温室气体在线监测项目方案

1.1 背景概述

全球气候变化问题日益严峻，其中导致全球温度上升的温室效应受到国际社会越来越多的重视，而温室气体的排放是温室效应产生的主导因素，自工业革命以来，人类活动对地球的影响逐步增强，特别是煤炭、石油及天然气等化石燃料的大量使用直接导致了全球温室气体浓度在近代以来大幅升高，带来了全球变暖、冰川融化和海平面上升等一系列严峻的环境气候问题。

相比于全球温室气体的排放形势，我国温室气体排放现状更加不容乐观，据统计人均碳排放量已经大大超过欧盟，总体排放量也远高于美国，CO2的排放量约占全球排放总量的30%。不管是面对国际社会的巨大政治压力还是从我国严峻的工业生产及能源结构形势考虑，碳减排都是当务之急。

1.1.1 我国“碳达峰、碳中和”现状分析

2020年9月和12月习近平总书记分别在第75届联合国大会一般性辩论会和气候雄心峰会上两次向全世界郑重宣布“中国力争2030年前碳排放达到峰值，2060年前实现碳中和”，2020年12月中央经济工作会议又将“碳达峰、碳中和”列为2021年度8大重点任务之一。今年3月份国家发布的十四五规划纲要中对碳排放做出了更加详细和明确的规划，提出制定2030年前碳达峰行动方案的要求。

碳达峰、碳中和的实现路径主要有两种：碳源减排和增加碳汇，而能否很好的评价以上两个“路径抓手”的进展质量是顺利开展相关工作的前提，这其中对温室气体气体含量的测度是相关评价工作的关键，2020年6月生态环境部发布的《生态环境监测规划纲要（2020-2035）》提出了将温室气体监测纳入常规监测体系统筹设计的规划，要求结合现有污染源监体系，探索开展排放源温室气体监测。综上所述，温室气体高可靠性监测技术的研究意义重大，主要体现在以下几个方面：

（1）研究温室气体在线监测技术，对与国际碳排放量核算技术的先进水平接轨及未来我国纳入国际碳市场有重要意义；

（2）用仪器测量法测度温室气体排放量可满足碳排放交易市场对排放量数据质量及时效性的需求，是目前计算法的有效补充，能大力推动碳排放市场的发展;

（3）开展温室气体监测技术装备研究，有利于加快推进我省温室气体监测体系的搭建，能更好评估“达峰行动方案”的实施质量，在国内碳排放管理大局中争取话语权有重要意义；

（4）目前在气象等领域已开展的温室气体监测技术大多采用国外产品，国产化率非常低，环境监测领域的相关监测系统搭建工作还未开始大力推动，亟需推动相关监测技术手段的国产化，解决“卡脖子”问题；

（5）温室气体监测是长期战略，有利支撑国家温室气体监测体系的建设，在国际上争取更权威的话语权；

（6）开展温室气体监测设备的研究和研发对于推动国内相关政策法规标准的完善有重要的意义。

1.1.2 国家出台的政策背景

• 2020年6月，国家环境部发布《生态环境监测规划纲要（2020-2035年）》，对温室气体监测做出如下要求：

（1）统筹实施地下水、水功能区、入河（海）排污口、海洋、农业面源和温室气体监测，建立与之相适应的生态环境监测体系；

（2）环境质量监测以掌握环境质量状况及其变化趋势为目的，涵盖大气、地表水、地下水、海洋、土壤、辐射、噪声、温室气体等全部环境要素；

（3）遵循“核算为主、监测为辅”的原则，在不大规模增加资金投入的前提下，将温室气体（包括CO2、CH4、SF6、HCFCs、NF3、N2O等）监测纳入常规监测体系统筹；

（4）结合现有污染源监测体系，探索开展排放源温室气体监测，在火电率先开展CO2在线监测试点工作，在氟化工行业开展HCFCs在线监测试点。

• 2021年1月，国家环境部发布《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》，对温室气体监测做出如下要求：

（1） 推动钢铁、建材、有色、化工、石化、电力、煤炭等重点行业的碳达峰工作；

（2） 加强畜禽养殖废弃物污染治理和综合利用，强化污水、垃圾等几种处置设施环境管理，协同控制甲烷、氧化亚氮等温室气体；

（3） 鼓励各地积极探索协同控制温室气体和污染物排放的创新举措和有效机制；

（4） 在重点排放源层面，试点开展石油天然气、煤炭开采等重点行业甲烷排放监测。在区域层面，探索大尺度区域甲烷、氢氟碳化物、六氟化硫、全氟化碳等非二氧化碳温室气体排放监测；

2 .  建设方案

2.1 建设原则

随着气候与环境问题的日益严峻以及人们环保意识的不断加强，温室气体的精确在线检测及分析正逐步凸显其重要的价值和意义，传统低精度、非在线检测分析方法已经难以满足日益增长的碳排放检测需求。新兴的光学检测技术随着计算机技术和光电检测技术的发展逐步成熟,其在检测距离、速度和测量的非接触等方面都有着明显的优势，适用于火力发电、水泥、能源和化工等工业过程固定排放源的连续监测,即对烟道内的烟气或烟囱所排烟气中的污染物浓度进行实时的在线监测。

在温室气体线监测系统的设计中，我方以技术先进、系统实用、性价比高、易维护、运行维护成本低作为基本原则。系统整体架构设计以简洁模块化为原则，涵盖系统主要职责与模块之间合理交互方式的建立，同时也兼顾设备管理的简洁性。

3 .  污染源温室气体排放连续监测系统介绍

3.1 系统介绍

本系统是针对温室气体在线监测系统设计，内部集成盘装式可调谐可调谐激光气体分析仪、搭配温压流一体机和湿度仪，可在线监测污染源排口的CO2、CH4、N2O等温室气体。系统具有结构简单，维护、安装方便，可靠性高、适应强等特点。

3.2 激光气体分析仪

基于可调谐半导体激光吸收光谱（TDLAS）技术开发的激光气体分析仪，是我公司目前针对国内外温室气体监测的政策需求自主研发的分析仪表，该分析仪可监测CO2、CH4、N2O等温室气体浓度，具有测量精度高、稳定性强、响应时间快、适用范围广等特点。

• 分析仪特点：

• 19英寸4U盘装机箱，机构小巧，方便集成；

• 采用TDLAS技术，消除了背景气体交叉干扰影响，测量精度高、漂移小；

• 采用多次反射光路技术，测量光程长，显著提高检测下限水平；

• 一体化结构设计，结构紧凑，可靠性高；

• 可同时监测三种组分、同屏显示；

• 智能化程度高，操作、维护方便；

• LCD屏显示，操作可通过手动机械按键方式操作，见简单方便。

3.3 烟气参数子系统

3.3.1 温压流一体化监测仪

温压流一体化监测仪拥有高精度微差压/静压传感器，同时配备反吹单元，是专门针对烟气排放连续监测的高粉尘、高温、高湿环境而开发的一体化温度、压力、流速监测仪，符合国家相关标准的要求，可以用于污染源挥发性有机物在线监测系统进行烟气温度、压力、流速及流量的实时连续测量。

• 优势

• 实时测量温度、压力、流速，并通过RS485数字信号输出，支持4～20mA；

• 流速检测可达2～40m/s；

• 采用高精密微差压变送器，自动零点校准，可灵活配置变送器维修更方便，良好的人机交互界面；

• 可适应高粉尘、高温、高湿等烟气场合；

• 流速测量精度高、可靠性好、可长期连续工作；

• 自身配备自动反吹单元，可定时反吹皮托管内的颗粒物；具备反吹保护功能；

• 结构紧凑，可直接安装在管道上。