城市碳足迹定义与计算方法研究

张兵 王正 朱超

0 引言

联合国政府间气候变化专业委员会(IPCC)第三次评估报告指出，近50年的全球变暖主要是由于人类活动和现代化工业社会过多燃烧煤炭、石油和天然气等矿石燃料，大量排放二氧化碳，甲烷，氧化亚氮等温室气体而导致增温效应。全球变暖及气候变化使得人类的生存环境和自然生态都遭到严重威胁。因此，如何协调经济发展与气候变化的关系，构建生态和低碳城市，走可持续发展道路，应对环境恶化和气候变化成了各界共同关注的首要问题。

1 碳足迹的定义

碳足迹(Carbon Footprint)的概念缘起于生态足迹，是对某种活动引起的(或某种产品生命周期内积累的)直接或间接的CO2排放量的度量。其最早起源于哥伦比亚大学的Rees提出的生态足迹的概念，即要维持特定人口生存和经济发展所需要的或者能够吸纳人类所排放的废物的、具有生物生产力的土地面积[1]。

关于碳足迹的内涵，在以下方面存在异议:碳足迹的研究对象是二氧化碳的排放量还是用碳排放量，是用重量单位还是土地面积单位来表征碳足迹。POST的定义是:一种产品，一项活动(或服务)在整个生命周期内产生的二氧化碳或其他温室气体的排放总量[2]。Grub和Ellis提出的定义:碳足迹是衡量化石燃料燃烧过程中排放二氧化碳总量的指标[3]。Wiedmann提出的定义:一项活动中直接和间接产生的二氧化碳排放量，或者产品的各生命周期阶段累积的二氧化碳排放量，并明确指出用二氧化碳排放重量来衡量碳足迹[4]。

综合上述不同组织和学者对碳足迹的不同定义，论文对碳足迹的定义如下:一个人或者一项活动在其整个生命周期内产生的碳排放总量，用二氧化碳等价物来表示，用于评价某项活动因消耗能源而产生的温室气体对环境的影响的一项指标。城市碳足迹定义为:城市在发展运作过程中由于消耗化石类燃料而产生的总碳排放量，用二氧化碳等价物来表示，用于评价城市在发展过程中因消耗能源而产生的温室气体对环境的影响。

2 城市碳足迹计算方法研究

2.1 碳足迹的计算方法

碳足迹的计算方法大致可分为以下三种:投入产出法(IO)，生命周期分析法(LCA)，IPCC碳排放计算法。

投入产出法是一种自上到下的计算方法，利用投入产出表进行计算，建立平衡方程，计算初始投入，中间投入，中间产品，最终产品之间的关系，较适用于宏观层面的计算，且数据量大不易搜集，计算结果不精确[5]。

生命周期分析法是一种自下到上的计算方法，是对产品及其“从摇篮到坟墓”的过程有关的环境问题进行后续评价的方法。计算过程比较详细准确，适用于微观层面应用[6]。

IPCC方法是联合国气候变化委员会编写的温室气体清单指南，IPCC方法将研究区域分为能源部门，工业部门和产品使用部门，农林和土地利用变化部门等，IPCC方法计算过程全面考虑了温室气体的排放。

2.2 城市碳足迹的计算模型

由于化石能源为代表的传统能源是造成城市活动碳排放的主要因素，因此本文主要考虑煤炭，焦炭，原油，成品油(包括柴油，汽油，煤油，燃料油)，天然气等传统高碳能源的碳排放。根据本文对碳足迹的定义，改进的碳足迹计算公式如下:

其中，i为能源种类;Ei为第i种能源的消耗量，将能量单位换算为标准煤;Vi为第i种能源的碳排放系数(见表1);Ci为第i种能源的实际消耗量;Fi为各类能源折算成标准煤的系数;TC为总的碳排放量，t C;P为城市总人口数;CFP为城市碳足迹，t CO2/人;CFI为碳足迹强度，t CO2/万元。

表1 各种能源的碳排放系数

参考国标GB/T 2589-2008综合能耗计算通则[8]，各类能源折算成标准煤的系数如下:

1 t煤炭 =0.7143 t标煤，1 t焦炭 =0.9714 t标煤，1 t原油 =1.4286 t标煤。1 t柴油 =1.4571 t标煤，1 t汽油 =1.4714 t标煤，1 t燃料油 =1.4286 t标煤。1 t煤油 =1.4714 t标煤，1 万 m3天然气=12.143 t标煤。

2.3 数据来源

本文研究所用数据来自《中国统计年鉴》《中国能源统计年鉴》《上海统计年鉴》《天津统计年鉴》《沈阳统计年鉴》《重庆统计年鉴》。能源折算成标准煤的系数来自国标GB/T 2589-2008综合能耗计算通则。各种能源的碳排放系数来自IPCC碳排放指南。

3 实证计算及分析

通过数据统计整理，应用碳足迹及碳足迹强度的计算模型，得到2005年～2009年上海，天津，沈阳及重庆这四个比较具有代表性的城市碳足迹及碳足迹强度变化趋势。由分析得知:随着城市经济实力的增加，其所消耗的能源总量相应增加。从城市GDP总量及发达程度来看，碳足迹均从低向高递增。

图1 上海、重庆2006年～2009年CFP及CFI变化趋势图

从图1中可以看出，不同地区由于产业结构和经济发展模式不同，碳足迹值有较大的差异，上海和天津碳足迹值较大，上海2005年～2009年间CFP变化较为平缓，甚至CFP有降低的情况发生，主要原因是近年来上海能源消费结构发生了变化，煤炭消耗的比重不断下降，清洁能源的比重不断上升。而重庆的碳足迹保持较高增长率，主要原因是经济的快速发展和工业化，城镇化等拉动了能源消费的快速增长，另外高耗能工业在第二产业中的比重逐渐上升，以及居民生活能源消费的快速增长都增加了碳排放量。

天津的碳足迹变化趋势较为平缓，是由于煤炭的消耗量增长较慢，而天然气等清洁能源的消耗量增长较快。沈阳的CFP呈现较为平均的增长情况，但2006年CFP增长了34.32%，主要是该年第二产业对经济增长的拉动作用增强，第二产业增长22.3%，能源的消耗最大，碳排放量增加较多。

总的看来，经济较为发达的城市碳足迹增长速率较低，甚至有负增长的情况，而次发达地区的碳足迹呈现较高的增长速率。其原因是经济发展迅速，对高能耗和高排放的化石能源消耗快速增长，由此看出较发达地区的能源消费结构及产业结构逐渐优化，实现了节能减排的可持续发展目标。而次发达地区依旧没有摆脱高消耗，高排放的传统发展模式。

4 结语

本文首先对碳足迹的定义进行了分析，提出了城市碳足迹的定义，以IPCC分析方法为基础，通过建立城市碳足迹计算模型，并依据2005年～2009年的上海，天津，沈阳，重庆四个城市的统计年鉴，《2010中国统计年鉴》《2010中国能源统计年鉴》中的GDP，以及各种能源的统计数据计算出各城市的总碳排，碳足迹及碳足迹强度的变化趋势。希望通过城市碳足迹的定义和计算模型的研究，为建设低碳城市提供一定的参考。

[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]卞晓红，张绍良.碳足迹研究现状综述[J].环境保护与循环经济，2010，30(10):41-44.

[6]祁 悦，谢高地，盖力强，等.基于表观消费量法的中国碳足迹估算[J].资源科学，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]中国合同能源管理网[EB/OL].http://www.emcsino.com/html/news_info.aspxid=4674.