组的发电部分，建议不使用热电折算合并为综合供热量来计算的方式。采用综合供热量核算方式，单纯从热效率的角度进行核算,没有体现出分布式机组的发电优势以及带来的减排效应。

（3）实践中供热企业通常作为电力用户，采用了燃气分布式供能系统后，必然会少购入电力，因此其发电部分建议作为减少的外购电进行核算，这样比较真实体现燃气分布式供能的减排效应。

3）应用碳排放核算指导实践

不同的机组对应的是不同的碳排放，在项目建设和技术改造中，可以应用碳核算工具，进行技术路线和设备选型。

在不同的运行条件和模式下，机组供热呈现不同的运行效率，在日常运行中可以根据配额的分析结果指导运行和考核，以达到更直接的节能减排效益。

配额机制的实施，必然对能源项目的建设和运行带来新的要求，倡导合理应用碳排放核算工具，是项目建设和运行管理的迫切需求。