碳排放核算方法概述與比較研究

郝千婷 黃明祥, 包 剛

（1 環(huán)境保護(hù)部信息中心，北京100029; 2 內(nèi)蒙古師范大學(xué)，內(nèi)蒙古自治區(qū)遙感與地理信息系統(tǒng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，呼和浩特 010022）

1.引言

自1988年全球氣候變暖的警鐘敲響以來，氣候變化已成為當(dāng)前全世界共同關(guān)注的話題。1992年6月4日，《聯(lián)合國(guó)氣候變化框架公約》在聯(lián)合國(guó)環(huán)發(fā)大會(huì)上通過，中國(guó)成為締約國(guó)之一；1997年12月11日，各國(guó)簽訂《京都議定書》，中國(guó)加入；2007年6月，國(guó)家發(fā)改委出臺(tái)并發(fā)布了《中國(guó)應(yīng)對(duì)氣候變化方案》；同年12月，國(guó)家發(fā)改委及其他有關(guān)部門制定印發(fā)了《節(jié)能減排綜合性工作方案》；2009年12月7日召開的哥本哈根大會(huì)形成了《哥本哈根協(xié)議》，中國(guó)批準(zhǔn)并承諾到2020年，在2005年水平上削減碳密度40%-45%。面臨如此大的減排壓力，加上我國(guó)能源高度依賴進(jìn)口，環(huán)境污染加劇，綠色貿(mào)易壁壘，因此中國(guó)要繼續(xù)走“低碳”的環(huán)境保護(hù)新道路[1]。低碳模式被提出后，受到了全世界專家學(xué)者的關(guān)注和熱捧。當(dāng)前關(guān)于碳排放核算的研究主要有四類，即IPCC清單法[2]、實(shí)測(cè)法[3]、物料衡算法[4]、模型因素分解法[5]等。本文主要對(duì)當(dāng)前的碳排放核算方法進(jìn)行概述，介紹了各核算方法的基本原理和方法，并分析了各核算方法的特點(diǎn)，為碳排放核算及其方法的選取提供參考依據(jù)。

2.碳排放核算方法

2.1 IPCC清單法

在認(rèn)識(shí)到潛在的全球氣候變化問題后，世界氣象組織（WMO）和聯(lián)合國(guó)環(huán)境規(guī)劃署（UNEP）在1988年共同建立了政府間氣候變化專門委員會(huì)（IPCC）。IPCC的一項(xiàng)活動(dòng)是，通過其在國(guó)家溫室氣體清單方法方面的工作，為《聯(lián)合國(guó)氣候變化框架公約》提供支持?！?006年IPCC國(guó)家溫室氣體指南》是對(duì)其以前編寫的《國(guó)家溫室氣體排放清單指南》的更新。根據(jù)指南概述介紹，指南提供的一些方法可用于估算國(guó)家溫室氣體人為源排放和匯清除清單。其類別分為：能源，工業(yè)過程和產(chǎn)品使用，農(nóng)業(yè)、林業(yè)和其他土地利用，廢棄物等（圖1）。其中能源部門通常是溫室氣體排放清單中的最重要部門，在發(fā)達(dá)國(guó)家，其貢獻(xiàn)一般占CO2排放量的90%以上和溫室氣體總排放量的75%。CO2數(shù)量一般占能源部門排放量的95%，其余的為甲烷和氧化亞氮。固定源燃燒通常造成能源部門溫室氣體排放量的約70%。這些排放大約一半與能源工業(yè)中的燃燒相關(guān)，主要是發(fā)電廠和煉油廠，移動(dòng)源（道路和其他交通）燃燒造成能源部門約1/4的排放量[1]。孫建衛(wèi)[6]等人結(jié)合IPCC的清單方法對(duì)中國(guó)歷年碳排放進(jìn)行了核算。裴克毅[7]等依據(jù)IPCC第三次評(píng)估報(bào)告與國(guó)內(nèi)外最新的研究成果說明氣候變暖的可能趨勢(shì)以及對(duì)生態(tài)系統(tǒng)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的影響。韓穎[8]等人根據(jù)IPCC的清單方法計(jì)算我國(guó)鋼鐵工業(yè)的碳排放情況，得出優(yōu)化能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)是最有效的減排途徑。

圖1 源排放與匯清除的主要類別

2.2 實(shí)測(cè)法

實(shí)測(cè)法是通過采集排放氣體，并測(cè)量其流速、流量、濃度等從而計(jì)算氣體的排放總量。通常實(shí)測(cè)法的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)主要來源于環(huán)境監(jiān)測(cè)站，因此具有較高的精度，但是采集樣品要求有代表性，否則測(cè)量結(jié)果也毫無意義。為此，常常測(cè)定時(shí)不止測(cè)定一個(gè)樣品取值，而是測(cè)定多次。在計(jì)算時(shí)，流量取算術(shù)平均值，濃度取加權(quán)平均值。并且采用實(shí)測(cè)法計(jì)算的數(shù)據(jù)仍需與其他方法所得數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)照驗(yàn)證，如偏差較大則需核實(shí)、調(diào)整。此方法需要人力物力較多，費(fèi)用較大。實(shí)測(cè)法公式為：

其中，G：某氣體排放量；

Q：介質(zhì)（空氣）流量；

C：介質(zhì)中某氣體濃度；

K：公式中單位換算系數(shù)。

目前采用實(shí)測(cè)法對(duì)碳排放進(jìn)行核算的實(shí)例較少，多數(shù)為鍋爐燃燒過程中廢氣污染物的核算，曲波[9]等研究在確定鍋爐房大氣污染物的排放量時(shí)，可以采用物料衡算法和實(shí)測(cè)法相結(jié)合的方法。王雪娜[10]等對(duì)碳源碳排量的測(cè)算辦法進(jìn)行了討論，指出目前一般農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、森林生態(tài)系統(tǒng)排碳量的估算均是基于實(shí)測(cè)法。

2.3 物料衡算法（質(zhì)量平衡法）

物料衡算法是對(duì)生產(chǎn)過程中所使用的物料情況進(jìn)行定量分析的方法，其基本原理就是質(zhì)量守恒定律，即投入某系統(tǒng)或設(shè)備的物料質(zhì)量必然等于該系統(tǒng)產(chǎn)出物質(zhì)的質(zhì)量。是把工業(yè)排放源的排放量、生產(chǎn)工藝和管理、資源（原材料、水源、能源）的綜合利用及環(huán)境治理結(jié)合起來，系統(tǒng)、全面地研究生產(chǎn)過程中排放物的產(chǎn)生、排放的一種科學(xué)有效的計(jì)算方法[11]。是一種理論估算方法，特別適用于無法實(shí)測(cè)的污染源的估算。此方法需要人力、物力較少，費(fèi)用較小。但是采用此方法計(jì)算時(shí)，必須詳細(xì)掌握企業(yè)的生產(chǎn)工藝、污染治理、管理水平等情況。物料衡算法公式為：

其中，G投入：投入物料總和；

G產(chǎn)品：所得產(chǎn)品量總和；

G流失：物料和產(chǎn)品流失量總和。

IPCC指南中農(nóng)林和其他土地利用部門使用的存量變化法，就是根據(jù)活體生物量和死亡有機(jī)物庫(kù)中碳含量隨時(shí)間的變化情況來估算CO2排放量[2]。張德英[3]等人在討論碳源排碳量的測(cè)算辦法中指出物料衡算法適用于整個(gè)生產(chǎn)過程的總物料衡算，也適用于生產(chǎn)過程中某一局部生產(chǎn)過程的物料衡算。目前大部分的碳源排碳量的估算和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的獲取大都是以此方法為基礎(chǔ)。

2.4 因素分解法

因素分解法是探討影響碳排放問題的一個(gè)比較常用的方法，能夠更好地研究如何有效降低CO2排放量，定量分析影響CO2排放量的各類因素，以及揭示CO2排放量與影響因素的作用關(guān)系，國(guó)內(nèi)外學(xué)者做了很多研究，構(gòu)建了各種模型。常見的有IPAT模型[12]、STIRPAT模型[13]、Kara模型[14]、LMDI分解法[15]、Lespeyres分解法[16]等。李忠民[17]等基于IPAT方程對(duì)1999—2008年我國(guó)各省區(qū)碳排放數(shù)據(jù)進(jìn)行分析；李國(guó)志[18、19]等基于STIRPAT模型和面板數(shù)據(jù)方法，分析了人口、經(jīng)濟(jì)、技術(shù)對(duì)CO2排放的影響；查冬蘭[20]等人引入Theil指數(shù)和Kaya因子，深入研究能源消耗導(dǎo)致的地區(qū)間人均CO2排放的差別；孫建衛(wèi)[21]等人應(yīng)用因素分解方法對(duì)中國(guó)歷年來碳排放量和碳排放強(qiáng)度及其變化的因素進(jìn)行了時(shí)間序列分析；徐國(guó)泉[22]等人基于碳排放量的基本等式，采用LMDI法，建立中國(guó)人均碳排放的因素分解模型，定量分析了1995—2004年間，能源結(jié)構(gòu)、能源效率和經(jīng)濟(jì)發(fā)展等因素的變化對(duì)中國(guó)人均碳排放的影響。

3.方法比較分析

通過以上四種碳排放核算方法概述可以看出，每種方法其計(jì)算原理各不相同，每種方法都有其應(yīng)用特點(diǎn)和適用場(chǎng)景。為了更好地比較各方法，本文對(duì)各方法進(jìn)行了比較和分析，分析從方法計(jì)算的輸入、輸出、適用范圍和特點(diǎn)做了詳細(xì)歸納，見表1。

表1 各類方法比較

通過表1可見，IPCC清單法估算二氧化碳排放量，是目前較為實(shí)用和簡(jiǎn)潔的方法，對(duì)于統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)不夠詳盡的情況有較好的適用性。但是因各地的生產(chǎn)、生活方式及條件存在極大差別，采用此方法估算到的數(shù)據(jù)可靠性不是很高。實(shí)測(cè)法雖然具有較高的精度，但對(duì)二氧化碳單獨(dú)進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)的成本相當(dāng)高，并且樣本要有代表性，監(jiān)測(cè)范圍有限，一般認(rèn)為并不合理。物料衡算法是基于有完備的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)記錄的詳細(xì)統(tǒng)計(jì)估算法，以我國(guó)統(tǒng)計(jì)現(xiàn)狀來看相對(duì)難以實(shí)現(xiàn)，并且在使用這種方法進(jìn)行估算時(shí)，只能以現(xiàn)有的數(shù)據(jù)為依托進(jìn)行單向計(jì)算，不能反映與行業(yè)或經(jīng)濟(jì)單位相關(guān)的經(jīng)濟(jì)要素對(duì)其產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)影響。影響因素分解模型法雖然可以對(duì)CO2排放量進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析，但是必須已知各類影響因素的詳細(xì)參數(shù)。

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