城市温室气体清单编制与分析——以天津为例

邓 娜，陈广武，崔文谦，张于峰，马洪亭

(1. 天津大学环境科学与工程学院，天津 300072；2. 天津大学中低温热能高效利用教育部重点实验室，天津 300072)

城市温室气体清单编制与分析
——以天津为例

邓 娜1,2，陈广武1，崔文谦1，张于峰1,2，马洪亭1,2

(1. 天津大学环境科学与工程学院，天津 300072；2. 天津大学中低温热能高效利用教育部重点实验室，天津 300072)

为分析城市温室气体减排潜力提供基本方法和数据，以天津市为例，把温室气体排放源分为能源活动、工业生产、农业和废物等4个单元，提供了一套城市温室气体清单编制方法，并对城市主要碳源和碳强度进行分析．结果表明：如果天津市经济和温室气体排放维持近10年的平均增长速度，或可达到国务院提出的“十二五”减排目标；但由于诸多不确定性因素的存在，要实现减排目标还需挖掘减排潜力；天津能源消耗产生的温室气体占总排放量的72.2%，而按行业计算，工业产生的温室气体占总排量的77.9%．因此对主要工业碳源推行试点碳审计，制定行业碳排放标准，提高能源效率，降低能耗，是温室气体减排的关键因素．

城市温室气体清单；IEAP；“十二五”减排目标

中国是世界上的温室气体排放量最大的国家[1]，并且温室气体总量在维持高速的增长．所以中国的温室气体减排政策无疑在控制全球变暖的过程中起着至关重要的作用．近期，国务院提出了“十二五”减排目标[2]：到2015年全国单位国内生产总值二氧化碳排放比2010年下降17%，而天津市的指标是19%. 然而，在中国并没有一套以城市系统为边界的温室气体清单编制标准．这使得国家碳减排的目标落实到城市产生了极大障碍．而在许多发达国家，已经有学者对城市温室气体测算进行了研究并取得一定的进展，如Kennedy等[3]统计了10个世界城市并分析了排放差异的原因，之后又深入研究提出了一套城市温室气体编制方法[4]．近期，中国也有学者开始对城市温室气体清单进行了研究．Bi等[5]以南京为例和Xi等[6]以沈阳为例，建立了城市温室气体排放清单．然而，不同于发达国家，中国很多地区统计数据并不完整或统计方法不尽相同．也不同于中国其他内陆城市，天津作为中国发展最迅猛的工业城市和港口城市之一，要建立城市温室气体清单，就要考虑水运、航空等跨边界温室气体排放和各种复杂的工业碳源．笔者以天津为例，根据“国际地方政府温室气体排放分析协议”(IEAP)[7]，结合天津统计数据，把温室气体排放源分为能源活动、工业生产、农业和废物等4个单元，建立了一套比较完整的城市温室气体清单编制方法．同时，分析了天津市近10年(2001—2010年)的温室气体排放源和碳强度，并为“十二五”减排目标落实到地方提供了建议．

1 核算范围界定

根据IEAP分类和收集到的天津市数据，碳核算的边界可以分为3个范围，如表1所示．①边界内直接排放，包括了固定燃烧源、移动燃烧源中的公路和铁路交通、工业生产的直接排放、农业中的牲畜排放、固废中的生活垃圾和废水．②边界内的间接排放，包括天津市从外省购买的电力．③范围3的生命周期排放，包括了天津水运和航空．

表1 天津市的温室气体排放清单Tab.1 Greenhouse gas emissions inventory of Tianjin

为了整合经济和温室气体排放边界，所计算的温室气体是范围1、2、3之和．对于民航系统虽然不属于城市财产，但每年的赢利额却包括在城市的GDP报告中，所以即使不是在边界内的排放，也应该算入总量．

2 研究方法

本文主要数据来源于《天津统计年鉴2001—2010》[8]．在这次研究中，碳排放以CO2e(二氧化碳当量)的形式计算．温室气体种类包括CO2、CH4和N2O，它们的温室效应系数分别为1、21和310(IPCC 2006)[9].

2.1 固定燃烧源

式中：Ese为固定燃烧源消耗产生的温室气体排放量，t CO2；Ci,j为各行业能源消耗量，单位为t、103,m3、(kW·h)等；Fi,j为各类温室气体排放因子，如表2所示[10]；i为行业，如塑料制品业等；j为能源消费类型，如原煤、原油等.

表2 各类能源的温室气体排放因子Tab.2 Greenhouse gases emission factor of energy

天津城市的电力多是自产自销的．为了避免重复计算，只计算生产电的能源消费，而省去终端电力的消费，这样更合理地避免了配电损失的计算问题．在计算热力问题，也如电力一样处理．而由边界外引进的电力，按照国家电网的平均系数1.07,kg/ (kW·h)计算．忽略了配电损失计算，因为引进总量小，且分配存在争议．

2.2 交 通

式中：Etr为交通产生的温室气体排放量，t CO2；Ti,j为各种交通运输方式能源消耗量，单位为t；Fi,j为各类温室气体排放因子，如表1和表3[11]所示；i为交通运输方式；j为能源类型，如原油等．

交通耗油量可根据表4[12]和天津统计局提供的数据计算得出．由于统计局只提供万吨公里耗油量，所以在计算客运时，按人均60,kg转换成万吨公里数．在计算民航飞行时，Xi等[6]提出计算国内飞机飞行时分为起降耗油和巡航耗油，而计算国际飞机飞行时只计算起降耗油．这是一个好方法，但是国内各种飞机的起降、巡航耗油和起降次数这样的细节信息确实很难得到．所以本文介绍另一种方法就是根据民航飞行小时数与全国平均的飞机小时耗油量的乘积计算得出总耗油量．同时也按航空运输的万吨公里数计算，发现与按小时计算差别不大．当然这样计算忽略了国外飞机在本土的排放，可能会导致总量偏小．交通产生的 CO2使用固定燃烧源的排放因子，其余温室气体计算如表3所示．由于航空排放的CH4和N2O较少，且具有不确定性，所以忽略．水运统计使用的是标准煤，所以其余温室气体也忽略．

表3 CH4和N2O的排放因子Tab.3 CH4and N2O emission factor

表4 各种交通方式单位耗油量Tab.4 Energy consumption of transport

2.3 工业生产

式中：Ein为工业产生的温室气体排放量，t CO2；Pi各种工业产品产量，t；Fi为各类温室气体排放因子，如表5[11]所示；i为工业产品类型，如合成氨．

表5 工业生产温室气体排放因子Tab.5 Greenhouse gases emission factor of industry

对于工业来说，计算的温室气体主要来源于过程的直接排放，而由能源使用排放已经计入固定燃烧源中．天津主要工业产品温室气体排放量是根据IPCC (2006)[9]提供的计算方法和中国的实际情况计算得出，具体计算过程见《中国温室气体清单研究》[10]和《城市温室气体清单研究》[11].

2.4 农 业

式中：Eag为牲畜排放的温室气体，包括肠胃发酵和粪便；Hi,j为牲畜量；Fi,j为各类温室气体排放因子，如表6[10]所示；i为牲畜类型；j为排放类型，如肠胃发酵或粪便．

表6 畜牧业温室气体排放因子Tab.6 Greenhouse gases emission factor of livestock kg CH4/(头·a)

2.5 废 物

式中：Ewa为废物排放的温室气体，t CO2；Wi,j为废物量，t；Fi,j为各类温室气体排放因子，如表7[13-14]所示；i为废物类型；j为处理方式，如焚烧、填埋．

表7 废物处理温室气体排放因子Tab.7 Greenhouse gases emission factor of waste

本文的废物温室气体评价采用生命周期评价法，对于废物中的工业垃圾由责任单位自行处理，并不进入生活垃圾处理系统，所以数据不全，忽略工业垃圾的计算．表7中，污水生命周期温室气体排放因子由文献[13]提供．而根据统计局提供的数据，天津市只有填埋和焚烧2种生活垃圾处理方式，其生命周期温室气体排放因子见文献[14]．

3 碳强度和碳源分析

3.1 碳强度分析

根据图1计算得出，2000—2009年天津年平均温室气体排放增长率为12.5%，如果按此规模增长到2015年，天津市温室气体排放量将达到4.061,877× 108t CO2e．而2000—2009年天津市的平均GDP年增长速度为18%，如果按此速度计算，天津市2015年GDP将达到20,838.8×108元．所以2015年的碳强度将为1.94,t CO2e/104元，比2010年的2.47,t CO2e/104元下降了21%；如果按年均GDP增长17%，2015年的碳强度比2010年下降17.8%；如果按年均GDP增长16%，2015年的碳强度比2010年下降14.2%．而2011年天津GDP增长率只有16.4%，如果按照此速度发展下去，天津市必须加大减排力度，才能实现到2015年碳强度下降19%的“十二五”减排目标．

图1 2000—2009年天津市各类温室气体排放分析Fig.1 Analysis of greenhouse gas emissions from Tianjin (2000—2009)

3.2 碳源分析

2000—2009年天津市由能源(包括固定燃烧源，航空、水运外省调入电力)产生的温室气体排放量占总排放量的平均值为72.2%．由此可以看出，提高能源效率、降低能耗是减排的关键因素．在总能耗中，航空和水运占13.2%，所以对于大型港口、航空的中转站城市，把这部分温室气体计入总量是有必要的．而由铁路和公路运输所产生的温室气体排放量占总排放量的平均值仅为1.5%．

由图2可知，在固定燃烧源中，工业所占比例平均为63.5%，且在逐年高速增长．而且工业(包括固定燃烧源中工业部分和工业过程直接排放)占总排放的77.9%，所以对工业的减排措施将会对天津市的温室气体减排起着至关重要的作用．

随着天津人口的不断增长和生活方式的改变，由人们生活能耗产生的温室气体排放成为了关注的焦点．从图3中可以看出，2009年天津城市化率为78%，比2000年高8.7%．这意味着越来越多的农村人口加入到城市人口中来，同时城市化率也是城市现代化的一个衡量标准，城市化率的增长带来的是人们生活方式的转变．最直接的数据就是2000—2009年煤炭消耗产生的温室气体量从249.1×104,t,CO2e下降到167.4×104,t,CO2e，降幅为32.9%．在电力使用方面，温室气体排放量呈现出高速增长的趋势，年均增长率为11.3%．而由天然气和煤气使用所产生的温室气体排放量基本在一个范围内波动，平均值为72.96×104t,CO2e. 由液化石油使用所产生的温室气体在所有生活类能源比例中最小，同时也有小幅下降趋势，2009年的排放量为21.3×104,t,CO2e．因此，2000—2009年天津生活类能耗的温室气体排放总量不断增加，其分布趋势是由一次能源产生的温室气体量向以二次能源所产生的温室气体量方向转变，即煤炭使用向电力使用的转变．

图2 2000—2009年天津市固定燃烧源中各行业温室气体排放比例Fig.2Proportion of greenhouse gas emissions of stationary energy in Tianjin(2000—2009)

图3 2000—2009年天津市生活能耗温室气体排放量与城市化率Fig.3Greenhouse gas emissions of residents’energy consumption and urbanization level in Tianjin (2000—2009)

为了对结果进行深入分析，现引用Bi等[5]计算的2009年南京温室排放数据和2009年的天津温室气体排放数据做对比．从图4中可以看出，天津作为一个大型工业城市，2009年的工业能耗产生的温室气体量为6,632.77×104,t,CO2e，比南京多2,371.77×104t,CO2e．但是，南京工业耗能产生的温室气体占总量的比例为46.6%，比天津的33.1%要高，原因是在南京的工业耗能数据中包括了农林牧渔能耗和建筑业能耗．而在天津数据中，虽然建筑行业只占总排放量的1%，但是农林牧渔所占的比例为8.2%，所以单独归类出来可以对这类行业温室气体排放得到更清晰的认识．同时本文把牲畜排放单独列出，其排放量为84.1×104,t CO2e，所占比例仅为0.04%．在服务业和居民生活单元，天津市虽然在总量上比南京市高，但其所占总量比例相近．在废物处理单元，由于缺少天津工业固废处理的数据，省略了这部分的计算，而从南京数据来看，工业废物处理所占比例仅为0.8%，所以即便略去对总量的影响也不大．在生活垃圾处理上，天津市比南京市多29×104,t CO2e，但其所占总量比例都很小．本文也单独列出了天津生活污水单元，其温室气体排放量仅为17×104,t CO2e．总体上来说，废物处理单元在城市温室气体排放总量所占的比例相对较小．在工业生产直接排放单元，天津市比南京市高2,714.52×104,t CO2e，二者所占总量比例分别为28.7%和33.3%．2座城市的主要工业项目不尽相同，但都是根据IPCC(2006)[9]推荐的主要碳源和方法计算，天津工业生产工程排放的温室气体主要由石油开采、玻璃和水泥生产组成．在外省调入电力单元，天津市的排放量为1,687×104,t，所占比例为8.4%，本文计算电力生产使用的是能源消耗数据，从统计局提供的数据中也可以得出外省引进电力量．而在南京数据计算中，使用的是终端消费数据，所以外省引进电力并入了终端消费之中．数据争议最大的部分应该是交通运输单元，在南京的数据中，由于范围3的数据即水运和航空不可获得，所以忽略了这部分计算．但这部分在天津所占的比例为8.7%，且主要由水运产生，所以对于一个大型港口城市，这部分的计算是不可缺的．而在公路铁路运输单元，天津市425×104,t CO2e，比南京的820×104,t CO2e少很多，主要原因是天津统计局提供的数据只包括公路铁路货运和客运数据，而南京的数据更为全面，囊括了摩托车、卡车和拖拉机等具体的交通工具数据，并且根据各类交通年均行驶公里和单位公里平均耗油量计算得出油耗．虽然这类方法更为详细，但是各类车辆的年行驶公里数的差别很大，采用平均数据可能会造成较大误差．对此，Kennedy等[3]也提出了根据当地机动车用油的销售数据进行计算的方法，然而这样也会增加外来车辆在边界内消费在边界外排放的部分，使得计算结果偏大．因此，本文建议根据所有可获得的数据，使用多种方法进行计算，对比分析结果．同时完善数据采集工作，尤其是道路交通数据．在对比了南京和天津的数据后可以发现，主要碳源分类大体上一致，差别主要是由于数据完备情况和统计方法差异造成，但都有一定的合理性和解释．

图4 2009年天津与南京温室气体排放对比分析Fig.4 Comparison of greenhouse gas emissions from Tianjin and Nanjing in 2009

3.3 不确定性分析

(1) IEAP的不确定性．在IEAP 第3类边界中采用的是全生命周期评价的方法，而这方面的国内外的研究都没有完善，所以仅能对有限的数据做评价．IEAP只包括碳源的汇报，并没有对碳汇进行要求．

(2) 数据统计方法造成的不确定性．由统计局提供的能源使用数据多是按热量折算成标准煤的形式，因为每种能源使用产生的温室气体量不同，按标准煤计算会导致误差扩大．

(3) 数据不足造成的不确定性．在计算工业过程温室气体排放时，更为合理的方法应该是使用物料平衡法，但无法获取行业的具体物料使用数据，所以只能使用推荐值．

4 结 论

(1) 由于近年天津GDP增长速度放缓，只有加大减排力度，才能够满足天津市到2015年碳强度下降19%的“十二五”减排指标．同时本文基于IEAP，提供了一套以城市系统为边界的温室气体清单编制方法，为天津市分析减排潜力、制定减排措施提供了依据．

(2) 根据IEAP，可以清楚地得出3个范围的城市温室气体排放清单编制和各个温室气体排放源．对于天津市来说，能源消耗产生的温室气体占总排放量的72.2%，而按行业计算，工业产生的温室气体占总排量的77.9%．因此提高能源利用率，降低能耗，对工业行业制定具体减排计划是温室气体减排的关键因素．

(3) 要更加精确地计算出温室气体的排放量，应该从统计方法和统计数据精度和广度上进行完善．例如更加精确地统计各种能源的使用数据，而不是使用折标煤的方法；统计各行业的具体的物料使用信息，尤其是交通耗能和工业生产过程使用物料信息，为行业碳审计开展提供基础．

(4) 借鉴能源审计方法，推进碳审计进程．尤其是对IPCC2006推荐的工业领域的主要碳排放进行全生命周期评价，推进试点单位碳审计工作，建立行业碳排放标准．

(5) 完善清洁发展机制(CDM)，使更多碳减排单位获得经济效益．发展一批相关产业人员，提高从项目设计到国家审批阶段的效率．对于天津而言，在垃圾填埋利用、垃圾焚烧发电、提高工业能效、钢铁和水泥行业的余热利用、风力发电、地热能利用、植树造林等方面都具有发展成为CDM项目的潜力．

［1］ Bawa K S，Koh L P，Lee T M，et al. China，India，and the environment [J]. Science，2010，327(5972)：1457-1459.

［2］ 温家宝. “十二五”控制温室气体排放工作方案[R]. 北京：国务院，2012.

Wen Jiabao. The Twelfth Five Years Greenhouse Gases Mitigation Plan[R]. Beijing：State Department，2012(in Chinese).

［3］ Kennedy C，Steinberger J，Gasson B，et al. Greenhouse gas emissions from global cities [J]. Environ Sci Technol，2009，43(19)：7297-7302.

［4］ Kennedy C，Steinberger J，Gasson B，et al. Methodology for inventorying greenhouse gas emissions from global cities [J]. Energy Policy，2010，38(9)：4828-4837.

［5］ Bi Jun，Zhang Rongrong，Wang Haikun，et al. The

benchmarks of carbon emissions and policy implications for China’s cities：Case of Nanjing [J]. Energy Policy， 2011，39(9)：4785-4794.

［6］ Xi Fengming，Geng Yong，Chen Xudong，et al. Contributing to local policy making on GHG emission reduction through inventorying and attribution：A case study of Shenyang，China [J]. Energy Policy，2011，39(10)：5999-6010.

［7］ ICLIE. International Local Government GHG Emissions Analysis Protocol(IEAP)—Version 1. 0(October 2009) [EB/OL]. http：//www. iclei. org/index. php?id=ghgprotocol，2011-12-17.

［8］ 天津市市统计局. 天津统计年鉴2001—2010[M]. 北京：中国统计出版社，2012.

Tianjin Statistical Bureau. Tianjin Statistical Yearbook 2001—2010[M]. Beijing：Chinese Statistic Press，2012(in Chinese).

［9］ IPCC. 2006 IPCC Guidelines for National Greenhouse Gas Inventories [R]. Japan：IGES，2006.

［10］ 高广生. 中国温室气体清单研究 [M]. 北京：中国环境科学出版社，2007.

Gao Guangsheng. Greenhouse Gases Inventory of China Study[M]. Beijing：Chinese Environmental Science Press，2007(in Chinese).

［11］ 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.

Cai Bofeng，Liu Chunlan，Chen Caocao，et al． Municipal Greenhouse Gases Inventory [M]. Beijing：Chemical Industry Press，2009(in Chinese).

［12］ 中华人民共和国国家统计局. 中国统计年鉴2007[M].北京：中国统计出版社，2007.

State Statistics Bureau of China. Chinese Statistical Yearbook 2007[M]. Beijing：Chinese Statistic Press，2007 (in Chinese).

［13］ 马 欣. 中国城镇生活污水处理厂温室气体排放研究[D]. 北京：北京林业大学环境科学与工程学院，2011.

Ma Xin. Greenhouse Gases From Municipal Sewage of China Study [D]. Beijing：College of Environmental Science and Engineering，Beijing Forestry University，2011(in Chinese).

［14］ Zhao Wei，van der Voet E，Zhang Yufeng，et al. Life cycle assessment of municipal solid waste management with regard to greenhouse gas emissions：Case study of Tianjin，China[J]. Sci Total Environ，2009，407(5)：1517-1526.

Municipal Greenhouse Gases Inventory and Analysis:A Case of Tianjin

Deng Na1,2，Chen Guangwu1，Cui Wenqian1，Zhang Yufeng1,2，Ma Hongting1,2
(1. School of Environmental Science and Engineering，Tianjin University，Tianjin 300072，China；2. Key Laboratory of Efficient Utilization of Low and Medium Grade Energy，Ministry of Education，Tianjin University，Tianjin 300072，China)

Basic analysis methods and fundamental data were provided for the analysis of municipal carbon reduction potentials based on the case of Tianjin. Greenhouse gas emissions were categorized into four sections：energy activity，industry，agriculture and waste. The municipal greenhouse gases inventory method was then proposed to analyze the main carbon sources and carbon intensity of the city. The results show that，if Tianjin could keep the average growth rate of Gross Domestic Production and greenhouse emissions，its carbon intensity might achieve the goal of the Twelfth Five years greenhouse gases mitigation plan. However，with some uncertainties，further measures should be taken to develop the emission reduction potential. Greenhouse gases from energy consumptions accounted for 72.2% of the total emission，and those from the industry accounted for 77.9% of the total. Therefore，some pilot programs should be set for assessing the main carbon sources of industry. The carbon emission benchmarks will then be proposed. Meanwhile，improving energy efficiency and reducing energy consumption will help to reduce greenhouse gas emissions.

municipal greenhouse gases inventory；IEAP；the Twelfth Five years greenhouse gases mitigation plan

X2

A

0493-2137(2013)07-0635-06

DOI 10.11784/tdxb20130711

2011-12-23；

2012-03-01.

国家科技支撑计划资助项目(2011BAJ07B04)；教育部重点实验室自主创新基金资助项目.

邓 娜（1978— ），女，博士，副教授.

邓 娜，denglouna@ tju.edu.cn.