云南能源碳足迹核算与植被碳承载力研究
2021-02-25张旭杰张曼飞
□张旭杰,付 伟,张曼飞,凡 哲
(西南林业大学经济管理学院 云南 昆明 650224)
21 世纪以来,世界各国都在谋求经济快速发展,伴随工业化石燃料肆意使用,导致CO2排放量迅速增加[1],森林等植被面积锐减,各国都面临着碳减排的压力,能源消耗碳足迹和植被碳承载力越来越受关注。
目前,国内外已有不少关于碳足迹的研究成果。SOVACOOL 等(2010)[2]对全球12 个大城市碳足迹进行了评价。KENNY 等(2009)[3]以爱尔兰为例,对6 种碳足迹计算模型的效果进行对比。Benjamin 等(2011)[4]从城市、产业碳足迹角度,计算分析了伦敦、北京等12 个城市的农业、交通业、建筑业和工业能源使用、废弃物等方面的碳足迹。Hertwich(2009)[5]等采用MRIO 模型研究了多个国家和地区的碳足迹,结果表明,发达国家和地区碳足迹更高,且主要集中在产品生产和运输业;发展中国家碳足迹较低,且集中于食品和服务业。Marilyn 等(2009)[6]对美国大城市人均碳足迹进行研究得出,大城市的能源利用率更高。赵荣钦等(2010)[7]研究了中国不同产业空间的碳足迹。韩艳莉等(2011)[8]研究了青海省碳足迹动态变化。赵先贵等(2013)、肖玲等(2013)[9]、李媛等(2011)[10]分别对北京、山东、宁夏的碳足迹和碳承载能力进行了研究分析。
云南自然资源丰富,植被覆盖面积广,在国家绿色发展理念下研究其碳足迹与碳承载力,可以为当地大力发展绿色产业提供帮助,对我国总碳承载力贡献也有重要意义,还可以补充云南能源消耗碳足迹与碳承载力的研究内容。
1 云南能源碳足迹模型构建
碳足迹是从生态足迹概念中延伸出来的,首先由英国提出[11],之后被应用到其他领域。碳足迹指在一定时期、一定区域内为满足人们生产生活方式的需要所排放出CO2的总量。
研究云南煤炭、焦炭、天然气、汽油、煤油、柴油、燃料油及电力这8 种消耗量较大的传统能源CO2排放量[12]。根据2006 年IPCC 为《联合国气候框架公约》及《京都议定书》中《国家温室气体指南》第2 卷(能源)第6 章提供的参考方法计算碳足迹[13]。
式中:CE为燃烧能源时释放的CO2量,t;Ei为消耗第i种能源的量,t;EFi为消耗第i种能源转化成CO2所需要的转化系数。
电力属于二次能源消耗,不直接排放CO2,因此借鉴2006 年国家的《省级温室气体清单编制指南(试行)》中云南电力CO2排放系数,即0.714 kg/(kW·h)。其余能源折合标准煤参考系数来源于2015 年《中国能源统计年鉴》附录4。
2 云南植被碳承载力模型构建
碳承载力是指能够固定CO2的植被,主要研究森林、草地和农作物这3 种植被的固碳量[14]。总的碳承载力包括森林固碳量、草地固碳量和农作物固碳量的总和。基本计算公式见下式。
式中:CB为云南植被总碳承载力,t;Cf为云南森林碳承载力,t;Cg为云南草地碳承载力,t;Cp为云南农作物碳承载力,t。
2.1 云南森林碳承载力模型构建
总面积乘以森林的平均净生态生产力再乘以CO2和C 的分子量比率,得出云南森林碳承载力。基本计算公式见下式[15]。
式中:Cf为森林碳承载力,t;Af为森林面积,hm2;CNEP,f为森林平均生态系统生产力,取值3.809 6 t/hm2;为CO2和C 的分子量比率,即换算系数。
2.2 云南草地碳承载力模型构建
草地面积乘以草地的平均生态系统生产力,再乘以CO2和C 的分子量比率,得出云南草地碳承载力。基本计算公式见下式。
式中:Cg为云南草地碳承载力,t;Ag为云南草地面积,hm2;CNEP,g为草地的平均生态系统生产力取值,0.948 3 t/hm2。
2.3 云南农作物碳承载力模型的构建
第i类农作物1 单位中所含的碳量、1-水分系数、1+根冠比、生物产量、CO2和C 的分子量比率这5部分乘积,得出云南农作物碳承载力。不同农作物的植被碳储量估计参数是根据相关文献资料整理所得。基本计算公式见下式。
式中:CP为云南农作物碳承载力,t;Ci为云南单位生物量中的含碳率,%;Wi为云南第i类农作物果实的水分系数,%;Ri为云南省第i类农作物根冠比系数;Pi为云南省第i类农作物的经济产量,t。
3 云南能源碳足迹和植被碳承载力分析
3.1 云南能源碳足迹分析
从数字上来看,能源碳足迹总量先增后减,总体水平呈上升趋势;从2008 年的27 248.37 万t 增加到2012 年的36 436.96 万t,增加了9 188.59 万t,增长率为33.72%;2017 年减少到31 740.23 万t,与2008 年相比增加了4 491.86 万t,增长率为16.48%。
煤炭碳足迹在总能源碳足迹中占比最大,煤炭的碳足迹减少量并不明显。从2008 年的15 186.66 万t 减少到2017 年的14 372.06 万t,仅减少了814.60 万t;2009—2010 年涨幅为12%,从15 776.95 万t 增加到17 709.80 万t,增加了近2 000 万t;2013 年后,煤炭碳足迹开始下降,2013—2015 年每年平均负增长率为11%。焦炭碳足迹次之,2008 年碳足迹4 054.66 万t,2017 年碳足迹2 896.74 万t,减少了1 157.92 万t,负增长率为28.56%,平均年负增长率为3%。2012 年、2013 年碳足迹突增,其余年份均呈下降态势。
除了煤炭、焦炭外,电力、汽油和柴油能源碳足迹在上升,其中电力和汽油逐年上升,并且幅度较大。从数字来看,电力2008 年碳足迹5 919.06 万t,2017 年碳足迹10 981.96 万t,增加了5 062.90 万t;汽油在2008 年碳足迹536.76 万t,2017 碳足迹1 004.55 万t,增加了467.80 万t;柴油2008 年碳足迹1 301.35 万t,2017 年碳足迹1 919.19 万t,增加了617.84 万t。煤油、天然气和燃料油在整个能源消耗碳足迹中占比较小,其对碳足迹的影响也比较小。
3.2 云南植被碳承载力实证分析
2008—2017 年云南总的植被碳承载力呈现上涨趋势,2008 年碳承载力为33 952.42 万t,2017 年碳承载力41 630.53 万t,增加了7 678.11 万t,增长率为22.61%。其中,森林碳承载力在植被总碳承载力中占75%,是固碳的主要力量,从2008 年的25 391.25 万t增长到2017 年的32 136.58 万t,增加了6 745.33 万t,增长率为26.57%,总碳承载力的增加很大一部分原因是森林碳承载力的增加。草地和农作物碳承载能力相对较弱,草地碳承载力最小,对总碳承载力贡献小,平均仅占5%;农作物是云南植被碳承载力重要的组成部分,占比在23%~24%,从2008 年的8 289.15 万t增长到2017 年的9 442.83 万t,增加了1 153.68 万t,增长率为13.92%,农作物的碳承载力是先增后减的趋势,在2015 年达到了峰值,为10 003.53 万t,而后减少,但减幅不大。
4 结束语
通过对云南2008—2017 年能源碳足迹与植被碳承载力进行了计算和分析,得出以下结论。2008—2017 年碳足迹先增后减,2008 年碳足迹27 248.37 万t,2017 年碳足迹31 740.23 万t,增加了4 491.86 万t,增长率为16.48%,从2013 年开始又逐年减少。
在碳足迹中,煤炭、焦炭和电力占比较高,达到91%,因此这3 种能源是云南省碳足迹的最大贡献者。植被碳承载力除了2010 年略有下降外均呈上升态势,从2008 年的33 952.42 万t 增加到2017 年的41 630.53 万t,增长了7 678.11 万t,增长率为22.61%,其中森林占据75%左右的比例,是云南固碳中的主要力量,农作物占比为23%~24%,森林和农作物是碳承载力重要的组成部分。
云南碳盈余先减后增,2008 年、2009 年碳盈余为6 000 万t,2010—2014 年均碳盈余仅为1 232.63 万t,2015—2017 年均碳盈余为9 512.15 万t,碳盈余有多有少,总体生态承载力较好。