千亿碳监测来了！第二批试点启动，15省市发布规划，26项标准构建行业基础
根据《百万亿双碳产业，谁是碳中和独角兽？》调查，到2060年碳监测市场总规模将接近千亿元！
目前已有15个省市发布了碳监测规划；5月31日，生态环境监测司副司长蒋火华就碳监测问题表示，将启动碳监测评估第二阶段试点工作，扩大火电、钢铁等行业试点。
最近频发的碳监测动态都在印证着这个千亿市场即将爆发！
为帮大家更全面的了解碳监测，我整理了这份知识大全，对碳监测的概念、种类、案例与技术系统进行了梳理。
为帮助大家更规范的开展相关工作，我还盘点了26项碳监测标准，并按照国家、地方、行业、团体进行了分类，方便大家直接查找使用。
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文章目录
1、碳监测标准
2、碳监测政策
3、碳监测概念
4、碳监测种类
5、碳监测系统
6、碳监测案例
根据《百万亿双碳产业，谁是碳中和独角兽？》调查，到2060年碳监测市场总规模将接近千亿元！
最近频发的碳监测动态也在印证着这个千亿市场即将爆发：
3月14日，国家重点研发计划“碳排放监测数据质量控制关键测量技术及标准研究”项目启动暨实施方案论证会在北京召开；
5月29日，生态环境部生态环境监测司副司长蒋火华就碳监测相关进展回答澎湃新闻记者提问，介绍了碳监测在碳减排工作中的作用，以及近年工作进展和计划；
6月9日，我国首个城市双碳模拟器在济南市发布，主要功能包括，天空地碳监测多源数据的预处理、碳源汇动态模拟反演等。
为帮大家了解碳监测，我整理出这份知识大全，从碳监测的概念、种类、案例到技术系统，不管你是行业小白，还是有经验的老手，我觉得下面的内容都能帮你建立起对碳监测行业与技术的全面认知。
为帮助大家更规范的开展相关工作，我盘点了26项碳监测标准，并按照国家、地方、行业、团体进行了分类，方便大家直接查找使用。
01
碳监测标准
我汇总了26项碳监测标准，其中国家标准5个，地方标准1个，行业标准7个，团体标准13个。
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接下来我将为大家介绍一下目前比较重要，企业应用较多的3项标准：
1、《火力发电企业二氧化碳排放在线监测技术要求》
标准编号：T/CAS 454-2020
发布单位：南方电网
标准规定了火力发电企业碳排放在线监测系统中的主要监测项目、性能指标、安装要求、数据采集处理方式、数据记录格式以及质量保证等，适用于火力发电企业产生的二氧化碳排放量的在线监测。
同时，采用化石燃料，如煤、天然气、石油等，为能源的工业锅炉、工业炉窑的二氧化碳排放量在线监测可参照执行。 标准为企业新型碳排放在线监测系统的开发，碳排放核算方法的优化提供了技术支持，为火力发电企业实现绿色减排和可持续发展提供参考。
2、《固定污染源碳排放（CO2、CO、CH4）在线自动监测系统技术要求》
标准编号：2022征求意见稿
发布单位：中绿环保科技股份有限公司
标准规定了固定污染源烟气（CO2、CO、CH4）在线自动监测的组成结构、技术要求、性能指标和检测方法，适用于固定污染源烟气在线自动监测的设计、生产和检测。
3、《火电厂烟气二氧化碳排放连续监测技术规范》
标准编号：DL／T2376—2021
发布单位：国家能源局
标准为电力行业标准，规定了火电厂烟气二氧化碳排放连续监测系统的组成和功能、技术性能、监测站房、安装、调试检测、技术验收、运行管理及数据审核和处理的有关要求，适用于火电厂固定源烟气二氧化碳排放连续监测系统。
02
碳监测政策
如何获得真实有效的碳排放数据，帮助企业计算看不见的高碳排放成本？这需要构建新的碳监测体系，为此国家部委及各地区都纷纷制定了相关政策。我汇总了3项国家政策，12项省级政策，2项市县级政策。
“十四五”生态环境监测规划
生态环境监测规划纲要（2020-2035年）
碳监测评估试点工作方案
十四五”山西省细颗粒物与臭氧协同控制监测网络能力建设实施方案
安徽省“十四五”生态环境监测规划
河北省生态环境监测“十四五”规划
黑龙江省“十四五”细颗粒物与臭氧协同控制监测网络能力建设方案
湖北省“十四五”生态环境监测规划
吉林省“十四五”生态环境监测规划
江苏大气污染源工况用电在线监测技术规范
江苏省生态环境监测条例
江苏污染源自动监控系统数据传输扩展协议技术规范
南京市环境自动监测监控管理办法
宁夏回族自治区生态环境监测“十四五”规划
青海省“十四五”生态环境监测规划
山东省“十四五”生态环境监测规划
山东省水泥行业超低排放评估监测技术指引
陕西省推进生态环境监测体系监测能实施意见
重庆市生态环境监测“十四五”规划
湖南关于深化生态环境监测改革实施意见
四川省“十四五”生态环境监测规划
03
碳监测概念
碳监测通过综合观测、 结合数值模拟、统计分析等手段，获取温室气体排放强度、环境中浓度生态系统碳汇等碳源汇状况及其变化趋势信息，为应对气候变化研究和管理提供服务支撑。
主要监测对象为《京都议定书》和《多哈修正案》中规定控制的7种人为活动排放的温室气体包括二氧化碳 (CO2) 、甲烷(CH4) 、氧化亚氮 (N2O)、氢氟化碳(HFCs) 、全氟化碳(PFCs) 、六氟化硫 (SF6) 和三氟化氮 (NF3)。
排放源监测主要指通过手工或自动监测手段，对能源活动、工业过程等典型源排放的温室气体排放量进行监测的行为。
二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)等温室气体排放与大气污染物排放具有同根、同源、同过程的特点，统筹温室气体与大气染物排放监测，夯实温室气体排放监测基础，有助于评估与验证温室气体核算方法和排放因子的科学性，支撑建立符合中国实际情况的温室气体核算体系；同时，也可以丰富我国碳排放交易中排放量的确定方法，推动企业碳排放与污染物排放的协同监测监管。
二氧化碳排放主要源自能源活动和工业过程，其中固定源燃料燃烧占比约85%，其余为建材、冶炼等环节贡献。二氧化碳排放监测主要依托连续监测技术，即通过对排放口二氧化碳浓度和排气流量开展自动监测，实时连续监测二氧化碳的排放量变化情况，该技术在美国、欧盟已有成熟应用，在我国处于试点研究阶段。
04
碳监测种类
一、生态系统碳汇监测
1、对土地生态类型及变化进行监测；
2、开展生态地面监测，在生态系统样地对生物量、植物群落物种组成、结构与功能进行监测。
二、大气温室气体监测
大气中的温室气体浓度升高是造成全球气候变暖主要原因。从上个世纪六十年代前后，国内外开始监测大气中的温室气体浓度，逐步形成了全球-区域-国家-城市等不同尺度的监测网络。
目前，世界气象组织(WMO)组建了全球最大、功能最全的国际性大气温室气体监测网络(GAW)，通过31个全球大气本底站、400多个区域大气本底站以及飞机和轮船上携带的二氧化碳探测仪测得的数据整合而得全球温室气体浓度生态环境部依托国家背景站初步建立了覆盖我国大部地区的温室气体本底浓度监测网络，在福建武夷山、内蒙古呼伦贝尔、湖北神农架、云南丽江、广东、南岭、四川海螺沟、青海门源、山东长岛、山西庞泉沟、海南西沙和南沙等11个站开展了温室气体监测。
三、碳遥感监测
卫星、无人机、走航、地基遥感监测是获取大气中温室气体浓度及其排放来源的重要技术手段。
1、卫星遥感监测
以遥感卫星为平台，在几百公里甚至更远距离外的太空，可以实现对地球大气的大范围观测。二氧化碳、甲烷等温室气体拥有独特的光谱特性，就像我们每个人都有独一无二的指纹。利用温室气体的指纹光伏，就能从卫星的观测数据里获取温室气体浓度分布。因此，可以用卫星来捕捉温室气体的含量及变化。
目前，国际上用于监测温室气体的在轨卫星，国外主要有美国的OCO卫星、日本的GOSAT卫星、欧洲的Sentinel-5P卫星、加拿大的GHGsat卫星等，其中GHGsat具有几十米的高空间分辨率可以有效监测甲烷等异常排放源。我国主要有碳卫星、高光谱观测卫星和大气环境监测卫星等。
2、无人机监测
利用无人机飞行平台搭载高精度温室气体监测设备，可实时、动态获取局部或广阔区域的温室气体三维浓度分布情况。结合气象要素监测及碳排放反演模型，可进一步开展区域碳排放量评估。
3、走航监测
利用温室气体走航监测车搭载高精度高灵敏度温室气体探测设备，可实现城市、工业园区、重点企业的温室气体(CO2、CH4、N2O等)在线监测评估，精准定位排放源，快速高效服务温室气体控排监管。
4、地基遥感监测
通过在监测区域边界处布设地基高分辨光谱仪监测站点，结合实地的地形、地貌及风速、风向等信息，可监测重点企业及排放区域的温室气体柱浓度并估算其碳排放量。利用地基遥感高精度温室气体柱浓度监测结果可对卫星遥感监测产品进行精度验证。
四、海洋与滨海湿地碳源汇监测
1、海洋碳库
海洋对于减缓气候变化具有举足轻重的作用。海洋碳库约是陆地碳库的20倍，且海洋碳储藏时间尺度比陆地生态系统长的多。全球大洋吸收了工业革命以来人类排放CO2总量的1/3，目前每年从大气吸收CO2达20亿吨，约占全球CO2排放量的1/4。海洋吸收CO2的主要机制包括“溶解度泵”、“碳酸盐泵”、“生物泵”及“微型生物碳泵”。
目前海洋碳监测的手段日益多元化，可通过船基航次调查、浮标原位长期监测及遥感卫星反演等多种方式共同进行、相辅相成。
现有监测结果表明，我国监测海域总体吸收大气CO2，全年表现为大气CO2的弱汇，吸收强度由冬季到春季逐渐减弱，夏季和秋季则转换为向大气释放CO2，表层海水温度、长江等冲淡水输入、生物活动以及强烈的水体垂直混合作用是影响监测海域大气CO2源汇格局变动的重要因素。
2、滨海湿地碳库
滨海蓝碳广义上指盐沼湿地、红树林和海草床等海岸带高等植物以及浮游植物、藻类和贝类生物等，在自身生长和微生物共同作用下，将大气中的CO2吸收、转化并长期保存到海岸带底泥中的这部分碳，以及其中一部分从海岸带向近海大洋输出的有机碳。
滨海湿地类型中的红树林、盐沼湿地和海草床是公认的三大滨海蓝碳生态系统。相比于陆地生态系统的碳汇作用，海洋生态系统的碳汇具有碳循环周期长、固碳效果持久等特点。
涡度相关观测技术和理论的不断发展为探讨生态系统尺度的CO2和CH4交换的时空变化提供了新途径，成为长期测算生态系统碳通量最可靠和切实可行的方法，被认为是现今能直接测定陆地生态系统与大气间物质与能量交换通量的标准方法。
05
碳监测系统
一、系统组成
1、开路碳排放监测系统组成（基本型）：
IRGASON一体式开路：
IRGASON探头：测量CO2和H2O的气体浓度、三维风速和超声温度
空气温度传感器：测量慢速空气温度
EC100电子单元：将测量的数据进行同步，传输给数据采集器
数据采集器：采集，运算，存储（根据监测数据计算并输出通量数值）
EC150分体式开路：
EC150红外气体分析仪：测量CO2和H2O的气体浓度
CSAT3A三维超声风速仪：测量三维风速和超声温度
空气温度传感器：测量慢速空气温度
EC100电子单元：将测量的数据进行同步，传输给数据采集器
数据采集器：采集，运算，存储（根据探头监测数据计算并输出通量（排放吸收）数值。
2、闭路碳排放监测系统组成（基本型）：
CPEC310闭路
CPEC310探头：测量CO2和H2O的气体浓度、三维风速和超声温度
空气温度传感器：测量慢速空气温度
EC100电子单元：将测量的数据进行同步，传输给数据采集器
清洗模块：提供零气参考源
CPEC310主机箱：采集，运算，存储（根据探头监测数据计算并输出通量（排放吸收）数值）
二、一体式和分离式的选择
一体式开路和分体式开路的区别：
一体式红外气体分析仪和三维超声风速仪测量空间为同一空间，如果主要测量碳通量（碳排放吸收），这样可以减少测量误差，计算结果更加精准；
分体式红外气体分析仪往外突出一部分，与三维超声风速仪测量不是同一位置。如下图所示，红线为气体分析仪测量区域。
左为EC150分体式开路，右为IRGASON一体式开路
IRGASON一体式的优点：
便于安装
可同步测量CO2，H2O，三维风速
减小WPL密度校正的不确定性
消除因空间分离导致的高频通量损失
无需加热控制，动态补偿气体分析仪测量结果
可以得到更准确的快速空气温度
三、开路和闭路的选择
开路和闭路的区别在于开路是直接进行测量分析，闭路则是将气体抽取到腔室内进行测量分析，如下图所示。
1、开路碳排放监测系统
数据准确度：数据准确度高
系统维护：总体维护工作量大，理论上每次恶劣天气过后都需要维护镜头；通常每3个月就需要一次人工标定
功耗与供电：太阳能供电，功耗低，仅6W
数据连续性和可靠性：红外气体分析仪暴露在大气环境中，容易受到天气影响
通量校正算法：测量结果受到大气影响，需要进行算法校正
测量速度：每秒10次
2、闭路碳排放监测系统
数据准确度：数据准确度相较于开路较低
系统维护：维护周期可降低至平均6~8个月一次；系统可以自动标定，标定所需材料可维持18~24个月
功耗与供电：太阳能供电，功耗对比开路较高，为12W
数据连续性和可靠性：红外气体分析仪处于密闭腔室内，不与大气直接连通，几乎不会受到这些天气过程的影响
通量校正算法：管道去除大气影响，几乎不需要算法校正
测量速度：每秒4-5次
四、基于维护成本的推荐
大多数环境条件及场景，在不考虑维护成本的情况下，开路和闭路涡动系统都可以应用，以下是根据维护成本推荐的。
1、如果您所在的地区，经常会有恶劣天气，如风沙、降雨、雾霾、降雪，需要经常进行维护，那么推荐您使用几乎不受这些天气影响CPEC310闭路碳排放监测系统。
2、在部分北方地区，降雨、风沙较少的情况下，推荐您使用测量数值更加精准的IRGASON一体式开路碳排放监测系统。
3、在极地区域，可能会遭受极端天气，如极夜并且无交流电可用，设备是使用太阳能电池板供电，这种情况推荐您使用功耗更低的IRGASON一体式开路碳排放监测系统。
4、在部分西北地区，因为风沙较多，推荐您使用几乎不受这些天气影响的CPEC310闭路碳排放监测系统。
5、在部分南方地区，因为多雨、多雾、潮湿等原因，推荐您使用几乎不受这些天气影响的CPEC310闭路碳排放监测系统。
6、另外，如果您设备的安装地点不方便进行维护，推荐您使用维护周期长的CPEC310闭路碳排放监测系统。
06
碳监测案例
1、京津冀城市群碳监测网略
京津冀地区面积21.6万平方公里，人口达到1.1亿。GDP占全国的11%，其中钢铁产量占全国的28.4%，煤炭消费强度更是达到全球平均的30倍。因此京津冀区域是全球碳排放强度最大的区域之一。
在科技部重点研发专项项目“京津冀城市群高时空分辨率碳排放监测及应用示范”支持下，中国科学院大气物理研究所牵头，国内16家单位参与，于2018年起逐步建立了京津冀城市群碳监测网络。
京津冀碳监测项目高精度基准站外景及CO2高精度观测系统
该网络首次在中国建立了国际前沿的城市群天、空、地大气CO2综合观测体系。如下图所示，观测体系包括3颗国际碳卫星和3颗我国自主碳卫星或碳载荷、6个高精度CO2基准站、200余个站点组成的高密度CO2观测网、十余辆移动观测车、2架大气探测飞机、大气廓线采样、CO2激光雷达扫描等，其中高精度基准站和高密度观测网开展连续观测，而飞机、观测车、激光雷达开展定期强化观测。
京津冀碳监测项目综合监测体系示意图
高精度监测系统的进样口一般安装在具有较高高度的观测塔塔顶，结合高精度光腔衰荡光谱（CRDS）法CO2分析仪配套了进样模块、除水模块以及自动标定模块，实现了无人值守站点的全自动化观测。
在垂直观测方面，建立了不同高度层的温室气体垂直观测体系，综合利用梯度塔、CO2激光雷达、大气探测飞机和平流层探空气球实现了从近地面到30km高度的分层CO2高精度观测技术，各项技术分别针对近地层、边界层内、对流层内的温室气体分布。
不同高度层的温室气体监测技术
此外，针对城市群CO2浓度变化大的特点，还研制了低成本中精度传感器，200多个站的高密度监测网的CO2精度为1-5ppm（1%），揭示城市CO2高时空变化特征和规律。
2、郑州碳监测网络
郑州碳监测网络由郑州计量先进技术研究院建立，这也是我国首个针对城市中心区的碳监测网络。
针对目前国际社会对排放量数据提出的“可测量、可报告、 可核查”的要求，可获得空间分辨率为1km×1km、时间分辨率为1小时的实时动态网格化排放量数据，从而满足不同层级管控部门的温室气体减排建议、污染精准治理方案制定及政策评估等需求。
在企业排放精准计量方面，建立了烟道连续排放监测系统（CEMS）的排放量量值溯源体系，确保测量数据质量，使企业能够采用CEMS实时动态监测企业排放量；
在交通碳排放精准计量方面，城市交通路网以每一个路段为一个单元，可以获得每小时的排放数据。
郑州碳监测项目的技术路线图
郑州碳监测网络基于模式分析及统计算法在郑州市高新区进行高精度CO2和高精度CH4的城市监测点和背景点的选址，结合走航车移动监测系统、无人机遥感监测系统和碳通量同化反演系统，建立覆盖郑州市范围低、中、高空范围的全方位、立体化温室气体监测网络，获得准确的温室气体浓度监测数据。
通过应用企业精准测量技术、交通路网排放实时监测技术及高精度的居民天然气排放数据，优化现有郑州市温室气体排放清单，提高反演输入清单的准确性和分辨率。
3、法国巴黎碳监测网络
巴黎是全世界最早建立碳监测网络的城市之一。巴黎空气质量监测协会（AirParif）在巴黎地区共设有五个监测站点，负责CO2和其他污染物的排放情况监测。
AirParif将温室气体监测数据同已知的污染物排放清单和大气输送模型相结合，得出日/月时间尺度温室气体排放。
巴黎中心地区的三个监测站点（EIF、MON、GON）配备高精度CRDS法分析仪，另外两个站点GIF和TRN为AirParif和欧洲综合碳观测系统（ICOS）合作运行，使用气相色谱分析仪，仪器测量精度均显著高于CO2-Megaparis项目中5分钟均值的精度（0.17ppm）。
巴黎温室气体监测站点基本情况
由于巴黎城市布局具有密集、排放强、地势平坦的特点，站点布设采用沿着主导风向的方式。温室气体监测结果结合巴黎市现有温室气体清单和大气同化反演模式，可用于估算巴黎地区CO2排放量。
4、美国洛杉矶城市群碳监测网络
加利福尼亚州南海岸盆地（SCB）地区拥有大约1630万居民，占地面积约17100平方公里。SCB在地表复杂性、气象学及其CO2和CH4排放的时空变异性方面具备独特的挑战。
SCB地区具备独特的地理条件：西面是太平洋，北面和东面是山脉，在特大城市洛杉矶上空观测到的中尺度环流模式在大气传输模型中具有挑战性，且盆地内复杂的地形可以形成微气象带，导致物质输送模型更加复杂。因此，需要一个具有高度空间和时间分辨率的密集监测网络来为洛杉矶温室气体通量计算提供可靠数据。
洛杉矶城市群碳监测的目标是测量SCB的多年温室气体排放趋势，包括温室气体整体排放量以及重点部分的排放量，这些重点部门包括电力、工业、运输和农业。
洛杉矶温室气体监测网络设计基于CO2的网络受体足迹敏感性分析，使用模式模拟（WRF+STILT）初步筛选站点位置并确定站点数量。
各站点除温室气体高精度监测系统外，都配备了气象站，用于测量风速、风向、气压、气温、湿度、露点温度和入射太阳辐射。
洛杉矶城市群温室气体监测网络示意图
洛杉矶碳监测项目的经验是在可能的情况下，可以在开放式通信塔上寻找监测位置，因为它们自身的结构特点使得其受扰动气流和附近排放源影响较少。
当关键采样区域没有可用的塔址时，可以在目标监测区域的高层、多层建筑屋顶上寻找适合的位置，在评估屋顶场地情况时，进行大涡模拟以探究附近结构对建筑物屋顶周围流场的影响。
