CDM项目大气污染物减排的协同效应研究

闫文琪,高丽洁,任纪佼,冯银厂

(南开大学环境科学与工程学院,国家环境保护城市空气颗粒物污染防治重点实验室,天津 300071)

“协同效应”一词是由政府间气候变化专业委员会(IPCC)于2001年发布的第三次评估报告中正式提出,“指减排对策通过对社会经济系统的作用而产生的除了减少温室气体排放以外的社会经济效益”[1].本研究所指的协同效应是指因CDM(清洁发展机制)项目开发实施而产生的空气污染物减排的效应.CDM 的协同效应十分重要:首先,温室气体和大气污染物“同根同源同步”[2],二者大多是由矿物燃料燃烧产生的,排放源一致,因而采取一定的控制措施时,能够同时减少二者的排放[3-5].CDM 作为温室气体减排和解决全球变暖问题的手段之一,通过可再生能源替代、提高能效、煤层气回收利用等方式在减排温室气体的同时也减少了空气污染物的排放[6-7].其次,协同效应是促进发展中国家可持续发展的具体体现,符合京都议定书的目标.东道国开发CDM项目的目的之一是提高能源利用效率、改善当地环境质量[8].而中国目前仍面临着严重的空气污染问题[9],面临大气污染物与温室气体双重减排的压力.所以通过 CDM 项目来开发可再生能源、提高能源利用效率、减少污染物的排放也成为中国开发实施 CDM 项目的目的之一.此外,CDM 项目可以帮助企业建立节能减排保护环境的意识,对促进能源结构的转变和产业结构升级有重要作用.

目前这方面的研究主要分为两类,一类是使用区域能源环境经济综合评价模型来模拟区域内的 CDM项目对当地能源利用和污染物排放的影响[10]；另一类是计算单位CO2减排量产生的SO2、TSP、PM2.5以及NOx的减排量及其产生的环境、健康等效益来表示协同效应[11-13],这类研究也较为常见.但存在的问题是缺乏全面的CDM项目的统计和分析,对如何利用这些差异进行空气污染的协同控制还未涉及.实施CDM的一个目的是使发达国家以低成本完成其减排温室气体的义务,而研究协同效应的目的之一是低成本实现大气污染物和温室气体的协同减排.由于发电成本、电网发电所使用的燃料的碳排放系数、资源禀赋等的差异,CDM 项目产生的减排量及投资回报也会有空间和行业的差异.CDM 项目作为市场中具体的投资和交易项目,等量的资金投在不同的项目类型或不同的地区会有多少减排量的差异,如何开发才能达到使投资减排收益最大,这些都有待进一步研究.

1 协同效应的定量方法

我国目前CDM项目开发情况如图1所示,从EB(执行理事会)注册CDM项目数量、EB注册项目预计年减排量、CERs签发量的全球比例来看,中国都占了很大的数量和比例.大量的项目会产生可观的协同效应.根据全国范围内所有已注册的CDM项目,估计不同地区、不同项目类型CDM 项目的污染物协同减排量和单位投资的CO2、SO2、NOx、PM2.5减排回报,分析其空间和行业差异,为今后决策者批准和开发者开发CDM项目提供参考.

图1 CDM开发的全球分布情况Fig.1 Global distribution of CDM development

研究数据来源于联合国气候变化框架公约网[14],从网站逐个下载每个项目的项目设计文件(PDD),从中获取所需数据进行统计.采用截至2011年12月31日在EB注册的1863个项目来进行协同效应及投资减排收益的计算,由于HFC-23(三氟甲烷)没有协同效应,造林项目数量少且不确定性大[12],因此将这两类项目排除在外,此外,由于网站文件错误等原因排除的项目,最后用于分析计算的项目实际数量为1754个.

为分析CDM项目协同效应的空间和行业差异,将项目分为8个类型,分别为零排放的可再生能源(风电、水电)、生物质、甲烷废气回收(垃圾填埋气、畜禽养殖业废气)、燃料替代(主要指天然气)、煤层气回收、水泥原料替代、N2O分解消除以及节能和提高能效(如余热回收、热电联产等).同样,将全国 30个省市区(除西藏,其目前没有CDM项目开发)按照电网划分为七大区域,分别为华中(四川、重庆、河南、湖北、湖南、江西)、华东(安徽、江苏、上海、浙江、福建)、海南、华北(内蒙古、山西、河北、北京、天津、山东)、东北(黑龙江、吉林、辽宁)、西北(新疆、甘肃、青海、宁夏、陕西)以及华南(云南、贵州、广西、广东).分项目类型和所在地对项目的数量和年CO2减排量进行统计,得到其项目类型及区域分布统计见表1和表2.

采用Rive等[12]利用GAINS-ASIA模型中的排放系数和项目PDD中的活动水平计算出的协同减排系数(表 3),对所选取的 1754个项目分地区、分项目类型进行协同减排量的计算.协同减排系数是指CDM项目中每千吨CO2减排所产生的 SO2(PM2.5,NOx)的减排吨数.该系数是本地化的系数,已经被Sun等[13]用于协同效应的计算.该系数存在空间差异的原因可能是各地区资源禀赋、技术水平、发电成本等存在差异.

以SO2为例,协同效应的计算公式为：

类比于投资收益率的定义——达产期正常年度利润或年均利润占投资总额的百分比,定义投资减排收益为单位投资额获得的年 CO2(或SO2/NOx/PM2.5)减排量.

年减排量来自上一步的结果,投资额的数据来自项目设计文件(表4).由于CDM项目为参与市场竞争和交易的具体项目,这一指标可以反映节能减排投资的有效性.

表1 CDM项目数量的地区和类型分布(个)Table 1 Spatial and sector distribution of CDM project amount

表2 CDM项目碳减排量的地区和类型分布(万tCO2e/a)Table 2 Spatial and sector distribution of CO2 emission reduction amount(×104tCO2e/a)

表3 CDM项目协同减排系数的地区和类型分布Table 3 Cooperative emission reduction coefficient of CDM projects

续表3

表4 CDM项目投资额的地区和类型分布(×106元)Table 4 Spatial and sector distribution of investment of CDM projects (million yuan)

2 协同效应的计算结果

CDM项目的协同效应即项目的SO2、PM2.5和 NOx协同减排量的计算结果见表 5,投资减排收益的计算结果见表6.

表5 CDM项目污染物协同减排量的地区和类型分布(t/a)Table 5 Cooperative emission reduction amount of CDM projects(t/a)

续表5

表6 CDM项目投资减排收益的地区和类型分布(t/106元)Table 6 Spatial and sector distribution of investment benefits of CDM projects(t/million yuan)

3 讨论与建议

3.1 协同减排量类型差异明显,减排总量初具规模

CDM 项目的污染物协同减排量存在着空间差异,并且同一地区的不同类型项目的协同减排量所占比例也不同(图 2).呈现出差异的原因是CDM 项目分布本身并不平均,以及协同减排系数的差异.这与当地的资源优势、平均发电水平等有很大关系.例如四川、云南水电项目和内蒙古风电项目较多,使零排放的可再生能源类项目占有大量的比例.SO2的减排量中零排放的可再生能源占绝大多数,以华北地区为例,零排放可再生能源所占比例最高,其次是煤层气回收利用项目和节能提高能效项目,三者占了减排总量的93%.PM2.5和SO2的减排组成比例基本相同,而NOx的减排量几乎全部由可再生能源类项目构成.此外,华东地区的减排量中,燃料替代类项目占了大多数,而华南地区的燃料替代类项目所占比例也较大.

从某一项目类型的减排分布看,零排放的可再生能源类项目的 SO2协同减排量最大,其次是NOx,PM2.5最少,年协同减排量分别为81.26万t、26.16万t和5.60万t.从减排总量贡献地区差异看, SO2协同减排量由大到小依次为华北、华中、西北、华南、东北、华东和海南,华北和华中贡献了年SO2协同减排量的50%以上.NOx协同减排量由大到小依次为华北、华中、东北、西北、华南、华东和海南.总体来说华北和华中对这类型项目的协同减排贡献最大,主要是由于当地的资源优势,华北的内蒙古和华中的四川两省的零排放可再生能源项目数量多.

根据节能减排“十二五”规划的目标,2015年比2010年减少排放181.4万tSO2和227.4万t NOx.所研究的CDM项目可产生的年减排总量达132.52万 tSO2和 32.71万 tNOx,可见 CDM项目对污染物减排有一定贡献.

图2 不同地区污染物协同减排量项目类型组成Fig.2 Sector combination of pollutants emission reduction in different regions

3.2 投资减排收益行业差异明显,存在一定空间差异

CDM项目开发的主要目的是通过出售核证减排量来获得经济收益.因此仅从CO2的投资减排收益看,由表6及图3可以看出,全国的N2O分解消除类项目的CO2的投资减排收益很高.这是由于N2O的全球变暖潜势(GWP)很大,是CO2的310倍[15],但其污染物减排的协同效应却微不足道.煤层气回收和甲烷废气回收的CO2投资减排收益也很大,与 CH4的 GWP是 CO2的 21倍[15]有关.且北方地区的煤层气回收类项目的CO2投资减排收益大于南方地区,可能的原因是北方地区煤层气资源丰富,开发更成熟,因而成本更低.而华南地区的甲烷废气回收类项目的 CO2投资减排收益也很高,与这一地区的垃圾填埋气回收利用项目开发较好有关.

从投资的协同减排收益看,总体上呈现出SO2收益高,NOx和 PM2.5收益较低,这与协同减排量的情况一致.项目的总投资额与采用的工艺、原料、设备等有关,进而影响投资减排收益.

从 SO2投资减排收益看,华北地区燃料替代项目收益最高,其次是煤层气回收和节能提高能效项目,水泥原料替代呈现负收益,风电、水电类项目收益最低.东北和海南的节能提高能效类项目、西北的煤层气回收类项目、华中的燃料替代和生物质能源项目、华南和华东的燃料替代项目都有较高的收益.PM2.5的投资减排收益中,华北的燃料替代、华东及华中的生物质能源利用、东北和华北节能提高能效类项目的收益高,而风电、水电等可再生能源项目的收益较低.节能提高能效类项目、煤层气回收、甲烷废气回收类项目的NOx的投资减排收益较大.大部分地区的水泥原料替代项目呈现负收益,这可能由于原料替代后使用了额外的能源.

图3 CO2投资减排收益Fig.3 Investment benefits of CO2 emission reduction in different regions

图4 不同地区污染物投资减排收益Fig.4 Investment benefits of pollutants emission reduction in different regions

3.3 建议

优先开发协同效应好、投资减排收益高的项目,尽可能实现协同效应的最大化.从政府角度而言,在审批CDM项目时,可以将空气污染物的协同减排效应考虑在内,组织编制污染物协同减排量计算的方法学,要求项目业主或第三方机构编写污染物协同减排效应的报告或篇章,进而通过CDM 项目推动排污权交易市场的设计和建立.政府在相同情形下优先批准协同效应大的项目,可通过调整国家从清洁发展机制项目减排量转让交易额收取的资金份额,来鼓励或限制某一地区不同类型项目的开发.在政府的政策引导下,企业和投资者在进行CDM 项目投资和开发时,会把减排收益纳入到投资决策之中.这不仅可以帮助企业在碳交易中获得收益,而且考虑我国在“十二五”期间实施了 SO2和NOx的总量控制,还可以帮助企业完成污染物减排的约束性指标,对企业提高能效、技术升级和长期发展有重要意义.从全球应对气候变化和实现可持续发展的层面看,CDM 不仅实现了碳减排,在帮助发展中国家节约能源和减少污染物排放以及改善局地和区域的环境质量方面也有一定作用.因此,强调和深化 CDM 的协同效应就是实现发展中国国家可持续发展的路径所在.

4 结论

本研究得到了较全面的中国 CDM 项目的SO2、PM2.5、NOx协同减排量,提出了投资减排收益的概念,并进行了协同减排量和投资减排收益的空间和行业的差异研究.结果表明:(1)协同减排量类型差异明显,减排总量初具规模.我国CDM项目的协同减排总量较为可观,其中SO2的减排量最大.协同减排量中零排放可再生能源类项目对总量贡献最大.(2)投资减排收益行业差异明显,存在一定空间差异.总体表现为燃料替代、煤层气回收、节能提高能效类项目的投资减排收益高,华中和华东地区的生物质能源项目收益较高,而风电、水电类项目收益较低.

[1] 政府间气候变化专业委员会(IPCC).气候变化 2001:综合报告(中文版) [R]. 伦敦:政府间气候变化专业委员会, 2001.

[2] 王金南,宁 淼,严 刚,等.实施气候友好的大气污染防治战略[J]. 中国软科学, 2010(10):28-36.

[3] 宋 飞,付加锋.世界主要国家温室气体与二氧化硫的协同减排及启示 [J]. 资源科学, 2012,34(8):1439-1444.

[4] 薛 婕,罗 宏,吕连宏,等.中国主要大气污染物和温室气体的排放特征与关联性 [J]. 资源科学, 2012,34(8):1452-1460.

[5] 毛显强,邢有凯,胡 涛,等.中国电力行业硫、氮、碳协同减排的环境经济路径分析 [J]. 中国环境科学, 2012,32(4):748-756.

[6] Mestl H E S, Aunan K, Fang J, et al. Cleaner production as climate investment - integrated assessment in Taiyuan City, China[J]. Journal of Cleaner Production, 2005,13:57-70.

[7] 曹 琳,王 灿.SO2和NOx基准线排放因子的计算研究 [J]. 中国环境科学, 2010,30(1):7-11.

[8] Zhang Junjie, Wang Can. Co-benefits and additionality of the clean development mechanism: An empirical analysis [J]. Journal of Environmental Economics and Management, 2011,62(2):140–154.

[9] Wang Shuxiao, Hao Jiming. Air quality management in China:Issues, challenges, and options [J]. Journal of Environmental Sciences, 2012, 24(1):2–13.

[10] Yang Hongwei, Kainuma Mikiko, Matsuoka Yuzuru. Modeling the development mechanism: direct benefits, co-benefits and priorities, IFAC, modeling and control in environmental issues[C]. Yokohama, Japan, 2001.

[11] Vennemo Haakon, Aunan Kristin, Fang Jinghua, et al. Domestic environmental benefits of China’s energy-related CDM potential[J]. Climatic Change, 2006,75:215–239.

[12] Rive Nathan, Aunan Kristin. Quantifying the air quality cobenefits of the clean development mechanism in China [J].Environ. Sci. Technol., 2010,44:4368–4375.

[13] Sun Qie, Xu Bo, Wennersten Ronald, et al. Co-benefits of CDM projects and policy implications [J]. Environmental Economics,2010,2:78-88.

[14] CDM project design document [EB/OL]. http://cdm.unfccc.int/2011-12-31.

[15] IPCC. Climate Change 2007: Working Group I: The Physical Science Basis [EB/OL]. http://www.ipcc.ch/publications_and_data/ar4/wg1/en/tssts-2-5.html/2013-07-25.