居民家庭消費(fèi)碳排放核算方法綜述

王 莉

(中海環(huán)境科技(上海)股份有限公司，上海 200135)

0 引 言

2020年，我國(guó)提出了力爭(zhēng)在2030年之前使國(guó)內(nèi)的CO2排放量達(dá)到峰值，在2060年之前實(shí)現(xiàn)碳中和的目標(biāo)。在此背景下,積極尋求碳減排路徑是實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)的重要手段。居民家庭消費(fèi)消耗的能源和排放的CO2在總的能源消耗和CO2排放量中占有很大比例。一方面，在居民家庭消費(fèi)過(guò)程中直接使用能源會(huì)產(chǎn)生碳排放；另一方面，消費(fèi)的商品在生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生能源消耗和碳排放。研究表明，45%～55%的能源消耗和CO2排放來(lái)自于居民家庭消費(fèi)[1]。因此，研究居民家庭消費(fèi)碳排放對(duì)于實(shí)現(xiàn)碳減排而言非常重要。

若從居民家庭消費(fèi)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)碳減排，需首先通過(guò)碳排放核算識(shí)別該領(lǐng)域存在碳排放的關(guān)鍵部門(mén)。居民家庭消費(fèi)碳排放通常包括直接碳排放和間接碳排放2種，其中：直接碳排放是居民在生產(chǎn)和生活中(如私家車(chē)出行、燒飯用煤用氣等)直接消耗能源產(chǎn)生的CO2排放；間接碳排放是指居民在使用商品和享受服務(wù)過(guò)程中產(chǎn)生的CO2排放[2]。

目前居民家庭消費(fèi)碳排放核算方法主要有排放清單法、投入產(chǎn)出法、消費(fèi)者生活方式法(Consumer Lifestyle Analysis,CLA)和生命周期評(píng)價(jià)法(Life Cycle Assessment,LCA)等4種。本文主要對(duì)這4種方法進(jìn)行綜述，對(duì)比分析各自的應(yīng)用場(chǎng)景、優(yōu)缺點(diǎn)和應(yīng)用現(xiàn)狀，為相關(guān)研究提供參考。

1 排放清單法

在核算居民家庭消費(fèi)碳排放時(shí)，對(duì)于直接碳排放，一般采用排放清單法核算。目前業(yè)界大多參考聯(lián)合國(guó)政府間氣候變化專(zhuān)門(mén)委員會(huì)(Intergovernmental Panel on Climate Change,IPCC)在2006年發(fā)布的《國(guó)家溫室氣體清單指南》中推薦的排放清單法核算居民家庭消費(fèi)碳排放中的直接碳排放。根據(jù)該方法，某一確定能源產(chǎn)生的碳排放主要由該能源的排放水平(如能源輸出功率或能源消耗量)和排放因子確定[3]。因此，居民家庭消費(fèi)直接碳排放的計(jì)算公式為

Cd=ei×fi

(1)

式(1)中:Cd為居民家庭消費(fèi)直接碳排放；i為能源種類(lèi)；ei為i能源的活動(dòng)水平，即家庭i能源年均消耗量；fi為i能源的排放因子。

排放清單法的應(yīng)用范圍較廣，國(guó)內(nèi)外很多學(xué)者都采用該方法研究居民家庭消費(fèi)直接碳排放。馮玲等[4]采用排放清單法核算我國(guó)城鎮(zhèn)居民家庭消費(fèi)碳排放中的直接碳排放，結(jié)果顯示，1999—2007年我國(guó)城鎮(zhèn)居民家庭人均直接碳排放逐年增加，主要來(lái)源是消耗的電力和煤炭等能源。LIN等[5]采用排放清單法核算廈門(mén)市城鎮(zhèn)居民在日常消費(fèi)過(guò)程中產(chǎn)生的溫室氣體,結(jié)果顯示，廈門(mén)市城鎮(zhèn)居民家庭消費(fèi)產(chǎn)生的碳排放中直接碳排放占比約為13%。DAS等[6]采用排放清單法對(duì)印度家庭產(chǎn)生的直接碳排放進(jìn)行了研究。

2 投入產(chǎn)出法

投入產(chǎn)出法是美國(guó)經(jīng)濟(jì)學(xué)家瓦西里·列昂惕夫提出的。投入產(chǎn)出表是一組按國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門(mén)分類(lèi)的經(jīng)濟(jì)賬戶(hù)，每個(gè)部門(mén)的投入與產(chǎn)出分開(kāi)顯示，以量化各種經(jīng)濟(jì)活動(dòng)相互依存的關(guān)系。因此，投入產(chǎn)出法可綜合研究各經(jīng)濟(jì)部門(mén)之間、產(chǎn)品生產(chǎn)與原料消耗之間的定量關(guān)系，利于跟蹤家庭消費(fèi)碳排放中的間接碳排放[7]。最初瓦西里·列昂惕夫采用物理單位(即實(shí)物量)展示各部門(mén)資源投入與產(chǎn)出之間的關(guān)系，但現(xiàn)在經(jīng)常使用以貨幣(即現(xiàn)金量)為單位的投入產(chǎn)出表。

根據(jù)該方法，某一居民家庭消費(fèi)產(chǎn)生的間接碳排放主要是由家庭的消費(fèi)支出和排放強(qiáng)度決定的，間接碳排放核算的基本公式為

Ci=Di·y

(2)

式(2)中:Ci為間接碳排放；Di為各部門(mén)間接碳排放強(qiáng)度矩陣；y為家庭對(duì)各部門(mén)的支出矩陣，該矩陣是將居民家庭消費(fèi)支出數(shù)據(jù)與投入產(chǎn)出部門(mén)相匹配得到的。

間接碳排放強(qiáng)度矩陣Di采用列昂惕夫投入產(chǎn)出模型計(jì)算，該模型給出了經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)中各部門(mén)間投入與產(chǎn)出的相互依賴(lài)關(guān)系，其基本公式為

AX+Y=X

(3)

式(3)中：A為直接消耗系數(shù)矩陣；Y為總需求；X為總產(chǎn)出。總產(chǎn)出X的計(jì)算公式為

X=(I-A)-1Y

(4)

式(4)也稱(chēng)為列昂惕夫投入產(chǎn)出模型，其中(I-A)-1為列昂惕夫逆矩陣。

綜上，間接碳排放的計(jì)算公式為

Ci=D(I-A)-1y

(5)

式(5)中：D為投入產(chǎn)出表中各部門(mén)的碳排放強(qiáng)度矩陣，代表各部門(mén)單位產(chǎn)出的CO2排放量。D的計(jì)算公式為

Fj=ΣEji×fi

(6)

(7)

式(6)和式(7)中:Fj為投入產(chǎn)出表中某一部門(mén)j各種能源產(chǎn)生的碳排放量總和；Dj為投入產(chǎn)出表中部門(mén)j的碳排放強(qiáng)度；Eji為投入產(chǎn)出表中部門(mén)j一次能源i的消耗量；fi為i能源的排放因子，其取值參考式(1)；Xj為部門(mén)j的總產(chǎn)出。

投入產(chǎn)出法可用來(lái)綜合分析各經(jīng)濟(jì)部門(mén)之間、產(chǎn)品生產(chǎn)與原料消耗之間的定量關(guān)系，一般用于核算居民消費(fèi)的商品和服務(wù)在生產(chǎn)加工過(guò)程中因消耗能源而產(chǎn)生的間接碳排放。另外，投入產(chǎn)出法可計(jì)算經(jīng)濟(jì)變化對(duì)環(huán)境的影響，國(guó)內(nèi)外學(xué)者在研究經(jīng)濟(jì)水平對(duì)家庭消費(fèi)碳排放的影響時(shí)大多采用該方法。例如：REYNOLDS等[8]采用投入產(chǎn)出法評(píng)估了2003年澳大利亞不同收入家庭每周的食品消費(fèi)對(duì)環(huán)境的影響，結(jié)果表明，相對(duì)于低收入家庭，富裕家庭每周的食品消費(fèi)會(huì)造成更大的環(huán)境負(fù)擔(dān)，建議為降低食物消費(fèi)對(duì)環(huán)境的影響，低收入階層控制對(duì)肉類(lèi)、面包和奶制品的消費(fèi)，高收入階層控制外出就餐的頻次；FAN等[9]基于2003—2009年城鎮(zhèn)家庭的消費(fèi)數(shù)據(jù)，利用投入產(chǎn)出模型計(jì)算了居民家庭消費(fèi)中隱含的碳足跡，結(jié)果表明，當(dāng)個(gè)人消費(fèi)水平達(dá)到1 000元人民幣以上時(shí)，總的碳足跡會(huì)隨著收入的增加和消費(fèi)水平的提升而增加，其中交通、住房和娛樂(lè)產(chǎn)生的碳排放會(huì)保持穩(wěn)定或上升的趨勢(shì)；ZHU等[10]以投入產(chǎn)出模型和可比價(jià)格投入產(chǎn)出表為基礎(chǔ)，對(duì)1992—2005年我國(guó)居民家庭消費(fèi)間接碳排放進(jìn)行了調(diào)查，并采用結(jié)構(gòu)分解法考察了居民消費(fèi)對(duì)碳排放的影響，結(jié)果表明，居民消費(fèi)水平的提高對(duì)居民家庭消費(fèi)間接碳排放的增長(zhǎng)起主導(dǎo)作用。

3 CLA

CLA是一種以消費(fèi)者為導(dǎo)向，綜合評(píng)估能源使用量和CO2排放量的方法，其將碳排放系數(shù)法與投入產(chǎn)出模型相結(jié)合計(jì)算居民家庭消費(fèi)碳排放量，通過(guò)將居民生活消費(fèi)支出與消費(fèi)項(xiàng)目單位產(chǎn)值的碳排放強(qiáng)度相乘得到各項(xiàng)消費(fèi)支出的碳排放量，為量化居民家庭消費(fèi)碳排放、探索碳排放影響因素等提供綜合評(píng)估框架[11]。在CLA中，消費(fèi)者是指以個(gè)人或家庭消費(fèi)為目的購(gòu)買(mǎi)和使用產(chǎn)品及服務(wù)的主體，生活方式是體現(xiàn)消費(fèi)行為的一種方式。在CLA中，直接影響和間接影響都是從消費(fèi)者的角度確定的。以駕駛汽車(chē)產(chǎn)生的碳排放為例:在駕駛汽車(chē)過(guò)程中因使用汽油而產(chǎn)生的CO2排放屬于直接影響。在使用汽車(chē)過(guò)程中開(kāi)展的汽車(chē)生產(chǎn)、維修和保險(xiǎn)，道路基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，以及汽油開(kāi)采、生產(chǎn)、運(yùn)輸和銷(xiāo)售等活動(dòng)產(chǎn)生的CO2排放為間接碳排放。CLA最早是由BIN等[2]提出的，用來(lái)研究美國(guó)家庭消費(fèi)碳排放的結(jié)構(gòu)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，美國(guó)80%的能源消耗和CO2排放是由消費(fèi)者需求和經(jīng)濟(jì)活動(dòng)產(chǎn)生的，其中由于居民家庭能源使用和個(gè)人旅行消費(fèi)產(chǎn)生的能源消耗和CO2排放分別占美國(guó)總能源消耗和CO2排放的28%和41%。

CLA適于量化分析居民家庭消費(fèi)產(chǎn)生的直接碳排放和間接碳排放，計(jì)算結(jié)果相對(duì)來(lái)說(shuō)更全面。近年來(lái)，研究人員基于CLA模型理論，采用居民家庭消費(fèi)碳排放數(shù)據(jù)進(jìn)行建模分析，使CLA得到了廣泛應(yīng)用。有些學(xué)者將CLA模型與其他模型相結(jié)合，形成綜合分析模型，研究碳排放情況。例如，XU等[12]基于CLA計(jì)算結(jié)果，綜合運(yùn)用Gini系數(shù)分解和Shapley分解等方法研究了我國(guó)城鎮(zhèn)家庭碳排放不均衡的原因和決定因素，結(jié)果表明，家庭人口特征、就業(yè)與收入、家庭資產(chǎn)和金融計(jì)劃及家庭負(fù)擔(dān)是造成我國(guó)城市家庭碳排放存在差別的決定性因素。有些研究采用CLA模型與其他模型相結(jié)合的綜合分析模型。例如，KERKHOF等[13]將CLA與投入產(chǎn)出模型相結(jié)合計(jì)算瑞典、荷蘭、英國(guó)和挪威等4個(gè)國(guó)家的家庭CO2排放量，研究不同國(guó)家之間家庭CO2排放的一些決定因素及其在不同收入群體中的分布，結(jié)果表明:荷蘭和英國(guó)的家庭消費(fèi)碳排放量高于瑞典和挪威；荷蘭和英國(guó)的家庭消費(fèi)碳排放強(qiáng)度隨著家庭收入的增加而下降，瑞典和挪威則相反；人口密度、能源供應(yīng)和區(qū)域供暖的差異等國(guó)家特征是影響家庭消費(fèi)碳排放的主要因素。此外，還有一些研究是基于統(tǒng)計(jì)年鑒或某個(gè)城市的入戶(hù)調(diào)查數(shù)據(jù)進(jìn)行的。例如，楊選梅等[14]對(duì)南京1 000戶(hù)家庭的調(diào)查數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)家庭消費(fèi)碳排放月際變化明顯，在夏季達(dá)到高峰，且家庭住宅面積和交通工具的使用與家庭消費(fèi)碳排放之間具有較強(qiáng)的相關(guān)性。

4 LCA

LCA是通過(guò)分析產(chǎn)品整個(gè)生產(chǎn)和服務(wù)過(guò)程的輸入和輸出數(shù)據(jù),計(jì)算研究對(duì)象碳排放的方法,主要有過(guò)程LCA、投入產(chǎn)出LCA和混合LCA等3種評(píng)價(jià)方法，其中：過(guò)程LCA的應(yīng)用頻率最高，該方法主要通過(guò)生產(chǎn)及供應(yīng)鏈中的能量流和物質(zhì)流評(píng)估CO2排放；投入產(chǎn)出LCA主要根據(jù)貨幣交易對(duì)碳排放進(jìn)行評(píng)估；混合LCA綜合了投入產(chǎn)出LCA和過(guò)程LCA的優(yōu)點(diǎn)，包括基于投入產(chǎn)出的綜合生命周期評(píng)價(jià)、混合集成生命周期評(píng)價(jià)和分層綜合生命周期評(píng)價(jià)等3類(lèi)[15]。

LCA是計(jì)算產(chǎn)品碳足跡的基本方法，相比其他環(huán)境管理工具和評(píng)估方法，強(qiáng)調(diào)從消費(fèi)的角度進(jìn)行分析，國(guó)內(nèi)外的研究人員在評(píng)估消費(fèi)行為對(duì)環(huán)境的影響時(shí)多采用該方法。例如，MIEHE等[16]在開(kāi)發(fā)家庭碳足跡計(jì)算器時(shí)，采用多區(qū)域投入產(chǎn)出LCA計(jì)算碳足跡，根據(jù)該計(jì)算模型，不同區(qū)域的家庭碳足跡在構(gòu)成和大小上存在顯著差異，主要影響因素為家庭規(guī)模和家庭收入，最高收入家庭的CO2排放量是最低收入家庭的4.25倍。劉莉娜等[17]在采用投入產(chǎn)出LCA時(shí)加入了層次分析方法，研究城鄉(xiāng)居民消費(fèi)碳排放的來(lái)源，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，電力生產(chǎn)引起的碳排放在居民消費(fèi)產(chǎn)生的碳排放中占比最高。

5 4種核算方法對(duì)比

在上述分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步從適用場(chǎng)景、優(yōu)缺點(diǎn)和應(yīng)用現(xiàn)狀等方面對(duì)上述4種方法進(jìn)行對(duì)比，具體見(jiàn)表1。

表1 4種核算方法對(duì)比情況

通過(guò)對(duì)上述4種核算方法進(jìn)行對(duì)比可知：在核算居民家庭消費(fèi)產(chǎn)生的直接碳排放時(shí),應(yīng)采用排放清單法，而選擇更貼近實(shí)際情況的排放因子是提升核算結(jié)果準(zhǔn)確度的關(guān)鍵，在針對(duì)國(guó)家級(jí)、省級(jí)和市縣級(jí)等不同區(qū)域級(jí)別,以及不同年份和不同行業(yè)部門(mén)等尺度的研究中，應(yīng)采用相應(yīng)等級(jí)的排放因子。對(duì)于居民家庭消費(fèi)間接碳排放核算方法的選擇，需綜合考慮研究的側(cè)重點(diǎn)和居民家庭消費(fèi)數(shù)據(jù)獲取的難易程度。針對(duì)某一年份的研究，只有同時(shí)獲得該年份的居民家庭消費(fèi)數(shù)據(jù)和投入產(chǎn)出表，才可考慮采用投入產(chǎn)出法或CLA進(jìn)行碳排放核算。對(duì)于不適合采用投入產(chǎn)出法和CLA的研究，可考慮采用LCA。

6 結(jié) 語(yǔ)

本文對(duì)當(dāng)前常用的4種居民家庭消費(fèi)碳排放核算方法進(jìn)行了綜述，總結(jié)分析了各自的適用場(chǎng)景、優(yōu)缺點(diǎn)和應(yīng)用現(xiàn)狀。從直接碳排放和間接碳排放的角度看，居民家庭消費(fèi)直接碳排放一般采用排放清單法核算，居民家庭消費(fèi)間接碳排放可采用投入產(chǎn)出法、CLA和LCA核算。

對(duì)于居民家庭消費(fèi)領(lǐng)域碳排放核算方法研究:國(guó)外的研究比較成熟，研究的視角較多;國(guó)內(nèi)的研究較少，研究過(guò)程中采用的核算方法大多直接借鑒國(guó)外的研究成果，沒(méi)有形成統(tǒng)一的符合我國(guó)實(shí)際情況的方法理論。未來(lái)應(yīng)進(jìn)一步開(kāi)展碳排放理論構(gòu)建和方法論研究，立足國(guó)內(nèi)實(shí)際，構(gòu)建適合國(guó)內(nèi)實(shí)際情況的方法體系。另外，需進(jìn)一步完善我國(guó)居民家庭消費(fèi)數(shù)據(jù)庫(kù)和本土化排放參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)，建立更加全面、豐富的碳排放源數(shù)據(jù)庫(kù)，提升我國(guó)居民家庭消費(fèi)領(lǐng)域碳排放核算的精確度。