關鍵詞：碳排放核算，能源消費碳排放，城市溫室氣體排放清單，活動水平數據

　　一　引言

　　政府間氣候變化專門委員會（IPCC）于2013年9月發布了第五次評估的首份報告，該報告以更加科學、嚴謹的方式證實了人類活動“極其可能”是20世紀中期以來全球氣候變暖的主要原因（可能性達95%以上）^[1]。而城市是人類活動最主要的場所，據統計，城市排放的溫室氣體占全球人為溫室氣體排放的67%－80%^[2－4]。因此，以城市為主要空間載體進行減排、建設低碳城市，是人類應對氣候變化的必然選擇^[5－6]。

　　低碳城市建設的一項基礎性工作是核算城市的碳排放量、編制城市溫室氣體的排放清單^[7－8]。精確地核算碳排放量有助于城市摸清碳排放家底、識別關鍵排放源，從而為設計低碳發展路線圖提供參考，進而提高城市減排的效率。碳排放核算是一項涉及城市經濟社會各個方面、各大部門的系統工程，一般從能源活動、工業生產過程、農業、土地利用變化和林業及廢棄物處理五大領域進行。在這五大領域中，因城市能源消費活動而產生的溫室氣體最多，核算方法也最為復雜。

　　能源消費碳排放核算一般遵循“活動水平數據乘以排放因子”的計算公式，盡管在《2006年IPCC國家溫室氣體清單指南》（下稱“IPCC指南”）和《中國省級溫室氣體清單編制指南》（下稱“省級指南”）中，都對能源消費活動水平數據的選擇范圍有一定說明，但由于目前國內統計體系的不完善、不匹配，在城市層面獲取高質量數據的難度較大，因此城市碳排放核算人員或清單編制者在“活動水平數據”和“排放因子”具體值域的選取上往往有著較大的自主性。這種過大的“自由裁量權”可能導致即使對于相同城市同一年度的碳排放，不同核算者核算的結果也會存在明顯差異。在一些城市能源消費碳排放核算的研究中，這種現象較為普遍，有學者曾對此進行了相關分析^[9]。

　　碳排放量這一基礎數據核算口徑的混亂和不一致，自然會影響到其衍生出的其他碳排放指標（如碳強度、人均碳排放量）的測度，這使得城市無法了解其真實的碳排放水平，更難以進行城際之間碳排放各種指標的比較、準確判斷自身所處的區域碳排放格局，也不利于國家向城市一級分配碳排放責任、建立權責明確的碳排放治理體系以及完善基于生態文明理念的官員政績考核體系。因此，提高城市能源消費碳排放核算的精確性、可比性至關重要。

　　有鑒于此，本文在簡要介紹排放因子的選取后，主要基于城市層面可獲得的活動水平數據情況進行分類，論述能源消費碳排放的不同核算方法，針對當前活動水平數據選取的不合理之處，提出一種基于能源平衡表中“消費量合計”數據的修正方法，并以河南省濟源市為案例對各方法進行比較分析。本文的目的旨在理清基于不同活動水平數據分類的城市能源消費碳排放核算方法體系，分析各種方法對結果的影響及原因，提高活動水平數據選取的一致性及核算結果的精確性。

　　另外，需要說明的是：第一，能源消費活動碳排放可細分為化石燃料燃燒活動排放、生物質燃料燃燒活動排放，以及煤礦和礦后活動、石油和天然氣系統產生的逃逸排放，本文僅集中探討在“排放因子”和“活動水平數據”選取方面較為混亂的化石燃料燃燒活動產生的二氧化碳排放及電力調入調出引發的排放；第二，如無特別說明，本文嚴格區分“碳排放量”和“二氧化碳排放量”，后者與前者的比值為44：12；第三，按照不同的分類標準，城市碳排放核算邊界可分為“直接排放與間接排放”及“范圍1排放、范圍2排放和范圍3排放”^①。

　　二　能源消費碳排放核算方法

　　1.基本方法

　　能源消費碳排放核算的基本框架“活動水平數據乘以排放因子”，用公式可表示如下：

　　C=∑_iQ_heat,i·EF_heat,i?。?）

　　其中，C指化石燃料燃燒消費的二氧化碳排放量，Q_heat,i為活動水平數據，指第i種燃料的消費量。尤其值得注意的是，此處的活動水平數據是用熱量單位（焦耳）表示的；EF_heat,i指第i種燃料對應的排放因子。

　　2.對排放因子選取的考慮

　?。?）一般燃料品種的排放因子選取

　　IPCC指南按照排放因子的精確程度，將碳排放核算方法分為三個層次：層次1采用IPCC缺省排放因子；層次2采用特定國家或地區的排放因子；層次3采用具有當地特征的排放因子。對中國城市而言，目前采用層次3本地化排放因子的核算還較為少見，因為獲取完整的城市本地化排放因子數據，需要進行大量的監測試驗，成本相對偏高。另外，即使得到了具有當地城市特征的燃料排放因子，國家層面還缺少對這些本地化排放因子的認定與鑒定標準，其權威性難以被廣泛認可，如果涉及到國家對城市碳排放指標的評估、考核問題，本地化排放因子的使用就更加需要慎重。相對而言，IPCC缺省排放因子可以從IPCC排放因子數據庫獲得，具有中國國家特征的排放因子能夠根據省級指南里各種燃料的含碳量等信息推算得出，因此目前國內城市溫室氣體排放量的核算以這兩種排放因子為主。

　　如上文所述，公式（1）中的活動水平數據是用熱量單位表示的，排放因子對應的也是熱量單位的排放因子。然而，一般在統計上更習慣于用“物理單位的活動水平數據”，因此有必要對核算框架進行一定轉換，將其調整為“物理單位的活動水平數據乘以對應的排放因子”。

　　燃料熱量單位與物理單位的轉換媒介是發熱值，可用下式表示：

　　Q_熱量，i=Q_ph，i·NCV_i?。?）

　　公式（2）中，Q_ph，i為第i種燃料的消費量，用物理單位（t、m³等）表示，NCV_i是第i種燃料的平均低位發熱量。

　　將公式（2）代入公式（1）并進行重新組合，可得式（3）：　　

　　EF_ph，i是對應物理單位活動水平數據的排放因子，單位一般為噸二氧化碳/噸或噸二氧化碳/立方米。

　　IPCC缺省排放因子和中國省級排放因子各自對應的EF_ph，i值有一定差別（表1）。之前一些核算使用IPCC缺省排放因子，實際上是在當時缺乏中國本地化排放因子情況下的一種臨時性選擇，可以預見，未來關于中國城市碳排放量的核算將更多使用精確度更高的本地化排放因子?！　?/p>

　?。?）電力、熱力消費的排放因子選取

　　在各能源品種中，電力、熱力消費極易引起重復計算，判定標準是看電力生產端是否已經進行了核算。電力、熱力屬于二次能源，城市消費量較大，對碳排放總量有著重要影響。鑒于這種特殊性，一般將電力、熱力的調入調出部分產生的排放視為城市范圍2的排放而納入核算體系。

　　在我國的城市中，熱力大都由城市內部熱力廠供應，很少有熱力與外部城市發生交換，因此電力調入調出是范圍2排放的主要構成。調入調出的電力消費量數據能夠通過能源平衡表等獲得，影響這部分排放量的主要還是電力排放因子。鑒于適合于中國城市乃至省級區域的電力排放因子長期缺乏，早期不少研究使用了國家發改委公布的中國區域電網基準線排放因子，但這一因子主要是為開發CDM項目服務的，將其應用于碳排放核算并不科學，故一直備受詬病。近年來，一些研究機構開發了其他類型的排放因子或提供了排放因子的計算方法（表2）?！　?/p>

　　3.基于不同活動水平數據的核算方法

　　在活動水平數據方面，中國2006年頒布的能源統計報表制度要求省級行政機關編制“能源平衡表（實物量）”、“分行業能源消費量（實物量）”、“分行業能源終端消費量（實物量）”、“能源平衡表（標準量）”、“分行業能源終端消費量（標準量）”并定期上報，然而對國內許多城市而言，并不完全擁有以上完整的數據。所以在現實操作層面，活動水平數據的選取往往有一定的主觀性。本文依據活動水平數據選取的差異，將能源消費碳排放核算方法分為五類，其中前四類方法的精確度逐級提高。

　?。?）方法1：標準煤數據法

　　核算公式為：

　　C₁=∑Q_st·EF_st·44/12?。?）

　　其中，C₁為按方法1核算的二氧化碳排放量，Q_st為城市能源消費標準量，EF_st為能源消費標準量的排放因子，代表一單位標準煤的碳排放量，該因子通過與單位標準煤能量比較接近的某種燃料計算，是一個經驗估計值，并沒有理論基礎。EF_st的取值范圍見表3?！　?/p>

　　標準煤數據在一般城市中都有統計。另外，中國各省級統計年鑒里也提供了所轄地級市的單位GDP能耗數據，通過簡單轉換即可獲得各市能源消費標準量數據。這種方法雖然比較“粗糙”，但簡便易行，應用范圍較廣，特別是在核算一個城市較長時間序列的排放，或者涉及到包含較多樣本城市的面板數據時，該方法被使用次數最多。

　　（2）方法2：三種主要燃料品種的消費實物量數據法

　　方法2是在方法1的標準煤數據基礎上，依據煤炭、石油、天然氣三種燃料的碳轉換系數進行核算，其公式為：

　　C₂=∑Q_ph，i·r_i·a_i·44/12?。?）

　　C₂為按方法2核算的能源消費二氧化碳排放量，Q_ph，i為第i類能源消費實物量，i在煤炭、石油、天然氣三種一次能源中選擇，r_i為第i類能源折標準煤系數，a_i為第i類能源相對單位標準煤的碳轉換系數，由每噸標準煤的含碳率、氧化率及三種能源在獲得相同熱能的情況下相對于煤炭釋放的二氧化碳倍數三者相乘得到，取值范圍參見表4?！　?/p>

　　這種方法雖然比方法1復雜，但可以大致分清固體、氣體、液體燃料的排放量，目前應用也比較多。不過，運用這種方法得出的二氧化碳排放量比運用其他方法得出的排放量會嚴重偏低，之所以如此，主要原因有兩個：一是如表4所示，碳轉換系數的平均值在0.5－0.6之間，低于方法1中的EF_st值；二是燃料的核算范圍被限定為煤炭、石油、天然氣，而一些難以歸類到這三種能源之間的燃料品種很容易被漏算，如焦爐煤氣、進口或市外調入的焦炭產品等。

　　（3）方法3：分燃料品種數據法

　　該方法對各種化石燃料品種進一步細分，用實物量數據分別核算排放量，核算公式為：

　　C₃=·NCV_i·A_i·O_i·44/12?。?）

　　C₃為第3種方法核算的燃料消費二氧化碳排放量，Q_ph，i為第i種能源消費實物量，i為各種燃料品種，取值范圍包括無煙煤、煙煤、焦炭、各種油品以及天然氣等多個燃料品種；NCV_i為第i種能源的平均低位發熱量，A_i為各種能源的單位熱值含碳量，O_i為碳氧化率。

　　方法3是溫室氣體排放清單編制參考方法的標準形式，從物料平衡角度進行核算?；顒铀綌祿话憧蓮某鞘心茉雌胶獗碇蝎@取。中國能源統計報表制度規定的能源平衡表列項有六大類，其中分燃料品種的“能源消費量”數據有三項，分別為“可供本地區消費的能源”、“終端消費量”、“消費量合計”，這三項都可被用來作為活動水平數據，但核算的結果并不一致^[9]。下面分三種情況進行討論。

　　第一種情況：使用“可供本地區消費的能源”數據。該數據與省級清單規定的表觀消費量數據等同，在能源平衡表中能夠方便地得到各項數值，可較為快速地實現對城市碳排放量的核算。此項中的電力消費量為城市間接排放量的計算依據，如果電力消費為正值，則間接排放為正，反之則為負，出現漏算和重復計算的可能性較小。

　　需要探討的是，雖然省級指南推薦使用該項數據，但本文仍然認為利用這一數據核算存在幾點不合理之處：第一，各分項燃料消費數據均是由能源生產、進口量和出口量等數據加總得出，無法了解各燃料品種具體的消費去向，難以判定燃料是用于燃燒產生能量還是用作原材料，而根據二氧化碳的產生機理，只有在燃燒過程中排放的二氧化碳才能計算在能源活動清單內；第二，對能源調出城市來說，會出現多項燃料品種消費量數據為負值，處理難度較大，直接乘上排放因子后再核減的方法雖然理論上成立，但并不合適。以山西省2010年的數據為例，此項數據中，焦炭等燃料品種消費量為負，按理應將焦炭的排放量核減，但之前的計算過程并沒有重復計算焦炭的排放量，多算的只是煉焦煤的消費。

　　第二種情況，使用“終端消費量”數據。此種情況是從最終消費角度收集數據，核算思路最為清晰，由于所有分燃料品種的終端消費量數據全為正值，因此最大程度避免了情況1中可能出現的混亂。所有一次能源和二次能源都計人核算，但電力消費排放部分不能區分是直接排放還是間接排放，需要將電力生產量與終端消費量數據進行比較，一般假定本地生產的電力首先用于本地終端消費，終端消費量中由本地供應的電力計入直接排放，電力終端消費量與電力生產量之間的差值計入間接排放。當電力終端消費高于電力生產量時，間接排放需用調入電力的排放因子，反之則用本地電網或本地電力生產的排放因子。

　　第三種情況，使用“消費量合計”數據。該數據由能源加工轉換部分的全部負值求和后取絕對值再加上終端消費及損失量構成。由于在能源加工轉換的生產環節已經核算了電力、熱力部分，所以如果僅核算直接排放，則數據集內電力、熱力部分不需要再次核算。

　　由于將加工轉換過程中的所有消費都核算在內，“消費量合計”數據也存在不合理之處，需要進行一定的調整。以分能源品種中的煤炭數據為例，在能源平衡表中，能源加工轉換包括火力發電、供熱、洗選煤、煉焦、煤制品加工五個環節，但實際上煤炭只是在“火力發電”和“供熱”中主要作為燃料使用，而在“洗選煤”、“煉焦”等過程中主要作為原料，并沒有“充分燃燒”，所以應該減去這部分燃料的排放量。

　　基于以上分析，本文在城市能源平衡表“消費量合計”數據基礎上，對方法3的活動水平數據選取進行修正，修正后的數據為：能源加工轉換部分的“火力發電”和“供熱”數據求和后取絕對值加上終端消費量及損失量減去終端消費量中作為原料的燃料消費量。所核算結果為城市直接排放量，核算的能源品種范圍不包括電力與熱力，但如果核算間接排放，需要參考“可供本地區消費的能源”項下的電力調入調出數據。

　?。?）方法4：分部門分行業分設備類型的部門數據法

　　該方法在分燃料品種的基礎上更進一步，核算公式為：

　　C₄=Q_ph，ijk·EF_ph，ijk?。?）

　　其中，C₄為第4種方法估算的能源消費二氧化碳排量，Q_ph，ijk為分部門分行業分設備類型的能源消費實物量，EF_ph，ijk為對應的排放因子。

　　國內目前的統計體系并不提供分設備類型的相關數據，但結合能源平衡表等信息可以得到分行業的燃料品種的消費數據。一些行業的燃料消費量可直接從能源平衡表中拆分出來，比如能源工業、農業、制造業、建筑業、交通運輸業、服務業、居民生活等，但部分數據仍需要做一定調整，比如能源工業中作為原材料的燃料消費部分須扣除后再核算；能源平衡表中的交通運輸業數據只包括營運部門的消費，要添加非營運部門的消費量；相應的，居民生活消費數據應減去居民交通消耗的部分；制造業各行業的數據需按照分行業的能源數據及對應關系進行補充。

　?。?）方法5：投入產出表數據法

　　利用投入產出表數據，可以核算城市的完全排放，計算公式為：

　　C_s=∑EF_value,j（I－A）^－1Y_j （8）

　　C_s為第5種方法估算的能源消費二氧化碳排放量，EF_{value，j}j為第j部門單位產出碳排放的對角矩陣，也即直接碳排放密度，由該部門用第四種方法得到的直接排放量與部門產出之比求得，用貨幣單位表示，其中A為直接消耗系數，（I－A）^－1為里昂惕夫逆矩陣，Y_j是第j部門最終需求列矩陣。

　　與前四種方法不同的是，方法5中的C_s為能源消費產生的完全排放量，即產業活動在整個生命周期的能源消費產生的排放量。需要指出的是，投入產出表的存在是該方法運行的前提，但目前大部分中小城市并沒有投入產出表，該方法的全面應用還存在一定限制。

　　三　案例分析：濟源市能源消費二氧化碳排放核算

　　1.研究區概況及數據來源

　　濟源市位于中國河南省西北部，因系濟水發源地而得名，是中國古代著名傳說“愚公移山”故事的發祥地，市域面積1931平方公里，2011年總人口約68.25萬人。濟源市屬于典型的重工業城市，是中國最大的鉛鋅冶煉基地和河南省重要的鋼鐵、能源、化工與機械制造基地。同時，濟源市也是國家可持續發展實驗區，2012年被確定為國家第二批低碳試點城市。

　　本文以濟源市2010年能源消費二氧化碳排放核算為例，依次使用除方法5之外的前述各種方法，驗證活動水平數據選取對二氧化碳排放總量的影響程度。由于濟源市尚未編制投入產出表，故未按方法5進行核算。其他活動水平數據主要根據濟源市能源平衡表及2011年《濟源市統計年鑒》提供的分行業分品種能源消費數據采集。

　　2.濟源市能源消費二氧化碳排放核算

　?。?）排放因子選擇

　　一般燃料品種的排放因子參照省級清單，而涉及到電力消費的排放因子，本文根據電力來源地的發電能耗結構，確定各種用途電力的排放因子參數。具體如下。

　　濟源市由外部調入的電力主要來自河南電網，計算河南電網排放因子按以下步驟進行：首先根據2010年河南火力發電化石能源投入情況，計算得出河南電網電力生產所排放的二氧化碳為22671.9萬噸CO₂e，河南省2010年電力產量為2147.88億kwh，據此，河南省電網排放因子=22671.9萬噸CO₂e/2147.88億kwh=1.056kg/kwh，該排放因子略低于省級清單規定的排放因子。

　　同理，濟源市調出的電力排放因子計算步驟為：首先核算濟源市2010年火電生產二氧化碳排放為1332.01萬噸，火力發電1417831.1萬kwh，則濟源市電網排放因子=1332.01萬噸CO₂e/1417831.1萬kwh=0.939kg/kwh。

　　濟源市用于終端消費電力排放因子=（濟源市火力發電產生碳排放＋濟源市調入電力碳排放－濟源市電力調出碳排放）/全社會用電量=（1332.01萬噸＋495.48萬噸—1361.97萬噸）/612465.64萬kwh=0.7601kg/kwh。

　?。?）不同活動水平數據的二氧化碳排放量差異

　　在上述排放因子基礎上，根據二氧化碳排放核算的數據需求，同時也為了簡化計算過程，本文對濟源市能源平衡表的活動水平數據進行了一定的調整，比如“其他焦化產品”、“其他石油制品”等燃料常被用作非能源用途，難以獲得低位發熱量數據，固碳率也較高（如煤焦油為50%），因此，本文直接剔除了這兩部分數據；“高爐煤氣”和“轉爐煤氣”合并為“其他煤氣”，使用“其他煤氣”的排放因子核算。最終基于不同活動水平數據的核算結果如表5所示?！　?/p>

　　通過表5可以看出，不同的活動水平數據選取對城市能源消費二氧化碳排放量有著較大的影響，其中最高值與最低值之間相差高達2400多萬噸。方法2數值偏低，前文已經作了解釋，主要在于碳轉換系數值較低和燃料核算范圍未包括全部品種；“消費量合計”數據得到的排放量偏高的原因主要在于所有能源加工轉換過程中的燃料消耗都被核算在內。其他數據之間產生差異的原因如下：是否考慮了能源加工轉換過程中的燃料消費；“原煤入洗”、“煉焦”所消耗的能源是否納入了核算。此外，方法4排放量與其他方法排放量的差異還在于方法4使用了分行業的排放因子。

　　四　結論與建議

　　中國城市能源消費產生的碳排放量是城市碳排放總量的主體部分，精確核算這部分碳排放量是建設低碳城市的首要環節。盡管有“活動水平數據乘以排放因子”的基本核算框架，但由于統計體系的不完善及相關操作標準的缺失，以及核算人員在“排放因子”和“活動水平數據”選取方面有著較大的自主權，這均在一定程度上會影響到核算結果的精確性和可比性。本文針對當前活動水平數據選取的不合理之處，提出了一種基于能源平衡表中“消費量合計”數據的修正方法，并以河南省濟源市為案例對各方法進行了比較分析。研究結果表明，采用不同的活動水平數據選取方法所得到的城市碳排放總量差異較大，除了排放因子的差異外，核算的燃料品種是否全面、是否考慮能源加工轉換部分的排放量以及“原煤入洗”、“煉焦”所消耗的能源是否納入核算等因素都會對最終的核算結果產生重大影響。因此，城市碳排放核算者必須慎重地選擇活動水平數據。

　　本文所述的五種方法，盡管方法本身沒有優劣之分，但精確度卻有較大差異。具體到城市溫室氣體排放清單的編制，從提高核算的精確度角度考慮，目前應以省級指南提供的排放因子為主進行核算，電力排放因子應優先根據城市電力來源地的發電能耗結構確定，而在活動水平數據選取上，本文提出的基于能源平衡表“消費量合計”數據的修正方法，以燃料是否“完全燃燒”為該燃料是否納入核算的唯一判定準則，較大程度地避免了錯算、漏算和多算，因而具有一定的優勢。

　　為提高城市碳排放量核算的精確度和可比性，本文建議：第一，城市碳排放核算或清單編制要嚴格地進行不確定性分析和質量控制說明，以便于后期的核對、調整與校正；第二，國家層面應盡早建立完善溫室氣體排放統計核算體系，2013年5月發布的《關于加強應對氣候變化統計工作的意見》，為城市未來獲取高質量碳排放核算統計數據提供了良好基礎，但許多城市減排目標的基準年大都為2010年前，應鼓勵根據新的統計工作意見還原之前年份的數據，在此基礎上修正基準年碳排放量指標；第三，如果對溫室氣體排放清單編制指南進行修訂，應進一步明確活動水平數據選取的標準和流程，第一步要完善能源平衡表的編制體例，使得能源平衡表數據足可以支撐碳排放量的核算，其次對具體需要的活動水平數據應確立標準的、流水線式的選擇流程，用具體規則壓縮碳排放核算者的主觀選擇范圍和“自由裁量權”空間。

　　需要注意的是，本文所討論的核算方法均建立于城市只使用官方統計數據核算的基礎上，不可否認，直接測量或“自下而上”的調研數據無疑具有更大的精確度，但也費時更大、成本更高。另外，出于降低分析過程復雜性的需要，本文在核算方法中對燃料固碳率以及各燃料品種（尤其是電力）的損失量數據等論述相對薄弱。這些數據對城市碳排放量核算也有一定影響，因此在核算過程中應予以具體分析。

　　〔基金項目〕國家“十二五”科技支撐計劃項目（2011BAJ07B07）——城鎮碳排放清單編制方法與決策支持系統研究、開發與示范。

　　注釋

　?、俜秶?指城市行政邊界內所有溫室氣體的直接排放；范圍2指城市消費和購買的由外部二次能源產生的溫室氣體的間接排放，如電力、熱力和蒸汽等；范圍3指除范圍2之外的所有間接排放，如城市進出口商品蘊含的溫室氣體排放。

　　②“中國城鎮溫室氣體清單編制指南”由中國社會科學院城市發展與環境研究所、世界資源研究所、世界自然基金會等機構聯合開發，其提供了適用于中國城市層面的溫室氣體清單編制方法學。

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　　〔作者簡介〕叢建輝（1987—），男，漢族，山東濰坊人，北京師范大學資源學院博士研究生，研究方向為資源經濟與管理；朱婧（1984—），女，漢族，河北邢臺人，北京師范大學資源學院博士研究生，研究方向為資源經濟與管理；陳楠（1986—），女，云南紅河人，北京師范大學資源學院博士研究生，研究方向為資源經濟與管理；劉學敏（1963—），男，山西襄汾人，北京師范大學資源學院、地表過程與資源生態國家重點實驗室教授，博士研究生導師，研究方向為自然資源與環境經濟學、區域經濟學。

   作者： 叢建輝 朱婧 陳楠 劉學敏  

   來源： 《城市問題》