城市碳排放量测算方法研究——以北京市为例

娄伟，中国社会科学院城市发展与环境研究所，北京 100732

城市碳排放量测算方法研究
——以北京市为例

娄伟，中国社会科学院城市发展与环境研究所，北京 100732

自2008年初，我国住房和城乡建设部与世界自然基金会(WWF)在中国大陆以上海和保定两市为试点联合推出“低碳城市”以后，“低碳城市”迅速引起大家关注，成为中国大陆城市自“花园城市”、“人文城市”、“魅力城市”、“最具竞争力城市”之后的最热目标。目前全国已有100多个城市提出创建“低碳城市”。准确计算城市碳排放的现状是创建低碳城市的起点。本文系统分析了城市碳排放的计算方法，并以计算北京市的碳排放作为案例进行分析。

低碳经济;低碳城市;碳排放;碳固定

低碳城市就是通过在城市发展低碳经济，创新低碳技术，改变生活方式，最大限度减少城市的温室气体排放，彻底摆脱以往大量生产、大量消费和大量废弃的社会经济运行模式，形成结构优化、循环利用、节能高效的经济体系，形成健康、节约、低碳的生活方式和消费模式，最终实现城市的清洁发展、高效发展、低碳发展和可持续发展。

低碳城市同传统城市的最大区别在于:低碳城市建设的主要目的是减少碳排放。因此，评估城市发展对温室气体排放的具体影响，对城市的碳排放水平进行全面审计，研究城市在产业、建筑、交通、居民生活方式等方面和碳排放的关系，制定相应碳减排目标，是建设低碳城市的基本要点。其中，准确计算城市碳排放的现状是低碳城市规划的起点。只有准确把握城市碳排放的现状，才能明确城市减少碳排放的方向，才能为制定低碳城市规划提供科学的依据。

一、城市“碳足迹”及碳源

“碳足迹”来源于一个英语单词“Carbon Footprint”，是指直接或间接支持人类活动所产生的二氧化碳及其它温室气体总量，通常用产生的二氧化碳吨数来表示。碳足迹可分为国家碳足迹、个人碳足迹、企业碳足迹、产品碳足迹四个层面。

联合国开发计划署最新发布的《中国人类发展报告:迈向低碳经济和社会的可持续未来》指出，中国的城市化率、城市基础设施建设、住宅能耗与交通能耗是影响中国碳足迹的重要因素［1］执行摘要XI。这些因素也是中国可持续发展进程中的重要挑战。

要计算城市的二氧化碳排放量，测算城市的“碳足迹”，首先要把握温室气体主要排放源及碳源、碳汇的概念。

1．温室气体主要排放源

2006年，IPCC(Intergovernmental Panel on Climate Change)编制了《IPCC2006年国家温室气体排放清单指南》，这个指南是应《联合国气候变化框架公约》(UNFCCC)的邀请编制的。《IPCC2006年国家温室气体排放清单指南》中提供了国际认可的方法学，可供各国用来估算温室气体的排放。

根据《IPCC2006年国家温室气体排放清单指南》，主要温室气体排放源见图1(根据《IPCC2006年国家温室气体排放清单指南》第6页图1等整理所得):

目前，中国正抓紧制定温室气体排放标准。2010年9月27日，我国国家发改委下发的《关于启动省级温室气体排放清单编制工作有关事项的通知》，要求各省、自治区、直辖市启动省级温室气体2005年清单的编制工作。国家发改委气候司选择了陕西、浙江、湖北、云南、辽宁、广东和天津等，作为省级温室气体清单编制的试点地区。

2．城市主要碳源

碳源是指二氧化碳气体成分从地球表面进入大气，如地面燃烧过程向大气中排放CO2，或者在大气中由其他物质经化学过程转化为二氧化碳气体成分，如大气中的CO被氧化为CO2，CO也是碳源。

与碳源对应的概念是碳汇。《联合国气候变化框架公约》将碳汇定义为从大气中清除二氧化碳的过程、活动或机制［3］4。增加碳汇，就是要提高吸引和储存二氧化碳的能力，其中，最重要的是扩大森林覆盖面，增加森林碳汇。

根据联合国粮农组织2006年的报告《牲畜的巨大阴影:环境问题与选择》，大气中的碳源和碳汇见表 1［4］85:

表1 大气中的碳源和碳汇

在人类生活中，二氧化碳有三个重要的碳源:一是火电排放，占二氧化碳排放总量的41%左右;二是建筑排放，据联合国政府间气候变化专门委员会的评估，全球建筑行业产生的二氧化碳排放大约占全球二氧化碳排放总量的33%，随着房屋数量的增加而稳定的增加;三是汽车尾气排放，约占25%左右，并且增长最快。

对于城市来说，主要碳源包括:化石能源使用;工业生产过程;土地利用变化、城市废弃物处理。主要碳汇来自林地对二氧化碳的吸收与固定。

二、城市二氧化碳排放总量计算方法

1．“碳足迹”的计算方法

碳足迹的计算方法有多种:(1)按照计算的系统程度，分成两种方法:一是利用生命周期评估(LCA)法，这种方法更准确也更具体;二是通过所使用的能源矿物燃料排放量计算，这种方法较一般;(2)按照计算的技术，可分为两大类:一类是系数法;一类是计算法。计算法又分为物料衡算法、实测法、模型法等。

碳足迹的计算通常有四步:(1)选择计算中要包括的气体排放源;(2)收集燃料用量的数据;(3)查询碳排放因子;(4)计算碳足迹。

在二氧化碳减排的相关计算方面，存在着“减排二氧化碳量”(即CO2)，与“碳排放减少量”(以碳计，即C)的不同。减排CO2与减排C，其结果是相差很大的。因此要分清楚减排量的具体含义，它们之间是可以转换的，即减排1吨碳(液碳或固碳)就相当于减排3．67吨二氧化碳。

2．城市二氧化碳排放总量计算方法

在建设低碳城市过程中，需要对城市的碳排放或二氧化碳排放有准确的把握，以便制定相应对策。最基本的指标是二氧化碳排放量，即城市在生产和消费的过程中向大气排放的二氧化碳的数量。其中，又可分为绝对总量和相对总量。绝对总量是直接排在所计算城市上空的二氧化碳量;相对总量是指由于城市人们生活消费及其它活动所导致的二氧化碳排放量，部分二氧化碳尽管没有排放在所测算城市的上空，但由于是该城市消费所致，因此，也统计在该城市的二氧化碳排放总量中。

测算一个城市二氧化碳排放的基本公式如下:

城市二氧化碳排放量=二氧化碳排放总量－二氧化碳吸收总量

其中，二氧化碳排放总量=能源消费带来的二氧化碳排放总量+工业产品生产的二氧化碳排放量+垃圾排放二氧化碳总量+农地二氧化碳排放总量+其它

二氧化碳吸收总量主要是指“林地吸收二氧化碳总量”(森林碳汇)。

3．城市能源消费带来的二氧化碳排放量的计算方法

化石能源是城市排放二氧化碳的主要来源，计算城市能源消费排放的二氧化碳量，一般采用系数法与物料衡算法。

系数法计算能源二氧化碳排放的基本公式为:

E为不同类型能源使用量，可按标准统一折算为标准煤，各种能源折标准煤的参考系数可查阅相关资料。

系数K为碳排放强度或者碳排放系数。不同国家、地区，不同的技术条件及能源结构，系数K是不等的。中国长期依赖煤来供应所需要的能源，结构不合理及能源利用率较低。燃烧1吨标煤排放的CO2约为2．45吨。目前，我国采用较多的“能源燃料折标准煤后CO2排放系数”是:2．42 －2．72 之间。

碳排放系数常用的主要有国家发改委能源研究所的0．67(吨/吨标煤，t/tce)，日本能源经济研究所的推荐值0．68(t/tce)，美国能源部能源信息署的参考值0．69(t/tce)等。

计算能源CO2排放量，也可采用物料衡算法，公式如下:

能源CO2排放量=燃料消费量×热值转换系数×碳排放系数×氧化率×44/12

4．工业产品生产带来的二氧化碳排放量

虽然大多数的产业部门在生产过程中除了能源消耗之外并不直接排放CO2，但是由于它们消耗那些在生产过程中排放CO2的中间投入品如水泥、钢材等，因此，如果考虑水泥等产品生产过程中的CO2排放，那么其它部门产品生产过程的间接CO2排放以及总的隐含碳排放量也会增加。

工业产品二氧化碳排放量一般主要计算生产水泥、钢材过程中的二氧化碳排放量，但由于钢材生产过程中的二氧化碳排放主要体现在能源使用方面，所以，如果统计过一个城市的能源消费导致的二氧化碳排放量，一般就不再计算钢材生产过程带来的二氧化碳排放。

水泥生产排放的二氧化碳包括:由生产水泥的主要原料石灰石中的碳酸钙分解生成水泥熟料必需的氧化钙的同时生成的二氧化碳;煅烧水泥熟料和烘干原料使用燃料燃烧时产生的二氧化碳。

（3）I'm Still Your Baby:Canada's Continuing Support of U.S.Linkage Regulations for Pharmaceuticals（父唱子随：加拿大继续支持美国药品专利链接保护制度）。

普通硅酸盐水泥熟料含氧化钙65%左右，根据化学反应方程式:

每生成1份CaO同时生成0．7857份CO2，所以每生产1吨水泥熟料生成0．511吨CO2。

水泥生产过程中，使用燃料带来的CO2排放量，受燃料种类影响。一般来说，生产1吨熟料需0．161 －0．296 吨煤，煤燃烧产生 0．383 －0．704吨CO2。加上生成熟料时碳酸钙分解产生的CO2，每生产1吨水泥熟料排放0．894－1．215吨CO2。一般地说，每生产1吨水泥熟料排放约1吨CO2。水泥生产过程二氧化碳排放系数见表2。

表2 水泥生产过程二氧化碳排放系数

由表2可以看出，每生产1吨水泥熟料大约排放1吨CO2，其中，能源使用带来的二氧化碳排放约为0．4吨左右(统计在能源使用中，计算时要避免重复)，水泥原料化学反应带来的二氧化碳排放约为0．6吨。

为不重复计算能源使用带来的二氧化碳排放，计算水泥生产过程中的绝对碳排放量一般采用下式:

水泥生产的二氧化碳绝对排放量 =本地生产的水泥总量×0．6

如果一个城市的使用的水泥、钢材等工业品的数量超过本地的生产量，则隐含二氧化碳排放也有较大量。因此在计算一个城市的二氧化碳排放量时，也要计算隐含二氧化碳排放量，公式变为:

水泥生产及使用带来的二氧化碳排放 =本地生产的水泥总量×0．6+(本地使用水泥总量－本地生产的水泥总量)×1

5．城市土地利用碳排放的计算

土地利用变化一般是指农田、森林、草地、湿地、建设用地之间的相互转换。土地利用方式的变化，在一定程度上对一个区域的碳排放总量产生影响，同时，不同类型的土地利用，其碳排放或碳固定的强度是不同的。

土地利用碳排放估算的一般公式为:

式中E为碳总排放量;ei为研究区第i种土地利用方式产生的碳排放量;Ti为第i种土地利用方式对应的土地面积，其中包括耕地面积、林地面积、草地面积以及建设用地面积;δi为第i种土地利用方式的碳排放(吸收)系数。

一般来说，计算城市土地利用的碳排放只计算林业、草地的碳吸收量，及农业的碳排放与碳吸收，其它用地(如建设用地)的碳排放量已计入在能源碳排放计算中了。对于城市来说，农用地一般较少，草地吸收二氧化碳量有限，因此，重点是计算林业的碳吸收量。

森林每生长1立方米木材大约可以吸收1．83吨二氧化碳、释放1．62吨氧气，而破坏和减少森林就会增加碳排放，林地转化为农地10年后，土壤有机碳含量平均下降30．3%。

从全球来看，热带森林每年每公顷吸收约11．5－36吨二氧化碳，温带森林约为2．5－27吨二氧化碳，寒温带森林约为2．9－8．6吨二氧化碳。

全球的森林植被的平均蓄积量为每公顷99．85立方米、碳储量为每公顷71．5吨;我国森林植被的平均蓄积量为每公顷71．21立方米、碳储量为每公顷44．9吨。

6．废弃物的碳排放计算

废弃物的碳排放一般按照垃圾焚烧和填埋的处置方式计算，填埋主要产生甲烷，焚烧主要产生二氧化碳。根据《IPCC200年温室气体 第5卷:废弃物》，对垃圾焚烧产生的温室气体只需要计算焚烧时产生的二氧化碳量，对垃圾填埋产生的温室气体则需要计算甲烷的排放量，另外根据数据的收集情况可考虑氧化亚氮的排放量。具体式如下:

根据2008年中国统计年鉴，截至2007年底，我国655个设市城市生活垃圾清运量为1．52亿吨，有各类生活垃圾场453座，处理能力为27．2万吨/日，集中处理量约9 400万吨，集中处理率约为62%;其中城市生活垃圾填埋场363座，处理能力21．5万吨/日，填埋处理量约7 664万吨;城市生活垃圾堆肥厂17座，处理能力0．79万吨/日，处理量250万吨;城市生活垃圾焚烧厂67座，处理能力4．58万吨/日，处理量1 466万吨;按处理量统计，填埋、堆肥和焚烧处理比例分别占81．7%、2．7%和15．6%，按清运量统计分析，填埋、堆肥和焚烧处理比例分别占50．4%、1．6%和9．6%(上述数据没有包括个别综合处理厂)。从数据可以看出，我国目前的垃圾处理方式主要是填埋处理。

三、案例:城市二氧化碳排放量计算——以北京市为例

1．技术路线

准确计算一个城市的二氧化碳排放量是一个很复杂的过程，但也可以通过计算出几个主要领域的二氧化碳排放量，测算出一个城市二氧化碳排放量的大致数据。一般有两种计算方法，一种是只计算排放在本地的二氧化碳的绝对量，公式如下:

城市二氧化碳排放绝对总量 =城市化石能源消费带来的二氧化碳排放量+工业产品生产过程的二氧化碳绝对排放量+城市垃圾处置排放的二氧化碳量－森林的二氧化碳吸收量

另一种是计算本地生产、生活所带来的直接及间接的二氧化碳排放总量，包括本地消费的外地产品在外地生产时的二氧化碳排放量，公式如下:

城市二氧化碳排放总量=城市能源消费二氧化碳排放量+工业产品生产的二氧化碳排放量+城市垃圾处置排放的二氧化碳量－森林的二氧化碳吸收量

由于我国农业系统对碳的吸收基本大于排放，总体上保持碳汇功能，因此，这里不再计算农地及农作物的碳排放、碳吸收。如以北京市为例，其草地的碳汇功能有限，这里可不再计算。

2．北京市年能源消费带来的二氧化碳排放量的计算

(1)北京市年能源消费及二氧化碳绝对排放量

根据《中国能源统计年鉴2009》，北京市主要能源生产消费情况见表3、表4［5］。

消费化石能源带来的二氧化碳绝对排放量见表3。计算化石能源消费带来的二氧化碳绝对排放量通常不把城市使用的外地电力产生的二氧化碳排放计算在内。计算公式为:

［能源使用总量(标准煤)－电力使用总量(标准煤)］×吨标煤CO2排放量

一般吨标煤排放CO2为2．4－2．7吨，本文按2．6吨计算。1度电=0．4千克标准煤。

表3 北京市主要能源消费情况

表4 北京市主要能源生产情况

(2)北京市年能源消费导致的二氧化碳排放总量

由于北京的能源加工转换主要是火力发电转换，并有少部分水电。如果计算北京市年能源消费导致的所有二氧化碳排放，也就是说，尽管北京部分电力耗能带来的二氧化碳排放不在北京(主要是在外地发电)，但因是北京耗能，这部分二氧化碳排放(按火电占75%计算)也被计算在北京市的二氧化碳排放中。计算公式如下:

北京市年能源消费带来的二氧化碳排放量=(北京市年能源消费折标准煤总量－北京市年火电消费能源折标准煤总量－北京市年绿色电力折标准煤总量)×吨标煤CO2排放量

到2008年6月，中国的火电、水电、核电、非水电可再生能源发电装机容量的比例分别占75%、22%、2%、1%。则计算北京电力耗能需要减去水电、核电等绿色电力耗能。

计算结果见表5。

表5 北京市能源消费带来的二氧化碳排放量

3．工业产品生产的年二氧化碳绝对排放量

北京市工业产品生产的年二氧化碳排放量主要计算水泥、钢材生产过程中的二氧化碳排放量。

根据《北京统计年鉴(2009)》，2008年北京市生产水泥1 355．1万吨，生产生铁、粗钢、钢材分别为 553、452．5560、831．6314万吨。其中，迁钢公司、首秦公司分别具有450万吨和250万吨钢生产能力。由于奥运会，及企业搬迁调整计划，2008年首钢公司的产能规模已经被压缩到460万吨(按420万吨钢组织生产)。

2008年，北京市全社会房屋建筑竣工总面积3 632．2万平方米，施工总面积13 871．2万平方米。

按照每建筑平方米房屋大约需要消耗钢材0．06 －0．08吨，住宅建筑每平方需要水泥0．4吨计算，2008年，北京市全社会竣工房屋总共消耗钢材217．9 － 290．6万吨，消耗水泥1 452．88万吨。

计算可得，2008年北京市水泥的生产与消费基本平衡，需要从外地购进97．78万吨，本地生产钢材则结余约130万吨。

按照生产1吨水泥熟料就会排放出1吨二氧化碳，生产一吨钢铁要排放2吨二氧化碳计算。

北京市2008年的水泥生产带来的二氧化碳绝对排放总量，为871．7万吨(1452．88万吨×0．6)。如果包括隐含碳排放，则为969．5万吨(1452．88 万吨 ×0．6+97．78 万吨 ×1)。

2008年北京市钢材生产量大于使用量，就不再统计其二氧化碳排放量(已在能源消费中进行统计，这里避免重复)。

4．北京市年垃圾处置二氧化碳排放量的计算

2008年，北京日产垃圾1．84万吨，按此计算，2008年北京市生活垃圾产量671．6万吨。北京市垃圾主要采取填埋、焚烧处理(2009年一年，北京市生活垃圾产量已经高达669万吨)。目前，北京市三座垃圾焚烧厂共日处理垃圾8 000吨。北京市对生活垃圾的处理，94．1%采用卫生填埋方式，3．9%采用堆肥方式，2%采用焚烧方式。根据北京市的规划，到2012年实现全市垃圾处理能力1．7万吨/日，垃圾焚烧、生化处理和填埋比例达2∶3∶5。

由于焚烧垃圾所占比例较少，这里按1吨生活垃圾排放0．3吨左右二氧化碳计算。

按此标准粗略计算，北京市2008年垃圾处置排放的二氧化碳量约为201．48万吨。

5．北京市年森林二氧化碳的吸收量

到2007年底，北京市全市的林地(绿地)总面积已达105．33万公顷，林木覆盖率达到51．6%，森林覆盖率达到36．5%。据测算，目前北京市森林资源总碳储量为1．1亿吨，森林资源年固定的二氧化碳量为967万吨，年释放氧气 706 万吨［6］。

鉴于北京市2008年与2007年森林资源的变化不大，计算北京市2008年森林二氧化碳吸收量时，采用2007年的“森林资源年固定的二氧化碳量为967万吨”这一数据。

6．北京市年二氧化碳排放总量

根据以上几项的粗略计算，可得出北京市2008年二氧化碳量排放总量:

北京市年二氧化碳排放的绝对总量=北京市年化石能源消费排放二氧化碳总量+年工业产品生产的二氧化碳绝对排放量+北京市年垃圾处置的二氧化碳排放总量－北京市年森林二氧化碳吸收量，即

2008年末，北京市常住人口达1695万，以此计算2008年北京市人均绝对排放二氧化碳约为5．42 吨。

北京市年二氧化碳排放总量=北京市年能源消费排放二氧化碳总量+年工业产品生产消费带来的二氧化碳排放量+北京市年垃圾处置的二氧化碳排放总量－北京市年森林二氧化碳吸收量，即

以此计算，2008年北京市由于人们生活消费及其它活动所导致的人均二氧化碳排放量约为7．25 吨。

无论是人均5．42吨或是人均7．25吨，比较美国年人均约20吨的二氧化碳排放量，北京市人均二氧化碳排放量不算太高。

尽管同发达国家相比，北京市人均二氧化碳排放量不算高，但也有下降的空间及要求。根据中国政府的承诺，到2020年，我国将使单位国内生产总值二氧化碳排放量较2005年下降40%至45%。这将给北京市降低人均二氧化碳排放量带来一定的压力。

［1］联合国开发计划署:《中国人类发展报告:迈向低碳经济和社会的可持续未来》，北京:中国对外翻译出版公司2010年版。

［2］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》，2006年。

［3］United Nations Conference on Environment and Development(UNCED):United Nations Framework Convention on Climate Change(UNFCCC)．1992．

［4］ Food and Agriculture Organization of the United Nations:Livestock’s Long Shadow:Environmental Issues and Options，Rome，2006．

［5］《中国能源统计年鉴2009》，北京:中国统计出版社2010年版。

［6］王海燕:《京建成105万公顷林地，年吸收二氧化碳967 万吨》，北京日报，2008-5-13，第004 版。

Study on Measurement Methods of City Carbon Emissions——Beijing as a Case

LOU Wei
(Institute for Urban and Environment Studies，Chinese Academy of Social Science，Beijing 100732，China)

Since early 2008，after the two cities of Shanghai and Baoding as pilots of“low-carbon city”in China launched by the Ministry of Housing and Urban and the World Wildlife Fund(WWF)，the concept of“low-carbon city”quickly caught attention and turned into the hottest development target following the“Garden City”，“Humanities city”，“Charm City，”“the most competitive city”．Currently，more than 100 cities proposed to create low-carbon cities in China．Accurate calculation of the city’s carbon emissions should be the starting point．This paper systematically analyses the method of city carbon emissions calculation，taking Beijing city as a case study．

low-carbon economy;low-carbon city;carbon emissions;carbon fixation

娄伟(1969－)，男，河南新蔡人，管理学博士，中国社会科学院城市发展与环境研究所副研究员，研究方向为科技政策、新能源与可再生能源经济。

2011-01-17

F062．2

A

1671-7023(2011)03-0104-07

责任编辑 蔡虹