客观、准确、具有公信力的碳排放计量数据是国家碳控排目标的设立依据，也是企业了解自身温室气体排放情况、进行低碳生产和碳资产管理的重要基础。华南理工大学电力学院姚顺春团队，围绕软测量技术赋能燃煤电厂碳排放计量，分析了机理模型、数据驱动模型、机理和数据混合驱动模型在核算法和在线监测法关键计量参数软测量中的优势和应用，并阐述了基于软测量技术提升火力发电企业碳排放数据质量和低碳生产管理水平存在的问题和挑战。
姚顺春1,2，刘泽明1,2，卢志民1,2，郭松杰1,2，谢子立1,2，李峥辉1,2，黄泳如1,2，李龙千1,2，卢伟业1,3，陈小玄3
1. 华南理工大学 电力学院
2. 广东省能源高效清洁利用重点实验室
3. 广东省特种设备检测研究院顺德检测院
姚顺春，刘泽明，卢志民，等.软测量技术赋能燃煤电厂碳排放计量的研究进展[J].洁净煤技术，2024，30(8):18-31.
YAO Shunchun，LIU Zeming，LU Zhimin，et al.Research progress of soft measurement technology optimizing carbon emission measurement of coal-fired power plants[J].Clean Coal Technology，2024，30(8):18-31.
1）综述各碳排放计量关键参数的监测现状，结合热工原理及电厂实际运行情况介绍了建模过程中辅助变量的选择方法。
2）全面阐述了机理建模、数据驱动建模和混合建模在碳计量关键参数的研究与应用，分析各类建模方法应用于各参数监测的优缺点和适用特性。
3）总结了软测量赋能火电企业碳计量中仍面临的挑战，主要包括时序数据对实时建模监测带来的影响，以及电厂计算资源与模型准确性的平衡关系等。
火电企业是我国能源结构的重要组成部分和碳排放的主要来源。在积极响应国家“能耗双控”向“碳排放双控”转变的战略部署背景下，碳排放精确计量至关重要。然而，现有核算法和在线监测法在精度、实时性等方面存在不足，难以全面满足行业需求。软测量技术以其高效、低成本的特点为火电企业碳计量的关键参数监测提供了一种新方案，助力企业碳减排和绿色低碳转型。
对软测量技术的建模流程进行综述，并详细介绍了软测量技术在燃煤电厂碳排放计量中的研究进展。分析了烟气流量、燃煤消耗量、燃煤元素碳含量以及飞灰含碳量等关键参数的监测难点，综述了各碳排放关键参数在机理建模以及数据驱动建模的参数选择及模型建立过程。在此基础上，进一步阐述了机理与数据驱动耦合建模的优势，结合电厂各参数之间的时序结构、电厂自身计算能力限制等影响因素，指明了现有方法存在的优势和面临的挑战，对后续的研究方向提出展望。
1）碳计量关键参数的直接测量仍面临诸多挑战。火电机组烟气流量直接测量，主要受到电厂锅炉燃烧工况变化及现有大尺寸烟道结构中不均匀流场的影响；入炉煤量直接测量主要受到煤质不均、设备磨损及环境条件波动等因素的影响；基于传统实验室分析方法的入炉煤和飞灰元素碳含量检测存在检测周期较长的问题，难以满足锅炉实时监控的要求，而新兴的煤质快速检测技术可以提高检测速度，但还未有大面积的应用。
2）机理建模与数据驱动建模方法各具优势但存在局限。机理建模具有高可解释性，通过明确的物理和化学关系描述系统，但建模复杂且预测精度有限。数据驱动建模则依靠机器学习处理复杂的非线性关系，具有高预测精度，但可解释性和泛化能力不足，难以有效应对不同机组之间的变化。耦合反应机理信息和机器学习算法，发展机理和数据双驱动的预测模型，是未来发电过程的碳计量关键软测量的发展方向。
3）软测量模型应用需考虑时序结构和计算能力。电厂实际运行工况中，各变量之间存在时间滞后，实现实时碳排放量预测，必须考虑从这些非结构化的时间序列数据中挖掘出各变量之间的关联。同时，由于电厂自身计算能力的限制，需平衡模型计算复杂度与电厂的计算资源，开发与电厂现有系统兼容的软测量解决方案。
图1 燃煤电站软测量建模主要流程
表1 大口径管道流量监测技术
表2 煤粉浓度测量方法
姚顺春，博士，教授，博士生导师，华南理工大学电力学院副院长、广东省能源清洁高效利用重点实验室主任，入选国家高层次青年人才，“广东特支计划”青年拔尖人才、中国光学工程学会LIBS青年科学家，获霍英东青年教师基金、广东省基金杰出青年项目资助。主要从事能源转化过程的智能感知和调控研究，主持3项国家自然科学基金（联合基金重点、面上、青年各1项）、1项国家重点研发计划政府间国际科技创新合作、10余项省部级项目和多项产业攻关项目。发表论文130余篇，参编英文专著2部。授权发明专利24件，参与制定国家标准1项、行业标准1项和团体标准2项。研究成果先后获2020年度市场监管总局科研成果奖三等奖、2020年度中国电力科技创新一等奖、2021年度广东省科技进步二等奖、2023年度广东省青年科技创新奖。
刘泽明（1998），男，在读博士研究生，主要从事火电企业碳排放监测及碳数据质量优化方法研究。
华南理工大学电力学院能源清洁转换与系统优化团队
姚顺春、陆继东、卢志民、刘定平、董美蓉、梁友才、覃淮青、李峥辉
以流体力学、热力学、传热学和燃烧学为理论基础，与现代数学物理方法、人工智能、大数据、物联网等相结合，针对能源动力系统及设备高效低污染运行过程中的关键科学问题和工程技术挑战开展研究与开发工作，旨在提高现代能源动力系统的安全稳定、经济低碳管理水平。
（1）能源系统信息感知和监测
（2）能源系统建模和智能控制
（3）氢/氨燃烧及其诊断
（4）碳排放监测与计量
（5）综合智慧能源系统
责编丨常明然
编辑丨李莎
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