朱淑艷,徐振宇,史會賢,陶呈濤,韓風(fēng)雙

（寧波工程學(xué)院 材料與化學(xué)工程學(xué)院,浙江 寧波 315211）

0 引言

全球變暖及其對自然和人類的影響已是世界焦點，目前普遍將全球變暖歸因于工業(yè)革命以來大氣中溫室氣體濃度的顯著提升[1]，這些溫室氣體包括：二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)、氧化亞氮(N2O)、氫氟碳化物(HFCs)、全氟化碳(PFCs)和六氟化硫(SF6)等。其中前3種氣體對增溫貢獻率為90%左右，尤其是CO2在大氣中的濃度比工業(yè)革命前凈增48%，是全球第一溫室氣體。[2-3]

為了減緩全球升溫速率，聯(lián)合國通過了《氣候變化框架公約》，約定各國定期編制和公布國家溫室氣體排放清單（以下簡稱清單）。作為首批締約國，中國積極致力于開展國家和省級清單編制工作。隨著我國城鎮(zhèn)化率持續(xù)提升，城市已成為溫室氣體的主要排放地，是實現(xiàn)減排的核心單元。核算城市排放量和發(fā)展低碳經(jīng)濟是目前我國重點工作之一。[2]

國際上城市溫室氣體清單研究起步于20世紀90年代，相關(guān)機構(gòu)和學(xué)者先后提出了多種清單編制方法學(xué)，并進行了典型城市案例研究。典型方法學(xué)包括《IPCC2006年國家溫室氣體清單指南》[4]（以下簡稱《IPCC指南》）和《ICLEI方法學(xué)》。[5]發(fā)達國家已經(jīng)建立了城市排放數(shù)據(jù)庫，對城市溫室氣體排放特點及低碳城市建設(shè)進行了深入研究和實踐。[6-7]

我國在城市層面的清單編制尚處探索階段，尚未建立統(tǒng)一的編制方法和軟件。早期蔡博峰、叢建輝、白衛(wèi)國等主要從理論上對比分析城市清單編制各種模式和方法的特點[8-10]。袁曉輝等通過實踐證實了《ICLEI方法學(xué)》在北京清單編制中的局限性[11]。多名研究者依據(jù)《IPCC指南》及國家發(fā)改委參考《IPCC指南》編制的《省級指南》制定和分析了上海、深圳、濟南、北京等城市CO2、CH4和N2O三種溫室氣體清單[12-15]。PFCs、HFCs和SF6只產(chǎn)生于工業(yè)生產(chǎn)過程中，當(dāng)前城市系統(tǒng)關(guān)于這三類溫室氣體尚無明確核算方法和統(tǒng)計數(shù)據(jù)。[16]

寧波是長三角南翼經(jīng)濟中心和化工基地，其優(yōu)良的深水港條件，使寧波成為中國能源中轉(zhuǎn)和加工基地?；ず蛡鹘y(tǒng)工業(yè)都是中高碳排放行業(yè)，給寧波的低碳經(jīng)濟發(fā)展帶來較大壓力。作為中國第二批低碳城市試點，寧波正在積極推進低碳城市建設(shè)，嚴格防控大氣污染。編制寧波市溫室氣體清單對于識別主要排放源、分解溫室氣體排放目標及建設(shè)低碳城市非常重要。

1 研究對象、范圍與方法

寧波市是浙江省港口城市，副省級市，全市下轄6個區(qū)、2個縣、代管2個縣級市，陸域總面為9 816 km2。2019年寧波市常住人口841.01萬，地區(qū)生產(chǎn)總值（GDP）為1.20萬億元，第二和第三產(chǎn)業(yè)各占48%左右，城鎮(zhèn)化率為73%。

寧波市溫室氣體排放的核算方法見表1。氣體種類涵蓋CO2、CH4和N2O。排放源包括直接排放(除生物源外)及電力調(diào)入調(diào)出引起的間接排放，涵蓋能源、工業(yè)、農(nóng)業(yè)和廢棄物處理4個部門。核算時間為2013至2019年。依據(jù)《浙江省溫室氣體清單編制指南(2018年修訂版)》(以下簡稱《省級指南》)[17]，采用IPCC方法對寧波市溫室氣體排放量進行核算（表1），即溫室氣體排放量=活動水平數(shù)據(jù)×排放因子?；顒铀綌?shù)據(jù)主要來源于《寧波市統(tǒng)計年鑒》[18]，排放因子主要來源于《省級指南》[17]和文獻，來自《省級指南》[17]的數(shù)據(jù)本文不再列出。

表1 寧波市溫室氣體排放核算方法

表1 （續(xù)）

1.1 能源活動

化石燃料燃燒是CO2最主要來源，其CO2排放量與各化石能源的消費量及其排放因子有關(guān)。CO2排放因子通過各燃料的熱值、碳含量值和碳氧化率等進行計算，見表2。熱力和電力的CO2排放因子，各取0.26 t/（106kJ）CO2和9.26 t/（104kW·h）CO2。[19]公路交通各車型的百公里油耗和年運行公里數(shù)詳見表3[12,14,20]。各種化石能源和機動車保有量活動水平數(shù)據(jù)來源于《寧波市統(tǒng)計年鑒》[18]。

表2 各品種化石燃料的CO2排放因子

表3 公路交通百公里油耗和年運行公里數(shù)

1.2 工業(yè)生產(chǎn)過程

工業(yè)生產(chǎn)中將能源活動除外的其他活動產(chǎn)生的溫室氣體排放歸類為工業(yè)生產(chǎn)過程排放，范圍包括：水泥、石灰、鋼鐵等生產(chǎn)過程的CO2排放，己二酸和硝酸生產(chǎn)過程的N2O排放，鋁、鎂、電力設(shè)備和半導(dǎo)體等生產(chǎn)過程中的含氟溫室氣體排放等。工業(yè)過程溫室氣體排放核算難度很大，存在核算方法不完善，活動水平數(shù)據(jù)缺乏等難題。根據(jù)寧波市的實際情況以及數(shù)據(jù)的可獲得性，本文選取水泥和鋼鐵這兩個過程進行核算。水泥熟料、生鐵量和鋼材產(chǎn)量等活動水平數(shù)據(jù)來源于《寧波市水泥年鑒》[21]和《寧波市統(tǒng)計年鑒》[18]。

1.3 農(nóng)業(yè)活動

農(nóng)業(yè)清單涵蓋CH4和N2O排放，前者來源于稻田、動物腸道發(fā)酵和動物糞便管理，后者來自農(nóng)用地和動物糞便管理。其中農(nóng)用地N2O排放核算最為繁瑣，排放源有直接和間接兩種，直接排放源是農(nóng)用地的當(dāng)季氮輸入（包括化肥氮、糞肥和秸稈還田），間接排放是施肥土壤中的氮通過揮發(fā)進入大氣后的沉降或通過淋溶或徑流損失進入水體引起的N2O排放?？紤]到寧波市近年對氮肥的使用量遠大于糞肥和秸稈還田量，故本文只考慮了農(nóng)用地使用化肥產(chǎn)生的N2O排放。農(nóng)業(yè)活動水平數(shù)據(jù)來源于《中國農(nóng)業(yè)年鑒》[22]、《中國農(nóng)村統(tǒng)計年鑒》[23]和《寧波統(tǒng)計年鑒》[18]。

1.4 廢棄物處理活動

廢棄物處理產(chǎn)生3種溫室氣體：CH4來自固體廢棄物填埋和廢水處理，CO2來自固體廢棄物焚燒處理，N2O來自廢水處理?；顒铀綌?shù)據(jù)來源于《寧波統(tǒng)計年鑒》[18]。寧波市固體廢棄物的組成詳見表4[24]。焚燒產(chǎn)生的CO2排放考慮了固體廢棄物中的紡織物、橡膠和塑料等。

表4 寧波市固體廢棄物的組成

2 結(jié)果與討論

2.1 總體排放量

CH4和N2O排放量通過全球增溫潛勢，統(tǒng)一轉(zhuǎn)化為CO2排放當(dāng)量(CO2e)表示，其數(shù)值采用了《省級指南》[17]推薦的IPCC第二次評估報告中的21和310[18]。圖1為寧波市2013—2019年3種溫室氣體排放總量變化趨勢，2013至2015年以近4%速率逐年下降，2016年稍有提升，2017年快速增長，較2016年有近10%提高，2018和2019年比2017年稍有提高。2019年為排放峰值，即2.66億t CO2當(dāng)量。

圖1 2013—2019年寧波市溫室氣體排放量

從表5的寧波市溫室氣體構(gòu)成看，CO2排放占絕對優(yōu)勢，在總排放量中占比超98%，且排放占比基本呈逐年增大趨勢，年CO2排放量呈現(xiàn)先下降再上升趨勢。CH4和N2O的排放量和排放占比基本逐年降低。2019年CO2、CH4和N2O的排放占比分別為99.30%、0.51%和0.19%。CO2作為寧波市第一溫室氣體，是減排的首要和重點對象。明確CO2的排放來源對其減排目標和路徑的設(shè)定十分必要。

表5 寧波市溫室氣體構(gòu)成和比例

2.2 CO2排放清單

寧波市2013—2019年間的CO2排放清單見表6，其95%以上來源于能源活動，遠高于工業(yè)生產(chǎn)和廢棄物處理活動。能源活動的CO2排放量隨時間呈現(xiàn)先下降再增高的趨勢，但其排放占比逐年降低，由2013年的96.81%降至2019年的95.47%。工業(yè)生產(chǎn)過程排放的CO2量近年來波動較大，但其排放占比較為穩(wěn)定，為2.41%～2.74%范圍。因焚燒固體廢棄物引起的CO2排放量增長迅速，2019年是2013年的2.5倍。整體而言，由于2014至2016年寧波經(jīng)濟增長放緩，能源消費量降低，其CO2排放量逐年降低，2017年以后，能源消費量持續(xù)增長，CO2排放量也同步升高。

表6 2013—2019年寧波市CO2排放情況

CO2排放的分能源品種和分行業(yè)特點見圖2和圖3。如圖2所示，原油和原煤是寧波市最大碳源，其合計CO2排放占比超60%。由于近年來寧波市重視城市低碳化，減少煤炭使用量，提高燃煤鍋爐淘汰，并設(shè)置禁燃區(qū)，原煤的碳排放量及其排放占比逐年降低，2019年比2013年下降9%。原油排放占比在34%～37%范圍內(nèi)波動；電力和熱力是第三、第四碳源，占比分別在14.5%～18.0%和5.5%～11.0%范圍，且排放占比逐年升高。其他石油制品和焦炭緊隨其后，對CO2的貢獻在2.0%～4.0%范圍。從圖3的行業(yè)分類看，碳排放量最高的是能源生產(chǎn)與加工轉(zhuǎn)換業(yè)，包括石油天然氣加工、公共電力和熱力部門。其中石油天然氣加工業(yè)碳排放占比接近60%，公共電力和熱力部門占比24.5%。鋼鐵和化工碳排放量各占5.5%左右?？傊?，傳統(tǒng)化石能源石油和煤炭仍是寧波市的能源支柱，且在較長時間內(nèi)很難徹底改變，發(fā)展低碳的天然氣和可再生能源是寧波市能源綠色化的必走之路。

圖2 各種能源CO2排放量百分占比

圖3 寧波市2019年各行業(yè)CO2排放量百分占比

2.3 溫室氣體排放強度特征

從“經(jīng)濟”、“人口”和“面積”三個角度對寧波市溫室氣體排放強度進行核算和分析，詳見表7。2013—2019年間寧波市地域面積沒有變化，因此單位土地面積排放量與圖1中溫室氣體排放量的波動趨勢一致。近幾年寧波市經(jīng)濟迅猛發(fā)展，GDP增速呈現(xiàn)非線性特點，2015和2017年增速處于最低值和最高值，分別為5%和13%。GDP增速的波動也基本與圖1一致。由于GDP增速高于溫室氣體排放增速，單位GDP溫室氣體排放量以0.21 t/萬元的速率逐年近似線性下降。在2013至2019年間，寧波市人均溫室氣體排放量隨時間呈現(xiàn)下降、上升再下降趨勢，2016和2013年為最低和最高水平，2017年以后逐年降低，到2019年時人均溫室氣體排放量為31.64 t/人，比2013年降低6%。近幾年來單位GDP和人均溫室氣體排放量的降低，也從宏觀上反映了寧波市經(jīng)濟低碳化效果顯著。

表7 2013—2019年寧波市人均、單位GDP和單位面積溫室氣體排放強度

2.4 排放水平

表8和表9給出了2011年以來世界、中國及部分城市的溫室氣體排放水平，包括人均、單位GDP和單位面積排放量三個指標。中國和世界溫室氣體排放量來源于《BP世界能源統(tǒng)計年鑒》[25]，中國人口、GDP和土地面積來源于《中國統(tǒng)計年鑒》[26]，其他指標來源于文獻[14-16,27-30]。寧波市三個指標均處于中國城市的較高水平，尤其是人均和單位面積排放量。2019年寧波市人均排放量是中國和世界平均水平的4.5倍和7.1倍，單位GDP排放量是中國和世界平均水平的2.2倍和4.0倍，單位面積排放量是中國平均水平的26.5倍。

表8 近年來中國部分城市溫室氣體排放水平

表9 2019年中國及世界平均溫室氣體排放水平

3 結(jié)論

本研究核算了寧波市2013—2019年的溫室氣體排放情況，明確了寧波市的溫室氣體主要排放源和排放水平。主要結(jié)論如下:

(1)2013—2015年間寧波市溫室氣體排放量逐年下降，此后逐年上升。2019年為排放峰值。溫室氣體的98%以上來自CO2，CO2排放的95%以上來自以石油和煤炭為主的能源活動。2013—2019年間CH4和N2O的排放量和排放占比基本逐年降低。

(2)寧波市2013—2019年單位GDP溫室氣體排放量年均下降0.21 t/萬元，2019年比2013年下降了36%。寧波市人均溫室氣體排放量隨時間先下降后上升再下降，2016年為最低。表明寧波市經(jīng)濟低碳化向好發(fā)展。

(3)2013—2019年寧波市溫室氣體排放高于中國和世界平均水平。