城市碳足跡定義與計(jì)算方法研究

張兵 王正 朱超

0 引言

聯(lián)合國政府間氣候變化專業(yè)委員會(IPCC)第三次評估報告指出，近50年的全球變暖主要是由于人類活動和現(xiàn)代化工業(yè)社會過多燃燒煤炭、石油和天然氣等礦石燃料，大量排放二氧化碳，甲烷，氧化亞氮等溫室氣體而導(dǎo)致增溫效應(yīng)。全球變暖及氣候變化使得人類的生存環(huán)境和自然生態(tài)都遭到嚴(yán)重威脅。因此，如何協(xié)調(diào)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與氣候變化的關(guān)系，構(gòu)建生態(tài)和低碳城市，走可持續(xù)發(fā)展道路，應(yīng)對環(huán)境惡化和氣候變化成了各界共同關(guān)注的首要問題。

1 碳足跡的定義

碳足跡(Carbon Footprint)的概念緣起于生態(tài)足跡，是對某種活動引起的(或某種產(chǎn)品生命周期內(nèi)積累的)直接或間接的CO2排放量的度量。其最早起源于哥倫比亞大學(xué)的Rees提出的生態(tài)足跡的概念，即要維持特定人口生存和經(jīng)濟(jì)發(fā)展所需要的或者能夠吸納人類所排放的廢物的、具有生物生產(chǎn)力的土地面積[1]。

關(guān)于碳足跡的內(nèi)涵，在以下方面存在異議:碳足跡的研究對象是二氧化碳的排放量還是用碳排放量，是用重量單位還是土地面積單位來表征碳足跡。POST的定義是:一種產(chǎn)品，一項(xiàng)活動(或服務(wù))在整個生命周期內(nèi)產(chǎn)生的二氧化碳或其他溫室氣體的排放總量[2]。Grub和Ellis提出的定義:碳足跡是衡量化石燃料燃燒過程中排放二氧化碳總量的指標(biāo)[3]。Wiedmann提出的定義:一項(xiàng)活動中直接和間接產(chǎn)生的二氧化碳排放量，或者產(chǎn)品的各生命周期階段累積的二氧化碳排放量，并明確指出用二氧化碳排放重量來衡量碳足跡[4]。

綜合上述不同組織和學(xué)者對碳足跡的不同定義，論文對碳足跡的定義如下:一個人或者一項(xiàng)活動在其整個生命周期內(nèi)產(chǎn)生的碳排放總量，用二氧化碳等價物來表示，用于評價某項(xiàng)活動因消耗能源而產(chǎn)生的溫室氣體對環(huán)境的影響的一項(xiàng)指標(biāo)。城市碳足跡定義為:城市在發(fā)展運(yùn)作過程中由于消耗化石類燃料而產(chǎn)生的總碳排放量，用二氧化碳等價物來表示，用于評價城市在發(fā)展過程中因消耗能源而產(chǎn)生的溫室氣體對環(huán)境的影響。

2 城市碳足跡計(jì)算方法研究

2.1 碳足跡的計(jì)算方法

碳足跡的計(jì)算方法大致可分為以下三種:投入產(chǎn)出法(IO)，生命周期分析法(LCA)，IPCC碳排放計(jì)算法。

投入產(chǎn)出法是一種自上到下的計(jì)算方法，利用投入產(chǎn)出表進(jìn)行計(jì)算，建立平衡方程，計(jì)算初始投入，中間投入，中間產(chǎn)品，最終產(chǎn)品之間的關(guān)系，較適用于宏觀層面的計(jì)算，且數(shù)據(jù)量大不易搜集，計(jì)算結(jié)果不精確[5]。

生命周期分析法是一種自下到上的計(jì)算方法，是對產(chǎn)品及其“從搖籃到墳?zāi)埂钡倪^程有關(guān)的環(huán)境問題進(jìn)行后續(xù)評價的方法。計(jì)算過程比較詳細(xì)準(zhǔn)確，適用于微觀層面應(yīng)用[6]。

IPCC方法是聯(lián)合國氣候變化委員會編寫的溫室氣體清單指南，IPCC方法將研究區(qū)域分為能源部門，工業(yè)部門和產(chǎn)品使用部門，農(nóng)林和土地利用變化部門等，IPCC方法計(jì)算過程全面考慮了溫室氣體的排放。

2.2 城市碳足跡的計(jì)算模型

由于化石能源為代表的傳統(tǒng)能源是造成城市活動碳排放的主要因素，因此本文主要考慮煤炭，焦炭，原油，成品油(包括柴油，汽油，煤油，燃料油)，天然氣等傳統(tǒng)高碳能源的碳排放。根據(jù)本文對碳足跡的定義，改進(jìn)的碳足跡計(jì)算公式如下:

其中，i為能源種類;Ei為第i種能源的消耗量，將能量單位換算為標(biāo)準(zhǔn)煤;Vi為第i種能源的碳排放系數(shù)(見表1);Ci為第i種能源的實(shí)際消耗量;Fi為各類能源折算成標(biāo)準(zhǔn)煤的系數(shù);TC為總的碳排放量，t C;P為城市總?cè)丝跀?shù);CFP為城市碳足跡，t CO2/人;CFI為碳足跡強(qiáng)度，t CO2/萬元。

表1 各種能源的碳排放系數(shù)

參考國標(biāo)GB/T 2589-2008綜合能耗計(jì)算通則[8]，各類能源折算成標(biāo)準(zhǔn)煤的系數(shù)如下:

1 t煤炭 =0.7143 t標(biāo)煤，1 t焦炭 =0.9714 t標(biāo)煤，1 t原油 =1.4286 t標(biāo)煤。1 t柴油 =1.4571 t標(biāo)煤，1 t汽油 =1.4714 t標(biāo)煤，1 t燃料油 =1.4286 t標(biāo)煤。1 t煤油 =1.4714 t標(biāo)煤，1 萬 m3天然氣=12.143 t標(biāo)煤。

2.3 數(shù)據(jù)來源

本文研究所用數(shù)據(jù)來自《中國統(tǒng)計(jì)年鑒》《中國能源統(tǒng)計(jì)年鑒》《上海統(tǒng)計(jì)年鑒》《天津統(tǒng)計(jì)年鑒》《沈陽統(tǒng)計(jì)年鑒》《重慶統(tǒng)計(jì)年鑒》。能源折算成標(biāo)準(zhǔn)煤的系數(shù)來自國標(biāo)GB/T 2589-2008綜合能耗計(jì)算通則。各種能源的碳排放系數(shù)來自IPCC碳排放指南。

3 實(shí)證計(jì)算及分析

通過數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)整理，應(yīng)用碳足跡及碳足跡強(qiáng)度的計(jì)算模型，得到2005年～2009年上海，天津，沈陽及重慶這四個比較具有代表性的城市碳足跡及碳足跡強(qiáng)度變化趨勢。由分析得知:隨著城市經(jīng)濟(jì)實(shí)力的增加，其所消耗的能源總量相應(yīng)增加。從城市GDP總量及發(fā)達(dá)程度來看，碳足跡均從低向高遞增。

圖1 上海、重慶2006年～2009年CFP及CFI變化趨勢圖

從圖1中可以看出，不同地區(qū)由于產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式不同，碳足跡值有較大的差異，上海和天津碳足跡值較大，上海2005年～2009年間CFP變化較為平緩，甚至CFP有降低的情況發(fā)生，主要原因是近年來上海能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，煤炭消耗的比重不斷下降，清潔能源的比重不斷上升。而重慶的碳足跡保持較高增長率，主要原因是經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和工業(yè)化，城鎮(zhèn)化等拉動了能源消費(fèi)的快速增長，另外高耗能工業(yè)在第二產(chǎn)業(yè)中的比重逐漸上升，以及居民生活能源消費(fèi)的快速增長都增加了碳排放量。

天津的碳足跡變化趨勢較為平緩，是由于煤炭的消耗量增長較慢，而天然氣等清潔能源的消耗量增長較快。沈陽的CFP呈現(xiàn)較為平均的增長情況，但2006年CFP增長了34.32%，主要是該年第二產(chǎn)業(yè)對經(jīng)濟(jì)增長的拉動作用增強(qiáng)，第二產(chǎn)業(yè)增長22.3%，能源的消耗最大，碳排放量增加較多。

總的看來，經(jīng)濟(jì)較為發(fā)達(dá)的城市碳足跡增長速率較低，甚至有負(fù)增長的情況，而次發(fā)達(dá)地區(qū)的碳足跡呈現(xiàn)較高的增長速率。其原因是經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，對高能耗和高排放的化石能源消耗快速增長，由此看出較發(fā)達(dá)地區(qū)的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)及產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)逐漸優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能減排的可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。而次發(fā)達(dá)地區(qū)依舊沒有擺脫高消耗，高排放的傳統(tǒng)發(fā)展模式。

4 結(jié)語

本文首先對碳足跡的定義進(jìn)行了分析，提出了城市碳足跡的定義，以IPCC分析方法為基礎(chǔ)，通過建立城市碳足跡計(jì)算模型，并依據(jù)2005年～2009年的上海，天津，沈陽，重慶四個城市的統(tǒng)計(jì)年鑒，《2010中國統(tǒng)計(jì)年鑒》《2010中國能源統(tǒng)計(jì)年鑒》中的GDP，以及各種能源的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)計(jì)算出各城市的總碳排，碳足跡及碳足跡強(qiáng)度的變化趨勢。希望通過城市碳足跡的定義和計(jì)算模型的研究，為建設(shè)低碳城市提供一定的參考。

[1]Wackernagel M，Rees W.Our Ecological Footprint:reducing human impact on the earth，1996.

[2]POST.Carbon Footprint of Electricity Generation[R].Parliamentary Office of Science and Technology，2006:268.

[3]Grub，Ellis.A carbon footprint is a measure of the amount of carbon dioxide emitted through the combustion of fossil fuels，2007.

[4]Wiedmann T，Minx J.A Definition of Carbon Footprint.2007.

[5]卞曉紅，張紹良.碳足跡研究現(xiàn)狀綜述[J].環(huán)境保護(hù)與循環(huán)經(jīng)濟(jì)，2010，30(10):41-44.

[6]祁 悅，謝高地，蓋力強(qiáng)，等.基于表觀消費(fèi)量法的中國碳足跡估算[J].資源科學(xué)，2010，32(11):2053-2058.

[7]IPCC.2006 IPCC Guidelines for National Greenhouse Gas Inventories:VolumeⅡ.JRC E C.Carbonfootprint-what it is and how to Measure it，2007.

[8]中國合同能源管理網(wǎng)[EB/OL].http://www.emcsino.com/html/news_info.aspxid=4674.