湖南省碳排放总量核算与碳源结构分析

□文/杨顺顺

（湖南省社会科学院 湖南·长沙）

［提要］“碳达峰、碳中和”的“双碳目标”对区域碳排放总量核算的科学性提出更高要求。本文对湖南省碳排放总量和碳源结构实施清单进行分析，结果显示：2015～2019 年间，湖南碳排放总量在3.86 亿～3.93 亿吨CO2e 之间波动；湖南能耗碳排放处于2.95 亿～3.19 亿吨CO2e 区间，约占碳排放总量的76%，其中煤类排放占75%～80%；湖南工业过程碳排放处于0.79 亿～0.85 亿吨CO2e 区间，约占碳排放总量的22%，其中采掘工业约占70%；湖南农业土地利用碳排放（不含农业能耗）处于0.07 亿～0.09 亿吨CO2e 区间，约占碳排放总量的2%，其中养殖业略高于种植业，CH4 排放略高于N2O 排放。

引言

“CO2排放力争于2030 年前达到峰值，努力争取2060 年前实现碳中和”是中国在2015 年巴黎气候大会上提出的“2030年左右碳达峰且碳强度较2005 年下降60%～65%”承诺的进一步发展和深化，“碳达峰、碳中和”的“双碳目标”体现了国际气候政治博弈中的大国担当。为促进“双碳目标”的实现，当前各省市、行业部门都在谋划制订“双碳”行动方案，而科学准确的碳排放核算是支撑“双碳目标”的基础要素。湖南作为全国仅有的两个“两型社会”建设综合配套改革试验区之一，要实现“绿色大省”向“生态强省”的转变，也必须厘清碳排放存量、趋势，以更好落实“双碳”要求，在国家气候承诺中作出自身贡献。本文以湖南为案例进行碳排放核算和相关分析。

当前，学界在碳排放核算方面存在一些不完备之处：一是受数据获得限制，往往采用能源燃用（能耗）碳排放指代区域的全部碳排放，但能耗碳排放只占区域碳排放的较大比例，并不能准确反映区域碳排放的总体趋势；二是计算能耗碳排放时，常未剔除能源的非燃用比例（如，石化产业中石油作为产品原料等），导致能耗碳排放被高估；三是非能耗碳排放核算中计算工业过程碳排放时，也常仅计算水泥生产过程碳排放，而忽视了钢铁等其他生产过程中对碳排放亦有主要影响的产品类型；四是除能耗、工业过程碳排放外，农业土地利用碳排放也是碳排放总量的一项来源，但很少被纳入碳排放量估计中。本文在统计数据可支持的情况下，将应对上述不足之处，尽可能全面地对湖南省碳排放总量进行核算和分析。

一、能耗碳排放核算及碳源结构分析

（一）核算思路。化石能源燃用是碳排放最主要来源，一般采用“化石能源消费量×对应能源的碳排放系数”估算碳排放量（部分研究中还会引入有效氧化分数）。本文在前述公式的基础上，扣除能源消费中的损失量（数据来源于历年《中国能源统计年鉴》），并利用IPCC（政府间气候变化专门委员会）2006 年《国家温室气体清单指南》，将化石能源燃用中产生的CH4、N2O 通过GWP（全球增温潜势）折算为CO2e（二氧化碳当量，部分研究中采用碳当量，则为二氧化碳当量除以3.67），则煤类、油品能源以及天然气的排放系数分别为2.8092、2.1554 和1.6458 吨CO2e/吨标煤。据此测算2015～2019 年间湖南能耗碳排放总量，并分解为不同能源种类和产业类型，以及终端或加工转换能耗的碳排放量。

（二）碳源结构分析。表1 结果显示，2015～2019 年间湖南能耗碳排放大约在2.95 亿～3.19 亿吨CO2e 区间内波动，排放量最高值出现在2017 年，而后随经济增速下调而略有下降，2019 年全省能耗碳排放量2.97 亿吨CO2e。（表1）

表1 2015～2019 年湖南省能耗碳排放核算结果一览表

化石能源消费结构方面，煤类能源的排放量始终占据能耗碳排放的绝大比例，排放量区间约为2.25 亿～2.58 亿吨CO2e，但近年来随煤类能源消费量的下降，其碳排放占比波动下滑，由2015 年的80.15%下降至2019 年的75.89%；油品能源和天然气消费碳排放量占比都略有上升，其中油品能源碳排放量约占能耗碳排放总量的17%～22%；而天然气燃用碳排放量占比较低，2015～2019 年间其碳排放量占能耗碳排放总量的比例处于1.69%～2.22%区间，受“气化湖南”工程深入推进影响，其碳排放量虽总量较少但呈高速增长态势。

产业部门结构碳排放方面，工业部门依然处于能耗碳排放的主导地位，约占能耗碳排放总量的63%～69%。近年来，随着工业节能技改力度的加强，工业能耗碳排放占比处于下降通道，由2015 年的68.46%下降至2019 年的63.38%；服务业能耗碳排放占比居第二位，约占总排放量的两成，服务业中交通运输仓储和邮政业又占其一半份额；城乡生活能耗碳排放占比居第三位，近年来其占比一直在7%左右波动；而农业和建筑业能耗碳排放占比相对较小，两者比例分别处于3.58%～4.10%和2.15%～2.47%区间。由于工业能耗碳排放占比的下降，服务业和农业碳排放占比处于相对稳定的提升态势。

能耗碳排放产生途径方面，终端能耗碳排放仍是主要方式，约占能耗碳排放总量的75%；而2015～2019 年间能源加工转换（主要指火力发电、供热、炼焦等过程）碳排放量占能耗碳排放总量的比例处于23.18%～27.37%区间，受非化石能源发电旦逐步提升影响，能源加工转换碳排放呈波动略有下行趋势。

二、工业过程碳排放核算及碳源结构分析

（一）核算思路。相较于化石能源燃用碳排放，工业过程碳排放与能源燃烧不同且情况较为复杂，与生产工艺关系紧密，导致不同研究中排放系数可能差异较大。《国家温室气体清单指南》中对工业过程碳排放的核算涉及到采掘工业（如水泥、石灰、玻璃等）、化学工业（如氨气、硝酸、电石等）、金属工业（如钢铁、原铝、铅锌等）生产过程碳排放，以及燃料溶剂使用中臭氧损耗物质的挥发等。本文根据历年《湖南统计年鉴》工业主要产品统计情况，核算采掘工业（水泥、平板玻璃）、化学工业（纯碱、合成氨）和金属工业（粗钢）三大类五小类产品生产过程中的碳排放量，核算公式采用“产品产量×对应产品的碳排放系数”，由于各类生产工艺应用占比不明确，故按照各类工艺占相同比例确定碳排放系数。水泥、平板玻璃、纯碱、合成氨、粗钢生产过程碳排放系数（吨 CO2e/吨产品）分别取 0.521、0.202、0.117、2.101和1.060，据此测算2015～2019 年间湖南工业过程各类产品碳排放量及总量。

（二）碳源结构分析。表2 中数据显示，2015～2019 年间湖南工业过程碳排放大约在0.80 亿～0.85 亿吨CO2e 区间内波动上升，排放量最低值出现在2018 年，2019 年全省工业过程碳排放量0.85 亿吨CO2e。（表 2）

表2 2015～2019 年湖南省工业过程碳排放核算结果一览表

工业部门结构方面，首先采掘工业贡献了工业过程碳排放的绝大比例，大约有70%的工业过程碳排放来源于采掘工业，尤其是水泥生产上，近年来采掘工业过程碳排放占比呈逐年下降趋势；其次是金融工业，由于缺乏原铝数据，本文仅讨论了粗钢生产，其工业过程碳排放量占比约为25%左右，近两年来提升至30%左右；最后是化学工业，其工业过程碳排放量占比不高且呈波动下降态势，近年来占比已逐渐不足2%。

产品结构方面，水泥和粗钢生产是工业过程碳排放的主要来源。近年来，水泥、粗钢生产工业过程碳排放量分别约为6，000 万吨 CO2e/年和 2，500 万吨 CO2e/年，2019 年水泥和粗钢生产工业过程碳排放量占到总量的98%，可见湖南工业过程碳排放与基础设施、房地产建设关系较为紧密。此外，合成氨生产工业过程碳排放量约为100 万吨CO2e/年，而玻璃和纯碱生产工业过程碳排放量则相对较小，对总体碳排放趋势影响甚微。

三、农业土地利用碳排放核算及碳源结构分析

（一）核算思路。一般进行土地利用碳排放的研究中，往往计算建设用地、耕地、林地、牧草地等类型，通常认为建设用地和耕地属于碳源，而林地、牧草地、水域等属于碳汇。此类算法中，由于建设用地碳排放被认为是承载人类生产生活行为而导致的碳排放，事实上核算方式相当于前文的能耗碳排放、工业碳排放，为避免重复核算，不在本部分考察；同时，考虑到本文主要进行碳源核算，故仅对农业用地碳排放进行核算。

农业生产过程主要以非CO2（主要是N2O 和CH4）的形式排放温室气体。《国家温室气体清单指南》给出了农业中各个土地利用类型、化肥施用、牲畜和粪便管理过程中的碳排放计算方式。参考数据的可得性，本文主要测算除农业能源消费外，种植业生产活动、中大型牲畜养殖两类情况产生的碳排放。

种植业生产活动部分主要测算：（1）耕地中农用化学品（如氮肥）、人畜粪肥施用，以及作物残余物和矿质土壤中矿化均产生直接N2O-N 排放，由于目前仅化肥施用量有统计数据参考，本部分仅计算化肥施用造成的N2O-N 排放，其排放因子采用0.01kgN2O-N/kgN 和 0.003kgN2O-N/kgN（灌水稻田），并假设复混肥含氮率为30%，化肥对旱地和水田按面积平均施用。（2）耕地的间接N2O 排放主要源于氮的挥发与再沉降和流失于径流的氮两大来源。对于前者，IPCC 指出由于跨界大气输送特别复杂，沉降氮并非全部源于本地区，因此排放因子选用应特别谨慎，按其缺省的发挥因子和排放因子换算，氮肥施用挥发再沉降氮的综合排放因子采用0.001kgN2O-N/kgN。对于后者，按照在长江流域的相关研究，本文选择氮肥施用溶淋和径流的氮损失率为20%（IPCC 缺省值为30%），其进一步转化为N2O 的转化率为0.0075kgN2O-N/kgN。

大型牲畜养殖部分主要测算畜禽养殖过程产生的CH4和N2O 排放。（1）IPCC 中对畜禽养殖的粪便管理过程CH4排放可按照畜禽种类、年均温、所处区域进行简单估算。按照湖南年均温范围，取大型牲畜的排放因子每头（只）奶牛、其他牛、猪、羊分别为 16kg、1kg、3kg 和 0.17kgCH4/年。（2）牲畜粪便流失于径流的氮，排放因子分别取每头（只）牛、猪（按肉猪）、羊（按山羊）50kg、4.87kg、4.06kgN/年，再按转化率进一步换算为 N2O-N。此外，因生产周期不同，牛按存栏量计算，猪、羊按出栏量计算。

此外，在IPCC 报告中还计算了土壤碳投入和碳变化引发的碳排放，如按照《国家温室气体清单指南》，温带土壤种植有机作物的缺省排放因子为8kgN2O-N/公顷；水灌稻田中土壤有机质厌氧分解过程产生的CH4，与土壤类型、温度、作物品种、水灌方式、土壤添加有机物相关。受数据所限，这些碳排放源本文未进行估计。

按上述思路，采集历年《中国统计年鉴》和《湖南统计年鉴》数据，即可测算2015～2019 年间湖南农业土地利用的碳排放量及其结构。

（二）碳源结构分析。表3 中数据显示，2015～2019 年间湖南农业土地利用（不含农业能耗）碳排放大约在0.07 亿～0.09亿吨CO2e 区间内波动下降，2019 年全省农业土地利用碳排放量 0.079 亿吨 CO2e。

表3 2015～2019 年农业土地利用（不含农业能耗）碳排放核算结果一览表

种植养殖结构碳排放方面，湖南农业土地利用碳排放中养殖业略高于种植业，在总量中约占57%～60%，2019 年占比下降较明显，这主要是由于湖南属于水稻和生猪大省，2019 年生猪出栏量下滑较大，牲畜养殖过程碳排放有明显降低。

温室气体类型结构方面，CH4造成的碳排放要略高于N2O，CH4和N2O 排放分别约占农业土地利用碳排放的55%和45%。CH4排放来自于牲畜养殖，而N2O 排放90%以上来源于种植业化肥施用，事实上这两类温室气体排放均处于下降周期，湖南氮肥施用量呈逐年下降态势，而影响CH4排放的牛存栏量和猪出栏量也在近年有所下降。从长周期来看，随牲畜养殖量的恢复和化肥减量化施用的深入，未来CH4排放的占比可能还会有所提升。（表3）

四、研究结论

2019 年湖南碳排放总量为 3.90 亿吨 CO2e，2015～2019 年间全省碳排放总量在3.86～3.93 亿吨CO2e 之间波动。按不同的碳排放源分析，湖南以能耗碳排放为主，工业过程碳排放次之，农业土地利用碳排放再次之。2019 年，能耗碳排放、工业过程碳排放和农业土地利用碳排放分别占全省碳排放的76.10%、21.88%和2.02%，能耗碳排放占比略呈下降趋势，工业过程碳排放占比略呈上升趋势。若将工业过程碳排放计入工业源，农业土地利用碳排放计入农业源，则2019 年按产业结构碳源比例，农业、工业、建筑业、服务业碳排放以及居民生活消费碳排放分别占全省碳排放总量的5.28%、70.12%、1.88%、17.07%和5.80%。可见，加强工业部门碳减排是如期实现湖南“碳达峰、碳中和”目标的关键抓手。在具体操作举措上，2030 年前应主要关注工业部门节能降碳，湖南在全国碳交易试点上并未获得先机，在当前国家推进用能权交易探索的背景下，可加快参与碳市场、用能权市场建设与融合，实现以市场化机制促进能源消费前端控制与碳效率提升相结合。在远景上，针对工业过程碳排放的相对刚性需求，应更注重工艺技术改进和CCS（碳捕捉和储存）技术的开发应用，以及森林、湿地碳汇建设，以更快地助推碳中和目标的实现。