王海鯤,張榮榮,畢 軍 (南京大學(xué)環(huán)境學(xué)院,污染控制與資源化研究國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇 南京 210046)

中國(guó)城市碳排放核算研究
——以無(wú)錫市為例

王海鯤,張榮榮,畢 軍*(南京大學(xué)環(huán)境學(xué)院,污染控制與資源化研究國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇 南京 210046)

為分析城市溫室氣體減排潛力、比較不同城市的碳排放水平提供基本方法和數(shù)據(jù),將城市溫室氣體排放源分成工業(yè)能源、交通能源、居民生活能源、商業(yè)能源、工業(yè)過(guò)程和廢物等 6個(gè)單元,建立了一套針對(duì)城市的溫室氣體排放核算方法體系,并以無(wú)錫市為例,對(duì)我國(guó)城市碳排放特征進(jìn)行了探索.結(jié)果顯示,無(wú)錫市工業(yè)能源單元碳排放量占全社會(huì)溫室氣體排放量的比例最大,為 68%～71%;其次為工業(yè)過(guò)程單元和交通單元,分別為13%～19%和6%～10%.城市碳排放總量在2004～2008年間增長(zhǎng)迅速,人均碳排放量和單位GDP碳排放量均高于世界水平.

溫室氣體排放；碳排放核算；城市尺度；無(wú)錫市

哥本哈根會(huì)議的召開(kāi)讓控制溫室氣體排放、發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)成為全社會(huì)的共識(shí).城市作為國(guó)家碳減排的重要驅(qū)動(dòng)因素,其在碳減排目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)過(guò)程中發(fā)揮著舉足輕重的能動(dòng)作用[1-2],各級(jí)政府部門(mén)積極制定區(qū)域碳減排策略,推動(dòng)國(guó)家碳減排目標(biāo)的實(shí)現(xiàn),即到 2020年碳排放強(qiáng)度較 2005年降低40%～45%.

建立一套精確、科學(xué)的溫室氣體排放清單是制定碳減排策略的基礎(chǔ)[3],國(guó)外機(jī)構(gòu)及學(xué)者較早的在清單建立方面進(jìn)行了宏觀層面[4]和微觀層面[5-8]的研究.這些研究成果均對(duì)我國(guó)城市溫室氣體清單研究有不同程度的借鑒作用.較之國(guó)外清單研究取得的成果,國(guó)內(nèi)對(duì)于城市層面的碳核算清單研究較少,大部分是針對(duì)中國(guó)國(guó)家層面[9]或單一單元[10-13]進(jìn)行的碳核算研究,針對(duì)城市層面的碳排放清單成果并不多見(jiàn).

因此,本研究以城市為對(duì)象,從能源消費(fèi)和非能源消費(fèi)2個(gè)角度出發(fā),將城市碳排放源分成工業(yè)能源、交通能源、居民生活能源、商業(yè)能源、工業(yè)過(guò)程和廢物等6個(gè)單元,對(duì)城市層面溫室氣體排放清單的建立方法進(jìn)行了分析,并對(duì)例案城市的碳排放進(jìn)行了核算,旨在為全國(guó)范圍城市溫室氣體的核算提供參考方法.

1 核算范圍界定

在進(jìn)行城市碳排放核算之前,需要對(duì)核算的內(nèi)容和邊界進(jìn)行明確的定義,以保證核算結(jié)果的精確性和可比性.

本研究的碳核算對(duì)象主要包括存在于能源消費(fèi)過(guò)程的 CO2、固體廢物填埋和生產(chǎn)過(guò)程的CH4、生產(chǎn)過(guò)程的 N2O 3種氣體類(lèi)型,并通過(guò)GWP(全球增溫潛勢(shì))轉(zhuǎn)化,統(tǒng)一以 CO2排放當(dāng)量(CO2e)表示.

確定城市碳核算的邊界,可以避免重復(fù)計(jì)算或漏算.根據(jù) ICLEI(國(guó)際地方環(huán)境理事會(huì), International Council for Local Environmental Initiatives)地方政府運(yùn)作協(xié)議[14]的分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn),城市碳核算的邊界主要分成3類(lèi):(1)范圍1,即邊界內(nèi)排放源產(chǎn)生的所有直接溫室氣體排放(生物源產(chǎn)生的直接CO2除外),這里的排放源包括固定源燃燒、移動(dòng)源燃燒、過(guò)程排放和逸散排放四類(lèi).(2)范圍2,與外購(gòu)的電力、蒸汽、供熱等消費(fèi)相關(guān)的間接溫室氣體排放.(3)范圍3,邊界1和邊界2中不包含的其他生命周期過(guò)程的排放,如外購(gòu)的原料生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的排放等.上述3種劃分方式中,范圍1的碳排放發(fā)生在城市邊界內(nèi);范圍2的電力使用發(fā)生在城市邊界內(nèi),但排放發(fā)生在城市邊界范圍外;范圍3是從全生命周期的角度出發(fā),能源使用過(guò)程和碳排放均發(fā)生在城市邊界外.

圖1 本研究碳核算范圍Fig.1 Carbon accounting scope in this study

本研究的核算對(duì)象涵蓋了 ICLEI規(guī)定的范圍1和范圍2內(nèi)的碳排放.為了反映城市中各個(gè)單元的碳排放特征,本研究將研究邊界內(nèi)的排放源分為能源消費(fèi)單元(工業(yè)單元、交通單元、商業(yè)單元、居民生活單元)和非能源消費(fèi)單元(工業(yè)過(guò)程單元、廢物單元).

圖1顯示了城市碳排放核算包括的單元,以及本研究的核算邊界(如虛線框內(nèi)所示).

2 研究方法

本研究通過(guò)計(jì)算研究邊界內(nèi)能源消費(fèi)單元和非能源消費(fèi)單元中各子單元產(chǎn)生的溫室氣體排放,得到工業(yè)能源、交通能源、居民生活能源、商業(yè)能源、工業(yè)過(guò)程和廢物6個(gè)單元的溫室氣體排放量.具體計(jì)算過(guò)程如下所述.

2.1 能源單元

2.1.1 工業(yè)能源 對(duì)工業(yè)能源的碳排放進(jìn)行核算時(shí),包含工業(yè)行業(yè)中所有由一次能源和二次能源消耗所產(chǎn)生的 CO2e排放(本文將建筑業(yè)能耗數(shù)據(jù)作為一個(gè)子單元?jiǎng)澣牍I(yè)能源單元),工業(yè)能源單元的碳排放核算方法如式(1)示:

式中:Eindustry為工業(yè)能源消耗產(chǎn)生的 CO2排放量,t; C為工業(yè)能源消耗量,單位為 t, 104m3, 104kW?h, 106kJ等; EF為碳排放因子(以CO2計(jì)), t/unit; i為工業(yè)子部門(mén),如紡織業(yè)等; j為能源消費(fèi)類(lèi)型,如原煤、原油等.

收集不同行業(yè)、不同能源類(lèi)型消費(fèi)數(shù)據(jù),乘以不同能源類(lèi)型對(duì)應(yīng)的碳排放因子,即可獲得工業(yè)單元的 CO2e排放量.公式中的能源消費(fèi)數(shù)據(jù)主要通過(guò)城市統(tǒng)計(jì)年鑒獲取,而不同能源的CO2排放因子主要通過(guò) IPCC的推薦方法計(jì)算.CO2排放因子主要取決于不同能源的碳含量、氧化碳因子以及凈發(fā)熱值[4].本研究對(duì)各類(lèi)能源的CO2排放因子進(jìn)行了整理,結(jié)果如表1所示.其中,電力的排放因子數(shù)據(jù)根據(jù) IEA2010[15]統(tǒng)計(jì)資料中煤電排放因子數(shù)據(jù)計(jì)算得到(表 2),熱力的排放因子則根據(jù) 1kW?h=3600kJ對(duì)電力排放因子進(jìn)行轉(zhuǎn)化得到.

2.1.2 交通能源 交通單元包括道路交通、水運(yùn)和空運(yùn).其中,道路交通是城市交通能源消耗的主體,其排放占城市交通溫室氣體排放的70%以上[10].本研究以城市道路交通的能源消耗為例,闡述交通能源相關(guān)的碳排放核算方法,具體如式(2).

表1 各能源類(lèi)型CO2排放因子Table 1 CO2 emission factors for various energy types

表2 煤電CO2排放因子Table 2 CO2 emission factors for electricity generated by coal

式中:Etransport為交通單元產(chǎn)生的 CO2e排放量,t; VP為機(jī)動(dòng)車(chē)保有量,輛;VMT為年均行駛里程,km/輛;FE為車(chē)輛的燃油經(jīng)濟(jì)性, L/km;EF為碳排放因子(以 CO2計(jì)),g/L;i為不同機(jī)動(dòng)車(chē)類(lèi)型;g為汽油;d為柴油.

對(duì)交通單元的碳排放進(jìn)行核算時(shí),將機(jī)動(dòng)車(chē)分為不同類(lèi)型,包括地鐵、輕軌、高速鐵路、載客汽車(chē)、載貨汽車(chē)、簡(jiǎn)易機(jī)動(dòng)車(chē)、摩托車(chē)、電動(dòng)自行車(chē)和方向盤(pán)式拖拉機(jī),其中載客汽車(chē)又分為大型、中型、小型、微型,載貨汽車(chē)又分為重型、中型、輕型、微型.分別獲得不同類(lèi)型機(jī)動(dòng)車(chē)的保有量、年均行駛里程和燃油經(jīng)濟(jì)性,乘以相應(yīng)的排放因子,計(jì)算相應(yīng)車(chē)型的 CO2e排放量,最后匯總獲得交通單元的總排放量.

2.1.3 居民生活能源 居民生活單元的CO2e排放包含居民日常生活中所有由一次能源和二次能源消耗產(chǎn)生的CO2e排放量,計(jì)算方法如式(3).

式中:Eresident為居民生活單元產(chǎn)生的 CO2e排放量,t;C為能源消耗量,單位,(含t, 104m3, 104kW?h, 106kJ等); EF為碳排放因子(以CO2計(jì)),t/unit; i為能源類(lèi)型,主要包括液化氣、煤氣、天然氣、液化石油氣和電力等.

2.1.4 商業(yè)能源 本研究主要考慮商業(yè)單元因電力消費(fèi)產(chǎn)生的CO2e排放,核算方法如式(4).式中:Ecommerce為商業(yè)單元產(chǎn)生的CO2e排放量,t;C為電力消耗量,104kW?h;EF為電力碳排放因子(以CO2計(jì)),t/104kW?h.

2.2 非能源單元

2.2.1 工業(yè)過(guò)程 工業(yè)過(guò)程溫室氣體排放主要是指在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中,由于化學(xué)或物理轉(zhuǎn)化材料釋放的溫室氣體排放.由于缺乏這方面的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),本研究重點(diǎn)考查采掘工業(yè)、化學(xué)工業(yè)和金屬工業(yè)的主要產(chǎn)品類(lèi)型生產(chǎn)過(guò)程中的溫室氣體排放量,并加總得到工業(yè)過(guò)程單元的溫室氣體排放總量.研究基于各種產(chǎn)品的產(chǎn)量計(jì)算CO2e排放量.采掘工業(yè).采掘工業(yè)是工業(yè)過(guò)程單元最大的溫室氣體排放源,而水泥生產(chǎn)、石灰生產(chǎn)、玻璃生產(chǎn)又是采掘工業(yè)中溫室氣體的主要來(lái)源[4].其中水泥生產(chǎn)的貢獻(xiàn)最大,其碳排放量要占到社會(huì)碳排放總量的5%(包括生產(chǎn)過(guò)程和能源消費(fèi)產(chǎn)生的碳排放)[16].本研究在計(jì)算水泥生產(chǎn)引起的溫室氣體排放時(shí),根據(jù)水泥中熟料的重量以及熟料進(jìn)出口量,計(jì)算水泥生產(chǎn)過(guò)程中的碳排放,如式(5).

式中:Ecement為水泥生產(chǎn)過(guò)程產(chǎn)生的 CO2e排放,t;M 為生產(chǎn)的水泥重量,t;C為熟料比例,缺省比例 65%;Im為熟料進(jìn)口量,t;Ex為熟料出口量,t;EF為熟料排放因子,缺省排放因子(以 CO2計(jì))0.52t/t(熟料).

化學(xué)工業(yè).化學(xué)工業(yè)過(guò)程的碳排放包含各種化學(xué)產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的CO2e排放量.化學(xué)工業(yè)中產(chǎn)生溫室氣體的產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程很多,主要包括合成氨生產(chǎn)、硝酸生產(chǎn)、乙二酸生產(chǎn)、乙二醛生產(chǎn)、電石生產(chǎn)、二氧化鈦生產(chǎn)、純堿生產(chǎn)、石油化工和炭黑生產(chǎn)、氟化物生產(chǎn)等[4],式(6)顯示了合成氨生產(chǎn)過(guò)程的碳排放核算方法.

式中:EAmmonia為合成氨生產(chǎn)產(chǎn)生的 CO2e排放,t;AP為合成氨產(chǎn)量,t;FR為單位產(chǎn)出的燃料需求,GJ/t(氨);CCF為燃料的碳含量因子(以C計(jì)), kg/GJ;COF為燃料的碳氧化因子,取IPCC默認(rèn)因子100%;RCO2為尿素生產(chǎn)回收的CO2,kg.

合成氨生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的CO2e減去尿素生產(chǎn)過(guò)程中吸收的CO2e,即為合成氨生產(chǎn)過(guò)程中的CO2e凈產(chǎn)生量.其中,生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的 CO2e主要來(lái)源于所需燃料中含有的碳,而吸收的CO2e則主要來(lái)源于尿素生產(chǎn)過(guò)程中回收的碳.

金屬工業(yè).金屬工業(yè)產(chǎn)生溫室氣體的生產(chǎn)過(guò)程主要有鋼鐵和冶金焦、鐵合金、原鋁、鎂、鉛和鋅的生產(chǎn)等[4].這些產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程產(chǎn)生的溫室氣體不僅有 CO2,還有 CH4、CF4、C2F6等.計(jì)算金屬工業(yè)的碳排放時(shí),用產(chǎn)品產(chǎn)量乘以相應(yīng)排放因子再乘以相應(yīng)的折 CO2當(dāng)量系數(shù),即可得到CO2e排放量.

2.2.2 廢物 固體廢物填埋產(chǎn)生的CH4占廢物單元溫室氣體排放總量的 97%[4].固體廢物包括工業(yè)固體廢物和城市生活固體廢物兩部分,本研究采用 IPCC一階衰減模式,對(duì)固體廢物填埋產(chǎn)生的碳排放量進(jìn)行核算,如式(7).

式中:EWaste為固體廢物填埋產(chǎn)生的CH4,t;T為清單年份;x為廢物類(lèi)別;RT為T(mén)年回收的CH4,t;OXT為T(mén)年的氧化因子,%.

采用一階衰減模式計(jì)算固體廢物填埋產(chǎn)生的溫室氣體排放,需要盡可能長(zhǎng)的固體廢物填埋數(shù)據(jù),收集有統(tǒng)計(jì)記錄(1975年始)的垃圾產(chǎn)生量,計(jì)算廢物單元的溫室氣體排放.其中,工業(yè)固廢數(shù)據(jù)可以通過(guò)城市年鑒獲得,城市生活垃圾的數(shù)據(jù)可以根據(jù)歷年人口數(shù)量估算得到,即人口數(shù)量乘以年度人均垃圾產(chǎn)生量(研究采用 IPCC城市生活垃圾中國(guó)缺省因子0.27t/(人?a).

非能源單元產(chǎn)生的CO2、CH4、N2O等溫室氣體經(jīng)過(guò)GWP數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化,轉(zhuǎn)化為CO2e排放量.研究中的GWP數(shù)據(jù)取自IPCC指南[4], CO2、CH4、N2O、四氟化碳、六氟化二碳的CO2當(dāng)量系數(shù)分別取1,21,310,6500和9200.

3 無(wú)錫市的碳排放研究

本研究以無(wú)錫市為例,應(yīng)用上述方法對(duì)無(wú)錫市2004～2008年的碳排放量進(jìn)行了計(jì)算,并對(duì)無(wú)錫市碳排放的單元分布、趨勢(shì)進(jìn)行了分析.各個(gè)單元和各種能源類(lèi)型的活動(dòng)水平數(shù)據(jù)來(lái)自無(wú)錫市統(tǒng)計(jì)年鑒[17-21],而排放因子數(shù)據(jù)或計(jì)算方法則依據(jù)IPCC指南.

3.1 單元碳排放量及趨勢(shì)

為了研究各個(gè)單元碳排放趨勢(shì)和城市內(nèi)部各個(gè)單元的排放貢獻(xiàn),本研究從以下6個(gè)單元對(duì)無(wú)錫市的溫室氣體排放進(jìn)行了分析.

3.1.1 工業(yè)能源 根據(jù)式(1),計(jì)算工業(yè)能源單元中各個(gè)行業(yè)的CO2e排放量,匯總后即獲得工業(yè)能源單元相關(guān)的CO2e排放量,結(jié)果如圖2所示.

圖2 工業(yè)單元分行業(yè)的CO2e排放量Fig.2 CO2e emissions for various subsectors in industry energy consumption sector

由圖 2中可見(jiàn),2004～2008年無(wú)錫市工業(yè)能源單元的 CO2e排放基本呈現(xiàn)遞增趨勢(shì),只有2008年較2007年略有下降,2004～2008年間年均增長(zhǎng)率達(dá) 12.9%.在工業(yè)能源單元中,電力熱力的生產(chǎn)和供應(yīng)業(yè)、黑色金屬冶煉及壓延加工業(yè)、化學(xué)原料及化學(xué)制品制造業(yè)、紡織業(yè)、非金屬礦物制品業(yè)和化學(xué)纖維制造業(yè)等6個(gè)行業(yè)的CO2e排放尤為顯著,6個(gè)行業(yè)2008年的CO2e排放量占工業(yè)能源單元CO2e排放量的78.7%.可見(jiàn),無(wú)錫市工業(yè)能源單元碳排放的集中程度很高,將近 80%的碳排放都是由這6個(gè)高碳行業(yè)產(chǎn)生的.同時(shí),這一比例也預(yù)示,如何調(diào)控高碳行業(yè)的發(fā)展對(duì)低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展有著舉足輕重的作用.此外,這6個(gè)行業(yè)排放量逐年均有不同程度的增長(zhǎng),又以電力、熱力的生產(chǎn)和供應(yīng)業(yè)和黑色金屬冶煉及壓延加工業(yè)增長(zhǎng)幅度尤為明顯,年均增長(zhǎng)速度分別為 14.9%和16.0%.

3.1.2 交通能源 根據(jù)無(wú)錫市各類(lèi)型機(jī)動(dòng)車(chē)的保有量[17-21]、年均行駛里程、燃油經(jīng)濟(jì)性等數(shù)據(jù)

[11],計(jì)算各類(lèi)型機(jī)動(dòng)車(chē)的能源消耗,進(jìn)而得到無(wú)錫市交通單元的CO2e排放量,結(jié)果如圖3.其中,無(wú)錫市機(jī)動(dòng)車(chē)類(lèi)型主要包括大型載客汽車(chē)、小型載客汽車(chē)、重型載貨汽車(chē)、輕型載貨汽車(chē)、簡(jiǎn)易機(jī)動(dòng)車(chē)、摩托車(chē)和方向盤(pán)式拖拉機(jī).各種類(lèi)型機(jī)動(dòng)車(chē)的溫室氣體排放量加和,得到無(wú)錫市交通單元溫室氣體排放量.

從圖3中可以看出,無(wú)錫市交通單元的CO2e排放量呈逐年上升趨勢(shì),客貨運(yùn)汽車(chē)是道路交通單元 CO2e排放的主體,2008年碳排放量分別占總排放量的 48.8%和 47.5%.其中,小型載客汽車(chē)的CO2e排放量增幅尤為顯著,這主要與無(wú)錫市私人轎車(chē)保有量的快速增長(zhǎng)有關(guān).大型載客汽車(chē)CO2e排放量也呈現(xiàn)出增長(zhǎng)趨勢(shì).

圖3 交通單元CO2e排放量Fig.3 CO2e emissions for transport energy consumption sector

對(duì)小型載客汽車(chē)中的私人汽車(chē)和出租車(chē)、大型載客汽車(chē)中的公共汽車(chē)做進(jìn)一步研究,結(jié)果如圖4所示.圖中柱形為CO2e排放量,折線為各類(lèi)型汽車(chē) CO2e排放量占交通單元總排放量的比例.可見(jiàn),私人汽車(chē)CO2e排放量呈現(xiàn)逐年快速增長(zhǎng)的勢(shì)頭,其在交通單元總排放量中的比重也逐年上升,2008年達(dá)到13.8%,同時(shí)2008年碳排放量是2004年的3.07倍.出租車(chē)數(shù)量在5年間基本維持不變,其 CO2e排放量的比重逐年緩慢遞減.公共汽車(chē)在其保有量小有增幅的前提下,CO2e排放量所占的比重在波動(dòng)中小有增長(zhǎng).

圖4 不同類(lèi)型汽車(chē)碳排放量及比重變化Fig.4 Trends of CO2e emissions for various vehicle types and their contributions to the total vehicular CO2e emissions

圖5 居民生活CO2e排放Fig.5 CO2e emissions for household energy consumption sector

3.1.3 居民生活能源 由圖5可以看出,居民生活能源產(chǎn)生的 CO2e排放量呈現(xiàn)逐年遞增趨勢(shì).其中,2008年的 CO2e排放量達(dá)到 409.4萬(wàn) t,較2007年增長(zhǎng)了36.6%.隨著城市生活水平的提高,能源消費(fèi)量隨之增加是產(chǎn)生這一現(xiàn)象的主要原因.本研究的數(shù)據(jù)顯示,無(wú)錫市 2008年居民生活消費(fèi)的液化氣、液化天然氣和液化石油氣分別較2007年增長(zhǎng)了244%、613%和244%.而居民生活用電產(chǎn)生的碳排放則從2004年的20.3萬(wàn)t增長(zhǎng)到2008年的34.6萬(wàn)t,年均增長(zhǎng)14.4%.

3.1.4 商業(yè)能源 商業(yè)單元產(chǎn)生的CO2e排放占全社會(huì)溫室氣體排放總量的比例在 1%左右.由圖6可見(jiàn),商業(yè)單元產(chǎn)生的CO2e排放量從2004年的58.1萬(wàn)t增長(zhǎng)到2008年的101.5萬(wàn)t,年平均增長(zhǎng)率達(dá)18.7%.

圖6 商業(yè)單元CO2排放Fig.6 CO2 emissions for commercial energy consumption sector

3.1.5 工業(yè)過(guò)程 無(wú)錫市工業(yè)過(guò)程產(chǎn)生的CO2e排放量呈現(xiàn)出了較快的增長(zhǎng)勢(shì)頭.由圖7可見(jiàn),除2008年工業(yè)過(guò)程的溫室氣體排放量較2007年有所降低之外(這與2008年經(jīng)濟(jì)危機(jī)有關(guān)),其他年份的溫室氣體排放量均有較大的增幅.2007年的排放量高達(dá)2135.8萬(wàn)t.應(yīng)該指出的是,本研究?jī)H統(tǒng)計(jì)了水泥、鋼鐵、鐵合金、鋁、合成氨等工業(yè)過(guò)程的溫室氣體排放量,因此實(shí)際工業(yè)過(guò)程產(chǎn)生的溫室氣體將高于現(xiàn)有計(jì)算水平.

由圖7還可以看出,無(wú)錫市鋼鐵行業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的CO2e排放量增幅尤為明顯,2007年較2004年增長(zhǎng)了140.3%,年均增長(zhǎng)率達(dá)33.9%.

3.1.6 廢物 收集無(wú)錫市歷年人口數(shù)據(jù)和歷年工業(yè)固廢數(shù)據(jù)[17-21],利用 IPCC一階衰減方法,計(jì)算得到無(wú)錫市固廢填埋產(chǎn)生的溫室氣體排放量,結(jié)果如圖8所示.

圖7 工業(yè)過(guò)程溫室氣體排放Fig.7 GHG emissions for industry process sector

由圖8可見(jiàn),無(wú)錫市城市生活垃圾的溫室氣體產(chǎn)生量隨城市人口數(shù)量的增長(zhǎng),呈現(xiàn)逐年上升的趨勢(shì),并且增長(zhǎng)穩(wěn)定.工業(yè)固廢的溫室氣體產(chǎn)生量則正好相反,呈逐年遞減的趨勢(shì),這可能與工業(yè)技術(shù)水平的提高,以及工業(yè)固廢綜合利用率的提高有關(guān).無(wú)錫市是一個(gè)工業(yè)技術(shù)水平相對(duì)較高的城市,近幾年的工業(yè)固廢綜合利用率均在98%以上. 3.2.1 碳排放總量及分布 圖 9為無(wú)錫市溫室氣體排放總量圖,從圖9中可以看出,無(wú)錫市溫室氣體排放總量增幅明顯,由2004年的6778.6萬(wàn)t增長(zhǎng)到2007年的11536.2萬(wàn)t,但2008年有所下降,為 11016.0萬(wàn) t.在溫室氣體排放總量中,由能源消費(fèi)產(chǎn)生的溫室氣體排放量所占比例最高,大約為 79%～85%,工業(yè)過(guò)程單元溫室氣體排放量所占比例次之,為 13%～19%,廢物單元溫室氣體排放量所占比例最低,為1%～3%.

圖9 碳排放總量及各單元貢獻(xiàn)Fig.9 Total CO2e emissions and distributions of six sectors

圖8 固廢填埋溫室氣體排放Fig.8 GHG emissions for waste treatment sector

3.2 無(wú)錫市碳排放總量、分布及強(qiáng)度

根據(jù)能源消耗單元和非能源消耗單元碳排放量,可以得到無(wú)錫市碳排放總量,需要指出的是,為了剔除電力等二次能源帶來(lái)的重復(fù)計(jì)算,電力生產(chǎn)和供應(yīng)業(yè)產(chǎn)生的碳排放將從工業(yè)能源單元扣除, 與電力有關(guān)的碳排放根據(jù)城市電力的消耗量進(jìn)行計(jì)算.

在能源消費(fèi)引起的CO2e排放中,工業(yè)能源單元溫室氣體排放占到了能源消費(fèi)單元溫室氣體排放量的84%～88%,占6個(gè)單元溫室氣體總量的68%～71%,并且其溫室氣體排放量呈高速增長(zhǎng)趨勢(shì).交通單元的溫室氣體排放量位居第二,產(chǎn)生的溫室氣體占能源消費(fèi)單元溫室氣體排放量的8%～11%,占 6個(gè)單元溫室氣體排放總量的 6%～10%,和中國(guó)平均水平數(shù)據(jù)相近[10],遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國(guó)家城市 20%～50%的水平[6].而且,盡管交通單元溫室氣體排放量呈現(xiàn)快速增長(zhǎng)趨勢(shì),但是其在 6個(gè)單元溫室氣體排放總量中的比例卻略有下降,這主要因?yàn)?(1)交通單元機(jī)動(dòng)車(chē)保有量結(jié)構(gòu)的改變.小型載客汽車(chē)的年均行駛里程較之其他機(jī)動(dòng)車(chē)類(lèi)型年均行駛里程偏低,單位里程耗油量較之其他機(jī)動(dòng)車(chē)類(lèi)型少,小型載客汽車(chē)保有量尤其是私人汽車(chē)保有量的急速增長(zhǎng)導(dǎo)致交通單元溫室氣體排放量快速增長(zhǎng),而其年均行駛里程及單位里程耗油量特征促使溫室氣體排放量增速低于機(jī)動(dòng)車(chē)數(shù)量增速;(2)燃油經(jīng)濟(jì)性的提高;(3)其他單元溫室氣體排放量的增速高于交通單元.城市居民生活和商業(yè)單元產(chǎn)生的溫室氣體總量相對(duì)較小,占能源消費(fèi)單元溫室氣體排放量的 4%～6%,占六個(gè)單元溫室氣體排放量的比例約為3%～5%.

3.2.2 不同能源分布 在分析碳排放總量在單元間的分布之后,對(duì)能源消費(fèi)單元溫室氣體排放量在能源間的分布進(jìn)行分析如圖10.

需要說(shuō)明的是,圖中數(shù)據(jù)同樣不包含電廠能耗產(chǎn)生的碳排放.從圖 10中可以看出,能源消費(fèi)單元溫室氣體排放量和無(wú)錫市溫室氣體排放總量發(fā)展趨勢(shì)相近.能源消費(fèi)單元溫室氣體排放量一半以上是由電力和原煤的消費(fèi)引起的(57%～67%),其中電力消費(fèi)產(chǎn)生的碳排放占到了 34%～38%,而電力生產(chǎn)的絕大部分都來(lái)源于煤炭,可見(jiàn)無(wú)錫市對(duì)煤炭的依賴(lài)程度很高;由于工業(yè)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展,無(wú)錫市工業(yè)能源單元消費(fèi)的熱力和焦炭等能源類(lèi)型也表現(xiàn)出了較高的溫室氣體排放,為6%～18%和6%～11%;而由于工業(yè)能源單元,尤其是交通單元汽油和柴油的消費(fèi),使得汽油和柴油溫室氣體排放量占到了能源消費(fèi)單元排放總量的4%～6%和4%～8%.

圖10 能源消費(fèi)單元溫室氣體排放量Fig.10 GHG emissions for energy consumption sector

3.2.3 碳排放強(qiáng)度分析 綜合無(wú)錫市碳排放總量、GDP和人口數(shù)量等數(shù)據(jù),可以得到單位GDP碳排放量和人均碳排放量,如表3所示.

表3 無(wú)錫市2004～2008年碳排放強(qiáng)度Table 3 CO2 emission intensity in Wuxi from 2004 to 2008

從表3中可以發(fā)現(xiàn),2004～2007年,無(wú)錫市溫室氣體排放量隨著GDP的增長(zhǎng)呈上升趨勢(shì),溫室氣體排放與 GDP保持正相關(guān)關(guān)系.同時(shí),隨著工業(yè)技術(shù)水平的提高,單位GDP碳排放量在波動(dòng)中呈下降趨勢(shì),而人均碳排放量則隨著人民生活水平的提高有所上升.2008年單位 GDP碳排放量出現(xiàn)了較大幅度的下降,人均碳排放量也在之前逐年增長(zhǎng)的基礎(chǔ)上出現(xiàn)了下降趨勢(shì).

城市碳排放總量由能源消費(fèi)產(chǎn)生的碳排放和非能源消費(fèi)產(chǎn)生的碳排放兩部分組成.由于數(shù)據(jù)的可得性,本研究將能源消費(fèi)單元由于煤、油、氣消費(fèi)產(chǎn)生的碳排放與全國(guó)平均水平和世界平均水平進(jìn)行對(duì)比,結(jié)果如表4所示.其中,中國(guó)和世界碳排放量數(shù)據(jù)來(lái)源于世界能源統(tǒng)計(jì)資料[22],中國(guó)和世界GDP數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)統(tǒng)計(jì)信息網(wǎng)國(guó)際數(shù)據(jù)[23].

在表4中可以看到,無(wú)錫市的人均碳排放量要遠(yuǎn)高于中國(guó)水平,但單位GDP碳排放量則略低于全國(guó)平均水平.一方面,說(shuō)明無(wú)錫市的人均能源消耗水平要高于全國(guó)平均水平,與國(guó)外相關(guān)研究結(jié)果類(lèi)似[24];另一方面,由于無(wú)錫市經(jīng)濟(jì)技術(shù)水平要高于全國(guó)水平,使得其單位GDP的碳排放略低.從世界范圍來(lái)看,無(wú)錫市和中國(guó)的單位 GDP碳排放水平均遠(yuǎn)高于世界平均水平,中國(guó)的人均碳排放量由于人口基數(shù)大的原因要低于世界水平,但無(wú)錫市的人均碳排放量依然遠(yuǎn)高于世界水平,可見(jiàn),無(wú)錫市乃至全國(guó)范圍內(nèi)節(jié)能減排仍具有很大的潛力.

表4 無(wú)錫、中國(guó)、世界碳排放指標(biāo)對(duì)比Table 4 Comparison of CO2 emission factors among Wuxi, China and the world

3.3 不確定性來(lái)源分析

城市碳排放核算結(jié)果的影響因素很多,排放因子和活動(dòng)水平、漏算或重復(fù)計(jì)算,甚至數(shù)據(jù)處理失誤等均會(huì)對(duì)核算結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性造成影響[25].

本研究在進(jìn)行碳排放核算時(shí),采用了 IPCC缺省排放因子,這會(huì)與中國(guó)城市(本研究是無(wú)錫市)的實(shí)際情況存在一定差異;此外,對(duì)于一些難以直接獲得的活動(dòng)水平數(shù)據(jù)(例如城市固體廢物產(chǎn)生量)是基于國(guó)家平均水平推算得到.這些均會(huì)與無(wú)錫市的實(shí)際情況存在差異,進(jìn)而影響核算結(jié)果的可靠性.后續(xù)研究將開(kāi)展相關(guān)研究減少排放因子和活動(dòng)水平的不確定性. 例如,基于不同地區(qū)火電比例、生產(chǎn)工藝過(guò)程和技術(shù)水平等,開(kāi)發(fā)區(qū)域特色的排放因子數(shù)據(jù)庫(kù); 同時(shí),對(duì)我國(guó)城市的垃圾產(chǎn)生量進(jìn)行調(diào)研.

另外,在工業(yè)過(guò)程單元中,本研究?jī)H核算了能夠獲得活動(dòng)數(shù)據(jù)的重點(diǎn)產(chǎn)品過(guò)程,并沒(méi)有考慮所有工業(yè)過(guò)程,因此造成核算結(jié)果的低估;在廢物單元中,一階衰減模式要求較長(zhǎng)的時(shí)間序列,本研究受限于數(shù)據(jù)的可得性,選取的年份較少,會(huì)影響溫室氣體核算的結(jié)果;居民生活單元僅考慮煤氣、天然氣、電力等消費(fèi), 商業(yè)單元僅考慮電力,會(huì)造成核算結(jié)果的低估.考慮盡可能齊全的能源消費(fèi)類(lèi)型、產(chǎn)品類(lèi)型等影響因素是今后研究改進(jìn)的方向.

4 結(jié)論

4.1 基于工業(yè)能源、交通能源、居民生活能源、商業(yè)能源、工業(yè)過(guò)程和廢物等6個(gè)單元來(lái)計(jì)算城市溫室氣體排放量的方法,可以充分利用我國(guó)城市現(xiàn)有的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),對(duì)城市尺度的碳排放量進(jìn)行核算,并建立詳細(xì)的溫室氣體排放清單.

4.2 無(wú)錫市溫室氣體排放總量中,由能源消費(fèi)產(chǎn)生的溫室氣體排放量所占比例最高,大約為79%～85%,工業(yè)過(guò)程單元溫室氣體排放量所占比例次之,為 13%～19%,廢物單元溫室氣體排放量所占比例最低,為 1%～3%;在能源消費(fèi)單元中,無(wú)錫市工業(yè)能源單元對(duì)城市溫室氣體排放的貢獻(xiàn)最大,溫室氣體排放占到了能源消費(fèi)單元溫室氣體排放量的 84%～88%;其次為交通單元,其溫室氣體排放量占能源消費(fèi)單元的8%～11%.

4.3 在工業(yè)能源單元中,電力熱力的生產(chǎn)和供應(yīng)業(yè)、黑色金屬冶煉及壓延加工業(yè)、化學(xué)原料及化學(xué)制品制造業(yè)、紡織業(yè)、非金屬礦物制品業(yè)和化學(xué)纖維制造業(yè)等 6個(gè)行業(yè)的碳排放量約占工業(yè)能源碳排放量的80%;在交通單元中,小型載客汽車(chē)的碳排放量約占 20%～40%;工業(yè)過(guò)程碳排放中,鋼鐵和水泥生產(chǎn)過(guò)程的碳排放量尤為顯著;居民生活單元、商業(yè)單元的碳排放量呈上升趨勢(shì),而廢物單元?jiǎng)t逐年遞減.

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Carbon accounting for chinese cities—A case of Wuxi City.

WANG Hai-kun, ZHANG Rong-rong, BI Jun*(State Key Laboratory of Pollution Control Resource Reuse, School of the Environment, Nanjing University, Nanjing 210046, China). China Environmental Science, 2011,31(6)：1029～1038

In order to provide methodology and basic data for evaluating carbon reduction potentials and comparing carbon emission levels among various cities, this study established a city-scale carbon accounting system based on 6 sectors, which include industrial energy consumption, transport energy consumption, household energy consumption, commercial energy consumption, industrial processes and waste. Wuxi city was then selected as a case to analyze the characteristics of carbon emission of the cities in China. The largest three contributors of carbon emissions in Wuxi were industry energy consumption sector, industry process sector and transport energy consumption sector, which contributed 68%～71%, 13%～19% and 6%～10% to the total carbon emissions, respectively. Carbon emissions in Wuxi increased rapidly from 2004 to 2008, and the per capita and per GDP carbon emissions were both higher than the world average levels.

greenhouse gas emissions；carbon accounting；city-scale；Wuxi City

X196

A

1000-6923(2011)06-1029-10

2010-09-26

國(guó)家“973”項(xiàng)目(2010CB950704)

* 責(zé)任作者, 教授, jbi@nju.edu.cn

王海鯤(1979-),江蘇淮安人,講師,博士,主要從事城市大氣污染物和溫室氣體排放控制研究.發(fā)表論文20余篇.