Reconciling calculation-based and measurement-based CO2 emissions: a full-year calibration study for carbon accounting management in a 1000 MW unit

إن الهواء الذي نتنفسه يتغير، ومحطات الطاقة التي تبقي أضواءنا مضاءة ومدننا دافئة هي جزء رئيسي من تلك القصة. فعندما يحترق الفحم لتوليد الكهرباء، فإنه يطلق ثاني أكسيد الكربون، وهو غاز يحبس الحرارة في الغلاف الجوي ويدفع بالاحتباس الحراري. ولإيقاف هذا الاحترار، تحتاج الدول إلى معرفة كمية هذا الغاز التي تضخها محطات الطاقة الخاصة بها بدقة. وهناك طريقتان رئيسيتان لمعرفة ذلك. الطريقة الأولى تشبه الوصفة: تقوم بوزن كمية الفحم الداخلة، وتتحقق من كمية الكربون الموجودة داخل ذلك الفحم، ثم تجري بعض العمليات الحسابية لتخمين كمية الغاز الخارجة. أما الطريقة الثانية فهي مثل القياس المباشر: حيث تضع مسباراً في المدخنة وتقوم فعلياً بعدّ جزيئات الغاز أثناء مرورها. لسنوات طويلة، كانت هاتان الطريقتان ترويان قصتين مختلفتين. فأحياناً تقول الحسابات شيئاً، ويقول المسبار شيئاً آخر. وهذا الخلاف يجعل من الصعب الوثوق بالأرقام المستخدمة في قواعد المناخ وأسواق الكربون. فإذا لم تتطابق الأرقام، فمن المستحيل معرفة ما إذا كانت محطة الطاقة تقوم بدورها في تنقية الهواء.

لقد وضع فريق من الباحثين هدفاً لحل هذا اللغز في محطة طاقة ضخمة في مقاطعة قوانغدونغ بالصين. درسوا وحدة واحدة قادرة على توليد 1000 ميجاوات من الكهرباء، وهي كمية تكفي لتشغيل مدينة صغيرة. وعلى مدار عام كامل، راقبوا هذه الآلة وهي تعمل عبر كل الفصول وكل أنواع الطقس، من الساعات الهادئة في الليل عندما يكون الطلب منخفضاً إلى أوقات الذروة عندما تشتد الضغوط على الشبكة. كان هدفهم هو معرفة سبب اختلاف أرقام "الوصفة" عن أرقام "المسبار"، وإيجاد طريقة لجعلها تتفق. واكتشفوا أن الخلاف لم يكن خطأً في الحسابات أو عطلاً في المستشعر، بل كان نتيجة لكيفية حركة الدخان وكيفية أخذ عينات الفحم. ومن خلال إصلاح الطريقة التي يقيسون بها سرعة الدخان وتركيز الغاز، ومن خلال مراعاة الكميات الصغيرة من الغاز الناتجة عن المواد الكيميائية المستخدمة في التنظيف، تمكنوا من جعل الطريقتين متوافقتين بشكل وثيق.

وجد الباحثون أنه قبل إجراء أي تعديلات، سجلت طريقة القياس المباشر نسبة ثاني أكسيد كربون تزيد بنسبة 12.31% عن طريقة الحساب. كانت هذه الفجوة كبيرة جداً بحيث لا يمكن تجاهلها. ولفهم السبب، نظروا بدقة في المدخنة نفسها. تستخدم المحطة مستشعراً قياسياً لقياس سرعة حركة الدخان، لكن الدخان لا يتدفق في خط مستقيم ومنتظم؛ بل يدور ويتسارع في بعض النقاط بينما يتباطأ في نقاط أخرى، خاصة عندما تعمل المحطة بكامل طاقتها. والمستشعر القياسي، الذي يوضع في نقطة واحدة فقط، غالباً ما يخطئ في رصد هذه الدوامات. استخدم الفريق مستشعراً أكثر تقدماً، ثلاثي الأبعاد، لرسم خريطة للمقطع العرضي الكامل للمدخنة. ووجدوا أن سرعة الدخان تتغير اعتماداً على مدى قوة عمل المحطة. وعندما استخدموا هذه الخريطة التفصيلية الجديدة لتصحيح قراءات السرعة، بدأت الأرقام في التغير.

كما نظروا أيضاً في تركيز الغاز. تماماً مثل السرعة، فإن كمية ثاني أكسيد الكربون في الدخان ليست متساوية في كل مكان داخل المدخنة؛ ففي بعض المناطق يكون الغاز كثيفاً، وفي مناطق أخرى يكون خفيفاً. والنظام القياسي يأخذ عينة من نقطة واحدة فقط، مما قد يؤدي إلى متوسط خاطئ. ولإصلاح ذلك، أخذ الباحثون عينات من عشر نقاط مختلفة عبر المدخنة واستخدموا نموذجاً حاسوبياً للتنبؤ بالمتوسط الحقيقي بناءً على تلك النقطة الواحدة. كما أدركوا أن طريقة الحساب أغفلت تفصيلاً صغيراً: المواد الكيميائية المستخدمة لتنظيف الدخان من الكبريت والنيتروجين تطلق أيضاً كمية ضئيلة من ثاني أكسيد الكربون. والقياس المباشر يرصد هذا، لكن "وصفة" الحساب لا تفعل ذلك. ومن خلال طرح هذا الجزء الإضافي من القياس المباشر، نجحوا أخيراً في مواءمة النظامين.

بعد تطبيق هذه التصحيحات، تقلصت الفجوة بين الطريقتين بشكل كبير؛ حيث انخفض الفرق من أكثر من 12% إلى -2.66% فقط. وهذا يعني أن الطريقتين أصبحتا ترويان نفس القصة تقريباً. لاحظ الباحثون أيضاً أمراً مثيراً للاهتمام حول متى تختلف الأرقام؛ فعندما كانت المحطة تعمل باستقرار عند كامل طاقتها، كانت طريقة الحساب تميل إلى التخمين بزيادة طفيفة. ولكن عندما كانت المحطة تعمل بقدرة منخفضة، غالباً خلال الليل أو في عطلات نهاية الأسبوع، كانت طريقة الحساب تخمن بنقصان. حدث هذا لأن الفحم المستخدم للتشغيل بقدرة منخفضة غالباً ما يختلف عن الفحم المستخدم للتشغيل بقدرة عالية، والطريقة التي يتم بها أخذ عينات الفحم لوصفة الحساب تخلطها جميعاً في متوسط شهري واحد. هذا الخلط يخفي نوع الفحم المحدد الذي يتم حرقه في أي لحظة، مما يؤدي إلى حدوث أخطاء في الحساب.

تظهر هذه الدراسة أنه من الممكن جعل القياس المباشر لانبعاثات الكربون موثوقاً بما يكفي لاستخدامه في التقارير الرسمية. فمن خلال استخدام مستشعرات أفضل لفهم تدفق الدخان، ومن خلال التصحيح وفقاً للظروف المحددة للمحطة، يمكن للطريقة المباشرة أن تطابق طريقة الحساب التقليدية. وتعد هذه خطوة كبيرة للأمام لأن القياس المباشر يمكنه توفير بيانات كل ساعة، بينما تعتمد طريقة الحساب غالباً على المتوسطات الشهرية. إن امتلاك بيانات دقيقة وفورية يساعد مشغلي المحطات والجهات التنظيمية على معرفة كمية الكربون المنبعثة بالضبط ومتى يحدث ذلك، مما يسمح باتخاذ قرارات أفضل بشأن كيفية تشغيل المحطة لتقليل الانبعاثات. ورغم أن هذه الدراسة أجريت على محطة طاقة واحدة محددة، إلا أن هذا النهج يقدم مساراً واضحاً يمكن للآخرين اتباعه. فهو يشير إلى أنه مع المعايرة الصحيحة، يمكننا الوثوق بالأرقام التي نستخدمها لمحاربة تغير المناخ، وتحويل هذا الخلاف المربك إلى حقيقة مشتركة وواضحة.