碳排放核算方法概述與比較研究

郝千婷 黃明祥, 包 剛

（1 環境保護部信息中心，北京100029; 2 內蒙古師范大學，內蒙古自治區遙感與地理信息系統重點實驗室，呼和浩特 010022）

1.引言

自1988年全球氣候變暖的警鐘敲響以來，氣候變化已成為當前全世界共同關注的話題。1992年6月4日，《聯合國氣候變化框架公約》在聯合國環發大會上通過，中國成為締約國之一；1997年12月11日，各國簽訂《京都議定書》，中國加入；2007年6月，國家發改委出臺并發布了《中國應對氣候變化方案》；同年12月，國家發改委及其他有關部門制定印發了《節能減排綜合性工作方案》；2009年12月7日召開的哥本哈根大會形成了《哥本哈根協議》，中國批準并承諾到2020年，在2005年水平上削減碳密度40%-45%。面臨如此大的減排壓力，加上我國能源高度依賴進口，環境污染加劇，綠色貿易壁壘，因此中國要繼續走“低碳”的環境保護新道路[1]。低碳模式被提出后，受到了全世界專家學者的關注和熱捧。當前關于碳排放核算的研究主要有四類，即IPCC清單法[2]、實測法[3]、物料衡算法[4]、模型因素分解法[5]等。本文主要對當前的碳排放核算方法進行概述，介紹了各核算方法的基本原理和方法，并分析了各核算方法的特點，為碳排放核算及其方法的選取提供參考依據。

2.碳排放核算方法

2.1 IPCC清單法

在認識到潛在的全球氣候變化問題后，世界氣象組織（WMO）和聯合國環境規劃署（UNEP）在1988年共同建立了政府間氣候變化專門委員會（IPCC）。IPCC的一項活動是，通過其在國家溫室氣體清單方法方面的工作，為《聯合國氣候變化框架公約》提供支持。《2006年IPCC國家溫室氣體指南》是對其以前編寫的《國家溫室氣體排放清單指南》的更新。根據指南概述介紹，指南提供的一些方法可用于估算國家溫室氣體人為源排放和匯清除清單。其類別分為：能源，工業過程和產品使用，農業、林業和其他土地利用，廢棄物等（圖1）。其中能源部門通常是溫室氣體排放清單中的最重要部門，在發達國家，其貢獻一般占CO2排放量的90%以上和溫室氣體總排放量的75%。CO2數量一般占能源部門排放量的95%，其余的為甲烷和氧化亞氮。固定源燃燒通常造成能源部門溫室氣體排放量的約70%。這些排放大約一半與能源工業中的燃燒相關，主要是發電廠和煉油廠，移動源（道路和其他交通）燃燒造成能源部門約1/4的排放量[1]。孫建衛[6]等人結合IPCC的清單方法對中國歷年碳排放進行了核算。裴克毅[7]等依據IPCC第三次評估報告與國內外最新的研究成果說明氣候變暖的可能趨勢以及對生態系統和社會經濟的影響。韓穎[8]等人根據IPCC的清單方法計算我國鋼鐵工業的碳排放情況，得出優化能源消費結構是最有效的減排途徑。

圖1 源排放與匯清除的主要類別

2.2 實測法

實測法是通過采集排放氣體，并測量其流速、流量、濃度等從而計算氣體的排放總量。通常實測法的基礎數據主要來源于環境監測站，因此具有較高的精度，但是采集樣品要求有代表性，否則測量結果也毫無意義。為此，常常測定時不止測定一個樣品取值，而是測定多次。在計算時，流量取算術平均值，濃度取加權平均值。并且采用實測法計算的數據仍需與其他方法所得數據進行對照驗證，如偏差較大則需核實、調整。此方法需要人力物力較多，費用較大。實測法公式為：

其中，G：某氣體排放量；

Q：介質（空氣）流量；

C：介質中某氣體濃度；

K：公式中單位換算系數。

目前采用實測法對碳排放進行核算的實例較少，多數為鍋爐燃燒過程中廢氣污染物的核算，曲波[9]等研究在確定鍋爐房大氣污染物的排放量時，可以采用物料衡算法和實測法相結合的方法。王雪娜[10]等對碳源碳排量的測算辦法進行了討論，指出目前一般農業生產、森林生態系統排碳量的估算均是基于實測法。

2.3 物料衡算法（質量平衡法）

物料衡算法是對生產過程中所使用的物料情況進行定量分析的方法，其基本原理就是質量守恒定律，即投入某系統或設備的物料質量必然等于該系統產出物質的質量。是把工業排放源的排放量、生產工藝和管理、資源（原材料、水源、能源）的綜合利用及環境治理結合起來，系統、全面地研究生產過程中排放物的產生、排放的一種科學有效的計算方法[11]。是一種理論估算方法，特別適用于無法實測的污染源的估算。此方法需要人力、物力較少，費用較小。但是采用此方法計算時，必須詳細掌握企業的生產工藝、污染治理、管理水平等情況。物料衡算法公式為：

其中，G投入：投入物料總和；

G產品：所得產品量總和；

G流失：物料和產品流失量總和。

IPCC指南中農林和其他土地利用部門使用的存量變化法，就是根據活體生物量和死亡有機物庫中碳含量隨時間的變化情況來估算CO2排放量[2]。張德英[3]等人在討論碳源排碳量的測算辦法中指出物料衡算法適用于整個生產過程的總物料衡算，也適用于生產過程中某一局部生產過程的物料衡算。目前大部分的碳源排碳量的估算和基礎數據的獲取大都是以此方法為基礎。

2.4 因素分解法

因素分解法是探討影響碳排放問題的一個比較常用的方法，能夠更好地研究如何有效降低CO2排放量，定量分析影響CO2排放量的各類因素，以及揭示CO2排放量與影響因素的作用關系，國內外學者做了很多研究，構建了各種模型。常見的有IPAT模型[12]、STIRPAT模型[13]、Kara模型[14]、LMDI分解法[15]、Lespeyres分解法[16]等。李忠民[17]等基于IPAT方程對1999—2008年我國各省區碳排放數據進行分析；李國志[18、19]等基于STIRPAT模型和面板數據方法，分析了人口、經濟、技術對CO2排放的影響；查冬蘭[20]等人引入Theil指數和Kaya因子，深入研究能源消耗導致的地區間人均CO2排放的差別；孫建衛[21]等人應用因素分解方法對中國歷年來碳排放量和碳排放強度及其變化的因素進行了時間序列分析；徐國泉[22]等人基于碳排放量的基本等式，采用LMDI法，建立中國人均碳排放的因素分解模型，定量分析了1995—2004年間，能源結構、能源效率和經濟發展等因素的變化對中國人均碳排放的影響。

3.方法比較分析

通過以上四種碳排放核算方法概述可以看出，每種方法其計算原理各不相同，每種方法都有其應用特點和適用場景。為了更好地比較各方法，本文對各方法進行了比較和分析，分析從方法計算的輸入、輸出、適用范圍和特點做了詳細歸納，見表1。

表1 各類方法比較

通過表1可見，IPCC清單法估算二氧化碳排放量，是目前較為實用和簡潔的方法，對于統計數據不夠詳盡的情況有較好的適用性。但是因各地的生產、生活方式及條件存在極大差別，采用此方法估算到的數據可靠性不是很高。實測法雖然具有較高的精度，但對二氧化碳單獨進行連續監測的成本相當高，并且樣本要有代表性，監測范圍有限，一般認為并不合理。物料衡算法是基于有完備的基礎數據記錄的詳細統計估算法，以我國統計現狀來看相對難以實現，并且在使用這種方法進行估算時，只能以現有的數據為依托進行單向計算，不能反映與行業或經濟單位相關的經濟要素對其產生的動態影響。影響因素分解模型法雖然可以對CO2排放量進行動態分析，但是必須已知各類影響因素的詳細參數。

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