热力发电

项目	平均值	相对标准不确定度/%
CO₂体积分数/%	3.690	0.044
烟气流速/(m·s^–1)	13.541	0.154
温度/K	354.278	0.007
压力/kPa	999.918	9.979×10^–5
湿度/%	7.261	0.071

项目

平均值

相对标准不确定度/%

CO₂体积分数/%

3.690

0.044

烟气流速/(m·s^–1)

13.541

0.154

温度/K

354.278

0.007

压力/kPa

999.918

9.979×10^–5

湿度/%

7.261

0.071

项目	平均值	相对标准不确定度/%
CO₂体积分数/%	3.690	0.044
烟气流速/(m·s^–1)	13.541	0.154
温度/K	354.278	0.007
压力/kPa	999.918	9.979×10^–5
湿度/%	7.261	0.071

项目

平均值

相对标准不确定度/%

CO₂体积分数/%

3.690

0.044

烟气流速/(m·s^–1)

13.541

0.154

温度/K

354.278

0.007

压力/kPa

999.918

9.979×10^–5

湿度/%

7.261

0.071

项目	线性误差	零点漂移	量程漂移	合成不确定度
不确定度分量（量程0~5%）/%	0.78	0.78	0.78	1.36
不确定度分量（量程0~25%）/%	3.91	3.91	3.91	6.78

项目

线性误差

零点漂移

量程漂移

合成不确定度

不确定度分量（量程0~5%）/%

0.78

1.36

不确定度分量（量程0~25%）/%

3.91

6.78

项目	线性误差	零点漂移	量程漂移	合成不确定度
不确定度分量（量程0~5%）/%	0.78	0.78	0.78	1.36
不确定度分量（量程0~25%）/%	3.91	3.91	3.91	6.78

项目

线性误差

零点漂移

量程漂移

合成不确定度

不确定度分量（量程0~5%）/%

0.78

1.36

不确定度分量（量程0~25%）/%

3.91

6.78

	皮托管系数	静压	动压	大气压力	速度场系数	合成不确定度
不确定度分量/%	0.69	0.29	0.29	0.29	1.76	1.96

皮托管
系数

静压

动压

大气
压力

速度场
系数

合成
不确定度

不确定度分量/%

0.69

0.29

1.76

1.96

	皮托管系数	静压	动压	大气压力	速度场系数	合成不确定度
不确定度分量/%	0.69	0.29	0.29	0.29	1.76	1.96

皮托管
系数

静压

动压

大气
压力

速度场
系数

合成
不确定度

不确定度分量/%

0.69

0.29

1.76

1.96

项目	平均值	相对标准不确定度/%	相对合成不确定度/%
c(CO₂)/%	3.690	0.044	1.360	1.356
v/(m·s^–1)	13.523	0.154	1.956	1.962
T/K	354.282	0.231	0.226	0.324
p/kPa	999.918	8.569×10^–5	0.040	0.040
$φ H 2 O / %$	7.261	0.071	0.577	0.582
E/t	112.976			2.476
U				4.952（k=2）

项目

平均值

相对标准不确定度/%

相对合成
不确定度/%

A类

B类

c(CO₂)/%

3.690

0.044

1.360

1.356

v/(m·s^–1)

13.523

0.154

1.956

1.962

T/K

354.282

0.231

0.226

0.324

p/kPa

999.918

8.569×10^–5

0.040

φ H 2 O / %

7.261

0.071

0.577

0.582

E/t

112.976

2.476

4.952（k=2）

项目	平均值	相对标准不确定度/%	相对合成不确定度/%
c(CO₂)/%	3.690	0.044	1.360	1.356
v/(m·s^–1)	13.523	0.154	1.956	1.962
T/K	354.282	0.231	0.226	0.324
p/kPa	999.918	8.569×10^–5	0.040	0.040
$φ H 2 O / %$	7.261	0.071	0.577	0.582
E/t	112.976			2.476
U				4.952（k=2）

项目

平均值

相对标准不确定度/%

相对合成
不确定度/%

A类

B类

c(CO₂)/%

3.690

0.044

1.360

1.356

v/(m·s^–1)

13.523

0.154

1.956

1.962

T/K

354.282

0.231

0.226

0.324

p/kPa

999.918

8.569×10^–5

0.040

φ H 2 O / %

7.261

0.071

0.577

0.582

E/t

112.976

2.476

4.952（k=2）

负荷段	平均负荷/MW	时段	有效数据点
240 MW（b）	240.44	6月2日02:00—02:59	55
300 MW	300.35	6月28日20:00—20:59	58
360 MW	360.41	6月7日19:00—19:59	58
380 MW（a）	380.48	6月1日09:00—09:59	59
380 MW（b）	383.59	7月28日01:00—01:59	60
390 MW	387.21	5月31日21:00—21:59	58

负荷段

平均负荷/MW

时段

有效数据点

240 MW（b）

240.44

6月2日02:00—02:59

300 MW

300.35

6月28日20:00—20:59

360 MW

360.41

6月7日19:00—19:59

380 MW（a）

380.48

6月1日09:00—09:59

380 MW（b）

383.59

7月28日01:00—01:59

390 MW

387.21

5月31日21:00—21:59

负荷段	平均负荷/MW	时段	有效数据点
240 MW（b）	240.44	6月2日02:00—02:59	55
300 MW	300.35	6月28日20:00—20:59	58
360 MW	360.41	6月7日19:00—19:59	58
380 MW（a）	380.48	6月1日09:00—09:59	59
380 MW（b）	383.59	7月28日01:00—01:59	60
390 MW	387.21	5月31日21:00—21:59	58

负荷段

平均负荷/MW

时段

有效数据点

240 MW（b）

240.44

6月2日02:00—02:59

300 MW

300.35

6月28日20:00—20:59

360 MW

360.41

6月7日19:00—19:59

380 MW（a）

380.48

6月1日09:00—09:59

380 MW（b）

383.59

7月28日01:00—01:59

390 MW

387.21

5月31日21:00—21:59

项目	平均值	相对标准不确定度%	相对合成不确定度%
240 MW（b）	c(CO₂)/%	3.679	0.105	1.359	1.359
v/(m·s^–1)	13.678	0.412	1.956	1.999
T/K	360.309	0.222	0.222	0.314
p/kPa	999.887	0.000 27	0.040	0.040
$φ H 2 O$ /%	8.343	0.058	0.577	0.580
E/t	110.608			2.506
U				5.012（k=2）
300 MW	c(CO₂)/%	3.844	0.017	1.301	1.301
v/(m·s^–1)	15.509	0.484	1.956	2.015
T/K	361.163	0.221	0.222	0.313
p/kPa	999.842	0.000 33	0.040	0.040
$φ H 2 O$ /%	8.582	0.093	0.577	0.585
E/t	130.709			2.489
U				4.978（k=2）
360 MW	c(CO₂)/%	4.070	0.000	1.229	1.229
v/(m·s^–1)	17.731	0.413	1.956	2.015
T/K	346.167	0.219	0.220	0.310
p/kPa	999.806	0.000 41	0.040	0.040
$φ H 2 O$ /%	9.115	0.117	0.577	0.589
E/t	155.503			2.439
U				4.878（k=2）
380 MW（a）	c(CO₂)/%	3.996	0.327	1.251	1.255
v/(m·s^–1)	18.295	0.457	1.956	2.009
T/K	364.370	0.219	0.220	0.310
p/kPa	999.799	0.000 38	0.040	0.040
$φ H 2 O$ /%	8.841	0.097	0.577	0.585
E/t	158.082			2.460
U				4.920（k=2）
380 MW（b）	c(CO₂)/%	3.971	0.008	1.259	1.259
v/(m·s^–1)	18.597	0.394	1.956	1.995
T/K	364.271	0.220	0.220	0.311
p/kPa	999.754	0.000 44	0.040	0.040
$φ H 2 O$ /%	8.632	0.010	0.577	0.577
E/t	160.690			2.449
U				4.898（k=2）
390 MW	c(CO₂)/%	4.070	0.006	1.228	1.228
v/(m·s^–1)	18.611	0.037	1.956	1.966
T/K	364.391	0.223	0.220	0.313
p/kPa	999.760	0.000 16	0.040	0.040
$φ H 2 O$ /%	9.326	0.209	0.577	0.614
E/t	163.257			2.419
U				4.838（k=2）

项目

平均值

相对标准不确定度%

相对合成不确定度%

A类

B类

240 MW（b）

c(CO₂)/%

3.679

0.105

1.359

v/(m·s^–1)

13.678

0.412

1.956

1.999

T/K

360.309

0.222

0.314

p/kPa

999.887

0.000 27

0.040

φ H 2 O

8.343

0.058

0.577

0.580

E/t

110.608

2.506

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300 MW

c(CO₂)/%

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0.484

1.956

2.015

T/K

361.163

0.221

0.222

0.313

p/kPa

999.842

0.000 33

0.040

φ H 2 O

8.582

0.093

0.577

0.585

E/t

130.709

2.489

4.978（k=2）

360 MW

c(CO₂)/%

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0.000

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v/(m·s^–1)

17.731

0.413

1.956

2.015

T/K

346.167

0.219

0.220

0.310

p/kPa

999.806

0.000 41

0.040

φ H 2 O

9.115

0.117

0.577

0.589

E/t

155.503

2.439

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380 MW（a）

c(CO₂)/%

3.996

0.327

1.251

1.255

v/(m·s^–1)

18.295

0.457

1.956

2.009

T/K

364.370

0.219

0.220

0.310

p/kPa

999.799

0.000 38

0.040

φ H 2 O

8.841

0.097

0.577

0.585

E/t

158.082

2.460

4.920（k=2）

380 MW（b）

c(CO₂)/%

3.971

0.008

1.259

v/(m·s^–1)

18.597

0.394

1.956

1.995

T/K

364.271

0.220

0.311

p/kPa

999.754

0.000 44

0.040

φ H 2 O

8.632

0.010

0.577

E/t

160.690

2.449

4.898（k=2）

390 MW

c(CO₂)/%

4.070

0.006

1.228

v/(m·s^–1)

18.611

0.037

1.956

1.966

T/K

364.391

0.223

0.220

0.313

p/kPa

999.760

0.000 16

0.040

φ H 2 O

9.326

0.209

0.577

0.614

E/t

163.257

2.419

4.838（k=2）

项目	平均值	相对标准不确定度%	相对合成不确定度%
240 MW（b）	c(CO₂)/%	3.679	0.105	1.359	1.359
v/(m·s^–1)	13.678	0.412	1.956	1.999
T/K	360.309	0.222	0.222	0.314
p/kPa	999.887	0.000 27	0.040	0.040
$φ H 2 O$ /%	8.343	0.058	0.577	0.580
E/t	110.608			2.506
U				5.012（k=2）
300 MW	c(CO₂)/%	3.844	0.017	1.301	1.301
v/(m·s^–1)	15.509	0.484	1.956	2.015
T/K	361.163	0.221	0.222	0.313
p/kPa	999.842	0.000 33	0.040	0.040
$φ H 2 O$ /%	8.582	0.093	0.577	0.585
E/t	130.709			2.489
U				4.978（k=2）
360 MW	c(CO₂)/%	4.070	0.000	1.229	1.229
v/(m·s^–1)	17.731	0.413	1.956	2.015
T/K	346.167	0.219	0.220	0.310
p/kPa	999.806	0.000 41	0.040	0.040
$φ H 2 O$ /%	9.115	0.117	0.577	0.589
E/t	155.503			2.439
U				4.878（k=2）
380 MW（a）	c(CO₂)/%	3.996	0.327	1.251	1.255
v/(m·s^–1)	18.295	0.457	1.956	2.009
T/K	364.370	0.219	0.220	0.310
p/kPa	999.799	0.000 38	0.040	0.040
$φ H 2 O$ /%	8.841	0.097	0.577	0.585
E/t	158.082			2.460
U				4.920（k=2）
380 MW（b）	c(CO₂)/%	3.971	0.008	1.259	1.259
v/(m·s^–1)	18.597	0.394	1.956	1.995
T/K	364.271	0.220	0.220	0.311
p/kPa	999.754	0.000 44	0.040	0.040
$φ H 2 O$ /%	8.632	0.010	0.577	0.577
E/t	160.690			2.449
U				4.898（k=2）
390 MW	c(CO₂)/%	4.070	0.006	1.228	1.228
v/(m·s^–1)	18.611	0.037	1.956	1.966
T/K	364.391	0.223	0.220	0.313
p/kPa	999.760	0.000 16	0.040	0.040
$φ H 2 O$ /%	9.326	0.209	0.577	0.614
E/t	163.257			2.419
U				4.838（k=2）

项目

平均值

相对标准不确定度%

相对合成不确定度%

A类

B类

240 MW（b）

c(CO₂)/%

3.679

0.105

1.359

v/(m·s^–1)

13.678

0.412

1.956

1.999

T/K

360.309

0.222

0.314

p/kPa

999.887

0.000 27

0.040

φ H 2 O

8.343

0.058

0.577

0.580

E/t

110.608

2.506

5.012（k=2）

300 MW

c(CO₂)/%

3.844

0.017

1.301

v/(m·s^–1)

15.509

0.484

1.956

2.015

T/K

361.163

0.221

0.222

0.313

p/kPa

999.842

0.000 33

0.040

φ H 2 O

8.582

0.093

0.577

0.585

E/t

130.709

2.489

4.978（k=2）

360 MW

c(CO₂)/%

4.070

0.000

1.229

v/(m·s^–1)

17.731

0.413

1.956

2.015

T/K

346.167

0.219

0.220

0.310

p/kPa

999.806

0.000 41

0.040

φ H 2 O

9.115

0.117

0.577

0.589

E/t

155.503

2.439

4.878（k=2）

380 MW（a）

c(CO₂)/%

3.996

0.327

1.251

1.255

v/(m·s^–1)

18.295

0.457

1.956

2.009

T/K

364.370

0.219

0.220

0.310

p/kPa

999.799

0.000 38

0.040

φ H 2 O

8.841

0.097

0.577

0.585

E/t

158.082

2.460

4.920（k=2）

380 MW（b）

c(CO₂)/%

3.971

0.008

1.259

v/(m·s^–1)

18.597

0.394

1.956

1.995

T/K

364.271

0.220

0.311

p/kPa

999.754

0.000 44

0.040

φ H 2 O

8.632

0.010

0.577

E/t

160.690

2.449

4.898（k=2）

390 MW

c(CO₂)/%

4.070

0.006

1.228

v/(m·s^–1)

18.611

0.037

1.956

1.966

T/K

364.391

0.223

0.220

0.313

p/kPa

999.760

0.000 16

0.040

φ H 2 O

9.326

0.209

0.577

0.614

E/t

163.257

2.419

4.838（k=2）

燃气电厂碳排放量在线监测法不确定度评定

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陈公达 ¹ , 傅诗万 ² , 蔡秀霞 ² , 黄泳如 ³ , 邹祥波 ¹^,⁴ , 叶骥 ¹ , 秦士伟 ¹ , 卢伟业 ⁵ , 陈小玄 ⁵ , 卢志民 ³ , 姚顺春 ³

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燃气电厂碳排放量在线监测法不确定度评定

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陈公达¹, 傅诗万², 蔡秀霞², 黄泳如³, 邹祥波¹^,⁴, 叶骥¹, 秦士伟¹, 卢伟业⁵, 陈小玄⁵, 卢志民³, 姚顺春³

作者信息

^1.广东能源集团科学技术研究院有限公司，广东　广州　510630

^2.广东粤华发电有限责任公司，广东　广州　510730

^3.华南理工大学电力学院，广东　广州　510640

^4.广东省能源集团有限公司，广东　广州　510730

^5.广东省特种设备检测研究院顺德检测院，广东　佛山　528300

陈公达（1990），男，博士，高级工程师，主要研究方向为火电CCUS技术、碳计量技术、烟气污染物控制技术、工业数据挖掘，chengongda@geg.com.cn。

通讯作者:

姚顺春（1983），男，博士，教授，博士生导师，主要研究方向为能源清洁转化过程的智能感知和调控，epscyao@scut.edu.cn。

Carbon emission uncertainty assessment by CEMS in gas-fired power plants

Gongda CHEN¹, Shiwan FU², Xiuxia CAI², Yongru HUANG³, Xiangbo ZOU¹^,⁴, Ji YE¹, Shiwei QIN¹, Weiye LU⁵, Xiaoxuan CHEN⁵, Zhimin LU³, Shunchun YAO³

Affiliations

^1.Guangdong Energy Group Science and Technology Research Institute Co., Ltd., Guangzhou 510630, China

^2.Guangdong Yuehua Power Generation Co., Ltd., Guangzhou 510730, China

^3.School of Electric Power, South China University of Technology, Guangzhou 510640, China

^4.Guangdong Energy Group Co., Ltd., Guangzhou 510730, China

^5.Guangdong Institute of Special Equipment Inspection and Research Shunde Branch, Foshan 528300, China

出版时间: 2025-01-25 doi: 10.19666/j.rlfd.202404127

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摘要

收起

碳市场的稳定运行依赖于碳排放数据的准确性，在线监测法作为碳排放数据核算的主要方法，其数据质量仍有待提高。不确定度评定是碳排放测量体系建设以及数据质量控制的重要环节，为了评估和提高碳排放在线监测系统数据质量，对某F级燃气机组的碳排放量在线监测数据进行不确定度评估。结果表明，碳排放量扩展不确定度为4.838%~5.012%（包含因子k=2），碳排放测量不确定度主要来源于烟气流速测量，其中速度场系数检测是烟气流速测量不确定度高的主要原因，且运行负荷对碳排放测量结果无明显影响。因此，提高烟气流速和CO₂测量仪器的精度或定期进行校准试验能有效降低碳排放测量不确定度，从而提高数据质量。

关键词

燃气电厂 / 在线监测 / 碳排放量 / 不确定度

Abstract

收起

The stable operation of carbon market depends on the accuracy of carbon emission data, and the data quality of continuous emission monitoring system (CEMS), as an adjunct to the accounting method, still needs to be improved. Uncertainty assessment is an important part of the construction of CEMS and data quality control. To assess and improve the data quality of CEMS, the uncertainty assessment of the carbon emission online monitoring data of an F-class gas unit was carried out. The results show that, the extended uncertainty of carbon emissions is 4.838%~5.012% (k=2), and the main source of uncertainty is the flow rate measurement, in which the velocity field coefficient detection is the main reason for the high uncertainty in the flow rate measurement, and the operating load does not have a more obvious effect on the results. Therefore, improving the accuracy of flow rate and concentration measurement instruments or conducting regular calibration tests can effectively reduce the uncertainty and improve data quality.

Key words

gas-fired power plant / online monitoring / carbon emission / uncertainty

引用本文

陈公达, 傅诗万, 蔡秀霞, 黄泳如, 邹祥波, 叶骥, 秦士伟, 卢伟业, 陈小玄, 卢志民, 姚顺春. 燃气电厂碳排放量在线监测法不确定度评定. 热力发电, 2025 , 54 (1) : 145 -152 . DOI: 10.19666/j.rlfd.202404127

Gongda CHEN, Shiwan FU, Xiuxia CAI, Yongru HUANG, Xiangbo ZOU, Ji YE, Shiwei QIN, Weiye LU, Xiaoxuan CHEN, Zhimin LU, Shunchun YAO. Carbon emission uncertainty assessment by CEMS in gas-fired power plants[J]. Thermal Power Generation, 2025 , 54 (1) : 145 -152 . DOI: 10.19666/j.rlfd.202404127

正文

收起

碳市场是落实“碳达峰、碳中和”目标的重要工具，也是推动绿色低碳发展的重要举措，全国碳市场自2021年正式启动以来，截至2023年6月碳排放配额累计成交量达到2.38亿t^[1]，已是全球规模最大的碳市场。碳交易市场和机制高效运行发展的重要基础是客观、准确且具有公信力的碳排放数据。碳排放量量化方法主要分为核算法与在线监测法，其中核算法是我国现行的碳计量方法。核算法具有时效性差、易造假等缺陷，不利于碳交易市场的稳步运行；而在线监测法具有时效性高、数据同步上传等优势，成为提高碳排放数据时效性与准确性的方法之一。生态环境部提出遵循“核算为主、监测为辅”的原则，并首先在火力发电行业进行在线监测法应用的探索。在线监测法近年来在国内发展迅速，但是其与核算法的可比性较差，2种方法的计量结果之间仍存在偏差^[2-4]。在线监测法的测量点一般位于烟囱，而大多数烟囱管道直径较大，内部烟气流场复杂，这样会造成烟气流量测量的不准确^[5]，从而降低在线监测数据的质量。

发电行业是最主要的碳排放行业，也是首批纳入碳交易市场的重点行业之一，但其在线监测法与核算法的碳排放量结果之间存在一定差异。国外对这方面研究时间较长并累积了大量分析案例，基于大样本的碳排放量偏差不大，基本在6%以内^[6-8]；对于个别电厂或机组，2种方法碳排放量计量结果存在较大的差异，最大偏差能达到30%以上^[7,9-10]。在线监测法在国内也在稳步发展，不少学者对在线监测设备、数据可比性等方面进行研究，发现2种碳计量方法之间仍有一定的差异^[11-15]。因此需要首先实现对CO₂排放量进行准确可靠的计量，并设定适当的不确定性水平，为其他行业提供参考。

欧美国家在线监测技术发展较为成熟，特别是在数据质量评定上。欧盟虽然以核算法作为主要碳排放量计算方法，但仍对烟气在线连续监测系统（CEMS）的数据质量要求做出规定，对不同排放量排放源不确定度要求在2.5%~10.0%^[16-18]。对于CO₂的数据质量，文献几乎一致认为其数据不确定度较低，一般在0~2%之间^[7,9-10]；而对于烟气流速的数据质量，由于实际环境复杂，烟囱直径较大，流速测量数据采集时可能会存在较大的不稳定性，不确定度在0~10%之间^[9-10,19]。Bryant等人^[19]在模拟固定污染源排放的管道中利用皮托管进行流速测量，并对测量结果进行不确定度分析，结果表明，在低流速时压差测量的不确定度较大导致对流速不确定度影响较大。Kang等人^[20]使用误差传递法和蒙特卡洛法评定S型皮托管测量烟气流量的不确定度，考虑皮托管系数、动力压差、烟气温度、烟囱直径等参数分析不确定度来源，发现其不确定度的主要来源是流速测量。Lee等人^[10]评估在线监测法对某企业温室气体排放量计量时的不确定度，结果显示，不确定度主要源于体积流量的测量，而这其中动力压差所引入的不确定度最大。在碳排放量在线监测过程中，流量的不确定度较大使得在线监测法的数据质量仍有待提升。

2023年2月6日，国务院印发《质量强国建设纲要》提出，建立健全“碳达峰、碳中和”目标标准计量体系，推动建立国际互认的碳计量基标准、碳监测及效果评估机制。不确定度评定是碳排放测量体系建设以及数据质量控制的重要一环。相比之下，国内的研究起步晚，少量评定CEMS不确定度的研究，大都集中于气体浓度测量方面^[21-24]，包括污染物浓度与CO₂浓度。仅有极少数学者对燃煤机组的碳排放量不确定度及其来源进行分析研究。杨美昭^[25]基于误差传递法建立不确定度分析模型，对比分析若干燃煤发电企业不同方法下得到的碳排放量及其不确定度，发现在线监测法结果的不确定度最小，其扩展相对不确定度在4.96%~5.22%，且流量测量的精度是不确定度的主要来源。对于不同电厂的不同机组，碳排放在线测量的不确定度来源可能有所差异。郭振等^[26]通过搭建碳排放连续在线监测平台模拟在线监测过程并评定其结果的不确定度，结果表明不确定度主要来源是环境温度引起的系统误差。这与前述论文结果有差异，说明不同的在线监测系统在运行过程中碳排放量测量的不确定度主要来源有所不同。

目前国内对于火电机组碳排放量的研究主要针对燃煤机组，对燃气机组的研究相对较少，且主要是使用蒙特卡洛模型对核算碳排放数据进行不确定度评定^[27]。不仅少有在线监测法碳排放量不确定度的分析，也缺少机组运行负荷对碳排放量不确定度量化影响的研究。因此，有必要对企业或者机组在线监测法的不确定度进行量化并分析具体的不确定度来源，以提高碳排放数据的质量，保障碳交易市场的稳定运行，同时可以为企业提供改善在线监测数据质量的思路。本文以某423 MW F级燃气机组为例，评定其碳排放在线监测数据的不确定度，分析其中主要不确定度来源，并探究负荷对不确定度评定的影响。

1　碳排放量不确定度评定方法

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1.1　不确定度评定方法

本文使用误差传递法（guide to the uncertainty in measurement，GUM）评定在线监测法碳排放量的不确定度，根据《测量不确定度评定与表示》（JJF 1059.1—2012）^[28]，不确定度分为A类不确定度和B类不确定度。

A类不确定度是对测量数据进行统计分析的方法，以实验标准偏差作为表征。估计值的标准不确定度

u (x ¯)

计算公式为：

u (x ¯) = ∑ (x i − x ¯) 2 n (n − 1)

(1)

式中：x_i为第i次测量结果；

x ¯

为测量结果的平均值；n为测量次数。

B类不确定度评定是用不同于A类不确定度评定的方法对测量不确定度分量进行评定，可以基于测量仪器的校准证书、检定报告或出厂说明书等。通常情况下需要假设被测量的概率分布，根据概率分布和概率来确定包含因子k，其标准不确定度计算公式为：

u (x i) = a k

(2)

式中：u(x_i)为测量值的标准不确定度；a为被测量可能值区间的半宽度，对于一般测量仪器是量程与精度乘积；k为对应包含概率的包含因子。

在碳排放量的计算中，一般认为各个不确定度是不相关的，可以由式(3)得到合成不确定度：

u c (y)= ∑ u 2 (x i)

(3)

式中：u_c(y)为测量值的合成不确定度。

求得合成不确定度后，为了使测量结果大部分落于某区间内，通常按式(4)求扩展不确定度：

U = u c (y) × k

(4)

式中：U为被测量的扩展不确定度，%；k为包含因子，对于不确定度分量较多且大小接近时，可估计为正态分布，在95%的包含概率下，k=2。

1.2　碳排放量测量模型

CO₂排放速率计算公式为：

E = Q × c (CO 2) × 10 − 9

(5)

式中：E为CO₂排放速率，t/h；Q为平均标干流量，m³/h；c(CO₂)为一段时间内的平均CO₂质量浓度，mg/m³。

干烟气流量计算公式为：

Q = S × ν × p 101 325 × 273.15 T × (1 − φ H 2 O)

(6)

式中：S为测量截面面积，m²；v为平均流速，m/s；p为烟气压力，Pa；T为烟气温度，K；

φ H 2 O

为烟气湿度，%。

该电厂流速测量原理为皮托管差压法，皮托管测量流速计算公式为：

v = k p 2 Δ p d ρ s

(7)

式中：∆p_d为压差，Pa；ρ_s为烟气密度，kg/m³；k_p为皮托管系数，在本文取0.84。

1.3　不确定度来源分析

根据上述在线监测碳排放量的数学模型以及《测量不确定度评定与表示》可知，不确定度分为由参数重复测量过程引入的A类不确定度与由仪器设备引起的B类不确定度。考虑CO₂质量浓度、烟气流速、烟气温度等参数^[20-25]，碳排放量不确定度来源如图1所示。

2　研究数据选取

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某燃气电厂1号机组为423 MW的F级燃气-蒸汽联合循环发电机组，已安装的CEMS日常数据采集周期为1 min。以1 h为单位选取4—7月240~390 MW的稳定运行数据，数据包括烟气流速、湿度、温度、压力以及CO₂体积分数。

利用滑动窗口法对选择负荷段进行计算，以3为窗口大小计算负荷平均值以及标准差，以标准差小于1 MW为判据确定稳定运行负荷段。在此基础上，剔除离群点后进行不确定度评定。

3　不确定度评定结果

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以2023年4月3日平均负荷为240 MW正常运行数据为例，在稳定运行时段中随机选取某1 h内的运行数据作为分析对象，评定在线监测法碳排放量的不确定度，分别计算CO₂体积分数、烟气流速、烟气温度、烟气压力以及烟气湿度的A类不确定度以及B类不确定度，最终得到合成不确定度与扩展不确定度。

选取4月3日13:00—13:59期间60个数据点（图2），其中标红数据点为明显离群点，剔除异常数值后剩余55个数据点，对其进行A类不确定度评定。

3.1　A类不确定度

3.1.1　测量重复性的不确定度

各参数的测量重复性由A类不确定度进行评定，以选定时间段内的各参数平均值作为实测值，根据式(1)计算其不确定度与相对不确定度，得到表1。

从表1可以看到，烟气流速测量重复性所引入的不确定度最大，其次是湿度测量的重复性，二者均影响干烟气流量的换算。这表明，烟气流量在测量上的波动相较其他参数而言更大，会对碳排放量带来更大的影响。

3.1.2　测量误差的不确定度

该电厂对温度进行定期的参比试验，试验采用崂应3012H自动烟尘（气）测试仪测量烟气温度，通过参比试验引入的测量误差计算公式为：

N m = | d ¯ | + c c

(8)

c c = t f, 0.95 S d n

(9)

式中：N_m为测量误差；

d ¯

为绝对误差的平均值；c_c为置信系数；t_f,0.95为95%置信水平的t值，查表获得；S_d为绝对误差的标准偏差；n为数据对个数。

根据参比方法计算得到置信系数为0.689 K，测量误差为1.589 K，假设为正态分布，包含因子取2，则由测量误差所引入不确定度为0.795 K。

3.2　B类不确定度

3.2.1　CO₂体积分数测量的B类不确定度

该电厂CO₂体积分数测量使用某红外线气体分析仪。查阅仪器说明书：该仪器线性误差≤1%FS，零点漂移≤1%FS，量程漂移≤1%FS，仪器量程为0~5%与0~25%，假设满足均匀分布，包含因子

k = 3

，则相对不确定度分量结果见表2。

当仪器量程选择0~5%时，由于线性误差、零点漂移以及量程漂移引入的合成不确定度为1.36%；当量程选择0~25%，合成不确定度为6.78%。选择大量程测量CO₂体积分数时，会引入较大的不确定度，使得在线监测数据质量下降，同时会使不确定度主要来源改变。对于燃气电厂，建议使用0~5%的量程测量CO₂体积分数，降低不确定度分量从而提高数据质量。下文以0~5%量程下的不确定度作为CO₂体积分数测量的B类不确定度进行讨论。

3.2.2　流速测量的B类不确定度

该电厂流速测量使用的是PS7400型烟气排放连续监测分析系统，流速测量原理为皮托管差压法，皮托管系数取0.84，最大误差不超过±0.01，假设为均匀分布，包含因子

k = 3

，则相对不确定度分量为0.69%。静压传感器、动压传感器以及大气压力传感器测量准确度均为0.5%，按均匀分布，包含因子取

k = 3

，相对不确定度分量均为0.29%。

电厂定期开展速度场系数检测，参比使用的是青岛崂山3012H流量计，测量原理是皮托管差压法。根据最近一次的检测结果，速度场系数的相对偏差为1.76%，符合速度场精密度小于8%的要求。流速测量的B类不确定度结果见表3。

对于流速来说，B类不确定度的主要来源是速度场系数的检测，其次是皮托管系数。当默认手工测点温度与CEMS测点温度相同时，速度场系数实际上就是2个测点动压的平方根之比^[29]，这就恰恰说明影响流速测量不确定度的因素仍然是动压的测量，这也得到了与前述文献相似的不确定度主要来源结论^[20]。

3.2.3　温度测量的B类不确定度

该电厂烟气温度测量使用的是PS7400型烟气排放连续监测系统，测温元件为铂电阻。根据电厂提供的仪器检定报告，不确定度为1.6 ℃，k=2，则标准不确定度为0.8 ℃。

3.2.4　压力测量的B类不确定度

该电厂烟气压力测量使用的是罗斯蒙特3501C压力变送器，根据仪器说明书，该压力变送器的总体性能准确度为±0.14%FS，量程为-248.64~248.64 kPa，假设为均匀分布，包含因子取

k = 3

，不确定度分量为0.04%。

3.2.5　湿度测量的B类不确定度

该电厂烟气湿度测量使用的是PS7400型烟气排放连续监测分析系统，根据湿度分析仪说明书，精确度为±1%，假设为均匀分布，包含因子

k = 3

，则不确定度为0.58%。

3.3　CO₂排放量的不确定度

由于CO₂体积分数、烟气流速及其他各参数之间无相关性，则CO₂排放量合成相对不确定度计算如式(10)，计算得到相对合成不确定度为2.476%，并以k=2计算扩展相对不确定度，扩展相对不确定度为4.952%（k=2），计算结果见表4。

u (E) = u 2 (c (CO 2)) + u 2 (v) + u 2 (p) + u 2 (T) + u 2 (φ H 2 O)

(10)

式中：u(E)为碳排放量的标准不确定度；u(c(CO₂))为CO₂体积分数的标准不确定度；u(v)为烟气流速的标准不确定度；u(p)为烟气压力的标准不确定度；u(T)为烟气温度的标准不确定度；u(

φ H 2 O

)为烟气湿度的标准不确定度。

流速测量扩展不确定度为3.9%左右，这与前述学者研究结论相一致^[9-10,19]；而CO₂体积分数扩展不确定度为2.72%左右，略高于文献[7,9-10,25]研究结果，这是由于本文使用的仪器精度为说明书给出的最大范围，而前述研究中均对浓度分析仪进行校准测试得到对应的零点漂移、线性漂移等数值。

从表4可以看出，碳排放量的不确定度主要来源是烟气流速，在这其中，B类不确定度为主要不确定度来源，这也验证了前述研究结论^[20,25]，可见提高测量仪器精度或者定期进行校准试验可以有效降低碳排放量测量的不确定度。

4　不同负荷段下的不确定度评定

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为了更好地比较各个负荷段下，碳排放量的不确定度来源是否有差异，随机选取了机组运行时的常见负荷段240、300、360、380、390 MW下数据计算对应不确定度，数据选择情况如表5所示。为了区分同一负荷段下不同时段选取的数据集，以（a）、（b）作为区分标志。

在此基础上讨论其不确定度来源情况，不确定度评定结果如表6和图3所示。

对于A类不确定度，主要不确定度来源是烟气流速测量，其次是温度的测量；而对于B类不确定度，主要不确定度来源是烟气流速，其次是CO₂体积分数。在不同负荷下，碳排放量主要不确定度来源都是烟气流速的测量，其次是CO₂体积分数测量。

此外计算各负荷段不确定度的扩展不确定度为4.838%~5.012%（k=2），这与其他论文中得到的不确定度评定结果差异不大^[10,25]。

图4为扩展不确定度随时间变化情况。对比图3和图4可见，对于该机组，相对不确定度大小并没有因为负荷与时间变化而发生较大的改变，这是由于B类不确定度是主要不确定度来源，负荷不会对B类不确定度产生较大的影响。

5　结论

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通过对某燃气发电机组在线监测数据估算CO₂排放量结果进行不确定度评定发现，对于CO₂体积分数测量，测量仪器量程的选择对不确定度的计算会产生较大的影响。量程为0~25%时会引入超过6%的不确定度，而选择0~5%作为量程时则使得不确定度降低至1.5%以下。对于燃气电厂，CO₂体积分数一般小于5%，因此选择0~5%作为量程能有效降低CO₂体积分数测量的不确定度，从而提高在线监测数据质量。

对于该电厂，CO₂排放量不确定度主要来自流速测量的不确定度，扩展不确定度为3.932%~4.030%；其次是CO₂体积分数不确定度，扩展不确定度在2.456%~2.720%。流速不确定度与前述^{[7,9-10,20,25]}文献结论相似。计算得到该电厂在线监测结果的扩展相对不确定度为4.838%~5.012%（k=2）。在这之中，速度场系数是主要不确定度来源，速度场系数的变化体现了烟囱流场不稳定。因此，对不确定度影响最大的是流场的不稳定性。

另外，负荷与时间变化不会改变碳排放量不确定度的主要来源，该机组在不同稳定负荷段，烟气流量始终是在线监测碳排放量不确定度的主要来源。因此，提高烟气流量测量仪器的精度或定期进行校准试验有助于减小碳排放量不确定度，从而提高在线监测数据质量。

基金

收起

国家重点研发计划项目(2021YFF0601001)
广东省能源集团有限公司科技项目(GEG/AJS-22-002)

参考文献

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文献

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2025年第54卷第1期

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doi: 10.19666/j.rlfd.202404127

接收时间：2024-04-28
首发时间：2026-03-06
出版时间：2025-01-25

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作者

出版历史

收稿日期：2024-04-28

基金

National Key Research and Development Program(2021YFF0601001)

国家重点研发计划项目(2021YFF0601001)

Science and Technology Project of Guangdong Energy Group Co.,Ltd.(GEG/AJS-22-002)

广东省能源集团有限公司科技项目(GEG/AJS-22-002)

作者信息

^1.广东能源集团科学技术研究院有限公司，广东　广州　510630

^2.广东粤华发电有限责任公司，广东　广州　510730

^3.华南理工大学电力学院，广东　广州　510640

^4.广东省能源集团有限公司，广东　广州　510730

^5.广东省特种设备检测研究院顺德检测院，广东　佛山　528300

通讯作者:

姚顺春（1983），男，博士，教授，博士生导师，主要研究方向为能源清洁转化过程的智能感知和调控，epscyao@scut.edu.cn。

参考文献

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https://castjournals.cast.org.cn/joweb/rlfd/CN/10.19666/j.rlfd.202404127

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2种不同金属材料的力学参数

科 Family	属数 Number of genus	种数 Number of species	占总种数比例 Percentage of total species (%)	属 Genus	种数 Number of species	占总种数比例 Percentage of total species (%)
鹅膏菌科Amanitaceae	2	11	5.26	鹅膏菌属 Amanita	10	4.78
小菇科 Mycenaceae	2	12	5.74	丝盖伞属 Inocybe	5	2.39
多孔菌科 Polyporaceae	8	14	6.70	蜡蘑属 Laccaria	5	2.39
红菇科 Russulaceae	3	23	11.00	小皮伞属 Marasmius	6	2.87
				小菇属 Mycena	11	5.26
				光柄菇属 Pluteus	5	2.39
				红菇属 Russula	17	8.13
				栓菌属 Trametes	5	2.39

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TxT

项目	平均值	相对标准不确定度/%
CO₂体积分数/%	3.690	0.044
烟气流速/(m·s^–1)	13.541	0.154
温度/K	354.278	0.007
压力/kPa	999.918	9.979×10^–5
湿度/%	7.261	0.071

项目

平均值

相对标准不确定度/%

CO₂体积分数/%

3.690

0.044

烟气流速/(m·s^–1)

13.541

0.154

温度/K

354.278

0.007

压力/kPa

999.918

9.979×10^–5

湿度/%

7.261

0.071

项目	线性误差	零点漂移	量程漂移	合成不确定度
不确定度分量（量程0~5%）/%	0.78	0.78	0.78	1.36
不确定度分量（量程0~25%）/%	3.91	3.91	3.91	6.78

项目

线性误差

零点漂移

量程漂移

合成不确定度

不确定度分量（量程0~5%）/%

0.78

1.36

不确定度分量（量程0~25%）/%

3.91

6.78

	皮托管系数	静压	动压	大气压力	速度场系数	合成不确定度
不确定度分量/%	0.69	0.29	0.29	0.29	1.76	1.96

皮托管
系数

静压

动压

大气
压力

速度场
系数

合成
不确定度

不确定度分量/%

0.69

0.29

1.76

1.96

项目	平均值	相对标准不确定度/%	相对合成不确定度/%
c(CO₂)/%	3.690	0.044	1.360	1.356
v/(m·s^–1)	13.523	0.154	1.956	1.962
T/K	354.282	0.231	0.226	0.324
p/kPa	999.918	8.569×10^–5	0.040	0.040
$φ H 2 O / %$	7.261	0.071	0.577	0.582
E/t	112.976			2.476
U				4.952（k=2）

项目

平均值

相对标准不确定度/%

相对合成
不确定度/%

A类

B类

c(CO₂)/%

3.690

0.044

1.360

1.356

v/(m·s^–1)

13.523

0.154

1.956

1.962

T/K

354.282

0.231

0.226

0.324

p/kPa

999.918

8.569×10^–5

0.040

φ H 2 O / %

7.261

0.071

0.577

0.582

E/t

112.976

2.476

4.952（k=2）

负荷段	平均负荷/MW	时段	有效数据点
240 MW（b）	240.44	6月2日02:00—02:59	55
300 MW	300.35	6月28日20:00—20:59	58
360 MW	360.41	6月7日19:00—19:59	58
380 MW（a）	380.48	6月1日09:00—09:59	59
380 MW（b）	383.59	7月28日01:00—01:59	60
390 MW	387.21	5月31日21:00—21:59	58

负荷段

平均负荷/MW

时段

有效数据点

240 MW（b）

240.44

6月2日02:00—02:59

300 MW

300.35

6月28日20:00—20:59

360 MW

360.41

6月7日19:00—19:59

380 MW（a）

380.48

6月1日09:00—09:59

380 MW（b）

383.59

7月28日01:00—01:59

390 MW

387.21

5月31日21:00—21:59

项目	平均值	相对标准不确定度%	相对合成不确定度%
240 MW（b）	c(CO₂)/%	3.679	0.105	1.359	1.359
v/(m·s^–1)	13.678	0.412	1.956	1.999
T/K	360.309	0.222	0.222	0.314
p/kPa	999.887	0.000 27	0.040	0.040
$φ H 2 O$ /%	8.343	0.058	0.577	0.580
E/t	110.608			2.506
U				5.012（k=2）
300 MW	c(CO₂)/%	3.844	0.017	1.301	1.301
v/(m·s^–1)	15.509	0.484	1.956	2.015
T/K	361.163	0.221	0.222	0.313
p/kPa	999.842	0.000 33	0.040	0.040
$φ H 2 O$ /%	8.582	0.093	0.577	0.585
E/t	130.709			2.489
U				4.978（k=2）
360 MW	c(CO₂)/%	4.070	0.000	1.229	1.229
v/(m·s^–1)	17.731	0.413	1.956	2.015
T/K	346.167	0.219	0.220	0.310
p/kPa	999.806	0.000 41	0.040	0.040
$φ H 2 O$ /%	9.115	0.117	0.577	0.589
E/t	155.503			2.439
U				4.878（k=2）
380 MW（a）	c(CO₂)/%	3.996	0.327	1.251	1.255
v/(m·s^–1)	18.295	0.457	1.956	2.009
T/K	364.370	0.219	0.220	0.310
p/kPa	999.799	0.000 38	0.040	0.040
$φ H 2 O$ /%	8.841	0.097	0.577	0.585
E/t	158.082			2.460
U				4.920（k=2）
380 MW（b）	c(CO₂)/%	3.971	0.008	1.259	1.259
v/(m·s^–1)	18.597	0.394	1.956	1.995
T/K	364.271	0.220	0.220	0.311
p/kPa	999.754	0.000 44	0.040	0.040
$φ H 2 O$ /%	8.632	0.010	0.577	0.577
E/t	160.690			2.449
U				4.898（k=2）
390 MW	c(CO₂)/%	4.070	0.006	1.228	1.228
v/(m·s^–1)	18.611	0.037	1.956	1.966
T/K	364.391	0.223	0.220	0.313
p/kPa	999.760	0.000 16	0.040	0.040
$φ H 2 O$ /%	9.326	0.209	0.577	0.614
E/t	163.257			2.419
U				4.838（k=2）

项目

平均值

相对标准不确定度%

相对合成不确定度%

A类

B类

240 MW（b）

c(CO₂)/%

3.679

0.105

1.359

v/(m·s^–1)

13.678

0.412

1.956

1.999

T/K

360.309

0.222

0.314

p/kPa

999.887

0.000 27

0.040

φ H 2 O

8.343

0.058

0.577

0.580

E/t

110.608

2.506

5.012（k=2）

300 MW

c(CO₂)/%

3.844

0.017

1.301

v/(m·s^–1)

15.509

0.484

1.956

2.015

T/K

361.163

0.221

0.222

0.313

p/kPa

999.842

0.000 33

0.040

φ H 2 O

8.582

0.093

0.577

0.585

E/t

130.709

2.489

4.978（k=2）

360 MW

c(CO₂)/%

4.070

0.000

1.229

v/(m·s^–1)

17.731

0.413

1.956

2.015

T/K

346.167

0.219

0.220

0.310

p/kPa

999.806

0.000 41

0.040

φ H 2 O

9.115

0.117

0.577

0.589

E/t

155.503

2.439

4.878（k=2）

380 MW（a）

c(CO₂)/%

3.996

0.327

1.251

1.255

v/(m·s^–1)

18.295

0.457

1.956

2.009

T/K

364.370

0.219

0.220

0.310

p/kPa

999.799

0.000 38

0.040

φ H 2 O

8.841

0.097

0.577

0.585

E/t

158.082

2.460

4.920（k=2）

380 MW（b）

c(CO₂)/%

3.971

0.008

1.259

v/(m·s^–1)

18.597

0.394

1.956

1.995

T/K

364.271

0.220

0.311

p/kPa

999.754

0.000 44

0.040

φ H 2 O

8.632

0.010

0.577

E/t

160.690

2.449

4.898（k=2）

390 MW

c(CO₂)/%

4.070

0.006

1.228

v/(m·s^–1)

18.611

0.037

1.956

1.966

T/K

364.391

0.223

0.220

0.313

p/kPa

999.760

0.000 16

0.040

φ H 2 O

9.326

0.209

0.577

0.614

E/t

163.257

2.419

4.838（k=2）