中国碳排放测算方法研究，本文主要内容关键词为：中国论文,方法论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
气象与人类社会
中图分类号：X2 文献标识码：A 文章分类号：1674-7089(2013)05-0048-10
气候变化已经对全球自然生态系统和社会经济造成了深远的影响，其中人类活动导致的二氧化碳过量排放是最主要的影响因素，因此控制二氧化碳排放已经成为应对全球气候变化的关键举措。作为全球最大的发展中国家，中国推进低碳发展势在必行。目前，不少学者对我国碳排放从不同的角度进行了测算，由于测算方法的不同，导致测算结果差异较大。因此，选择合适、准确的测算方法对我国区域碳排放总量、区域工业碳排放、工业分行业碳排放进行测算是开展碳排放相关研究的前提。
从现有的相关研究来看，碳排放测算主要有两种方法：模型估算法和物料衡算法。
模型估算法是在宏观层面和微观层面进行碳排放情景分析和政策模拟时，通过构建相关数学模型对碳排放进行研究的一种方法。主要有ERM-AIM/能源排放模型[1]、MARKAL/能源系统模型[2]、系统动力学模型[3]、Logistic模型[4]、投入产出模型[5]、生命周期模型[6]等。由于模型估算法需要构建估算模型，主要用于国家层面的碳排放测算，在区域和行业层面估算模型的构建难度大，估算模型不恰当会给碳排放测算带来较大误差，因此在区域和行业层面的碳排放通常采用物料衡算法。
物料衡算法是指，以生产过程中的投入产出遵循质量守恒定律为基本原则，对生产过程中所使用的物料进行定量分析。物料衡算法既适用于整个生产过程的物料衡算，同时也适用于局部生产过程的物料衡算。目前大部分碳源排碳量估算和基础数据的获得均是基于物料衡算法。在具体应用中，主要采用联合国政府间气候变化专门委员会(简称IPCC)推荐的两种估算方法，即以详细技术分类和以详细燃料分类为基础的估算法[7]。针对碳排放的测算文献较多，学者们将煤炭、石油、天然气三种能源分别乘以相应的碳排放转换系数对碳排放量进行估算[8]，查冬兰、周德群则将能源从三种大类细分到9类，分别乘以各自的碳排放系数得出碳排放量[9]，还有学者将能源细分为15类进行测算[10]。
目前，现有方法大部分基于一次能源消费量或者能源消费总量直接测算碳排放，不同时期、不同区域或行业的碳排放系数使用固定的参数，未考虑技术进步带来的能源消费碳排放系数下降和区域及行业之间的碳排放系数存在差异，导致碳排放测算出现一定的误差。因此，需要进一步完善碳排放测算，以得到更为精确的数据。
二、碳排放测算基本原则
温室气体排放已经成为国际气候谈判的焦点问题，控制碳排放数据的质量、提高碳排放数据的可信度、加强碳排放数据的代表性等，成为碳排放测算工作所需要思考的问题。受我国能源消费结构、化石能源燃烧技术、温室气体减排政策等多种因素叠加影响，能源消费结构和碳排放系数具有时间性、空间性、多变性等特征。为了提高碳排放测算的准确性与代表性，在以物料衡算法为基础确定适合我国国情的碳排放测算方法时，应遵循以下原则。
(一)系统性原则
碳排放测算是一个规模宏大的系统，包括区域碳排放测算、区域工业碳排放测算、工业分行业碳排放测算、产业碳排放测算、重点污染行业碳排放测算、火力发电碳排放测算、水泥生产碳排放测算等子系统。对这样一个系统进行碳排放测算，就必须遵循系统的观点，从系统的视角出发，在系统的相互影响、相互促进、相互制约中描述系统的特征。碳排放测算作为一个有机的整体，要能全面包含碳排放的各个要素(如煤炭、石油、天然气等一次能源消费，电力、热力等二次能源消费，区域间电力调入调出等)。当然，碳排放测算方法不可能完全精确，但二氧化碳排放的主要部分不可欠缺，应该体现其系统性和完整性。
(二)科学性原则
碳排放测算方法必须科学地反映碳排放的实际水平，有理论依据，不能选择没有实际意义的能源消费品种。在选取产生碳排放的能源消费品种时，要考虑到能源消费品种之间的差异性，选取那些主要的和占据碳排放比重较大的能源品种，对于那些碳排放为零的能源品种，如风能、水能等无需考虑，以期真实反映我国的碳排放水平。此外，兼顾国内外碳排放测算方法之间的可比性。
(三)时间与空间动态变化原则
随着我国能源统计的进一步完善，终端能源消费品种进一步细化，在碳排放测算过程中，需要适时根据需要扩大测算范围。受燃料能源品种优化和燃料技术改进等因素的影响，碳排放系数呈下降趋势，因此，要对不同区域、不同行业、不同时期的碳排放系数进行动态测算，同时亦需要间接动态测算终端消费的能源标准量转换系数，根据我国国情进行适当调整。
(四)充分利用相关部门现有核算数据的原则
充分利用相关部门的现有行政统计数据，如各级环保部门对碳排放的核算等，检验碳排放测算的准确性与一致性。面对我国能源消费结构优化、产业结构升级、低碳技术完善、居民生活方式的低碳转变等变化，碳排放测算方法不一定能够迅速适应。因此，需要根据有关部门公布的部分碳排放数据调整测算方法。
三、碳排放测算基本方法
地球上的二氧化碳主要来源于自然界动植物和微生物的呼吸作用、早期碳酸类矿物分解以及人类燃烧化石燃料。《2006年IPCC国家温室气体清单指南》中将温室气体排放来源划分为五大类，即：能源、工业过程和产品使用、农业、林业和其他土地利用变化、废弃物、非二氧化碳气体排放的碳[11]。工业过程的温室气体排放取决于过程类型、减排技术和其他条件，存在较大的行业差异，进行整合估算误差也较大；土地利用变化的温室气体排放评估存在一定的技术难度和更多的不确定性；化石能源的燃烧通过电力和能源通道几乎覆盖了社会生产生活的所有领域，可以代表一个国家或地区总体的温室气体排放水平，且数据更容易获得，可信度较高。因此在进行一般性的温室气体排放评估时，化石能源燃烧排放的温室气体量成为当前国际温室气体评估中通用的方案[12]。本文将测算我国化石能源消费产生的碳排放量，并将其作为评估碳排放量总体水平的代用指标。
IPCC作为国际上权威的温室气体排放研究机构，在《2006年IPCC国家温室气体清单指南》第二卷中列出了估算固定源和移动源中化石能源燃烧排放二氧化碳的三种主要方法，即方法1、方法2、方法3。其中方法1是基于燃烧的燃料数量(通常来自国家能源统计)和缺省排放因子来估算的，可用于所有相关的直接温室气体估算。方法2采用与方法1类似的燃料统计，但是用特定国家排放因子来替代方法1中的缺省因子，由于可用的特定国家排放因子因不同的特定燃料、燃烧技术乃至各个工厂而可能有所不同，所以活动数据需要进一步划分，以正确反映这种分类源。方法3是在适当情况下使用详细排放模式或测量，以及单个工厂级数据，这些模式和测量能够对非二氧化碳温室气体进行更好的估算，不过需要更详细的信息，做更多的工作。此外，还有一个参考方法，如果清单编制者只能获得非常有限的资料和数据结构，参考方法可用于对部门方法的独立检查和编制国家温室气体排放的一级估算。从方法1到方法3，测算的细致程度从粗到细。其中方法1相对简单，易于操作，对数据的要求不高，计算的结果能够近似反映碳排放的总体水平；而方法2和方法3较为复杂，对数据和技术要求较高，计算结果相对更为准确，但目前的统计数据可获得性差，一般个人研究者无法做到。参考方法是一个自上而下的方法，使用国家的能源供应数据来估算主要化石燃料燃烧所产生的二氧化碳排放量，对研究国家层面的碳排放而言是一种简易方法，使用相对容易获得的能源供应统计资料，但是无法满足我国区域碳排放总量、区域工业碳排放、工业分行业碳排放的测算。综合考虑到统计资料的可获得性和本文的研究层面，本文采用方法1对我国与能源活动有关的二氧化碳排放进行测算。
碳排放测算范围方面：按照国家统计局编制的《能源统计报表制度》的要求，能源消费量分为加工转换损失量(投入量减去去产出量)、损失量(运输和输配损失)、终端消费量三部分。其中能源加工转换包括火力发电、供热、洗选煤、炼焦、炼油及煤制油、制气、天然气液化、煤制品加工等八个方面，终端消费量包括农、林、牧、渔业，工业，建筑业，交通运输、仓储和邮政业，批发、零售业和住宿、餐饮业，其他，生活消费等七个部分。能源种类包括原煤、洗精煤、其他洗煤等。在地区终端能源消费中，电力消费既有本地区火力发电，也有外省(区、市)外来电，在一次能源消费量测算碳排放的基础上，加上二次能源消费量的碳排放量，充分考虑区域之间的电力调入调出，按照生产地原则计算碳排放。
碳排放系数动态调整方面：在地区终端能源消费中，电力和热力受各地区政府和民众对环保的重视程度、政府对环境治理和保护的投入、化石能源燃烧过程中燃烧控制技术和燃烧后控制技术、区域能源消费结构等因素的影响，运用动态变化的电力和热力碳排放因子进行区域碳排放测算。在地区工业终端能源消费和工业行业终端能源消费中，受燃烧技术改进和能源消费结构调整的影响，电力和热力碳排放因子呈动态变化，因此对不同年份、不同地区使用动态变化的电力和热力碳排放因子进行测算。
碳排放测算统计口径的一致性调整方面：在《中国能源统计年鉴2011-2012》中，终端能源消费种类较《中国能源统计年鉴2006-2010》中的终端能源消费种类增加了煤矸石、高炉煤气、转炉煤气、石脑油、润滑油、石蜡、溶剂油、石油沥青、石油焦、液化天然气等。由于终端能源消费的其他能源消费量少，且不易获得碳排放系数，同时为保证数据统计口径的一致性，在对碳排放进行测算时，不考虑其他能源消费，选取原煤、洗精煤、其他洗煤、型煤、焦炭、焦炉煤气、其他煤气、其他焦化产品、原油、汽油、煤油、柴油、燃料油、液化石油气、炼厂干气、其他石油制品、天然气等17种终端能源消费品种。
四、碳排放测算方法的应用
张德英、张丽霞对碳源排碳量估算方法的不确定性因素进行了详细的阐述，主要包括排放监测时的相关误差、建立估算模型引起的不确定性、排放因子的测算存在错误或者误差、估算方法选择带来的不确定性、基础数据可获得性导致的误差、未知碳源的确定、使用减少二氧化碳气体排放技术给计量减排的部分数值带来的不确定性等[13]。为了减少碳排放测算的不确定性，提高测算的精确度，在对区域碳排放、区域工业碳排放、工业分行业碳排放三个层面的碳排放测算上，需要考虑碳排放系数和化石能源标准量转换系数随时间动态变化给碳排放带来的影响，改进碳排放测算方法。本文将以减少测算误差为原则，探讨省级区域层面上碳排放总量、省级区域层面上工业碳排放、工业分行业层面上碳排放的测算方法。
(一)区域碳排放测算方法
为了获得更精确的产生二氧化碳排放的能源数据，本文在测算区域碳排放时考虑了以下五个方面：
第一，二氧化碳排放主要来源于终端消费和能源加工转换中的火力发电与供热过程中的能源消费，其他能源加工转换过程(如洗选煤、炼焦、炼油及煤制油、制气、天然气液化等)和运输、输配损失能源产生的二氧化碳排放较少，不予考虑。
第二，受区域能源消费结构不一、节能减排技术进步(如自主研发和技术引进)等因素的影响，各个地区的电力和热力碳排放因子差异较大，为了更精确地测算区域电力和热力的二氧化碳排放，不通过能源终端消费的电力和热力对二氧化碳进行测算，而是根据能源加工转换过程中的火力发电与供热消耗原煤、洗精煤、其他洗煤、型煤、焦炭、焦炉煤气、其他煤气、其他焦化产品、原油、汽油、煤油、柴油、燃料油、液化石油气、炼厂干气、其他石油制品、天然气等17种排放因子相对稳定的能源品种进行间接测算。
第三，区域电力既有本地火力发电也有外来供电，为更精确测算区域电力碳排放，按照生产地原则计算本省(区、市)调出量的碳排放，并减去外省(区、市)调入量的碳排放，电力调入调出量的碳排放因子采用当年全国火力发电碳排放因子。
第四，《中国能源统计年鉴》中的《地区能源平衡表》只公布实物量，虽然原煤等17种能源品种标准量转换系数相对比较稳定，但是由于受火力发电、热力、终端消费能源消费结构的影响，其转换系数则有所差异。为更精确地测算区域能源消费标准量，运用《中国能源平衡表》中的标准量与实物量对火力发电、热力、终端消费的能源标准量转换系数分别进行计算。
第五，终端消费各类能源的碳排放系数借鉴《2006年IPCC国家温室气体清单指南》，各类化石能源的碳排放系数采用IPCC(2006)排放清单的碳排放系数，如表1所示。其中IPCC(2006)排放清单中没有其他洗煤和型煤的碳排放系数，用国家发改委能源研究所的碳排放系数替代。
根据IPCC碳排放计算指南(2006)，结合我国区域能源统计数据的特点，对区域碳排放量的计算公式表述为：
为时间t电力碳排放系数，我国火力发电主要是通过燃烧燃料(煤、石油及其制品、天然气等)得到热能发电，其碳排放系数由火力发电过程中各能源消费比例决定，受能源消费结构、电力生产技术等因素的影响，电力碳排放系数每年变化大，因此有必要对不同区域电力调入调出的不同时间段计算不同的碳排放系数，用能源加工转换中火力发电所消费的各种能源碳排放总量除以终端能源消费量作为电力碳排放系数。
区域碳排放测算流程如图1所示。
图1 区域碳排放测算流程
中国30个省、市、自治区(西藏除外)的原煤等17种能源品种的终端能源消费实物量、电力和热力终端消费量以及火力发电、供热过程中的一次能源投入量实物量数据来源于《中国能源统计年鉴》中的《地区能源平衡表》。各类能源实物量的标准量折算系数通过历年《中国能源统计年鉴》中的《中国能源平衡表》中的实物量和标准量进行测算。
本省(区、市)调出量、外省(区、市)调入量数据来源于《中国能源统计年鉴》中的《地区能源平衡表》，电力调入调出量的实物量的标准量折算系数通过历年《中国能源统计年鉴》中的《中国能源平衡表》中的实物量和标准量进行测算，其碳排放因子采用当年全国火力发电碳排放因子，计算当年全国火力发电一次能源消费碳排放与电力消费量的比重作为电力碳排放因子。
(二)区域工业碳排放测算方法
由于工业能源消费产生的碳排放占中国能源消费产生的碳排放的70%左右，且存在较大的区域差异，为了获得更为精确的产生二氧化碳排放的能源数据，在测算区域工业碳排放时考虑以下四个方面。
第一，区域工业二氧化碳排放主要来源于终端消费(包括电力和热力)，不考虑与工业相关的能源加工转换和运输、输配损失能源产生的二氧化碳排放。
第二，受区域能源消费结构不一、节能减排技术进步(如自主研发和技术引进)等因素的影响，各个地区的终端能源消费中电力和热力碳排放因子差异较大，为更精确地测算区域工业电力和热力的二氧化碳排放，通过能源加工转换过程中的火力发电与供热消耗原煤等17种排放因子相对稳定的能源品种对能源终端消费的电力和热力碳排放因子进行间接测算，进而对区域工业终端能源消费中的电力和热力二氧化碳排放进行较为精确的测算。
第三，与区域碳排放测算相同，运用《中国能源平衡表》中的标准量与实物量对终端消费(包括电力与热力)的能源标准量转换系数分别进行计算。
第四，终端消费各类能源的碳排放系数与区域碳排放测算中的碳排放系数相同，电力和热力的碳排放采用动态间接测算。
根据IPCC碳排放计算指南(2006)，结合我国区域工业能源统计数据的特点，对区域工业碳排放量的计算公式表述为：
终端能源消费(包括电力和热力)标准量转换系数以及区域工业终端能源消费中的电力和热力碳排放系数采用以下公式计算：
分别为区域i工业能源消费中电力和热力在时间t的碳排放系数，受区域工业能源消费结构、电力和热力生产技术等因素的影响，不同区域、不同时间电力和热力碳排放系数差异大，因此有必要对不同区域、不同时间分别计算电力和热力碳排放系数，用各地区能源加工转换中火力发电和供热过程中消费的各能源碳排放总量除以终端能源消费量的电力和热力作为电力和热力碳排放系数。
区域工业碳排放测算流程如图2所示。
图2 区域工业碳排放测算流程
中国30个省、市、自治区(西藏除外)的原煤等能源品种的工业终端能源消费实物量数据来源于《中国能源统计年鉴》中的《地区能源平衡表》。各类能源实物量的标准量折算系数通过历年《中国能源统计年鉴》中的《中国能源平衡表》中的实物量和标准量进行测算。各类化石能源的碳排放系数采用表1排放清单的碳排放系数。
(三)工业分行业碳排放测算方法
工业能源消费产生的碳排放占中国能源消费产生的碳排放的70%左右，且存在较大的行业差异。为获得更精确的产生二氧化碳排放的能源数据，本文在测算工业分行业碳排放时考虑了以下五个方面。
第一，工业分行业二氧化碳排放主要来源于终端消费(包括电力和热力)，不考虑与工业相关的能源加工转换和运输、输配损失能源产生的二氧化碳排放。
第二，受能源消费结构不一、节能减排技术进步(如自主研发和技术引进)等因素的影响，不同时期终端能源消费中电力和热力碳排放因子差异较大，为更精确地测算工业分行业电力和热力的二氧化碳排放，从能源加工转换过程中的火力发电与供热消耗原煤等17种排放因子相对稳定的能源品种对能源终端消费的电力和热力碳排放因子进行间接测算，进而对工业分行业终端能源消费中的电力和热力二氧化碳排放进行较为精确的测算。
第三，由于《中国能源统计年鉴》中有工业分行业终端能源消费量的标准量，因此无需运用《全国能源平衡表》中的标准量与实物量对终端消费(包括电力与热力)的能源标准量转换系数分别进行间接测算，直接使用工业分行业终端能源消费量的标准量更为精确。
第四，终端消费各类能源的碳排放系数与区域碳排放测算中的碳排放系数相同，不同时期电力和热力的碳排放采用动态间接测算。
第五，根据《国民经济行业分类标准》(GB/T4754-2002)，将工业行业细分成39个分行业。
根据IPCC碳排放计算指南(2006)，结合我国工业分行业能源统计数据的特点，本文对工业分行业碳排放量的计算公式表述为：
工业分行业终端能源消费中的电力和热力碳排放系数采用以下公式计算：
式(6)中，分别为工业分行业i能源消费中电力和热力在时间t的碳排放系数，受能源消费结构、电力和热力生产技术等因素的影响，工业分行业不同时间电力和热力碳排放系数差异大，因此有必要对不同时间分别计算电力和热力碳排放系数，用全国能源加工转换中火力发电和供热过程中消费的各能源碳排放总量除以终端能源消费中的电力和热力作为电力和热力碳排放系数。
工业分行业碳排放测算流程如图3所示。
图3 工业分行业碳排放测算流程
39个工业分行业的原煤等能源品种的终端能源消费实物量数据来源于《中国能源统计年鉴》中的《工业分行业终端能源消费量(标准量)》。各类化石能源的碳排放系数采用表1排放清单中的碳排放系数。
本文在碳排放测算基本原则的基础上，以减少测算误差为原则，综合考虑到统计资料的可获得性和本文的研究层面，提出我国与能源活动有关的二氧化碳排放测算方法。同时对省级区域层面上碳排放总量、省级区域层面上工业碳排放、工业分行业层面上碳排放的测算方法进行了应用探讨。对于区域碳排放测算，考虑了各个地区的电力和热力碳排放因子时空动态变化，区域电力按照生产地原则计算碳排放，能源标准量转换系数动态变化等因素。对于区域工业碳排放测算，采用原煤等17种排放因子相对稳定的能源品种对能源终端消费的电力和热力碳排放进行动态间接测算。对于工业分行业碳排放测算，直接使用工业分行业终端能源消费量的标准量，不同时期电力和热力的碳排放采用动态间接测算。改进后的碳排放测算方法能够较为准确地测算碳排放量，为我国有关碳排放的研究提供了较好的数据支撑。
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