城市碳足跡定義與計算方法研究

張兵 王正 朱超

0 引言

聯合國政府間氣候變化專業(yè)委員會(IPCC)第三次評估報告指出，近50年的全球變暖主要是由于人類活動和現代化工業(yè)社會過多燃燒煤炭、石油和天然氣等礦石燃料，大量排放二氧化碳，甲烷，氧化亞氮等溫室氣體而導致增溫效應。全球變暖及氣候變化使得人類的生存環(huán)境和自然生態(tài)都遭到嚴重威脅。因此，如何協調經濟發(fā)展與氣候變化的關系，構建生態(tài)和低碳城市，走可持續(xù)發(fā)展道路，應對環(huán)境惡化和氣候變化成了各界共同關注的首要問題。

1 碳足跡的定義

碳足跡(Carbon Footprint)的概念緣起于生態(tài)足跡，是對某種活動引起的(或某種產品生命周期內積累的)直接或間接的CO2排放量的度量。其最早起源于哥倫比亞大學的Rees提出的生態(tài)足跡的概念，即要維持特定人口生存和經濟發(fā)展所需要的或者能夠吸納人類所排放的廢物的、具有生物生產力的土地面積[1]。

關于碳足跡的內涵，在以下方面存在異議:碳足跡的研究對象是二氧化碳的排放量還是用碳排放量，是用重量單位還是土地面積單位來表征碳足跡。POST的定義是:一種產品，一項活動(或服務)在整個生命周期內產生的二氧化碳或其他溫室氣體的排放總量[2]。Grub和Ellis提出的定義:碳足跡是衡量化石燃料燃燒過程中排放二氧化碳總量的指標[3]。Wiedmann提出的定義:一項活動中直接和間接產生的二氧化碳排放量，或者產品的各生命周期階段累積的二氧化碳排放量，并明確指出用二氧化碳排放重量來衡量碳足跡[4]。

綜合上述不同組織和學者對碳足跡的不同定義，論文對碳足跡的定義如下:一個人或者一項活動在其整個生命周期內產生的碳排放總量，用二氧化碳等價物來表示，用于評價某項活動因消耗能源而產生的溫室氣體對環(huán)境的影響的一項指標。城市碳足跡定義為:城市在發(fā)展運作過程中由于消耗化石類燃料而產生的總碳排放量，用二氧化碳等價物來表示，用于評價城市在發(fā)展過程中因消耗能源而產生的溫室氣體對環(huán)境的影響。

2 城市碳足跡計算方法研究

2.1 碳足跡的計算方法

碳足跡的計算方法大致可分為以下三種:投入產出法(IO)，生命周期分析法(LCA)，IPCC碳排放計算法。

投入產出法是一種自上到下的計算方法，利用投入產出表進行計算，建立平衡方程，計算初始投入，中間投入，中間產品，最終產品之間的關系，較適用于宏觀層面的計算，且數據量大不易搜集，計算結果不精確[5]。

生命周期分析法是一種自下到上的計算方法，是對產品及其“從搖籃到墳墓”的過程有關的環(huán)境問題進行后續(xù)評價的方法。計算過程比較詳細準確，適用于微觀層面應用[6]。

IPCC方法是聯合國氣候變化委員會編寫的溫室氣體清單指南，IPCC方法將研究區(qū)域分為能源部門，工業(yè)部門和產品使用部門，農林和土地利用變化部門等，IPCC方法計算過程全面考慮了溫室氣體的排放。

2.2 城市碳足跡的計算模型

由于化石能源為代表的傳統(tǒng)能源是造成城市活動碳排放的主要因素，因此本文主要考慮煤炭，焦炭，原油，成品油(包括柴油，汽油，煤油，燃料油)，天然氣等傳統(tǒng)高碳能源的碳排放。根據本文對碳足跡的定義，改進的碳足跡計算公式如下:

其中，i為能源種類;Ei為第i種能源的消耗量，將能量單位換算為標準煤;Vi為第i種能源的碳排放系數(見表1);Ci為第i種能源的實際消耗量;Fi為各類能源折算成標準煤的系數;TC為總的碳排放量，t C;P為城市總人口數;CFP為城市碳足跡，t CO2/人;CFI為碳足跡強度，t CO2/萬元。

表1 各種能源的碳排放系數

參考國標GB/T 2589-2008綜合能耗計算通則[8]，各類能源折算成標準煤的系數如下:

1 t煤炭 =0.7143 t標煤，1 t焦炭 =0.9714 t標煤，1 t原油 =1.4286 t標煤。1 t柴油 =1.4571 t標煤，1 t汽油 =1.4714 t標煤，1 t燃料油 =1.4286 t標煤。1 t煤油 =1.4714 t標煤，1 萬 m3天然氣=12.143 t標煤。

2.3 數據來源

本文研究所用數據來自《中國統(tǒng)計年鑒》《中國能源統(tǒng)計年鑒》《上海統(tǒng)計年鑒》《天津統(tǒng)計年鑒》《沈陽統(tǒng)計年鑒》《重慶統(tǒng)計年鑒》。能源折算成標準煤的系數來自國標GB/T 2589-2008綜合能耗計算通則。各種能源的碳排放系數來自IPCC碳排放指南。

3 實證計算及分析

通過數據統(tǒng)計整理，應用碳足跡及碳足跡強度的計算模型，得到2005年～2009年上海，天津，沈陽及重慶這四個比較具有代表性的城市碳足跡及碳足跡強度變化趨勢。由分析得知:隨著城市經濟實力的增加，其所消耗的能源總量相應增加。從城市GDP總量及發(fā)達程度來看，碳足跡均從低向高遞增。

圖1 上海、重慶2006年～2009年CFP及CFI變化趨勢圖

從圖1中可以看出，不同地區(qū)由于產業(yè)結構和經濟發(fā)展模式不同，碳足跡值有較大的差異，上海和天津碳足跡值較大，上海2005年～2009年間CFP變化較為平緩，甚至CFP有降低的情況發(fā)生，主要原因是近年來上海能源消費結構發(fā)生了變化，煤炭消耗的比重不斷下降，清潔能源的比重不斷上升。而重慶的碳足跡保持較高增長率，主要原因是經濟的快速發(fā)展和工業(yè)化，城鎮(zhèn)化等拉動了能源消費的快速增長，另外高耗能工業(yè)在第二產業(yè)中的比重逐漸上升，以及居民生活能源消費的快速增長都增加了碳排放量。

天津的碳足跡變化趨勢較為平緩，是由于煤炭的消耗量增長較慢，而天然氣等清潔能源的消耗量增長較快。沈陽的CFP呈現較為平均的增長情況，但2006年CFP增長了34.32%，主要是該年第二產業(yè)對經濟增長的拉動作用增強，第二產業(yè)增長22.3%，能源的消耗最大，碳排放量增加較多。

總的看來，經濟較為發(fā)達的城市碳足跡增長速率較低，甚至有負增長的情況，而次發(fā)達地區(qū)的碳足跡呈現較高的增長速率。其原因是經濟發(fā)展迅速，對高能耗和高排放的化石能源消耗快速增長，由此看出較發(fā)達地區(qū)的能源消費結構及產業(yè)結構逐漸優(yōu)化，實現了節(jié)能減排的可持續(xù)發(fā)展目標。而次發(fā)達地區(qū)依舊沒有擺脫高消耗，高排放的傳統(tǒng)發(fā)展模式。

4 結語

本文首先對碳足跡的定義進行了分析，提出了城市碳足跡的定義，以IPCC分析方法為基礎，通過建立城市碳足跡計算模型，并依據2005年～2009年的上海，天津，沈陽，重慶四個城市的統(tǒng)計年鑒，《2010中國統(tǒng)計年鑒》《2010中國能源統(tǒng)計年鑒》中的GDP，以及各種能源的統(tǒng)計數據計算出各城市的總碳排，碳足跡及碳足跡強度的變化趨勢。希望通過城市碳足跡的定義和計算模型的研究，為建設低碳城市提供一定的參考。

[1]Wackernagel M，Rees W.Our Ecological Footprint:reducing human impact on the earth，1996.

[2]POST.Carbon Footprint of Electricity Generation[R].Parliamentary Office of Science and Technology，2006:268.

[3]Grub，Ellis.A carbon footprint is a measure of the amount of carbon dioxide emitted through the combustion of fossil fuels，2007.

[4]Wiedmann T，Minx J.A Definition of Carbon Footprint.2007.

[5]卞曉紅，張紹良.碳足跡研究現狀綜述[J].環(huán)境保護與循環(huán)經濟，2010，30(10):41-44.

[6]祁 悅，謝高地，蓋力強，等.基于表觀消費量法的中國碳足跡估算[J].資源科學，2010，32(11):2053-2058.

[7]IPCC.2006 IPCC Guidelines for National Greenhouse Gas Inventories:VolumeⅡ.JRC E C.Carbonfootprint-what it is and how to Measure it，2007.

[8]中國合同能源管理網[EB/OL].http://www.emcsino.com/html/news_info.aspxid=4674.