天然气作为清洁高效的低碳能源，在当前我国力争2030年达到碳峰值与2060年前实现碳中和（“双碳”目标）的能源转型时期，肩负着重要使命。同时，天然气作为清洁能源的核心价值在于其供出的热量（不是体积）；故天然气按能量计量与计价是现今国际上最流行、最公平合理的贸易和消费的计量及结算方式。很遗憾，我国虽然在10多年前就发布了有关能量计量的国家标准，但由于下述原因，笔者认为在近期内还不具备在独立自主基础上实现此项先进技术的可能性。
基于测定原理，想在我国推广实施能量计量，必须先解决天然气发热量测定结果的溯源及其不确定度评定问题。对于利用天然气组成分析结果进行计算的间接法测定发热量而言，我国迄今尚未发布符合国际惯例的溯源准则，很多能量计量实验室应用于不确定度评定的分析方法标准与多元标准气混合物（RGM）皆不符合新版国际标准“分析系统性能评价”的规定，故大量评定结果之间缺乏可比性而实用价值不大。国内唯一的能量计量重点实验室目前应用于分析结果质量控制的、测量不确定度优于0.5%的认证级十元RGM全部依赖进口，一旦进行国际仲裁，后果不容乐观。但根据国际标准化组织（ISO）的规定及其它国家的经验，在尚未解决天然气能量计量专用的多元RGM研制问题前，建设一台具有相应测量不确定度的0级热量计，不失为另一个完善溯源链的有效途径。
一．什么是0级热量计
0级热量计是测定气体发热量的一种基准仪器。国际标准对其规定的特定要求是：（1）所有相关物理测量皆可通过不间断比较链溯源至SI制单位；（2）0级热量计都“直接”测量质量（m）和温升（Δt）这两个参数；（3）测量结果表示为质量基，即kJ/g或MJ/kg；（4）基本结构形式皆根据1931年美国国家标准局研制成功的Rossini型等环境双体式热量计为基础进行设计（参见图1）。
二．0级热量计的应用
以0级热量计精确测定甲烷发热量的是当代燃烧量热学的重大研究成果，它不仅有重要理论意义，也有极大经济价值。据英国EffecTech公司估计，对一座规模500MW的天然气发电站，当电价为0.06欧元/（kW•h）时，如果能量计量的准确度达到1%，对年产值的影响将为270万欧元。
从1848年首次测定甲烷发热量以来的170多年间，全世界仅有5次以0级热量计在5个不同实验室中独立进行测定的纪录；其测定结果非常一致（参见表1）。
三．0级热量计的测量不确定度估计
试验证实建于德国联邦物理技术研究院（PTB）的0级热量计在进行纯甲烷发热量测定时，其扩展不确定度达到了优于0.05%的水平。测量过程中主要的不确定度来源于量热系统的绝热温升的增加。其它来源还有: 点火与熄火过程的能量校正，水蒸气蒸发损失的热焓，以及气体供应管线的能量校正等等。
四．使用金属燃烧器的0级热量计
近期文献中报导了韩国标准科学研究院研制成功了使用金属燃烧器的0级热量计。此类燃烧器可以由自动化的机械制造，大大提高了燃烧器的加工精度和耐用性，而且可以严格地保证产品规格的一致性。以该0级热量计进行的8次纯甲烷发热量测定，其结果平均值与国际标准值的偏差仅为0.16%，此偏差主要来源于燃烧甲烷的质量测定。该0级热量计的测量不确定度虽稍逊于建于德国PTB的0级热量计，但可以满足对能量计量用多元RGM定值的要求。
必须指出，2018年韩国的天然气消费量仅为600亿立方米，且全部依赖进口液化天然气（LNG）；韩国标准科学研究院在天然气工业标准化领域的研发工作，更是名不见经传。但该国为了改善其天然气能量计量的溯源性与国际仲裁中的发言权，独立自主开发成功了适合本国国情0级热量计，此项经验很值得我们借鉴。反观我国2020年的天然气消费量已经达到了3300亿立方米以上，其中进口天然气量的占比超过42%；但折腾了10多年，连一个切实可行的0级热量计建设方案也未见报导，个中缘由发人深省。鉴此，笔者作为一个从业60余年的天然气工业人颇觉汗颜!
图1 0级热量计的基本结构示意图
表1 部分研究者的甲烷发热量测定值（kJ/mol，250C）
