建设项目温室气体环境影响评价方法研究

宋晓晖，吕 晨，王丽娟，郑逸璇*，陈潇君，蔡博峰，严 刚,

1.生态环境部环境规划院碳达峰碳中和研究中心，北京 100012

2.生态环境部环境规划院空气质量模拟与系统分析中心，北京 100012

气候变化是目前人类面临的重大全球性挑战之一[1-4].我国已明确了二氧化碳(CO2)排放力争于2030 年前达到峰值，努力争取2060 年前实现碳中和的目标愿景.实现碳达峰、碳中和是一场广泛而深刻的经济社会系统性变革，为支撑这一根本性变革，实现目标愿景，需要系统谋划、建立完善温室气体排放管控制度体系、政策工具、管理手段.党中央已明确要把碳达峰、碳中和纳入生态文明建设整体布局[5]，同时我国正处于深入打好污染防治攻坚战，建设“美丽中国”的关键时期[6]，推动实现减污降碳协同增效将成为促进经济社会发展全面绿色转型的总抓手.考虑到目前我国温室气体排放管控仍处于起步阶段，依托环境污染治理已形成的成熟制度体系和管理手段，将降碳目标有机融入其中，是现阶段推动降碳目标落地、实现协同增效的重要途径.

环境影响评价制度是从决策源头预防环境污染和生态破坏的基础性生态环境制度，由“三线一单”、规划环评和项目环评构成全链条源头防控体系.鉴于以工业源为主的建设项目温室气体与污染物同源、同过程排放等特点，在现有环境影响评价中同步考虑温室气体排放，是最经济、最高效的政策路径选择.此外，环境影响评价体系不局限于微观管理，它是串联宏观、中观、微观的系统性源头防控手段，在“三线一单”、规划环评中统筹温室气体与污染物控制目标，结合项目环评落地实施，可在空间、行业、源等多尺度兼顾减污与降碳，有效控制新增排放，助推重点行业高质量达峰.国内外研究[7-15]表明，将应对气候变化与环境影响评价程序相结合可有效促使企业持续关注温室气体排放量，激励企业在降低碳排放的基础上完成项目.发达国家的温室气体环境影响评价程序一般分为七部分[16-20]：①划定温室气体排放范围；②识别温室气体排放行业类别与项目细节；③评估直接和间接温室气体排放量与碳汇量；④检查温室气体管理计划与项目适应性管理；⑤温室气体排放量核算；⑥提出减排措施；⑦制定监测制度.个别国家定性分析了排放量与气候变化的关系.温室气体排放量测算方法主要按照国际通用的排放因子法计算，对于需要测算全生命周期排放效率和排放量的项目，则根据同类型生产工艺、产品采用比照方法进行估算.我国生态环境部提出“十四五”期间试点将应对气候变化要求纳入“三线一单”生态环境分区管控体系和环境影响评价[21-22].2020 年初，重庆市在《万州经济技术开发区九龙园规划(修编)》和九龙“万博年产360 万吨特铝新材料项目”环评中首次开展碳排放环境影响评价，在环境影响报告书(表)中增加控制温室气体排放相关内容，结合碳强度考核、碳市场建设、气候投融资、碳汇类生态产品价值实现等政策措施和节能降碳技术发展现状，提出碳排放总量控制及综合利用可行途径[23-24].但目前国内针对温室气体环境影响评价方法的系统研究较为鲜见.

我国正处于温室气体排放评价试点启动阶段.在体系和方法方面，国家和地方层面尚缺乏系统研究；在实践方面，地方试点内容相对简单，主要以测算项目碳排放量为主，缺少真正意义上的环境影响评价.基于国家重大战略部署，瞄准决策支撑需求，该研究综合考虑国内外将气候变化纳入环境影响评价的管理实践，以及我国制度特征与发展现状，提出将温室气体纳入我国环境影响评价体系的技术方法，并通过实际案例开展分析，判断该研究构建的技术方法的可行性与适用性，以期为国家全面开展碳排放环境影响评价工作提供技术支撑.

1 研究方法

基于国家宏观战略目标及温室气体理化特性，将温室气体纳入项目环境影响评价应遵循的3 个基本原则：①系统性原则，包括CO2在内的主要温室气体影响具有均质性、大尺度等特征，这决定了应从全社会角度出发系统评价其影响，仅针对局地影响开展评估可能得出错误的结论；②全过程原则，评估应包括能源消费、工业过程产生的直接排放，以及电力、热力等消费产生的间接排放，实现排放节点全覆盖；③协同性原则，基于环境污染物和温室气体排放同根、同源、同过程的特性[25]，应协同开展建设项目污染物评价与温室气体排放评价，实现互相支撑、互相补充，事半功倍的效果，避免独立并行.

基于上述原则，该研究在我国现行环境影响评价体系下提出在建设项目环评中开展温室气体环境影响评价的技术方法，包含项目分析与判断、影响因素识别、影响预测与技术分析、综合环境影响评价四部分(见图1).

1.1 项目分析与判断

1.1.1 项目类型

不同类型、不同行业建设项目对温室气体排放的影响程度差异显著，判断项目类型是开展影响评价的基础.项目类型判断包括明确项目所属行业、主要产品和工艺，以及判断建设项目的新增来源与类型.前者能辅助初步识别评价范围，后者有助于明晰评价边界、筛选评价方法、构建评价指标.一般可将建设项目分为新建项目、改/扩建项目、转移项目；根据我国产业、能源等相关政策，还可分为产能替代项目、煤炭消费总量指标替代项目.

1.1.2 评价范围与边界

在对项目所属行业与类型进行判定后，综合运用核查表法、专家咨询、类比分析等手段，对建设项目工艺流程进行全过程分析.在现有环评流程中产排污节点分析的基础上，进一步识别排放节点、排放的温室气体种类，明确项目温室气体排放全过程来源.对CO2而言，来源一般包含燃料燃烧过程和生产工业过程的直接排放以及电力、热力消费导致的间接排放.

此外，需根据项目类型确定评价边界.对于新建项目、改/扩建项目只需评价项目本身建成或改/扩建后新增的温室气体排放影响；对于转移项目，要分别分析项目转移后对迁出地、迁入地的影响，并系统评价项目转移对全国温室气体排放净变化的影响；对于产能替代项目、煤炭消费总量指标替代项目，要同步分析原项目温室气体排放情况，综合评价项目对全国温室气体排放的净影响.

1.2 影响因素识别

温室气体排放受复杂系统影响，对于一个项目而言，除受项目规模、产业特点、工艺流程、工艺结构、工艺水平、能源消费强度、能源消费结构等项目自身因素影响外，还受政策制度、民众生活消费方式等多种因素的综合影响[26-28].全面、准确地评价项目温室气体排放的关键是要针对不同项目特点，识别所有影响因素，并着重分析重点因素的影响.

由图2 可见：针对新建项目、改/扩建项目至少要分析项目规模、工艺结构、原燃料结构、原燃料消费量、原燃料品质、技术水平等因素；对于产能转移项目，除分析上述基本因素外，还应对项目转移前后迁入地和迁出地产业结构、能源(电力)系统的变化等因素进行分析；产能替代项目、煤炭消费总量指标替代项目的温室气体排放往往还受到政策制度的显著影响.在实际操作中，一个高耗能、高排放的建设项目评价涉及多种影响因素，识别并锁定主要因素和核心变量是准确判断其影响的关键，必要时可借助IPAT (environmental impact,population,affluence,technology)回归模型、LMDI (logarithmic mean divisia index)分解法等模型方法辅助进行定量分析[29].

图2 温室气体排放评价影响因素分析Fig.2 Analysis chart of influencing factors for assessing environmental impacts of GHG emissions

1.3 影响预测与技术分析

1.3.1 温室气体排放影响分析

将温室气体纳入环评体系意味着环境影响预测内容应包含温室气体排放量影响、气候影响、碳汇量以及适应气候变化等方面.鉴于我国当前温室气体管理基础较为薄弱，现阶段具备可操作性的环境影响预测主要是指预测项目对温室气体排放量的影响，特别是对CO2排放量的影响；对于以其他温室气体为主要排放物种的建设项目可直接预测温室气体排放影响或根据增温潜势(global warming potential)将其折算成CO2当量进行测算.该研究主要分析CO2排放量影响预测方法.

该研究中CO2排放量包括建设项目投产后在生产运行阶段煤炭、石油、天然气等化石燃料(包括自产和外购)燃烧和工业生产过程等活动产生的CO2直接排放，以及因使用外购的电力和热力等所导致的CO2间接排放.目前，国内外广泛采用的CO2排放量核算方法是排放因子法[30]，工业过程排放也可视工艺特点采用物料衡算法等其他方法进行测算.排放因子法计算公式：

式中，Etotal为项目CO2排放总量，Ed为项目CO2直接排放量，Eind为项目CO2间接排放量，i、j、k分别为燃料燃烧、工业生产以及外购电力、热力环节，EFd,i、EFd,j、EFind,k分 别为相应环节的CO2排放因子，Ai、Aj、Ak分别为相应环节的燃料消费量、产品产量以及净购入电力或热力值.

改/扩建项目按照相同方法计算，计算时上述各指标表示改建或扩建后新增的排放量.

转移项目CO2排放量计算公式：

式中：Enet为全国CO2排放净变化量；Eimi为项目转移后在迁入地产生的CO2排放量，测算方法同式(1)～(3)；Eemi为项目转移前在迁出地的CO2排放量，测算方法同式(1)～(3).

替代项目CO2排放量计算公式：

式中，Es、Er分别为替代项目、被替代项目的CO2排放量，测算方法同式(1)～(3).

1.3.2 协同治理技术分析

建设项目采用不同的工艺技术方案可能产生的温室气体排放影响也会不同.在项目环评中考虑协同性因素，除扩展和完善指标评价、影响因素识别、影响预测等方面外，更重要的是在技术方案选择环节加以考虑.在现有环评的技术方案选择中，应同步分析污染治理技术的能耗和能效、污染物削减率、碳排放增量以及单位能耗碳排放强度，以单位污染物削减量的增碳量为指标，横向比较分析不同治理技术方案的协同度，以此作为技术方案优选的重要依据.由于我国缺乏减污降碳可行技术储备，现阶段可基于现状调查提供的基础数据，结合国内外污染防治和减碳可行技术研究与应用进展，采用对照法分析不同污染治理技术或组合的能耗、能效、增(减)碳量及强度等参数.视项目所处地区环境质量现状及改善需求，在满足污染物排放标准、污染控制要求的基础上最大限度地做出节能、低碳技术方案选择.

1.4 综合环境影响评价

1.4.1 评价目标与指标体系

项目环评目标应当符合“三线一单”、地区规划以及相关产业、能源政策等要求.我国现行的“三线一单”、生态环境规划中尚未考虑地区和行业的温室气体排放，也缺乏对温室气体排放量的约束性管控政策.目前，各地区、行业正编制碳达峰行动方案，这些方案逐步落地实施后，应尽快在分区管控、准入清单以及能源、行业等专项规划中充分体现双碳目标，并建立起通过环评体系向微观落地的传导机制，这就意味着纳入了温室气体排放管理的环境影响评价目标应从过去的仅关注污染物目标转变为温室气体与污染物协同控制的综合性目标.

温室气体排放评价指标的构建要根据项目特点，充分反映各排放环节的温室气体排放与控制水平，以及与污染治理之间的协调状况.与现有环境影响评价指标体系相比，纳入温室气体的环评指标更加强调高效性、低碳化、协同度.一般地，建设项目温室气体排放环节包括资源能源消耗过程、工艺生产过程和交通运输过程，因此指标体系构建应至少包含以上三方面.由表1 可见，该研究遵循指标构建的系统性、可比性、可操作性等原则，分别从资源能源、技术经济、交通运输、排放水平多角度构建温室气体协同评价指标体系.该指标框架结构分为3 个层次：一级指标表征评价对象的总体状况；二级指标是对各一级指标状态的解释，体现为数量、效率、结构、效果等方面；三级指标为二级指标的实际内容，其构成要素是可以度量的若干指标.

表1 温室气体排放环境影响评价指标体系Table 1 Evaluation protocol for impact assessment of GHG emissions

1.4.2 评价标准

设置温室气体排放评价标准的目的是为建设项目的绿色低碳程度提供一个综合评价标尺，按照一般的环境影响评价标准衡量方法，建设项目温室气体排放评价标准应以鼓励先进为原则进行确定，为全国或项目所在区域一定范围内的同行业、同类产品的最优可达能效水平、排放绩效水平.因此，评价标准需要在充分掌握区域或行业排放现状的情况下提出.现阶段我国主要污染排放行业具备较好的监测和统计基础，项目环评的评价标准仅关注污染排放、环境风险等方面，针对温室气体排放水平的现状调查较少.因此，需先开展区域/行业的温室气体排放现状调查，掌握同类项目各项评价指标的平均水平、先进水平，再依实际管理需求确立各项指标的评价标准，建立综合评价标尺.评价标准的合理性很大程度上依赖于基础数据的全面性和代表性，因此在条件允许的情况下应尽可能扩大现状调查范围和样本量.

1.4.3 基于评价的项目建议

将原燃料低碳度、能源资源使用效率、温室气体排放绩效、治理技术协同度、清洁化运输方式等指标与评价标准进行对比分析并得出评价结果.结合温室气体排放量预测结果，分析建设项目综合性评价目标的可达性.最后，根据评价结论分析建设项目实现减污降碳的可行路径，并提出改进意见及措施.

2 案例分析

电解铝行业是用能和碳排放大户，其产能增减和布局调整会对当地和全国碳排放产生较大影响.基于该研究构建的建设项目温室气体环境影响评价技术方法，以某企业计划将山东省250 万吨电解铝产能转移至云南省为例，开展碳排放评价，分析产能转移后可能对各相关省份电力、能源等系统的影响，以及CO2排放量在各相关省份以及全国的变化情况.该项目属于典型的转移类项目，评价其CO2排放影响能较为全面地覆盖该研究所提出的评价技术方法的各部分内容.

2.1 项目判断及影响因素分析

铝冶炼是高耗能、高排放行业.从全链条铝冶炼过程(主要产品包括氧化铝、电解铝、再生铝等)来看，其CO2排放来源主要包括煤气和天然气等燃烧的CO2直接排放，炭阳极消耗等工业过程的CO2直接排放，以及电力和热力消耗引起的CO2间接排放.根据中国二氧化碳排放路径模型(CAEP-CP)[31]，全国铝冶炼行业CO2直接排放与间接排放总量之和为5.0×108t (包含工业过程直接排放)，占全国CO2排放总量的4.3%.在铝冶炼行业相关CO2排放总量中，能源消费的直接排放约占14.3%，工业过程直接排放约占10.9%，电力和热力消耗引起的CO2间接排放约占74.8%.其中，电解铝的生产过程是铝冶炼行业CO2排放量最大的环节，占全行业排放总量的84.0%.电解铝产能布局主要追求低电力成本，2019 年之前，“煤-电-铝”一体化为主要特征，主要分布在山东省、新疆维吾尔自治区、内蒙古自治区、甘肃省等地区(2019 年山东省电解铝产能占全国比重达22%[32])；从2019 年起，转变为围绕清洁能源发展“水-电-铝”，并向云南省等地区进行新一轮产能转移(2019 年云南省电解铝产能占全国比重为6%[33]).

从项目类型来看，该案例研究对象属于转移项目.碳排放核算范围包括电解铝及配套氧化铝生产过程中燃料消耗，工业过程导致的直接碳排放，以及电力消耗导致的间接碳排放.评价边界是指考虑不同影响因素条件下，项目迁入地、迁出地及其他相关地区的碳排放变化，以及全国碳排放总量净变化情况.该项目的碳排放影响因素包含原燃料结构、原燃料消费量、技术水平，以及项目转移前后迁入地、迁出地及其他相关地区的能源系统变化等方面.

2.2 碳排放影响预测

2.2.1 方法和数据

为核算电解铝行业CO2排放量，细化并整合式(1)～(3)得到式(6)(7).

式中，EEA为 电解铝生产过程的CO2排放量，CapEA为计划新建/转移产能，Util_Rate 为产能利用率，Ele_IntEA为电解铝铝锭综合电耗，E le_Intx为所消费电量平均CO2排放因子(根据实际用电地区及类型确定)，ACB_IntEA为单位电解铝产品碳阳极消耗量，ACB_EF为炭阳极CO2排放因子，EAl为氧化铝生产过程的CO2排放量，Ele_IntAl为 氧化铝生产综合电耗，FF_IntAl为单位氧化铝产品的燃料消耗量，FF_EF为单位燃料燃烧的CO2排放量.根据行业特征，电解铝产能需要配备约2 倍的氧化铝产能，氧化铝生产过程燃料燃烧以及电力消耗同样产生大量的CO2排放量.

该案例所用数据主要基于行业协会数据及行业专家判断取值.根据项目计划，CapEA为250×104t，Util_Rate取 值为95%，Ele_IntEA按行业平均水平取值为13 525 kW·h/(t 电解铝)，ACB_IntEA按行业平均水平取值为0.4 t/(t 电解铝)，ACB_EF按所有碳阳极消耗均转化为CO2的假设取值为3.67 t/(t 电解铝)，Ele_IntAl按行业平均水平取值为250 kW·h/(t 氧化铝)，FF_IntAl按全国平均水平取值为358 kg/(t 氧化铝)(以标准煤计)，FF_EF取2.66 t/t (以标准煤计).该企业氧化铝产能电力需求由网电提供，电解铝生产环节在山东省的电力需求由自备煤电厂提供.电解铝产能转移至云南省后，将使用网电满足电力需求，其配套氧化铝产能按规划将布局在广西壮族自治区.经测算，山东省网电平均CO2排放因子为0.78 kg/(kW·h)，该企业在山东省自备电厂的碳排放强度为0.89 kg/(kW·h)；根据2020 年云南省发电结构测算，云南省网电碳排放因子为0.1 kg/(kW·h)；广西壮族自治区网电CO2排放因子平均值为0.47 kg/(kW·h).2020 年，云南省发电量中清洁电力(水电、风电、光伏电)比重达88.1%，高比例清洁能源是该省电网碳排放强度较低的主要原因，也是绿色发展背景下吸引电解铝产能布局的重要因素[33].

2.2.2 碳排放环境影响评价结果

图3 为电解铝及配套氧化铝产能转移前后CO2排放量情况.由图3 可见：山东省250 万吨电解铝及配套氧化铝产能年碳排放量为3 752.2×104t，其中电解铝生产相关CO2排放量为3 207.2×104t，占比达85.5%；电解铝生产全年电耗达321.2×108kW·h，相应产生2 858.8×104t 的CO2排放，占排放总量的76.2%.电解铝生产过程耗电量大、企业自备电厂碳排放强度高是电解铝企业碳排放量较高的主要原因.电解铝产能转移至云南省后，由于云南省电力结构相对清洁，在耗电量不变的情况下，电解铝电耗相关的CO2排放量将降至321.2×104t，相比在山东省下降88.8%；在未采用新的炭阳极工艺情况下，炭阳极消耗量不变，其相关的CO2排放量也不发生变化，均为348.4×104t.氧化铝产能从山东省转移至广西壮族自治区后，由于电网碳排放强度有所降低，其电耗碳排放量预计从92.6×104t 降至55.8×104t，降幅为39.7%；500 万吨氧化铝产能经测算将消耗燃料170.1×104t (以标准煤计)，在不采取新技术的情况下，产能转移前、后相关碳排放量均为452.3×104t.

图3 电解铝及配套氧化铝产能转移前后CO2 排放量情况Fig.3 Changes in CO2 emissions before and after the transfer of the production capacity of electrolytic aluminum and alumina

在不考虑跨区输电影响，以及云南省、广西壮族自治区均通过增加本地区发电量满足新增电力需求的情况下，产能转移使山东省CO2减排3 752.1×104t，约为当前山东省CO2排放总量的4%；云南省CO2排放量将增加669.6×104t，约为当前云南省CO2排放总量的4%；广西壮族自治区CO2排放量将增加508.2×104t，约为当前广西壮族自治区CO2排放总量的3%；全国CO2排放总量将降低2 574.4×104t (见图4).

图4 电解铝及配套氧化铝产能转移后全国及各省份CO2 排放量变化情况Fig.4 Changes in CO2 emissions at the province level and the national level after the transfer of the production capacity of electrolytic aluminum and alumina

进一步考虑跨区输电影响，云南省作为电量净调出省份可以通过减少调出电量满足电解铝产能新增用电需求.考虑到云南省85%以上的外送电输入广东省，该研究假设电解铝生产导致的云南省外调电降低仅影响广东省，并假设广东省通过自身增加相应发电量以满足用电需求(在实际过程中需根据评估目标确定假设条件以及核算边界).按照广东省目前电网碳排放因子为0.6 kg/(kW·h)计算，新增发电量将导致广东省碳排放增加1 927.3×104t.在这种情况下，云南省的CO2排放量变化仅来自新增碳阳极消耗导致的348.4×104t CO2排放增量，全国CO2排放总量将净减排968.3×104t (见图4).

2.3 案例评价结果与讨论

通过上述预测分析，将山东省250 万吨电解铝产能转移至云南省，可形成全国CO2净减排量968.3×104t.以上碳排放环境影响评价未考虑工艺技术水平变化的影响，事实上，通过实施电解槽余热回收等综合节能技术创新，以及提升短流程工艺比重可使电解铝综合电耗下降数个百分点，电耗相关的CO2排放也将同比例降低；此外，新建项目还可以通过提高阳极质量、降低阳极单耗[34]以及使用惰性阳极替代碳阳极等技术手段减少CO2排放.基于行业协会统计数据，如使用惰性阳极替代碳阳极，每吨电解铝生产可平均减少CO2排放1.47 t.除技术因素外，在实际评估中还应充分考虑项目所在地区的规划、标准、政策等对评价结论的影响.一方面，要在相关省份碳排放强度目标及后续可能设定的总量控制目标、碳达峰目标的约束下进行评价；另一方面，还应考虑当地能源、产业相关政策影响，如进一步煤炭总量指标腾出后可支撑的新增发展需求.假设电解铝项目迁出后将同步在山东省内新建石化、化工等其他高耗能项目，按照山东省煤炭消费总量控制及减量替代要求，以1∶1.2的煤炭消费减量替代规则进行测算，则250 万吨电解铝产能转移后通过煤炭消费削减在山东省仅形成476.4×104t 的CO2减排量；再结合对云南省-广东省跨区输电的影响，则全国CO2排放量将净增超过2 000×104t，从而产生负减排效益.因此，基于不同评价目标、评价边界得出的结论可能存在较大差异，需结合具体要求对各类情况进行考量，视需求作出综合判断.

3 结论与建议

a)该研究在现有制度主体框架下结合温室气体特性，分别从项目分析与判断、影响因素识别、影响预测与技术分析、综合环境影响评价四方面构建温室气体环境影响评价方法体系.为强化环评制度减污与降碳的协同性，提出减污降碳双约束的综合评价目标，建立温室气体排放影响因素识别与分析方法，构建覆盖资源能源、技术经济、交通运输、排放水平4个维度的三级评价指标体系.

b)与污染物评价更强调局地环境影响不同，针对温室气体需以全局性和系统性的视角对全社会环境影响进行评价.例如，评价转移项目时需要综合考虑其对项目迁入地、迁出地，甚至其他关联地的工艺结构、能源结构、外输电系统等多方面影响.基于不同的评价目标、评价边界，得到的影响预测结果和评价结论往往存在较大差异.以山东省250 万吨电解铝产能转移项目为例，若不考虑项目对云南省对外输电的影响，可形成全国CO2减排量为2 574.4×104t，如考虑项目对跨区输电的影响，则全国CO2净减排量为968.3×104t，二者相差近1 600×104t.因此，在开展温室气体排放评价时，需要视实际评价需求与目标，合理判断评价边界、准确识别影响因素，制定符合评价目标的评价方案.

c)系统完备的政策体系是落实减污降碳协同治理、推动碳排放高质量达峰的重要保障.将温室气体评价纳入环评在国际上已经成为了一种共识，建议加快建立我国协同评估温室气体的环境影响评价制度及理论支撑，修订《环境影响评价法》，确立将温室气体排放评估纳入环境影响评价的法制依据.

d)目前，数据和技术基础薄弱是制约我国开展温室气体评价的主要原因.由于我国温室气体统计监测和排放水平基础调查尚处于起步阶段，现阶段适宜以预测碳排放量变化为重点开展评价.从原燃料低碳度、能效水平、排放绩效等多方面建立评价标准在当前阶段难以落实，同时协同技术储备的空白使得无法进行协同技术措施的论证与比选.综上，建议加快推进重点行业温室气体排放基础调查和相关技术研究工作.