低碳經濟轉型中省級碳排放核算方法比較分析

齊紹洲 付 坤

近年來，應對氣候變化和向低碳經濟轉型日益受到我國政府的高度重視，2007年國務院頒布了《中國應對氣候變化國家方案》，2009年11月國務院公布了我國溫室氣體減排目標即到2020年單位國內生產總值二氧化碳排放量比2005年下降40%～45%。2011年12月，在國務院發(fā)布的《“十二五”控制溫室氣體排放工作方案》中，確定了2015年全國單位國內生產總值二氧化碳排放比2010年下降17%的目標，并將這個目標分解成“十二五”各省市自治區(qū)單位國內生產總值二氧化碳排放下降指標。

編制碳排放清單是應對氣候變化、向低碳經濟轉型以及建立碳交易市場的一項基礎性工作，因此2008年我國啟動了2005年國家溫室氣體清單的編制工作，并于2010年啟動了7個試點省份編制溫室氣體排放清單工作，2011年批準了在北京市、天津市、上海市、重慶市、深圳市、湖北省及廣東省啟動碳排放權交易試點工作。然而，我國各省市自治區(qū)經濟結構和能源消費結構差異大，且適合于核算碳排放量的基礎數據有限。因此，為了準確核算省級區(qū)域能源消費碳排放量，必須研究適合省級層面的碳排放核算方法。本文從能源消費角度，在理論上比較了不同碳排放核算方法，分析了現有文獻中核算方法的不足，提出新的二次能源（電力和熱力）碳排放核算方法，并對2006年－2010年湖北省能源消費碳排放量進行了核算分析。

一、碳排放基本核算方法

目前，關于碳排放核算方法可分為：系統核算法和非系統核算法。其中，系統核算法主要包括生命周期法和模型法；非系統核算法主要包括實測法、物料平衡法和清單法。

（一）生命周期法

生命周期法基本思路是在對某一活動碳排放分析時，不僅要評價活動本身或投入物料直接產生的排放問題，而且還要考慮與活動或所有物料相關的伴隨效應。因此，該方法研究的是產品從生產、消費至最終廢棄物處理的全碳排放鏈，對每個環(huán)節(jié)進行碳排放的定性和定量分析。目前，主要應用在建筑①張智慧、尚春靜、錢 坤：《建筑生命周期碳排放評價》，載《建筑經濟》2010年第2期，第44～46頁。、煤電②夏德建、任玉瓏、史樂峰：《中國煤電能源鏈的生命周期碳排放系數計量》，載《統計研究》2010年第8期，第82～89頁。、出口貿易③G Machado，R Schaeffer，E Worrell.“Energy and Carbon Embodied in the International Trade of Brazil：AnInput－Output Approach”，Ecological Economics 2001，39（3），pp.409～424.等領域。

（二）模型法

模型估算方法分為宏觀模型法和生態(tài)模型法兩種。

宏觀模型法主要包括MARKAL模型④陳文穎、吳宗鑫：《未來中國的SO2和CO2排放控制對策》，載《清華大學學報（自然科學版）》2002年第10期，第1320～1323頁。、LEAP模型⑤王 克、王 燦、呂學都、陳吉寧：《基于LEAP的中國鋼鐵行業(yè)CO2減排潛力分析》，載《清華大學學報（自然科學版）》2006年第12期，第1982～1986頁。、Logistic模型和系統動力學模型⑥秦 鐘、章家恩、駱世明、葉延瓊：《我國能源消費與CO2排放的系統動力學預測》，載《中國生態(tài)農業(yè)學報》2008年第4期，第1043～1047頁。，這些模型主要應用于對未來碳排放量的預測。

生態(tài)模型法認為，人類從事的生產和生活活動、氣候、區(qū)域等因素會共同的影響森林和土壤的碳排放。因此，該方法主要通過環(huán)境生態(tài)模型來模擬森林和土壤系統的碳排放過程。主要代表模型：PROCOMAP模型、CO2FIX模型、CENTURY模型和ROTH模型⑦N.H.Ravindranath，M.Ostwald.Carbon Inventory Methods.Berlin：Spriner 2007，pp.201～214.。但是，由于很多環(huán)境生態(tài)過程難以通過設置參數方式進行模擬，所以基于生態(tài)模型碳排放核算方法的計算結果值得懷疑⑧D.D.Baldocchi，K.B.Wilson.“Modeling CO2and Water Vapor Exchange of a Temperate Broadleaved Forest Across Hourly to Decadal Time Scales”，Ecological Modeling2001，142（1－2），pp.155～184·。

（三）實測法

實測法主要通過監(jiān)測手段或國家有關部門認定的連續(xù)計量設施，測量排放氣體的流速、流量和濃度，用主管部門認可的測量數據來計算氣體的排放總量。實測法進一步可分為抽樣分析法和在線實時監(jiān)測法。其中，抽樣分析法需要樣本具備代表性，否則計算的數據缺乏真實性；而在線實時監(jiān)測法理論上可以準確計算碳排放量，并保證數據的客觀性，但我國目前尚未建立起國家（區(qū)域）碳排放量核算體系，無法為在線實時監(jiān)測法提供必要的技術支持。

（四）物料平衡法

物料平衡法基本原理是質量守恒定律，即輸入系統的物料質量必定等于該系統輸出物料的質量。該方法是把工業(yè)排放源的碳排放量、生產工藝和資源（原材料、能源）的綜合利用結合起來，系統地、全面地研究生產過程中碳排放的一種科學有效的計算方法。物料平衡法既適用于整個生產過程，也適合于局部生產過程。目前，該方法可以應用于那些將化石能源既作為燃料又作為生產原料的行業(yè)。比如，化工行業(yè)，鋼鐵行業(yè)。該方法最大劣勢在于需要搜集詳細的工業(yè)生產過程數據，僅適合數據基礎較好的行業(yè)（企業(yè)）采用。

（五）清單法

清單法是按照IPCC國家溫室氣體清單指南的要求編制溫室氣體清單。報告范圍包括：能源活動、工業(yè)過程和產品使用、農業(yè)、林業(yè)和其他土地利用、廢棄物等。碳排放主要來源于能源消費活動，而能源部分的碳排放產生主要是由于富含碳的化石燃料燃燒，因此碳排放可以根據燃料的數量和不同燃料的排放因子確定。對于燃燒產生的二氧化碳，燃燒條件（燃燒效率、在礦渣和爐灰等物中的碳殘留）相對不重要。因此，排放因子主要取決于燃料的碳含量。計算公式如下：

清單法與其他方法比較優(yōu)勢在于碳排放核算所需的基礎數據要求不高，一般使用國家統計年鑒、能源統計年鑒和省市自治區(qū)統計年鑒中的數據就可以對國家和區(qū)域的能源消費碳排放進行核算，因此國內許多學者將我國碳排放量的研究主要集中在基于能源消費的碳排放上①陳詩一：《能源消耗、二氧化碳排放與中國工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展》，載《經濟研究》2009年第1期，第41～55頁。②郭彩霞、邵超峰、鞠美庭：《天津市工業(yè)能源消費碳排放量核算及影響因素分解》，載《環(huán)境科學研究》2012年第2期，第232～239頁。③張 雷、黃園淅、李艷梅、程曉凌：《中國碳排放區(qū)域格局變化與減排途徑分析》，載《資源科學》2010年第2期，第211～217頁。。。本文采用清單方法對省級層面能源消耗碳排放情況進行核算。

二、省級能源消費碳排放核算基礎數據選取

（一）能源消費數據的選取

我國省級層面能源消費數據統計主要來源于各省市自治區(qū)統計年鑒和《中國能源統計年鑒》。其中，省市自治區(qū)統計年鑒一般會提供全社會綜合能源平衡表，但由于該表中的數據均以噸標準煤為單位，而各省市自治區(qū)存在顯著的能源消費結構差異，這必然使得標煤的碳排放系數無法統一，最終導致碳排放核算結果誤差較大?！吨袊茉唇y計年鑒》提供了分地區(qū)的能源平衡表（實物量），地區(qū)能源平衡表中提供了能源加工轉換投入產出量數據、損失量數據和終端消費量數據，基于這些數據可以建立地區(qū)能源消費流程圖，并最終確定用于計算碳排放的能源消費數據。能源消費流程圖見圖1：

圖1 能源消費流程圖

由能源消費流程圖可知，化石能源進行火力發(fā)電與供熱產生了碳排放，其消費量應該計入能源消費碳排放核算中；而在終端消費量中用作工業(yè)原料、材料的能源消費由于未直接燃燒產生碳排放，其消費量應在核算碳排放時予以扣除。

（二）能源碳排放因子的選取

1.化石能源排放因子

目前，國內研究者大多直接采用《2006年IPCC國家溫室氣體清單指南》中推薦的因子，但該因子主要存在以下三個問題：第一，IPCC化石能源品種分類和我國能源品種分類不完全一致；第二，IPCC提供的化石能源品種單位燃料含碳量和低位熱值不符合我國實際情況；第三，IPCC默認所有化石能源完全燃燒即氧化率為100%，這也和實際不符。以上三個問題疊加在一起會對我國化石能源品種的實際排放因子產生較大影響，因此需要選取符合我國實際化石能源品種的單位燃料含碳量、燃燒氧化率和低位熱值。國家發(fā)改委在2011年5月制定了《省級溫室氣體清單編制指南（試行）》，在指南中提供了基于我國化石能源品種實際的參數值。本研究中各化石能源品種單位燃料含碳量和燃燒氧化率均選取《省級溫室氣體清單編制指南（試行）》中的相關數據，化石能源的低位熱值取自《中國能源統計年鑒》。具體化石能源品種排放相關參數如下表1。

2.二次能源（熱力和電力）排放因子

熱力和電力是兩種重要的二次能源，熱力和電力消費的碳排放核算方法不盡相同。由于熱力在生產階段就核算了碳排放，熱力消費的碳排放一般不予核算，而對于電力消費碳排放處理方法主要分為兩種：第一種，由于電力的碳排放已經在電力部門發(fā)電時核算過一次，為了避免重復計算，將電力消費視作零排放；第二種，電力碳排放因子直接參考國家發(fā)展和改革委員會應對氣候變化司定期公布的每年中國區(qū)域電網基準線排放因子。這兩種電力消費的碳排放核算方法都存在明顯的不合理之處：一方面，若將電力消費視作零排放，將無法直接核算電力消費端的碳排放，不利于整體上控制溫室氣體排放；另一方面，國家發(fā)改委公布的中國區(qū)域電網基準線排放因子是為中國清潔發(fā)展機制重點領域的CDM項目而計算出來的，將其直接用于區(qū)域層面、行業(yè)層面和企業(yè)層面的碳排放核算是不準確的。本研究提出可根據二次能源（電力和熱力）當量值①當量值又稱理論熱值（或實際發(fā)熱值），是指某種能源本身所含熱量，按熱量的多少可以折算成標煤。（Energy Calorific Value）和等價值②等價值是指為了得到一個單位的二次能源（或載熱工質）實際需要一次能源的消耗量。（Energy Equivalent Value），將二次能源（電力和熱力）生產過程中的碳排放在生產端和消費端之間進行分擔，這樣既避免了碳排放的重復計算，又核算了二次能源（電力和熱力）消費的碳排放，充分體現出二次能源生產端和消費端“共同但有區(qū)別的責任”原則。

表1 能源品種排放相關參數

二次能源（電力或熱力）的排放因子計算過程如下：

式中：

EEVy是第y年省級區(qū)域二次能源（電力或熱力）的等價值（kgce/kW·h或kgce/MJ）；

ECV是二次能源（電力或熱力）的當量值（kgce/kW·h或kgce/MJ）；

FCi，y是第y年省級區(qū)域二次能源（電力或熱力）生產中燃料i的消耗量（kg或m3）；

Ri是燃料i的折算標準煤系數（kgce/kg或kgce/m3）；

EGy是第y年省級區(qū)域二次能源（電力或熱力）生產量（108kW·h或1010kJ））；

Ky是第y年省級區(qū)域二次能源（電力或熱力）生產端承擔比率；

EFy是第y年省級區(qū)域二次能源（電力或熱力）碳排放因子（tCO2/104kW·h或tCO2/106kJ）；EFCO2是燃料i的碳排放因子（kgCO2/kg，或kgCO2/m3）；

ECy是第y年省級區(qū)域二次能源（電力或熱力）消費量（108kW·h或1010kJ）；

i是第y年省級區(qū)域二次能源（電力或熱力）生產中消耗的化石燃料種類。

我國在《中國能源統計年鑒》中公布了電力和熱力當量值，具體值如下表2。

表2 電力和熱力當量值

三、湖北省能源消費碳排放核算

湖北省作為全國的低碳試點省和碳交易試點省，其省級碳排放核算方法具有一定的代表性。下面，我們以湖北省為例，來考察如何應用上面的核算方法。湖北省能源消費數據來源《中國能源統計年鑒》（2007－2011）中湖北省能源平衡表（實物量）。

（一）湖北省二次能源（電力和熱力）碳排放因子

根據公式（2），湖北省電力和熱力的等價值計算結果如表3。

表3 湖北省電力和熱力等價值

根據公式（3），湖北省電力和熱力生產過程中碳排放生產端的承擔比率計算結果如表4。

表4 湖北省電力和熱力生產過程中碳排放生產端的承擔比率

根據公式（4），湖北省電力和熱力消費的碳排放因子計算結果如表5。

表5 湖北省電力和熱力消費的碳排放因子

比較國家發(fā)改委公布的中國區(qū)域電網基準線排放因子與表5中電力排放因子可知，若采用前者核算電力消費碳排放量必然導致嚴重的重復計算問題。具體電力排放因子的比較結果①國家發(fā)改委公布的電力排放因子是按照我國區(qū)域電網來劃分的，而湖北省電網屬于華中電網，因此表6中是將華中電網排放因子和本文表5中計算的電力排放因子進行比較。見表6。

表6 電力排放因子比較

（二）湖北省能源消費碳排放量

1.總體碳排放情況

根據能源消費核算2006－2010年的湖北省總體CO2排放，總體絕對排放量呈上升趨勢，年復合增長率為10.15%，增長率總體呈現U型，2008年增長率最低為4.25%。碳生產率年復合增長率為7.32%。詳見圖2。

2.湖北省分部門碳排放分析

從細分部門來看，湖北省整體可分為農林牧漁業(yè)、工業(yè)、建筑業(yè)、交通運輸倉儲郵政業(yè)、批發(fā)零售住宿餐飲業(yè)、生活和其他等7大部門，此外也將能源生產與加工轉換（火電和供熱）視作1個部門核算其碳排放量。湖北省2006－2010年分部門碳排放情況詳見表7。

從2006－2010年湖北省分部門終端能源消費的碳排放情況可以看出，工業(yè)部門的碳排放量最大，但占比始終在60%以下，且保持比率逐年下降趨勢；其次是能源生產與加工轉換（火電與供熱）的排放量占15%左右；而交通運輸、倉儲與郵政業(yè)和生活消費，比重均穩(wěn)定在7%－10%之間；農林牧漁業(yè)所占的份額僅為2.5%左右，具體變化趨勢如圖3。

圖3 2006－2010湖北省分部門碳排放占比趨勢圖

3.湖北省工業(yè)分行業(yè)碳排放分析①湖北省工業(yè)分行業(yè)碳排放分析基礎數據來源于《湖北省統計年鑒2011》。

根據行業(yè)分類，工業(yè)又可進一步分為39個二位數行業(yè)，其中排放前十的工業(yè)行業(yè)碳排放總和占全湖北省規(guī)模以上工業(yè)行業(yè)排放總量的90%以上②由于《湖北省統計年鑒》（2007－2011）中，工業(yè)行業(yè)能耗數據僅統計了規(guī)模以上工業(yè)分行業(yè)的數據，因此這里實際上分析的是湖北省規(guī)模以上工業(yè)行業(yè)二氧化碳排放情況。，占全省能源消費碳排放量40%以上。本研究對39個工業(yè)行業(yè)的碳排放情況進行了核算，2006－2010年湖北省前十個工業(yè)行業(yè)的碳排放③由于《湖北省統計年鑒2011》分行業(yè)能源消費統計，僅包含原煤，汽油，柴油和電力等四種能源消費數據，因此圖4至圖8湖北省工業(yè)行業(yè)碳排放核算是基于原煤，汽油，柴油和電力數據。具體情況見圖4至圖8。

圖4 2006年湖北省碳排放量前十位工業(yè)行業(yè)

圖5 2007年湖北省碳排放量前十位工業(yè)行業(yè)

圖6 2008年湖北省碳排放量前十位工業(yè)行業(yè)

圖7 2009年湖北省碳排放量前十位工業(yè)行業(yè)

圖8 2010年湖北省碳排放量前十位工業(yè)行業(yè)

從圖4－圖8可以看出，湖北省工業(yè)行業(yè)中，2006－2010年碳排放量前六位行業(yè)是一致的，分別是：電力、熱力的生產和供應業(yè)、化學原料及化學制品制造業(yè)、非金屬礦物制品、黑色金屬冶煉及壓延加工業(yè)、交通運輸設備制造業(yè)和有色金屬冶煉及壓延加工業(yè)。這六個工業(yè)行業(yè)的碳排放量占全省規(guī)模以上工業(yè)排放的80%以上，占全省能源消費碳排放量37%以上。

四、結 論

本研究比較了不同的碳排放核算方法，并結合我國現有的統計體系，對省級層面能源消費碳排放核算得出以下幾點結論：

第一，基礎數據的質量直接決定了碳排放核算的準確程度。為了避免化石能源碳排放的重復計算，省級層面能源消費數據應采用《中國能源統計年鑒》中地區(qū)能源平衡表（實物量）的數據，同時須選取符合我國化石能源品種實際情況的碳排放參數，包括單位熱值含碳量、碳氧化率和低位熱值。

第二，由于我國電力市場是受政府管制的，發(fā)電企業(yè)不能夠將原料成本直接轉嫁給下游消費端，因此電力生產端和消費端應該共同承擔電力生產過程中的碳排放，而電力生產端和消費端各自的碳排放承擔比率可以根據不同省市自治區(qū)的電力的等價值和當量值來確定，進而計算出電力的排放因子。需要指出的是本文根據此方法計算出來的湖北省電力碳排放因子僅僅只有國家發(fā)改委公布的相應數據的1/5左右，所以直接采用后者來核算省級層面能源消費碳排放會出現嚴重的重復計算問題。

本文在省級層面核算碳排放情況時存在幾點不足之處：第一，本文僅從能源消費角度核算，而根據IPCC國家溫室氣體清單的編制要求，全面評估碳排放情況應當包括能源活動、工業(yè)生產過程（建材產品、化工產品、金屬產品）、農業(yè)、土地利用變化和林業(yè)與廢棄物五個方面；第二，本文在計算省級層面電力排放因子時，未考慮我國各區(qū)域電網之間的調入和調出情況，這必將使基于本文提出的方法計算出的電力排放因子不確定性增加。我們將對上述問題進行進一步的研究，并把此方法進一步應用到全國各省區(qū)的碳排放計算中去，從而可以更好地根據各個省區(qū)的實際情況，制定出更加符合各地區(qū)實際的低碳經濟轉型政策，并為建立全國性的碳交易市場提供基礎數據參考。