城市溫室氣體清單編制與分析
——以天津為例

鄧 娜，陳廣武，崔文謙，張于峰，馬洪亭

(1. 天津大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，天津 300072；2. 天津大學(xué)中低溫?zé)崮芨咝Ю媒逃恐攸c實驗室，天津 300072)

城市溫室氣體清單編制與分析
——以天津為例

鄧 娜1,2，陳廣武1，崔文謙1，張于峰1,2，馬洪亭1,2

(1. 天津大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，天津 300072；2. 天津大學(xué)中低溫?zé)崮芨咝Ю媒逃恐攸c實驗室，天津 300072)

為分析城市溫室氣體減排潛力提供基本方法和數(shù)據(jù)，以天津市為例，把溫室氣體排放源分為能源活動、工業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)和廢物等4個單元，提供了一套城市溫室氣體清單編制方法，并對城市主要碳源和碳強度進行分析．結(jié)果表明：如果天津市經(jīng)濟和溫室氣體排放維持近10年的平均增長速度，或可達到國務(wù)院提出的“十二五”減排目標；但由于諸多不確定性因素的存在，要實現(xiàn)減排目標還需挖掘減排潛力；天津能源消耗產(chǎn)生的溫室氣體占總排放量的72.2%，而按行業(yè)計算，工業(yè)產(chǎn)生的溫室氣體占總排量的77.9%．因此對主要工業(yè)碳源推行試點碳審計，制定行業(yè)碳排放標準，提高能源效率，降低能耗，是溫室氣體減排的關(guān)鍵因素．

城市溫室氣體清單；IEAP；“十二五”減排目標

中國是世界上的溫室氣體排放量最大的國家[1]，并且溫室氣體總量在維持高速的增長．所以中國的溫室氣體減排政策無疑在控制全球變暖的過程中起著至關(guān)重要的作用．近期，國務(wù)院提出了“十二五”減排目標[2]：到2015年全國單位國內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放比2010年下降17%，而天津市的指標是19%. 然而，在中國并沒有一套以城市系統(tǒng)為邊界的溫室氣體清單編制標準．這使得國家碳減排的目標落實到城市產(chǎn)生了極大障礙．而在許多發(fā)達國家，已經(jīng)有學(xué)者對城市溫室氣體測算進行了研究并取得一定的進展，如Kennedy等[3]統(tǒng)計了10個世界城市并分析了排放差異的原因，之后又深入研究提出了一套城市溫室氣體編制方法[4]．近期，中國也有學(xué)者開始對城市溫室氣體清單進行了研究．Bi等[5]以南京為例和Xi等[6]以沈陽為例，建立了城市溫室氣體排放清單．然而，不同于發(fā)達國家，中國很多地區(qū)統(tǒng)計數(shù)據(jù)并不完整或統(tǒng)計方法不盡相同．也不同于中國其他內(nèi)陸城市，天津作為中國發(fā)展最迅猛的工業(yè)城市和港口城市之一，要建立城市溫室氣體清單，就要考慮水運、航空等跨邊界溫室氣體排放和各種復(fù)雜的工業(yè)碳源．筆者以天津為例，根據(jù)“國際地方政府溫室氣體排放分析協(xié)議”(IEAP)[7]，結(jié)合天津統(tǒng)計數(shù)據(jù)，把溫室氣體排放源分為能源活動、工業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)和廢物等4個單元，建立了一套比較完整的城市溫室氣體清單編制方法．同時，分析了天津市近10年(2001—2010年)的溫室氣體排放源和碳強度，并為“十二五”減排目標落實到地方提供了建議．

1 核算范圍界定

根據(jù)IEAP分類和收集到的天津市數(shù)據(jù)，碳核算的邊界可以分為3個范圍，如表1所示．①邊界內(nèi)直接排放，包括了固定燃燒源、移動燃燒源中的公路和鐵路交通、工業(yè)生產(chǎn)的直接排放、農(nóng)業(yè)中的牲畜排放、固廢中的生活垃圾和廢水．②邊界內(nèi)的間接排放，包括天津市從外省購買的電力．③范圍3的生命周期排放，包括了天津水運和航空．

表1 天津市的溫室氣體排放清單Tab.1 Greenhouse gas emissions inventory of Tianjin

為了整合經(jīng)濟和溫室氣體排放邊界，所計算的溫室氣體是范圍1、2、3之和．對于民航系統(tǒng)雖然不屬于城市財產(chǎn)，但每年的贏利額卻包括在城市的GDP報告中，所以即使不是在邊界內(nèi)的排放，也應(yīng)該算入總量．

2 研究方法

本文主要數(shù)據(jù)來源于《天津統(tǒng)計年鑒2001—2010》[8]．在這次研究中，碳排放以CO2e(二氧化碳當量)的形式計算．溫室氣體種類包括CO2、CH4和N2O，它們的溫室效應(yīng)系數(shù)分別為1、21和310(IPCC 2006)[9].

2.1 固定燃燒源

式中：Ese為固定燃燒源消耗產(chǎn)生的溫室氣體排放量，t CO2；Ci,j為各行業(yè)能源消耗量，單位為t、103,m3、(kW·h)等；Fi,j為各類溫室氣體排放因子，如表2所示[10]；i為行業(yè)，如塑料制品業(yè)等；j為能源消費類型，如原煤、原油等.

表2 各類能源的溫室氣體排放因子Tab.2 Greenhouse gases emission factor of energy

天津城市的電力多是自產(chǎn)自銷的．為了避免重復(fù)計算，只計算生產(chǎn)電的能源消費，而省去終端電力的消費，這樣更合理地避免了配電損失的計算問題．在計算熱力問題，也如電力一樣處理．而由邊界外引進的電力，按照國家電網(wǎng)的平均系數(shù)1.07,kg/ (kW·h)計算．忽略了配電損失計算，因為引進總量小，且分配存在爭議．

2.2 交 通

式中：Etr為交通產(chǎn)生的溫室氣體排放量，t CO2；Ti,j為各種交通運輸方式能源消耗量，單位為t；Fi,j為各類溫室氣體排放因子，如表1和表3[11]所示；i為交通運輸方式；j為能源類型，如原油等．

交通耗油量可根據(jù)表4[12]和天津統(tǒng)計局提供的數(shù)據(jù)計算得出．由于統(tǒng)計局只提供萬噸公里耗油量，所以在計算客運時，按人均60,kg轉(zhuǎn)換成萬噸公里數(shù)．在計算民航飛行時，Xi等[6]提出計算國內(nèi)飛機飛行時分為起降耗油和巡航耗油，而計算國際飛機飛行時只計算起降耗油．這是一個好方法，但是國內(nèi)各種飛機的起降、巡航耗油和起降次數(shù)這樣的細節(jié)信息確實很難得到．所以本文介紹另一種方法就是根據(jù)民航飛行小時數(shù)與全國平均的飛機小時耗油量的乘積計算得出總耗油量．同時也按航空運輸?shù)娜f噸公里數(shù)計算，發(fā)現(xiàn)與按小時計算差別不大．當然這樣計算忽略了國外飛機在本土的排放，可能會導(dǎo)致總量偏?。煌óa(chǎn)生的 CO2使用固定燃燒源的排放因子，其余溫室氣體計算如表3所示．由于航空排放的CH4和N2O較少，且具有不確定性，所以忽略．水運統(tǒng)計使用的是標準煤，所以其余溫室氣體也忽略．

表3 CH4和N2O的排放因子Tab.3 CH4and N2O emission factor

表4 各種交通方式單位耗油量Tab.4 Energy consumption of transport

2.3 工業(yè)生產(chǎn)

式中：Ein為工業(yè)產(chǎn)生的溫室氣體排放量，t CO2；Pi各種工業(yè)產(chǎn)品產(chǎn)量，t；Fi為各類溫室氣體排放因子，如表5[11]所示；i為工業(yè)產(chǎn)品類型，如合成氨．

表5 工業(yè)生產(chǎn)溫室氣體排放因子Tab.5 Greenhouse gases emission factor of industry

對于工業(yè)來說，計算的溫室氣體主要來源于過程的直接排放，而由能源使用排放已經(jīng)計入固定燃燒源中．天津主要工業(yè)產(chǎn)品溫室氣體排放量是根據(jù)IPCC (2006)[9]提供的計算方法和中國的實際情況計算得出，具體計算過程見《中國溫室氣體清單研究》[10]和《城市溫室氣體清單研究》[11].

2.4 農(nóng) 業(yè)

式中：Eag為牲畜排放的溫室氣體，包括腸胃發(fā)酵和糞便；Hi,j為牲畜量；Fi,j為各類溫室氣體排放因子，如表6[10]所示；i為牲畜類型；j為排放類型，如腸胃發(fā)酵或糞便．

表6 畜牧業(yè)溫室氣體排放因子Tab.6 Greenhouse gases emission factor of livestock kg CH4/(頭·a)

2.5 廢 物

式中：Ewa為廢物排放的溫室氣體，t CO2；Wi,j為廢物量，t；Fi,j為各類溫室氣體排放因子，如表7[13-14]所示；i為廢物類型；j為處理方式，如焚燒、填埋．

表7 廢物處理溫室氣體排放因子Tab.7 Greenhouse gases emission factor of waste

本文的廢物溫室氣體評價采用生命周期評價法，對于廢物中的工業(yè)垃圾由責(zé)任單位自行處理，并不進入生活垃圾處理系統(tǒng)，所以數(shù)據(jù)不全，忽略工業(yè)垃圾的計算．表7中，污水生命周期溫室氣體排放因子由文獻[13]提供．而根據(jù)統(tǒng)計局提供的數(shù)據(jù)，天津市只有填埋和焚燒2種生活垃圾處理方式，其生命周期溫室氣體排放因子見文獻[14]．

3 碳強度和碳源分析

3.1 碳強度分析

根據(jù)圖1計算得出，2000—2009年天津年平均溫室氣體排放增長率為12.5%，如果按此規(guī)模增長到2015年，天津市溫室氣體排放量將達到4.061,877× 108t CO2e．而2000—2009年天津市的平均GDP年增長速度為18%，如果按此速度計算，天津市2015年GDP將達到20,838.8×108元．所以2015年的碳強度將為1.94,t CO2e/104元，比2010年的2.47,t CO2e/104元下降了21%；如果按年均GDP增長17%，2015年的碳強度比2010年下降17.8%；如果按年均GDP增長16%，2015年的碳強度比2010年下降14.2%．而2011年天津GDP增長率只有16.4%，如果按照此速度發(fā)展下去，天津市必須加大減排力度，才能實現(xiàn)到2015年碳強度下降19%的“十二五”減排目標．

圖1 2000—2009年天津市各類溫室氣體排放分析Fig.1 Analysis of greenhouse gas emissions from Tianjin (2000—2009)

3.2 碳源分析

2000—2009年天津市由能源(包括固定燃燒源，航空、水運外省調(diào)入電力)產(chǎn)生的溫室氣體排放量占總排放量的平均值為72.2%．由此可以看出，提高能源效率、降低能耗是減排的關(guān)鍵因素．在總能耗中，航空和水運占13.2%，所以對于大型港口、航空的中轉(zhuǎn)站城市，把這部分溫室氣體計入總量是有必要的．而由鐵路和公路運輸所產(chǎn)生的溫室氣體排放量占總排放量的平均值僅為1.5%．

由圖2可知，在固定燃燒源中，工業(yè)所占比例平均為63.5%，且在逐年高速增長．而且工業(yè)(包括固定燃燒源中工業(yè)部分和工業(yè)過程直接排放)占總排放的77.9%，所以對工業(yè)的減排措施將會對天津市的溫室氣體減排起著至關(guān)重要的作用．

隨著天津人口的不斷增長和生活方式的改變，由人們生活能耗產(chǎn)生的溫室氣體排放成為了關(guān)注的焦點．從圖3中可以看出，2009年天津城市化率為78%，比2000年高8.7%．這意味著越來越多的農(nóng)村人口加入到城市人口中來，同時城市化率也是城市現(xiàn)代化的一個衡量標準，城市化率的增長帶來的是人們生活方式的轉(zhuǎn)變．最直接的數(shù)據(jù)就是2000—2009年煤炭消耗產(chǎn)生的溫室氣體量從249.1×104,t,CO2e下降到167.4×104,t,CO2e，降幅為32.9%．在電力使用方面，溫室氣體排放量呈現(xiàn)出高速增長的趨勢，年均增長率為11.3%．而由天然氣和煤氣使用所產(chǎn)生的溫室氣體排放量基本在一個范圍內(nèi)波動，平均值為72.96×104t,CO2e. 由液化石油使用所產(chǎn)生的溫室氣體在所有生活類能源比例中最小，同時也有小幅下降趨勢，2009年的排放量為21.3×104,t,CO2e．因此，2000—2009年天津生活類能耗的溫室氣體排放總量不斷增加，其分布趨勢是由一次能源產(chǎn)生的溫室氣體量向以二次能源所產(chǎn)生的溫室氣體量方向轉(zhuǎn)變，即煤炭使用向電力使用的轉(zhuǎn)變．

圖2 2000—2009年天津市固定燃燒源中各行業(yè)溫室氣體排放比例Fig.2Proportion of greenhouse gas emissions of stationary energy in Tianjin(2000—2009)

圖3 2000—2009年天津市生活能耗溫室氣體排放量與城市化率Fig.3Greenhouse gas emissions of residents’energy consumption and urbanization level in Tianjin (2000—2009)

為了對結(jié)果進行深入分析，現(xiàn)引用Bi等[5]計算的2009年南京溫室排放數(shù)據(jù)和2009年的天津溫室氣體排放數(shù)據(jù)做對比．從圖4中可以看出，天津作為一個大型工業(yè)城市，2009年的工業(yè)能耗產(chǎn)生的溫室氣體量為6,632.77×104,t,CO2e，比南京多2,371.77×104t,CO2e．但是，南京工業(yè)耗能產(chǎn)生的溫室氣體占總量的比例為46.6%，比天津的33.1%要高，原因是在南京的工業(yè)耗能數(shù)據(jù)中包括了農(nóng)林牧漁能耗和建筑業(yè)能耗．而在天津數(shù)據(jù)中，雖然建筑行業(yè)只占總排放量的1%，但是農(nóng)林牧漁所占的比例為8.2%，所以單獨歸類出來可以對這類行業(yè)溫室氣體排放得到更清晰的認識．同時本文把牲畜排放單獨列出，其排放量為84.1×104,t CO2e，所占比例僅為0.04%．在服務(wù)業(yè)和居民生活單元，天津市雖然在總量上比南京市高，但其所占總量比例相近．在廢物處理單元，由于缺少天津工業(yè)固廢處理的數(shù)據(jù)，省略了這部分的計算，而從南京數(shù)據(jù)來看，工業(yè)廢物處理所占比例僅為0.8%，所以即便略去對總量的影響也不大．在生活垃圾處理上，天津市比南京市多29×104,t CO2e，但其所占總量比例都很?。疚囊矄为毩谐隽颂旖蛏钗鬯畣卧?，其溫室氣體排放量僅為17×104,t CO2e．總體上來說，廢物處理單元在城市溫室氣體排放總量所占的比例相對較?。诠I(yè)生產(chǎn)直接排放單元，天津市比南京市高2,714.52×104,t CO2e，二者所占總量比例分別為28.7%和33.3%．2座城市的主要工業(yè)項目不盡相同，但都是根據(jù)IPCC(2006)[9]推薦的主要碳源和方法計算，天津工業(yè)生產(chǎn)工程排放的溫室氣體主要由石油開采、玻璃和水泥生產(chǎn)組成．在外省調(diào)入電力單元，天津市的排放量為1,687×104,t，所占比例為8.4%，本文計算電力生產(chǎn)使用的是能源消耗數(shù)據(jù)，從統(tǒng)計局提供的數(shù)據(jù)中也可以得出外省引進電力量．而在南京數(shù)據(jù)計算中，使用的是終端消費數(shù)據(jù)，所以外省引進電力并入了終端消費之中．數(shù)據(jù)爭議最大的部分應(yīng)該是交通運輸單元，在南京的數(shù)據(jù)中，由于范圍3的數(shù)據(jù)即水運和航空不可獲得，所以忽略了這部分計算．但這部分在天津所占的比例為8.7%，且主要由水運產(chǎn)生，所以對于一個大型港口城市，這部分的計算是不可缺的．而在公路鐵路運輸單元，天津市425×104,t CO2e，比南京的820×104,t CO2e少很多，主要原因是天津統(tǒng)計局提供的數(shù)據(jù)只包括公路鐵路貨運和客運數(shù)據(jù)，而南京的數(shù)據(jù)更為全面，囊括了摩托車、卡車和拖拉機等具體的交通工具數(shù)據(jù)，并且根據(jù)各類交通年均行駛公里和單位公里平均耗油量計算得出油耗．雖然這類方法更為詳細，但是各類車輛的年行駛公里數(shù)的差別很大，采用平均數(shù)據(jù)可能會造成較大誤差．對此，Kennedy等[3]也提出了根據(jù)當?shù)貦C動車用油的銷售數(shù)據(jù)進行計算的方法，然而這樣也會增加外來車輛在邊界內(nèi)消費在邊界外排放的部分，使得計算結(jié)果偏大．因此，本文建議根據(jù)所有可獲得的數(shù)據(jù)，使用多種方法進行計算，對比分析結(jié)果．同時完善數(shù)據(jù)采集工作，尤其是道路交通數(shù)據(jù)．在對比了南京和天津的數(shù)據(jù)后可以發(fā)現(xiàn)，主要碳源分類大體上一致，差別主要是由于數(shù)據(jù)完備情況和統(tǒng)計方法差異造成，但都有一定的合理性和解釋．

圖4 2009年天津與南京溫室氣體排放對比分析Fig.4 Comparison of greenhouse gas emissions from Tianjin and Nanjing in 2009

3.3 不確定性分析

(1) IEAP的不確定性．在IEAP 第3類邊界中采用的是全生命周期評價的方法，而這方面的國內(nèi)外的研究都沒有完善，所以僅能對有限的數(shù)據(jù)做評價．IEAP只包括碳源的匯報，并沒有對碳匯進行要求．

(2) 數(shù)據(jù)統(tǒng)計方法造成的不確定性．由統(tǒng)計局提供的能源使用數(shù)據(jù)多是按熱量折算成標準煤的形式，因為每種能源使用產(chǎn)生的溫室氣體量不同，按標準煤計算會導(dǎo)致誤差擴大．

(3) 數(shù)據(jù)不足造成的不確定性．在計算工業(yè)過程溫室氣體排放時，更為合理的方法應(yīng)該是使用物料平衡法，但無法獲取行業(yè)的具體物料使用數(shù)據(jù)，所以只能使用推薦值．

4 結(jié) 論

(1) 由于近年天津GDP增長速度放緩，只有加大減排力度，才能夠滿足天津市到2015年碳強度下降19%的“十二五”減排指標．同時本文基于IEAP，提供了一套以城市系統(tǒng)為邊界的溫室氣體清單編制方法，為天津市分析減排潛力、制定減排措施提供了依據(jù)．

(2) 根據(jù)IEAP，可以清楚地得出3個范圍的城市溫室氣體排放清單編制和各個溫室氣體排放源．對于天津市來說，能源消耗產(chǎn)生的溫室氣體占總排放量的72.2%，而按行業(yè)計算，工業(yè)產(chǎn)生的溫室氣體占總排量的77.9%．因此提高能源利用率，降低能耗，對工業(yè)行業(yè)制定具體減排計劃是溫室氣體減排的關(guān)鍵因素．

(3) 要更加精確地計算出溫室氣體的排放量，應(yīng)該從統(tǒng)計方法和統(tǒng)計數(shù)據(jù)精度和廣度上進行完善．例如更加精確地統(tǒng)計各種能源的使用數(shù)據(jù)，而不是使用折標煤的方法；統(tǒng)計各行業(yè)的具體的物料使用信息，尤其是交通耗能和工業(yè)生產(chǎn)過程使用物料信息，為行業(yè)碳審計開展提供基礎(chǔ)．

(4) 借鑒能源審計方法，推進碳審計進程．尤其是對IPCC2006推薦的工業(yè)領(lǐng)域的主要碳排放進行全生命周期評價，推進試點單位碳審計工作，建立行業(yè)碳排放標準．

(5) 完善清潔發(fā)展機制(CDM)，使更多碳減排單位獲得經(jīng)濟效益．發(fā)展一批相關(guān)產(chǎn)業(yè)人員，提高從項目設(shè)計到國家審批階段的效率．對于天津而言，在垃圾填埋利用、垃圾焚燒發(fā)電、提高工業(yè)能效、鋼鐵和水泥行業(yè)的余熱利用、風(fēng)力發(fā)電、地?zé)崮芾谩⒅矘湓炝值确矫娑季哂邪l(fā)展成為CDM項目的潛力．

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Municipal Greenhouse Gases Inventory and Analysis:A Case of Tianjin

Deng Na1,2，Chen Guangwu1，Cui Wenqian1，Zhang Yufeng1,2，Ma Hongting1,2
(1. School of Environmental Science and Engineering，Tianjin University，Tianjin 300072，China；2. Key Laboratory of Efficient Utilization of Low and Medium Grade Energy，Ministry of Education，Tianjin University，Tianjin 300072，China)

Basic analysis methods and fundamental data were provided for the analysis of municipal carbon reduction potentials based on the case of Tianjin. Greenhouse gas emissions were categorized into four sections：energy activity，industry，agriculture and waste. The municipal greenhouse gases inventory method was then proposed to analyze the main carbon sources and carbon intensity of the city. The results show that，if Tianjin could keep the average growth rate of Gross Domestic Production and greenhouse emissions，its carbon intensity might achieve the goal of the Twelfth Five years greenhouse gases mitigation plan. However，with some uncertainties，further measures should be taken to develop the emission reduction potential. Greenhouse gases from energy consumptions accounted for 72.2% of the total emission，and those from the industry accounted for 77.9% of the total. Therefore，some pilot programs should be set for assessing the main carbon sources of industry. The carbon emission benchmarks will then be proposed. Meanwhile，improving energy efficiency and reducing energy consumption will help to reduce greenhouse gas emissions.

municipal greenhouse gases inventory；IEAP；the Twelfth Five years greenhouse gases mitigation plan

X2

A

0493-2137(2013)07-0635-06

DOI 10.11784/tdxb20130711

2011-12-23；

2012-03-01.

國家科技支撐計劃資助項目(2011BAJ07B04)；教育部重點實驗室自主創(chuàng)新基金資助項目.

鄧 娜（1978— ），女，博士，副教授.

鄧 娜，denglouna@ tju.edu.cn.