城市能源消费与二氧化碳排放量核算清单

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  通过能流与碳脉分析的方法,对碳这一关键元素的跟踪,分析上海市能源利用相关的CO2排放路径,从消费侧找到CO2排放的根源,给予城市温室气体减排政策制定的实证支持。
  
  温室气体的低排放作为低碳经济根本特征,正日益被人们重视。
  研究中国城市温室气体排放方法体系、排放因子和趋势特征等,有助于政府确定减排目标,制定和实施行动计划,提出切实、有效的温室气体减排措施和方案,为城市在国际上进行气候变化和温室气体谈判、交流奠定坚实的科学基础。
  
  一、建设低碳城市的路径
  
  许多城市在探讨低碳发展时都遇到了一个相同的问题,即自身消耗了多少能源,这些能源在使用过程中释放了多少二氧化碳?只有充分把握这些数据,才能真正了解城市的运营动力;只有分门别类地划清部门的耗能边界,才能进一步推行政策,落实到每一个实体单位,建立减排机制;只有以强有力的行政机制为保障,以科学方法为依托,才能建设好令人信服的低碳城市。
  
  二、城市温室气体排放清单编制方法[1]
  
  中国城市温室气体排放清单编制的范围、对象等主要参照国家清单,但在编制原则、方法和技术路线上突出城市的独特性。《IPCC(政府间气候变化专业委员会)清单指南》对能源活动的温室气体排放清单推荐采用两种方法编制,即参考方法(Tier1)及以详细技术为基础的部门法(Tier2)。
  
  (一)参考方法(Tier1)
  参考方法(由上至下法)是通过各种化石能源的表观消费量,与各种能源品种的单位发热量、含碳量,以及消耗各种用能设备的平均氧化率,并扣除非能源利用的固碳量等参数后核算得到的碳排放量。参考方法只是根据一次和二次能源的区别,基于一次能源的表观消费状况,对不同能源类型排放量进行总的估算。
  用参考方法估算能源利用的二氧化碳排放量的计算公式为:
  二氧化碳排放量=(能源消费量×单位能源含碳量-固碳量)×能源利用过程中的碳氧化率
  参考方法的计算步骤如下:
  (1)估算能源消费量。 能源消费量(质量单位)=生产量+进口量-出口量-国际航线加油+库存变化;
  (2)折算为统一的热量单位。能源消费量(热量单位)=能源消费量(质量单位)×能源热值;
  (3)估算能源中的碳含量。能源含碳量=能源消费量(热量单位)×潜在碳排放系数(能源的单位热值含碳量);
  (4)估算能长期固定在产品中的碳量。固碳量=固碳产品产量×单位产品含碳量×固碳率;
  (5)计算净碳排放量。净碳排放量=能源总的含碳量-固碳量;
  (6)计算实际碳排放量。实际碳排放量=净碳排放量×能源利用过程中的碳氧化率。
  
  (二)以详细技术为基础的部门法(Tier2)
  以详细技术为基础的部门法(由下至上法),是基于分能源品种、分部门、分设备的活动水平数据、各种能源品种的单位发热量和含碳量,以及消耗各种能源的主要设备的氧化率等参数通过逐层累加核算得到的总排放量。
  以详细技术为基础的部门法计算CO2排放量的公式如下:
  排放量=∑∑∑(能源消费量i,j,k×排放因子i,j,k)
  式中i为能源品种,j为部门活动,k为设备技术类型。其中:能源消费量以热值表示;对二氧化碳来说,排放因子由能源的单位热值的含碳量与能源设备的碳氧化率决定。
  以详细技术为基础的部门法温室气体排放清单编制的主要步骤:
  (1)确定可靠的、可核查的主要能源设备能源消费量,确定国家清单采用的技术分类;
  (2)基于设备的特点,收集可靠的排放因子数据,最好取自能源利用现场(如果本地数据获得困难,可选择技术类型、运行条件等相似的地区的数据);
  (3)根据各部门、设备、能源品种的活动水平与排放因子数据,估算每种主要能源、活动、设备的温室气体排放量;
  (4)加总核算矿物能源利用的温室气体排放量。
  按照《IPCC清单指南》的要求,以详细技术为基础的部门法应对各部门的分设备、分能源品种的温室气体排放量逐一核算。这就需要了解各部门的主要用能设备类型、所使用的能源品种、这些能源品种的发热量与含碳量、以及用能设备在使用某种能源时的氧化率等参数,才能对其温室气体排放量进行加总计算。这种方法比参考方法复杂很多,不仅需要通过大量工作获得详细分设备类型的活动水平数据,同时也需要通过分析、测试等方式来确定相应设备的排放因子。
  
  (三)上海在温室气体排放清单编制方法上的选择
  从当前国际上国家和城市核算温室气体排放量的情况看,几乎所有的发达国家、州、城市的温室气体核算都采用了不同层次的部门方法,不仅是因为部门方法的精度更高,更为重要的是部门方法的计算结果有着十分清晰的分部门温室气体账户,因而能充分反映不同部门温室气体排放的特点和趋势,从而非常有力地支持了温室气体减排和碳交易的开展。
  作为国际化大都市的上海,以低碳城市为目标,更要借鉴国际发达城市的经验,有必要也有实力从数据出发,落实到每一个部门,为今后进一步的分析奠定基础。
  本研究是以现有资料与体制为依托,尽量将上海的主要耗能部门细分,虽不能算是详细部门方法,不过较表观消费量法有所进化。
  
  三、上海能源概述
  
  (一)能源消费稳步增长
  伴随上海经济社会的持续发展,全市能源消费稳步增长,“十一五”以来,上海能源消费总量年均增幅达到8.4%。2008年,上海煤炭消费总量为5463.91万吨,比2007年增长3.9%;原油消费量为1951.55万吨,比2007年增长13.5%;天然气消费28.54亿立方米,比2007年增长3%;总用电量为1138.22亿千瓦时,比2007年增长6.1%[3]。见表1。
  将2008年上海市能源消耗结构换算成标煤平衡表,再利用软件绘制了2008年上海能源流向图,见图1。由于估算排放量时采用直接排放与间接排放兼顾的原则,故外来电力也折算为标煤后计算在内。
  由图1可以看出:在能源供应侧,2008年上海的化石能源中超过99%均由外省市调入或进口。其中,煤炭全部由外省市调入;仅有很少一部分的油气来自于本地生产;在能源消费侧,上海煤炭主要用于发电厂,而成品油消费中超过一半用在交通部门。天然气与其他能源的供应比例较小;在能源供应侧,工业建筑业已经实现了近一半的电气化供应。
  
  (二)上海交通能耗变化趋势
  由于我国能源统计与国际通行体系的差异,公路运输用油只统计交通部门运营车辆用油,其他部门和私人车辆用油未被统计在内。为此,交通部门用能需参照《上海工业能源交通统计年鉴》[3],并参照其他方法核算。
  根据王庆一《2009年能源数据》中的交通耗能的经验公式核算后可以初步核算近几年上海交通能耗指标,见图2。
  
  四、上海能源活动二氧化碳排放清单
  
  本研究主要基于2008年中国统计局的资料和数据,以各能源产地为源头,以主要耗能部门为目标,制作分品种、分部门的上海能源二氧化碳排放清单,主要使用中国以往的各能源品种的平均低位发热量、平均含碳量作为缺省值,并参照IPCC中不同设备的氧化率缺省值,最终获得上海市分品种分部门的二氧化碳排放量。
  
  (一)煤炭部分
  1.上海煤炭的供应状况及消费状况
  上海煤炭全部由外省市调入或由国外进口。2008年,上海煤炭供应量为5490.46万吨。其中,原煤4297.71万吨,洗精煤1181.69万吨,型煤11.06万吨。
  2008年,上海煤炭消费总量为5463.91万吨,达到历史峰值。主要用于热电厂、制成煤化产品(主要是焦炭)、农业、工业、商业服务业、交通、生活消费,分别为2461、1040、1、630、77、5、53万吨标煤。上海煤炭消费逐步向电力部门集中,各主要领域煤炭消费比较稳定。
  2.基础数据选择
  从煤炭产地推估的指标:原煤和型煤的平均低位发热量24.41TJ/Gg、洗精煤炼焦的平均低位发热量27.50TJ/Gg。原煤和型煤的平均潜在碳排放因子26.10t-C/TJ、洗精煤炼焦的平均潜在碳排放因子25.58 t-C/TJ。碳氧化率均按缺省值1来进行计算[4]。
  3.二氧化碳排放量
  使用公式:各部门二氧化碳排放量=各部门能源利用活动数据×平均低位发热量×平均潜在碳排放因子×设备碳氧化率×3.667,具体数据见表2。
  上海2008年消耗各类煤炭约5464万吨,共计排放13718万吨二氧化碳。
  
  (二)石油部分
  1.上海石油供应状况
  上海原油自2004年后基本依靠进口。2008年原油供应量为1961.66万吨;其中净进口量为1762.81万吨,从外省市净调入量为182.27万吨;东海平湖油气田供应量14.60万吨;其余为库存变化量。
  2.2008年上海成品油消费状况
  (1)汽油。共炼制244.88万吨汽油;通过进出口、省市间中转交易、库存变化增加95.62万吨;各部门消耗掉340.50万吨。
  (2)煤油。共炼制136.98万吨煤油;通过进出口、省市间中转交易、国际燃料舱调整、库存变化增加184.49万吨;各部门消耗掉321.47万吨。
  (3)柴油。共炼制747.98万吨柴油;通过进出口、省市间中转交易、库存变化减少320.91万吨;各部门消耗掉427.07万吨。
  (4)燃料油。共炼制44.88万吨燃料油;通过进出口、省市间中转交易、库存变化增加743.84万吨;各部门消耗掉788.72万吨。
  (5)液化石油气(LPG)。共炼制64.32万吨液化石油气;通过一次能源生产、进出口、省市间中转交易、库存变化增加38.06万吨;各部门消耗掉102.38万吨。
  (6)炼厂干气。共炼制127.00万吨炼厂干气;通过一次能源生产、进出口、省市间中转交易、库存变化减少0.22万吨;各部门消耗掉126.78万吨。
  (7)其他石油制品。炼制647.54万吨其他石油制品;通过一次能源生产、进出口、省市间中转交易、库存变化增加190.12万吨;各部门消耗掉837.66万吨。
  3.基础数据选择
  运用国家原有的成品油消耗平均低位发热量与潜在碳排放因子指标,见表3。
  成品油使用设备的碳氧化率使用国家原有的缺省值:汽油0.980,航空煤油0.980,柴油0.982,燃料油(交通领域)0.985、(发电供热)0.99、(工业建筑)0.98,液化石油气0.989。
  4.二氧化碳排放量
  上海的成品油基本都用在移动源上,只有少量燃料油用于发电和供热。
  根据计算公式可以算出:油品消费分能源品种和分部门二氧化碳排放量。见表4、表5。
  上海2008年消耗2950万吨各种成品油,共计排放8226万吨二氧化碳。
  
  (三)天然气部分
  1.上海天然气供应状况
  上海天然气气源包括东海平湖天然气和西气东输天然气。
  2008年上海天然气供应总量为30.00亿立方米,来自东海平湖的一次能源生产量有4.29亿立方米,外省调入25.71亿立方米。
  2.上海天然气消费状况
  2008年上海天然气消费中,4.95亿立方米用于发电,14.12亿立方米用于工业,3.50亿立方米用于商业,0.25亿立方米用于交通,5.72亿立方米用于为生活消费。各部门共消耗28.54亿立方米天然气
  3.基础数据选择
  运用国家原有的天然气消耗平均低位发热量与潜在碳排放因子指标:
  天然气平均低位发热量3893.1TJ/亿立方米,潜在碳排放因子15.32 t-C/TJ。
  天然气使用设备的碳氧化率指标使用国家原有的缺省值0.99。
  4.二氧化碳排放量
  根据公式可以算出天然气分部门二氧化碳排放量,见表6。
  上海2008年消耗28.54亿立方米天然气,共计排放618万吨二氧化碳。
  
  (四)外来电部分
  1.上海外来电供应状况
  2008年上海共调入383.43亿千瓦时外来电,调出40.22亿千瓦时本地电,净消费343.21亿千瓦时的外来电。
  2.二氧化碳排放
  上海2008年净调入343.21亿千万时外来电,通过加权平均等方法并运用公式计算,共计折合为2911万吨二氧化碳。
  
  (五)2008年上海能源消费与二氧化碳排放量总结
  2008年,上海市消耗的各类煤炭、各种成品油、天然气,外来电,共计折合为9737.35万吨标煤的能源,约排放2.55亿吨二氧化碳。各种能源二氧化碳排放比例示意见图3。
  
  五、排放趋势与政策建议
  
  根据相同的核算标准,可以依次得到历年的上海能源消费二氧化碳排放,并制成表7。
  上海,作为中国最重要的发达城市之一,其经济总量连续稳居全国各城市首位,其代表作用明显,许多城市也会或早或迟的进入上海发展的模式。所以,讨论上海今天的问题,一定意义上,就是探讨部分城市未来的发展。
  第一,从2000年开始,上海外来的电力输入已经超过了电力输出,且逐年增长迅速。如果仅计算一次能源消费产生的二氧化碳将不再符合上海能源消费现状,必须加入外来电的间接排放才能将上海的能源消费与排放有机的结合,还原上海能源供给全貌。
  同时,通过提高外来电使用量来缓解区域内二氧化碳排放量的方法不应提倡。从国际经验来看,城市化分为集中趋向、郊区城市化、逆城市化、再城市化四个阶段。而城市化方式转型的一个主要特征就是降低带给周边城市的负担,而最主要的负担来自于环境负担。超大型城市的发展离不开周边城市数十年的支持,如今一座现代化发达城市已经初具规模,而对周边城市的反哺效应逐渐提上了议事日程。在为周边提供商业、交易、就业等便利的同时,能源供应依赖度也需要尽快降低。
  第二,2008年上海的电力供应依然有近65%来自煤炭。如果再累计外来电中的煤电份额,这个比例还会更高。因此清洁煤技术、电厂的提高能效技术将依然保持着举足轻重的地位。
  根据能源使用的客观规律,集中用能、集中供应、集中回收有利于提高能源利用效率,所以进一步推进分布式供能的建设,并不断提高主要耗能设备的节能技术,才能卓有成效地缓解能源对经济社会发展的约束,建立与社会、经济、环境发展相适应的低碳城市。
  第三,从近几年趋势来看,上海二氧化碳排放增速依然显著。北京等大型城市也处于相同的阶段,其快速发展的经济动力依然以高耗能产业为主,这一事实在若干年中难以改变。在能源消费结构层面,中国的大多城市依然是以煤炭消耗为主,油气为辅的城市。从根本上改变能源消费结构同样不现实。从潜在碳排放因子数据来看,在化石能源中天然气的单位热量排放相对较低,较多地使用天然气作为过渡性替代能源,尤其在上海液化天然气中转站建成后增加进口天然气的使用量,可以适当缓解上海的温室气体排放压力。
  第四,伴随着“十城千辆”政策的执行,中国各地新能源车的试点工作在一步步推进,不过传统机动车的能耗增速依然明显。近5%的交通能耗增速将使这一领域成为未来中国城市的主要耗能部门。
  发展城市交通,降低交通排放需要因地制宜,因时而宜。国际上的先进做法通常是发展不同的城市交通模式。对于北京、上海这样大城市的中心区,人口与就业高度密集,单纯依靠道路建设已经无法满足交通事业发展的需要。总体上,推广公共交通,限制私家车的数量是关键。与此同时,还需要设计合理的道路条件,使汽车行驶尽可能地接近其经济环保车速。只有建立合理的空间交通模式,才能做到降低能耗又不至于影响居民出行的便利。
  
   参考文献
  [1] 蔡博峰,刘春兰,陈操操,等.城市温室气体清单研究[M].北京:化学工业出版社,2009.
  [2] 国家统计局工业交通统计司,国家发展和改革委员会能源局.中国能源统计年鉴 (2000-2009)[M].北京:中国统计出版社,2001-2010.
  [3] 上海市统计局.上海工业能源交通统计年鉴(2009)[M].北京:中国统计出版社,2010.
  [4] 联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC).2006年IPCC国家温室气体清单指南[R].2006.
  [5] 上海市发展和改革委员会.上海能源白皮书[R].上海:上海人民出版社,2006.
  
  (责任编辑:文雪峰)
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