城市能源活动碳足迹初探----以广州市为例

中国环境学会  2011年 06月22日


  周杨1,2  许振成2*  简韬1  王俊能1,2
  (1.湖南农业大学.湖南 长沙 410128;2.环境保护部华南环境研究所.广东 广州 510655)


  摘要:城市碳足迹概念的引入旨在将碳责任落实于整个城市,从每个城市的发展定位和生活方式上考虑,提出有利于该地区二氧化碳减排的措施和政策。对城市二氧化碳减排具有重要的现实意义。本文以广州为例,根据联合国气候变化专门委员会(IPCC)2006年碳排放系数缺省值,计算了广州市1999年到2007年间由能源活动产生的碳足迹,结果表明:自1999年起广州能源碳足迹年均增长10.45%,单位GDP碳足迹年均下降3.43%。人均碳足迹呈上升趋势,从1999年的1.71 t/a增加到了2007年的3.35t/a,处于全国较低水平。单位GDP碳强度由0.55 t/(104元)下降到了0.42 t/(104元)。明显低于全国水平。给出了降低广州城市碳足迹的建议。
  关键词:碳足迹;碳排放系数;能源;城市


  Preliminary Study on Urban Energy Carbon Footprint: A Case Study of Guangzhou City
  ZHOU Yang1,2  XU Zhen-cheng2*  JIAN Tao1  WANG Jun-neng1,2
  (Hunan agricultural university. Hunan ChangSha 410128 ,China; South China Institute of Environmental Sciences.MEP.GuangDong GuangZhou 510655, China)
  Abstract: The induction of the concept of urban carbon footprint aims to implement carbon responsibility on the whole city, and to propose some favorable measures and policies to reduce CO2 emission in this area according to the city’s development orientation and lifestyle. This induction will have practical significance in reducing CO2 emission in city.According to the 2006 default CO2 emission factor enacted by Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC), this paper calculated the carbon footprints produced by energy activities in Guangzhou from 1999 to 2007. The result reveals that the energy carbon footprint in Guangzhou has increased by 10.45% per year, and the carbon footprint per unit GDP declined 3.43% annually. In addition, the carbon footprint per capita decreased in general, from 1.71 t/a in 1999 to 3.35t/a in 2007, while the carbon intensity per unit GDP decreased from 0.55 t/(104yuan) to 0.42 t/(104yuan). Both the carbon footprint per capita and the carbon intensity per unit GDP are lower than the nation's average over the same period. Gave suggestions to reduce carbon footprint in Guangzhou.
  Keywords: Carbon Footprint;  CO2 Emission Factor;  Energy;  City
    
  研究能源活动中二氧化碳排放规律和趋势,对我国开展节能减排有重要作用。哥本哈根会议中中国政府提出了控制温室气体排放的行动目标——到2020年全国单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降40%至45%。目前开展城市能源活动碳排放定量的研究并不多。上海市曾开展过类似的研究,赵敏等[1]对上海市历年能源消费碳排放进行了分析;钱杰等[2]通过美国橡树岭国家实验室的化石燃料二氧化碳排放计算方法对上海市化石燃料燃烧和水泥生产二氧化碳贡献量进行研究;李志琴等[3]也用同样的方法对广州市进行了相似的二氧化碳排放量的估算。参考谢振华提出的试行碳排放强度考核制度,二氧化碳减排可能会参照降低GDP能耗的方法将指标分解到几大主要工业部门和省市,进行行政令式的强制减排[4]。以此来看分区域的二氧化碳排放量估算方法是必要的。
  广州市无论是在经济发展领域还是环境保护领域都体现了其前瞻性和示范性,为国家、为广东省做出了巨大的贡献。本文以广州市为例,深入分析以广州为代表的城市碳足迹情况,提出相应的减少碳足迹的措施。城市碳足迹的研究必然能够积极推进低碳生活的形成和我国低碳城市的建立。


  2 城市碳足迹及其计算


  2.1 城市碳足迹
  碳足迹是随着低碳生活而来的新概念,它表示个人或者团体的“碳耗用量”。其中“碳”,就是石油、煤炭、木材等由碳元素构成的自然资源。碳足迹是一种用来测量某个公司、家庭或个人因每日消能源而产生的二氧化碳排放对环境影响的新指标。“碳”耗用得多,排放的使地球暖化的二氧化碳也多,碳足迹就大,反之碳足迹就小。一个人的碳足迹可以分为第一碳足迹和第二碳足迹。第一碳足迹是因使用化石能源而直接排放的二氧化碳,第二碳足迹是因使用各种产品而间接排放的二氧化碳。
  碳足迹的提出的目的更多的是针对单位或个人这种小团体的对二氧化碳的贡献量,增强在节能减排中小部分群体应该承担的环保意识。用于评价个人的能源意识和行为对环境造成什么样的影响。其意义在于将人们引导向低碳生活。2008年世界环境日的主题为:“戒除碳嗜好!面向低碳经济”。它提醒我们转向低碳经济不仅仅是发展新能源和淘汰高能耗、高污染的落后生产力,更多的应该在日常生活中反思,自觉戒除那些浪费能源、高碳排放的不良生活习惯。目前碳足迹的计算还停留在以家庭或者企业为单位的阶段。现行的碳足迹计算器的计算方法实质上是通过消耗掉的碳素能源为基准通过一定的换算来进行估算的。其需要输入的信息一般都是最基本的生活方式。其名目包括:家庭(电力、天然气、液化气、用水);交通里程(飞机、轿车、摩托车、公交和火车、电梯等)以及一些日常生活中的二级能源消耗。碳足迹计算器大致上能表明一个家庭,单位,或个人二氧化碳排放量的相对多少,用一个并不精确的具体数字来增强其个人节能减排的意识和倡导一种温室效应的责任理念,是推行低碳生活的指南。
  研究表明,城市人均耗能是农村地区的3.5倍,超过75%的温室气体是从城市产生的[5]。目前我国城市化率已经达到了45.68%,大量农村人口转移到城市,增加了城市能耗的同时也增大了城市碳足迹。城市成为了平衡经济发展与环境保护的焦点所在,必然也应成为低碳研究的着手点。城市碳足迹是对于整个城市碳足迹的计算,其研究范围更广,将责任明确于单个城市。其计算依据是整个城市的能源消耗量,与个人碳足迹的计算相比,它的优势在于数据的初始性和完备性。从能源消耗的始端开始,完整地概括一个地区能源活动大致的碳贡献量。城市的类别繁多,特点各异,研究分析各城市在现代化进程中的碳足迹变化规律对于低碳城市的建立显得尤为重要。城市碳足迹的计算有利于全国范围内城市之间低碳化的对比。参考城市竞争力评价指标体系[6]可考虑将单位GDP碳足迹列入城市竞争力评价指标体系中, 体现城市实力和发展潜力。城市碳足迹的研究能为低碳城市的发展提供必要的数据基础和科学合理的依据。而目前的还没有针对整个城市碳足迹的系统研究。


  2.2 碳足迹计算方法
  能源活动主要包括:能源的生产,能源的加工转换,能源的储运分配、能源的终端使用等能流过程,以及用于工业原料的非能源利用。从理论上讲,碳足迹的计算应该对每个部分的CO2排放量进行计算,但结合IPCC国家温室气体清单编制方法,考虑我国能源活动数据和排放系数的可获得性,本文是基于化石燃料的消费量和含碳量等信息上的,通过物料平衡的原理计算出二氧化碳的排放量。碳足迹的研究排除了除CO2以外的温室气体,原因有两点:首先,碳足迹的定义明确于二氧化碳的排放;其次,与化石燃料CO2 排放不同,其他温室气体的排放取决于燃烧条件和技术而不是燃料的性质(含碳量)[7]。且有研究表明矿物燃料燃烧是中国CO2的最大排放源, 占总排放的90%以上[8]。
  城市碳足迹的计算是基于一个城市化石燃料的消费量(煤炭、石油、天然气、液化石油气等),合理分析能源加工转化过程和终端能源消费等环节,尽量避免了能源消耗的重复计算和遗漏。通过相应的能源排放因子,对一个城市能源消耗过程中排入大气中的二氧化碳进行估算。计算环节考虑了能源的加工转换消耗和终端使用两个部分,将损失量排除在外。
  根据能源平衡表中能源消费总量及其核算分列方法可以推出以下等式:
  能源实际消费总量=能源消费总量-能源损失量=终端能源消费+能源加工转换投入量-能源加工转换产出=二次能源直接消耗量+ 一次能源加工转化投入量+ 一次能源终端消费量
  通过分析将能源消耗划分成一次能源终端消耗量、一次能源加工转换消耗量、二次能源直接消耗量(进口或者原有储备,非本地能源加工转换而生产的二次能源)。以下是城市能源消耗的碳足迹计算路线。
  虚线内为计入城市碳足迹计算中的能源数据。基本原则是:终端为本地消耗、抓主要和始端。
  1 煤炭、石油、天然气作为一次能源,在加工转换过程中产生的二次能源,如汽油、柴油、燃料油、液化石油气、热力、电力等最后都会在终端消耗掉。为了避免重复计算,本文选取初级阶段的一次能源作为计算基准,在本地加工转化产生的二次能源将不计入计算。
  2 电力和热力是在加工转换过程中直接产生的二次能源,其本身没有二氧化碳排放量。由于其初级一次能源已经计入计算,所以电力、热力不再计入碳足迹计算中。
  3 其中煤炭、天然气这两项一次能源在终端消费中有直接消耗。计入计算中。
  4 非本地能源加工转换产生的进口或上年末储存的二次能源量直接计入碳足迹计算中。
  当前国际上二氧化碳排放量的计算中,以CO2中的碳含量计算的,不含在燃烧过程中吸收的空气中的氧[9]。选用的是IPCC2006年的碳排放系数。能源消费量以吨标煤(tce)表示,可以由下式计算其CO2排放量:
  CO2排放量=燃料消费量×热值转换系数×碳排放系数×氧化率;其中热值转换值是标准煤的热值29.308MJ  
  表1  IPCC2006年化石燃料CO2排放系数表

  燃料类别

C排放系数

单位

碳氧化因子(%)

原煤(洗精煤)

25.8

kgC/GJ

90

焦炭

29.2

kgC/GJ

90

原油

20.0

kgC/GJ

98

煤油

19.6

kgC/GJ

98

柴油

20.2

kgC/GJ

98

用汽油

18.9

kgC/GJ

98

燃料油

21.1

kgC/GJ

98

液化石油气

17.2

kgC/GJ

98

其他油品

20.0

kgC/GJ

98

其他非化石燃料

27.3

kgC/GJ

85

天然氣

15.3

kgC/GJ

99


  资料来源:IPCC2006年数据及国家气候变化协调小组第三工作组[ 8]和IPCC2006年化石燃料碳排放系数
  3 广州碳足迹分析
  参照广州99年到07年统计年鉴,广州市自2006年以来才正式启动天然气利用工程项目,所以在2006年以前,关于天然气的消耗数据并不齐全和完善。用上述方法计算得到广州市1999年-2007年碳足迹总量,并可以算出人均碳足迹、单位GDP碳足迹,见表2:
  表2  广州市碳足迹情况

  年份

1999

2000

2001

2002

2003

2004

2005

2006

2007

碳足迹总量

(万吨)

1168.04

1601

1353

1447.308

1684.65

2134.7

2239.29

2359.28

2587.99

总人口(人)

6850024

7006896

7125979

7206229

7251888

7376720

7505322

7607220

7734787

地区生产总值

(万元)

21391758

24215470

27290835

30893225

35588995

40927344

46206972

53045604

60949399

人均碳足迹

(吨/人)

1.71

2.28

1.90

2.01

2.32

2.89

2.98

3.10

3.35

单位GDP碳足迹(吨/万元)

0.55

0.66

0.50

0.47

0.47

0.52

0.48

0.44

0.42


  注:碳排放强度等于碳排放量与GDP 的比值[10],考虑到经济发展中价格不断变化的因素,以现价GDP计算的单位碳排放量不能直接对比, 故根据年鉴中指数采用当年的GDP可比价。资料来源于《广州统计年鉴》。人口按照年末户籍统计的总人口。
  广州市GDP年增长率达到14%,而碳足迹增长率为10.45%。低于GDP的增长速率。且碳足迹总量在1999年到2007年间总体呈上升趋势。且自2004年起增长速度有所减缓。这与广州市政府自2004年起,加大力度促进经济结构调整,推动经济体制改革,转变经济增长方式,推广环保产业,淘汰高耗能产业,切实的推进了产业结构调整有关。这些行动对碳足迹的增长起到了一定的减缓作用。碳足迹的年增长速度有所下降。
  何建坤等[10]的研究认为,当碳排放强度的下降率大于GDP 的增长率时才能实现CO2 的绝对减排。广州的GDP年增长速率为14%,而单位GDP碳足迹强度年下降率仅为3.43%。没有实现碳绝对减排。
  有研究发现,中国区域排放总量呈由东部沿海向中部和西部地区递减的趋势,而排放强度则表现出西北和西南地区高,而中东部地区低的特征,东南- 华南沿海一线的排放强度明显处于全国较低的水平。2006年中国各省区人均二氧化碳排放量(排放量/ 人口数量)处于前五位的是内蒙古、宁夏、上海、天津和辽宁,其中内蒙古的人均排放量为11.95吨,而海南省的人均排放量仅为0.93吨[11]。由此看来广州人均碳足迹处于较低的水平。
  表 3  若干国家人均碳足迹(t/a)

  年份

美国

加拿大

俄国

日本

英国

法国

中国

巴西

印度

1990

19.3

15.0

13.4

8.7

10.0

6.4

2.1

1.4

0.8

2004

20.6

20.0

10.6

9.9

9.8

6.0

3.8

1.8

1.2


  来源:UNDP,2007/2008年人类发展报告
  由联合国开发计划(UNDP)人类发展报告中我国2004年人均碳足迹为3.8 t/a,本文计算得广州市2004年人均碳足迹为2.89 t/a,低于全国平均水平。查冬兰等[12]将能源分为9类,以各类能源消费量乘以各自的碳排放系数,计算得上海市2004年人均碳足迹为3.36 t/a,北京为2.35 t/a,广东省的为1.41 t/a,广东省整体处于较低水平。广州市人均碳足迹呈上升趋势,从1999年的1.71 t/a增加到了2007年的3.35t/a。参考广州统计年鉴广州市第二产业比重在1999年到2002年有下降趋势,自2004年后基本维持稳定在40%左右;第三产业比重在1999年至2002年间呈上升趋势,2004年后在57%上下微动。2004年后产业结构稳定后,广州市碳足迹的增长率自也趋于稳定。


  5 减少广州碳足迹的措施
  5.1 低碳生活的推行
  碳足迹重在指出碳责任,城市碳足迹的大责任也是每个城市居民的小责任。通过计算,广州市2007年人均碳足迹为3.35t/a,根据此数据,居民可以通过个人碳足迹计算方法,对比自己的碳足迹情况。从政府的层面上大力宣传和推广低碳生活方式,印发关于节能减排的企业和生活守则,积极引导城市居民养成良好的节能生活习惯,形成大格局下的小责任的理念。相对于产业结构调整和节能降耗的工业改造,“个人省一小点,城市省一大节”的减排局面更容易实现。减少城市碳足迹应该从易到难,从小到大。保证低碳生活能够在不降低生活标准的基础上,达到环境和经济的最大效益。


  5.2 从产业结构和城市规划的角度,提高能源利用效率
  在限制高能耗行业,鼓励低能耗行业的发展的同时,积极促进企业内部的节能降耗的技术改造。在城市未来规划上,要大力发展循环经济工业园区,统筹园区的基础设施和公用工程建设, 通过热电联供、余热余压回收等上下游企业能源互供措施, 将能源利用效率提高到最大[3],形成公共用能的城市布局。


  5.3 调整能源结构,发展清洁能源
  广州市2003-2005年珠江电厂燃气(LNG)联合循环工程,年耗燃料LNG40万吨。2006年投资达23亿的广州市天然气利用工程运行,正式开启了广州市天然气时代。天然气属于高能量低碳量的优质能源,广州市能源结构的调整有利于整个城市碳足迹的降低。燃烧每吨煤炭、石油和天然气的CO2排放量分别为0.7 t, 0.54 t和0.39 t。合理调整能源结构可有效地降低CO2排放[14]。注重发展清洁能源和引进外来能源,降低煤炭消耗比例,缓解能源活动中碳排放的压力。广州属亚热带季风气候,由于背山面海,具有温暖多雨、光热充足、夏季长、霜期短等自然条件特征有利于使用太阳能利用系统,政府在推广太阳能清洁能源的应用中起到主要的引导作用。


  5.4 二氧化碳回收和固定技术的研究和应用
  CO2 是一种重要的工业气体,CO2及其衍生产品应用广泛、前景广阔。回收的二氧化碳可以广泛用于制造碳酸饮料、烟丝膨化处理、金属保护焊接、合成有机化合物、灭火、制冷等,也可用于强化石油开采(EOR)和强化煤层气开采(ECBM)。正是由于CO2的危害性和其需求性,CO2的回收利用和固定技术得到了国家重大科研项目的支持,近年来开展的项目有:国家十一五计划“863”项目“二氧化碳的吸收法捕集技术” ;中澳国际合作项目“先进能源系统中CO2捕获技术研究”;中欧碳捕集与封存合作项目(COACH)等等。我国华能集团开发研制的燃煤电厂CO2捕集试验示范装置试运行成功,并进入连续的考核运行。
  广州作为我国经济发展的中心城市,在控制CO2排放上有着义不容辞的责任。在CO2减排的道路上,参与CO2的吸收和固定工程,必能够对广州市CO2的减排起到积极的促进作用。


  6 结语


  作为制定国家减排任务的重要数据支持的碳足迹的计算目前还处于起步阶段,特别是在针对城市和行业开展的碳足迹计算在国内尚未有公开报道。因此本文针对广州市开展的城市能源活动碳足迹计算不仅说明了1999-2004年的城市碳足迹,分析了行业规律和GDP、人均碳足迹,并对以后的减排潜力和任务进行展望,为广州的“十二五规划”和城市发展、低碳生活的推行以及城市碳足迹研究提供了科学合理的数据支撑和理论基础。


  参考文献:
  [1] 赵敏,张卫国,俞立中.上海市能源消费碳排放分析[J].环境科学研究,22(8):984-989
  [2] 钱杰,俞立中.上海市化石燃料排放二氧化碳贡献量的研究[J].2003,22:836-839
  [3] 李志琴,罗家海等.广州市化石燃料燃烧与水泥生产排放二氧化碳的估算[C]. 中国环境科学学会学术年会论丈集.2009, 934-939
  [4] 本刊编辑部.创新科技[J].2009,9:5
  [5] 戴亦欣.中国低碳城市发展的必要性和治理模式分析[J].中国人口资源与环境,19(3):12-17
  [6] 中国城市竞争力研究会.中国城市竞争力年鉴2007[M].香港:《中国城市竞争力年鉴》编辑部,2007.
  [7] 薛新民.我国能源活动二氧化碳排放量的计算及其国际比较[J].环境保护,1998,4:27-28
  [8] 张仁健,王明星.中国二氧化碳排放源现状分析[J].气候与环境研究,6(3):321-327
  [9] 刘滨.世行项目:循环经济指标体系研究-中国2000-2004年物质流核算与核算指南编制[R].2006.
  [10 ] 何建坤,刘滨. 作为温室气体排放衡量指标的碳排放强度分析[J ] . 清华大学学报:自然科学版,2004 ,44 (6) :740-743.
  [11] 本刊编辑部.中国各区域二氧化碳排放量差异显著[J ] . 节能环保 2009,2:10
  [12]查冬兰,周德群.地区能源效率与二氧化碳排放的差异性:基于Kaya 因素分解[J ].系统工程,2007 ,25 11):65271.
  [13] 黄耀.中国的温室气体排放、减排措施与对策[J]. 第四纪研究.2006,26(5):722-731
   
    
  第一作者简介:
  周杨(1985-),女,湖南人,湖南农业大学硕士研究生,研究方向:环境工程
  联系地址:广东省广州市天河区 员村西街七号大院 环境保护部华南环境研究所.  邮政编码:510655
  联系电话:02085525238    13763397635
  邮箱:cangye5@126.com

 
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