碳达峰碳中和计算原理

Posted 2021-12-30 奋飛

偶然的机会参与到了公司新合作洽谈的业务中。新的业务是“双碳”，作为技术人员和中国双碳协会有了一次正式的沟通机会。在这过程中，第一次和国家宏观政策如此近距离，对于自己来说，是一次小白的学习之旅。本文主要想讲述一下关于“双碳”的基本概念，以及作为一名技术人员，对其中公式及底层逻辑的梳理。

2020年9月22日，中国政府在第七十五届联合国大会上提出：“中国将提高国家自主贡献力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和。”

上述提到的“双碳”，正是指：碳达峰、碳中和。

碳达峰： 是指某个地区或行业，年度温室气体排放量达到历史最高值，是温室气体排放量由增转降的历史拐点，标志着经济发展由高耗能、高排放向清洁、低能耗模式的转变。
碳中和： 是指某个地区在一定时间内（一般指一年），人类活动直接和间接排放的碳总量，与通过植树造林、工业固碳等吸收的碳总量相互抵消，实现碳净零排放。

衡量一国经济同碳排放量之间的关系采用“碳排放强度”，该指标在当下具有重要的发展意义。(关于其重大意义，推荐林超所长的分享)
碳排放强度： 是指单位国民生产总值（GDP）的增长所产生的二氧化碳排放量。
$$碳排放强度=碳排放量/GDP$$

计算基准

人类生产生活中排出的各类温室气体。为了便于统计计算，人们把这些温室气体按照影响程度不同，折算成二氧化碳当量，所以大家常常用二氧化碳指代温室气体。

碳排放量

碳排放量是指在生产、运输、使用及回收该产品时所产生的平均温室气体排放量。

标准煤

$$1千克标准煤=2.493千克二氧化碳$$

热值为 7000千卡/千克（29307 千焦/千克，即 $7000\ast 4.186$） 的煤炭。由于煤炭、石油、天然气、电力及其他能源的发热量不同，为了使它们能够进行比较，以便计算、考察国民经济各部门的能源消费量及其利用效果，通常采用标准煤这一标准折算单位。

$$能源折标准煤系数=某种能源实际热值（千卡/千克）/7000（千卡/千克）$$

能源名称	平均低位发热量	折标准煤系数
原煤	20 908 kJ/kg（5 000 kcal/kg）	0.714 3 kgce/kg
汽油	43 070 kJ/kg（10 300 kcal/kg）	1.471 4 kgce/kg
柴油	42 652 kJ/kg（10 200 kcal/kg）	1.457 1 kgce/kg
原油	41 816 kJ/kg（10 000 kcal/kg）	1.428 6 kgce/kg

低位发热量因为最接近工业锅炉燃烧时的实际发热量，常用于设计计算。

平均热值也称平均发热量，指不同种类或品种的能源实测发热量的加权平均值。

$$平均热值（千卡/千克）=\Sigma [某种能源实测低位发热量（千卡/千克）\times 该能源数量（吨）]/能源总量（吨）$$

引自：我国现行的各种能源折标准煤参考系数国家标准

$$1卡路里（kcal）\approx 0.004186千焦（kJ）=4.186焦耳$$

$$1kJ=1/4.186=0.2389kcal$$

示例：以汽油为例

$$\begin{gathered} 43070（kJ/kg）/4.186\approx 10289（kcal/kg）\approx 10300（kcal/kg） \\ 10300（kcal/kg）/7000(kcal/kg)\approx 1.4714(kgce/kg) \end{gathered}$$

基础原理

能力守恒

可以将各种能源转化成标准煤（同样热量需要各自物质的质量）。

标准煤系数计算： 1kg 汽油等于多少标准煤（热量相等）

标准煤：7000 kcal/kg
汽油：10300 kcal/kg

$$10300/7000=1.4714$$

即：1kg汽油产生的热量 等于 1.4714kg标准煤产生的热量。

元素守恒

二氧化碳 $C{O}_2$ 分子量为 $$12+16\ast 2=44$$

碳 $C$ 分子量为 12

二氧化碳与碳的比值：$$44/12=3.6667$$

计算碳排放量理论上只需要知道各种能源碳含量多少即可；现实中碳不一定被氧化，因此再乘以碳氧化率。