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1、城市碳排放量测算方法争论以北京市为例娄伟【摘 要】自 2023 年初,我国住房和城乡建设部与世界自然基金会(WWF)在中国大陆以上海和保定两市为试点联合推出“低碳城市“以后,“低碳城市“快速引起大家关注, 成为中国大陆城市自“花园城市“、“人文城市“、“魅力城市“、“最具竞争力城市“之后的最热目标.目前全国已有 100 多个城市提出创立“低碳城市“.准确计算城市碳排放的现状是创立低碳城市的起点.本文系统分析了城市碳排放的计算方法,并以计算北京市的碳排放作为案例进展分析.【期刊名称】华中科技大学学报社会科学版【年(卷),期】2023(025)003【总页数】7 页(P104-110)【关键词】低
2、碳经济;低碳城市;碳排放;碳固定【作 者】娄伟【作者单位】中国社会科学院城市进展与环境争论所,北京,100732【正文语种】中 文【中图分类】F062.2低碳城市就是通过在城市进展低碳经济，创低碳技术，转变生活方式，最大限度削减城市的温室气体排放，彻底摆脱以往大量生产、大量消费和大量废弃的社会经济运行模式，形成构造优化、循环利用、节能高效的经济体系，形成安康、节约、低碳的生活方式和消费模式，最终实现城市的清洁进展、高效进展、低碳进展和可持续进展。低碳城市同传统城市的最大区分在于:低碳城市建设的主要目的是削减碳排放。因此，评估城市进展对温室气体排放的具体影响，对城市的碳排放水平进展全面审计， 争
3、论城市在产业、建筑、交通、居民生活方式等方面和碳排放的关系，制定相应碳 减排目标，是建设低碳城市的根本要点。其中，准确计算城市碳排放的现状是低碳 城市规划的起点。只有准确把握城市碳排放的现状，才能明确城市削减碳排放的方 向，才能为制定低碳城市规划供给科学的依据。 “碳脚印”来源于一个英语单词“Carbon Footprint”，是指直接或间接支持人类活动所产生的二氧化碳及其它温室气体总量，通常用产生的二氧化碳吨数来表示。碳脚印可分为国家碳脚印、个人碳脚印、企业碳脚印、产品碳脚印四个层面。联合国开发打算署最公布的中国人类进展报告:迈向低碳经济和社会的可持续将来指出，中国的城市化率、城市根底设施建
4、设、住宅能耗与交通能耗是影响中国碳脚印的重要因素1执行摘要 XI。这些因素也是中国可持续进展进程中的重要挑战。要计算城市的二氧化碳排放量，测算城市的“碳脚印”，首先要把握温室气体主要排放源及碳源、碳汇的概念。2023 年，IPCC(Intergovernmental Panel on Climate Change)编制了IPCC2023 年国家温室气体排放清单指南，这个指南是应联合国气候变化框架公约(UNFCCC)的邀请编制的。IPCC2023 年国家温室气体排放清单指南中供给了国际认可的方法学，可供各国用来估算温室气体的排放。依据IPCC2023 年国家温室气体排放清单指南，主要温室气体排放
5、源见图1(依据IPCC2023 年国家温室气体排放清单指南第 6 页图 1 等整理所得):目前，中国正抓紧制定温室气体排放标准。2023 年 9 月 27 日，我国国家发改委下发的关于启动省级温室气体排放清单编制工作有关事项的通知，要求各省、自治区、直辖市启动省级温室气体 2023 年清单的编制工作。国家发改委气候司选择了陕西、浙江、湖北、云南、辽宁、广东和天津等，作为省级温室气体清单编制的试点地区。碳源是指二氧化碳气体成分从地球外表进入大气，如地面燃烧过程向大气中排放CO2，或者在大气中由其他物质经化学过程转化为二氧化碳气体成分，如大气中的 CO 被氧化为 CO2，CO 也是碳源。与碳源对应
6、的概念是碳汇。联合国气候变化框架公约将碳汇定义为从大气中去除二氧化碳的过程、活动或机制34。增加碳汇，就是要提高吸引和储存二氧化碳的力量，其中，最重要的是扩大森林掩盖面，增加森林碳汇。依据联合国粮农组织 2023 年的报告牲畜的巨大阴影:环境问题与选择，大气中的碳源和碳汇见表 1485:在人类生活中，二氧化碳有三个重要的碳源:一是火电排放，占二氧化碳排放总量的 41%左右;二是建筑排放，据联合国政府间气候变化特地委员会的评估，全球建筑行业产生的二氧化碳排放大约占全球二氧化碳排放总量的 33%，随着房屋数量的增加而稳定的增加;三是汽车尾气排放，约占 25%左右，并且增长最快。对于城市来说，主要碳
7、源包括:化石能源使用;工业生产过程;土地利用变化、城市废弃物处理。主要碳汇来自林地对二氧化碳的吸取与固定。碳脚印的计算方法有多种:(1)依据计算的系统程度，分成两种方法:一是利用生命周期评估(LCA)法，这种方法更准确也更具体;二是通过所使用的能源矿物燃料排放量计算，这种方法较一般;(2)依据计算的技术，可分为两大类:一类是系数法;一类是计算法。计算法又分为物料衡算法、实测法、模型法等。碳脚印的计算通常有四步:(1)选择计算中要包括的气体排放源;(2)收集燃料用量的数据;(3)查询碳排放因子;(4)计算碳脚印。在二氧化碳减排的相关计算方面，存在着“减排二氧化碳量”(即 CO2)，与“碳排放削减
8、量”(以碳计，即 C)的不同。减排 CO2 与减排 C，其结果是相差很大的。因此要分清楚减排量的具体含义，它们之间是可以转换的，即减排 1 吨碳(液碳或固碳)就相当于减排 367 吨二氧化碳。在建设低碳城市过程中，需要对城市的碳排放或二氧化碳排放有准确的把握，以便制定相应对策。最根本的指标是二氧化碳排放量，即城市在生产和消费的过程中向大气排放的二氧化碳的数量。其中，又可分为确定总量和相对总量。确定总量是直接排在所计算城市上空的二氧化碳量;相对总量是指由于城市人们生活消费及其它活动所导致的二氧化碳排放量，局部二氧化碳尽管没有排放在所测算城市的上空， 但由于是该城市消费所致，因此，也统计在该城市的
9、二氧化碳排放总量中。测算一个城市二氧化碳排放的根本公式如下:城市二氧化碳排放量=二氧化碳排放总量二氧化碳吸取总量其中，二氧化碳排放总量=能源消费带来的二氧化碳排放总量+工业产品生产的二氧化碳排放量+垃圾排放二氧化碳总量+农地二氧化碳排放总量+其它二氧化碳吸取总量主要是指“林地吸取二氧化碳总量”(森林碳汇)。化石能源是城市排放二氧化碳的主要来源，计算城市能源消费排放的二氧化碳量， 一般承受系数法与物料衡算法。系数法计算能源二氧化碳排放的根本公式为:E 为不同类型能源使用量，可按标准统一折算为标准煤，各种能源折标准煤的参考系数可查阅相关资料。系数 K 为碳排放强度或者碳排放系数。不同国家、地区，不
10、同的技术条件及能源构造，系数 K 是不等的。中国长期依靠煤来供给所需要的能源，构造不合理及能源利用率较低。燃烧 1 吨标煤排放的 CO2 约为 245 吨。目前，我国承受较多的“能源燃料折标准煤后 CO2 排放系数”是:242 272 之间。碳排放系数常用的主要有国家发改委能源争论所的 067(吨/吨标煤，t/tce)，日本能源经济争论所的推举值 068(t/tce)，美国能源部能源信息署的参考值069(t/tce)等。计算能源 CO2 排放量，也可承受物料衡算法，公式如下:能源 CO2 排放量=燃料消费量热值转换系数碳排放系数氧化率44/12虽然大多数的产业部门在生产过程中除了能源消耗之外并
11、不直接排放 CO2，但是由于它们消耗那些在生产过程中排放 CO2 的中间投入品如水泥、钢材等，因此， 假设考虑水泥等产品生产过程中的 CO2 排放，那么其它部门产品生产过程的间接CO2 排放以及总的隐含碳排放量也会增加。工业产品二氧化碳排放量一般主要计算生产水泥、钢材过程中的二氧化碳排放量， 但由于钢材生产过程中的二氧化碳排放主要表达在能源使用方面，所以，假设统计过一个城市的能源消费导致的二氧化碳排放量，一般就不再计算钢材生产过程带来的二氧化碳排放。水泥生产排放的二氧化碳包括:由生产水泥的主要原料石灰石中的碳酸钙分解生成水泥熟料必需的氧化钙的同时生成的二氧化碳;煅烧水泥熟料和烘干原料使用燃料燃
12、烧时产生的二氧化碳。一般硅酸盐水泥熟料含氧化钙 65%左右，依据化学反响方程式:每生成 1 份 CaO 同时生成 07857 份 CO2，所以每生产 1 吨水泥熟料生成0511 吨 CO2。水泥生产过程中，使用燃料带来的 CO2 排放量，受燃料种类影响。一般来说，生产 1 吨熟料需 0161 0296 吨煤，煤燃烧产生 0383 0704 吨 CO2。加上生成熟料时碳酸钙分解产生的 CO2，每生产 1 吨水泥熟料排放 08941215 吨 CO2。一般地说，每生产 1 吨水泥熟料排放约 1 吨 CO2。水泥生产过程二氧化碳排放系数见表 2。由表 2 可以看出，每生产 1 吨水泥熟料大约排放 1
13、 吨 CO2，其中，能源使用带来的二氧化碳排放约为 04 吨左右(统计在能源使用中，计算时要避开重复)，水泥原料化学反响带来的二氧化碳排放约为 06 吨。为不重复计算能源使用带来的二氧化碳排放，计算水泥生产过程中确实定碳排放量一般承受下式:水泥生产的二氧化碳确定排放量 =本地生产的水泥总量06假设一个城市的使用的水泥、钢材等工业品的数量超过本地的生产量，则隐含二氧化碳排放也有较大量。因此在计算一个城市的二氧化碳排放量时，也要计算隐含二氧化碳排放量，公式变为:水泥生产及使用带来的二氧化碳排放 =本地生产的水泥总量06+(本地使用水泥总量本地生产的水泥总量)1同时，由于生产技术不同，工业生产过程中
14、同一产品的二氧化碳排放也有很大差异， 要得出准确的结果，就需要区分不同区域的实际生产状况。土地利用变化一般是指农田、森林、草地、湿地、建设用地之间的相互转换。土地利用方式的变化，在肯定程度上对一个区域的碳排放总量产生影响，同时，不同类型的土地利用，其碳排放或碳固定的强度是不同的。土地利用碳排放估算的一般公式为:式中 E 为碳总排放量;ei 为争论区第 i 种土地利用方式产生的碳排放量;Ti 为第 i 种土地利用方式对应的土地面积，其中包括耕地面积、林地面积、草地面积以及建设用地面积;i 为第 i 种土地利用方式的碳排放(吸取)系数。一般来说，计算城市土地利用的碳排放只计算林业、草地的碳吸取量，
15、及农业的碳排放与碳吸取，其它用地(如建设用地)的碳排放量已计入在能源碳排放计算中了。对于城市来说，农用地一般较少，草地吸取二氧化碳量有限，因此，重点是计算林业的碳吸取量。森林每生长 1 立方米木材大约可以吸取 183 吨二氧化碳、释放 162 吨氧气，而破坏和削减森林就会增加碳排放，林地转化为农地 10 年后，土壤有机碳含量平均下降 303%。从全球来看，热带森林每年每公顷吸取约 11536 吨二氧化碳，温带森林约为2527 吨二氧化碳，寒温带森林约为 2986 吨二氧化碳。全球的森林植被的平均蓄积量为每公顷 9985 立方米、碳储量为每公顷 715 吨;我国森林植被的平均蓄积量为每公顷 71
16、21 立方米、碳储量为每公顷 449 吨。废弃物的碳排放一般依据垃圾燃烧和填埋的处置方式计算，填埋主要产生甲烷，燃烧主要产生二氧化碳。依据IPCC200 年温室气体 第 5 卷:废弃物，对垃圾燃烧产生的温室气体只需要计算燃烧时产生的二氧化碳量，对垃圾填埋产生的温室气体则需要计算甲烷的排放量，另外依据数据的收集状况可考虑氧化亚氮的排放量。具体式如下:依据 2023 年中国统计年鉴，截至 2023 年底，我国 655 个设市城市生活垃圾清运量为 152 亿吨，有各类生活垃圾场 453 座，处理力量为 272 万吨/日，集中处理量约 9 400 万吨，集中处理率约为 62%;其中城市生活垃圾填埋场
17、363 座，处理力量 215 万吨/日，填埋处理量约 7 664 万吨;城市生活垃圾堆肥厂 17 座，处理力量 079 万吨/日，处理量 250 万吨;城市生活垃圾燃烧厂 67 座，处理力量458 万吨/日，处理量 1 466 万吨;按处理量统计，填埋、堆肥和燃烧处理比例分别占 817%、27%和 156%，按清运量统计分析，填埋、堆肥和燃烧处理比例分别占 504%、16%和 96%(上述数据没有包括个别综合处理厂)。从数据可以看出，我国目前的垃圾处理方式主要是填埋处理。准确计算一个城市的二氧化碳排放量是一个很简单的过程，但也可以通过计算出几个主要领域的二氧化碳排放量，测算出一个城市二氧化碳排
18、放量的大致数据。一般有两种计算方法，一种是只计算排放在本地的二氧化碳确实定量，公式如下:城市二氧化碳排放确定总量 =城市化石能源消费带来的二氧化碳排放量+工业产品生产过程的二氧化碳确定排放量+城市垃圾处置排放的二氧化碳量森林的二氧化碳吸取量另一种是计算本地生产、生活所带来的直接及间接的二氧化碳排放总量，包括本地消费的外地产品在外地生产时的二氧化碳排放量，公式如下:城市二氧化碳排放总量=城市能源消费二氧化碳排放量+工业产品生产的二氧化碳排放量+城市垃圾处置排放的二氧化碳量森林的二氧化碳吸取量由于我国农业系统对碳的吸取根本大于排放，总体上保持碳汇功能，因此，这里不 再计算农地及农作物的碳排放、碳吸
19、取。如以北京市为例，其草地的碳汇功能有限， 这里可不再计算。(1) 北京市年能源消费及二氧化碳确定排放量依据中国能源统计年鉴 2023，北京市主要能源生产消费状况见表 3、表 45。消费化石能源带来的二氧化碳确定排放量见表 3。计算化石能源消费带来的二氧化碳确定排放量通常不把城市使用的外地电力产生的二氧化碳排放计算在内。计算公式为:能源使用总量(标准煤)电力使用总量(标准煤)吨标煤 CO2 排放量一般吨标煤排放 CO2 为 2427 吨，本文按 26 吨计算。1 度电=04 千克标准煤。(2) 北京市年能源消费导致的二氧化碳排放总量由于北京的能源加工转换主要是火力发电转换，并有少局部水电。假设
20、计算北京市年能源消费导致的全部二氧化碳排放，也就是说，尽管北京局部电力耗能带来的二氧化碳排放不在北京(主要是在外地发电)，但因是北京耗能，这局部二氧化碳排放 (按火电占 75%计算)也被计算在北京市的二氧化碳排放中。计算公式如下:北京市年能源消费带来的二氧化碳排放量=(北京市年能源消费折标准煤总量北京市年火电消费能源折标准煤总量北京市年绿色电力折标准煤总量)吨标煤CO2 排放量到 2023 年 6 月，中国的火电、水电、核电、非水电可再生能源发电装机容量的比例分别占 75%、22%、2%、1%。则计算北京电力耗能需要减去水电、核电等绿色电力耗能。计算结果见表 5。北京市工业产品生产的年二氧化碳
21、排放量主要计算水泥、钢材生产过程中的二氧化碳排放量。依据北京统计年鉴(2023)，2023 年北京市生产水泥 1 3551 万吨，生产生铁、粗钢、钢材分别为 553、4525560、8316314 万吨。其中，迁钢公司、首秦公司分别具有 450 万吨和 250 万吨钢生产力量。由于奥运会，及企业搬迁调整打算，2023 年首钢公司的产能规模已经被压缩到 460 万吨(按 420 万吨钢组织生产)。2023 年，北京市全社会房屋建筑竣工总面积 3 6322 万平方米，施工总面积 138712 万平方米。依据每建筑平方米房屋大约需要消耗钢材 006 008 吨，住宅建筑每平方需要水泥 04 吨计算，
22、2023 年，北京市全社会竣工房屋总共消耗钢材 2179 2906 万吨，消耗水泥 1 45288 万吨。计算可得，2023 年北京市水泥的生产与消费根本平衡，需要从外地购进 9778 万吨，本地生产钢材则结余约 130 万吨。依据生产 1 吨水泥熟料就会排放出 1 吨二氧化碳，生产一吨钢铁要排放 2 吨二氧化碳计算。北京市 2023 年的水泥生产带来的二氧化碳确定排放总量，为 8717 万吨(145288 万吨06)。假设包括隐含碳排放，则为 9695 万吨(145288 万吨 06+9778 万吨 1)。2023 年北京市钢材生产量大于使用量，就不再统计其二氧化碳排放量(已在能源消费中进展
23、统计，这里避开重复)。2023 年，北京日产垃圾 184 万吨，按此计算，2023 年北京市生活垃圾产量6716 万吨。北京市垃圾主要实行填埋、燃烧处理(2023 年一年，北京市生活垃圾产量已经高达 669 万吨)。目前，北京市三座垃圾燃烧厂共日处理垃圾 8 000 吨。北京市对生活垃圾的处理， 941%承受卫生填埋方式， 39%承受堆肥方式， 2% 承受燃烧方式。依据北京市的规划，到 2023 年实现全市垃圾处理力量 17 万吨/ 日，垃圾燃烧、生化处理和填埋比例达 235。由于燃烧垃圾所占比例较少，这里按 1 吨生活垃圾排放 03 吨左右二氧化碳计算。按此标准粗略计算，北京市 2023 年
24、垃圾处置排放的二氧化碳量约为 20148 万吨。到 2023 年底，北京市全市的林地(绿地)总面积已达 10533 万公顷，林木掩盖率到达 516%，森林掩盖率到达 365%。据测算，目前北京市森林资源总碳储量为 11 亿吨，森林资源年固定的二氧化碳量为 967 万吨，年释放氧气 706 万吨6。鉴于北京市 2023 年与 2023 年森林资源的变化不大，计算北京市 2023 年森林二氧化碳吸取量时，承受 2023 年的“森林资源年固定的二氧化碳量为 967 万吨” 这一数据。依据以上几项的粗略计算，可得出北京市 2023 年二氧化碳量排放总量:北京市年二氧化碳排放确实定总量=北京市年化石能源
25、消费排放二氧化碳总量+年工业产品生产的二氧化碳确定排放量+北京市年垃圾处置的二氧化碳排放总量北京市年森林二氧化碳吸取量，即2023 年末，北京市常住人口达 1695 万，以此计算 2023 年北京市人均确定排放二氧化碳约为 542 吨。北京市年二氧化碳排放总量=北京市年能源消费排放二氧化碳总量+年工业产品生产消费带来的二氧化碳排放量+北京市年垃圾处置的二氧化碳排放总量北京市年森林二氧化碳吸取量，即以此计算，2023 年北京市由于人们生活消费及其它活动所导致的人均二氧化碳排放量约为 725 吨。无论是人均 542 吨或是人均 725 吨，比较美国年人均约 20 吨的二氧化碳排放量，北京市人均二氧
26、化碳排放量不算太高。尽管同兴旺国家相比，北京市人均二氧化碳排放量不算高，但也有下降的空间及要求。依据中国政府的承诺，到 2023 年，我国将使单位国内生产总值二氧化碳排放量较 2023 年下降 40%至 45%。这将给北京市降低人均二氧化碳排放量带来肯定的压力。【相关文献】1联合国开发打算署:中国人类进展报告:迈向低碳经济和社会的可持续将来，北京:中国对 外翻译出版公司 2023 年版。2政府间气候变化特地委员会(IPCC):2023 年 IPCC 国家温室气体清单指南，2023 年。3United Nations Conference on Environment and Development(UNCED):United Nations Framework Convention on Climate Change(UNFCCC) 19924 Food and Agriculture Organization of the United Nations:Livestocks Long Shadow:Environmental Issues and Options ，Rome，20235中国能源统计年鉴 2023，北京:中国统计出版社 2023 年版。6王海燕:京建成 105 万公顷林地，年吸取二氧化碳 967 万吨，北京日报，2023-5-13，第 004 版。