面向碳中和的近实时碳排放量化技术.docx

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1、一、引言近年来，全球人为温室气体排放总量己达到自开始测量以来的最高水平。这很可能是气候变化的主要驱动力。温室气体排放清单一直是构建气候模型、制定国家减排政策和进行国际谈判的重要科学依据。自20世纪末以来，为减缓气候变化并实现可持续发展目标，世界各国共同努力，提出了京都议定书巴黎协定等一系列全球减排协议。以化石能源消费和水泥生产为基础的能源活动是人类活动的主要二氧化碳(CO2)排放源，排放量约占人类活动温室气体排放总量的80%。因此，准确可靠的能源活动COz排放数据是制定减排政策和目标的基准，对于碳排放相关的科学研究和政策制定至关重要。作为世界上最大的发展中国家，中国在2007-2009年期间一

2、直是最大的化石能源消费国和COz排放国。中国的CO2排放量虽然在2013年达到了平稳期，但仍然快速增长；中国仍然是世界上最大的能源消费国和CO2排放国。2018年后，中国碳排放年增长率连续两年超过2%,而全球碳排放年增长率仅为0.1%。因此，中国面临着来自国际社会的巨大减排压力。鉴于中国快速增长的经济和庞大的工业部门，中国在应对气候变化的国际行动中发挥着关键作用。2005年，中国政府公布了政府间气候变化专门委员会(IPCC)发布的1996年IPCC国家温室气体清单指南和2006年IPCC国家温室气体清单指南。根据2006年IPCC国家温室气体清单指南的要求，中国向联合国提交了1994年和200

3、5年的温室气体清单。2015年以来，中国政府一直重视碳排放核算的统计工作。国家中长期科学和技术发展规划纲要、国民经济和社会发展第十二个五年规划、十二五国家应对气候变化科技发展专项规划和国家应对气候变化规划（20142020年）中已明确指出，中国应对气候变化统计工作有待加强，需要建立一个整合完整和统一统计数据的科学框架来客观体现中国积极应对气候变化所采取的行动。建立和完善温室气体排放统计制度既是中国有效履行国际义务的迫切需要，也是中国在应对气候变化国际谈判上赢得主动权的重要保障。2016年，中国政府将应对气候变化和可持续发展作为国家战略，并制定了相对减排目标,使碳排放强度（单位国内生产总值碳排放

4、）比2005年下降60%。中国在2021年的“十四五规划中设定了CC减排目标。2020年9月，在联合国气候变化大会上，习近平总书记明确表示，中国的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。对中国当前碳排放的分析表明，虽然中国的人均碳排放量已经超过全球平均水平,但人均累计碳排放量远低于发达国家，表明实现碳中和目标的难度还很大。中国需要更好地布局和实施减排行动和政策，这对碳排放核算与监测数据的及时性和准确性提出了更高的要求。本文在现有碳排放核算方法的基础上，介绍了针对世界主要国家（排放主体）提出的实时碳排放技术。该技术实现了对中国和世界其他主要国家碳排放的近实时（日或小

5、时尺度）精确排放进行核算，以做更全面的比较。这种及时准确的碳核算框架继承以往方法的优点，为实现碳中和目标提供了及时的数据支持。二、碳核算方法与应用（一）生产侧碳核算国家co2排放核算是落实减排措施、制定国家减排战略、开展国际核查和评估的依据。为此，IPee等国际组织制定了一种根据含碳化石燃料的能耗和相应化石燃料本身的碳含量估算国家COz排放量的方法，即通过活动数据和相应的排放系数来汇总碳排放量。此核算方法在世界范围内被广泛使用。具体而言，IPCC推荐的碳排放核算方法有两种：参考法和部门法。参考法通过国家的总能源消费量来估算COz排放量，总能源消费量为能源生产量、进口量、出口量与库存量之间的差。

6、部门法根据各子部门的能源消费量计算各子部门的C02排放量，然后获得国家的总碳排放量。因为IPCC推荐的计算方法使用一次能源数据核算碳排放（考虑一次能源转换、燃料清洗过程中的能量损失、燃料非能源使用等因素），而一次能源处于能源供应链的生产端，所以这种计算方法也被称为生产侧碳核算。表1列出了目前的生产侧碳核算机构。表1全球生产侧碳核算机构ResearchinstituteanddatabaseDmsourceYearrangeCarbonDioxideInformationArulysisCentre(G)IAC)EuropeanCommissionsJointResearchCentre(JRC

7、)/NetherlandsEnvironmentalAssessmentAgency(PBL)http$:/cdMc.ess*dive.lbl.gov/1951-2014EmissionsDatabaseforGlobalAtmosphericResearch(EDGAR)https:/edgjir.jrc.ec.europa.eu/1970-2019InternationalEnergyAgency(IEA)https:/www.ica.org/1990-2018USEnergyInformationAdministration(EJA)https:/www.eia.gov/1949-201

8、8WorldBnkhttps:/dm.woHdtMnk.org/1960-2018UnitedNationsFrameworkConventiononClimateChange(UNFCCC)https:/unfccc.int/1990-2019WorldResourcesInstitute(WRI)http$:/d4Usets.wn.org/1990-2018碳排放可分为化石能源碳排放和工业过程碳排放:Et=Eff+Ein式中，E、&和&分别表示总排放量、化石燃料排放量、工业过程排放量。化石燃料排放量可使用式（2）进行计算:Eff=AxF=ExC式中，入、F和C分别表示燃料的活动数据、能耗、

9、排放因子和含碳量。鉴于燃料的排放因子、质量、性能和燃烧效率之间的关系，排放因子可进一步分解为：F=HXChXo式中，H、Ch和。分别表示热值、单位热值含碳量和氧化率。因此，化石燃料排放量可使用式（4）估算:Eff=AXHXChXo工业过程主要包括水泥生产，其排放量计算类似于化石燃料的排放量计算，如式（5）所示：Ein=AXF根据计算公式可知，CO2排放量估算的不确定性主要来自两方面：活动数据（能源消费或工业生产）和排放因子。鉴于中国在全球碳排放中扮演的重要角色，有针对性地评估中国的碳排放至关重要。2011年，中国科学院启动应对气候变化的碳收支认证及相关问题战略性先导科技专项。其中，“水泥生产能

10、耗与排放任务已形成中国能源使用与水泥生产综合数据库，可视化系统已构建。通过整合不同应用行业的数据，得到中国不同能源类型的消耗和氧化因子,从而得到中国不同能源类型的总co2排放量。中国碳核算数据库（CEAD）团队使用在参考文献22中获得的碳排放因子，根据年度中国能源统计年鉴和省市级能源统计年鉴中的统计数据，计算并公布相应的碳排放清单。Cai等己系统地开发了一种自下而上的中国城市温室气体核算方法，可降低活动水平和排放因子的不确定性。该方法为中国高空间分辨率排放网格数据库（CHRED）清单，其空间分辨率为Ikm。XU等采用自下而上的方法解释了196020年的全球黑碳排放，并将更新的结果与其他现有清单

11、包括北京大学（PKU）-2020和EDGAR以及其他排放清单相关工作（包括PKU-Co2清单,该清单使用基于全球或国家层面编制的不同燃料类型的燃烧速率和排放因子的次国家分解法）进行了比较。Wang等和LiU等根据IPCC指南编制了基于省级数据的排放清单南京大学（WU）-COJ。（二）消费侧碳核算明确碳排放责任是进行关于全球气候倡议的国际谈判不可或缺的环节。发达国家可能利用其资本和技术优势，将C02排放量最高的污染行业转移至欠发达地区，从而减少其直接C02排放量，并将减排义务转移到欠发达地区。研究人员己提出一种基于消费的C02核算方法考虑潜在“碳泄漏（CarbonIeakage）,以考虑消费活动

12、产生的排放量并很好地代表不同国家的实际COz排放量。目前，基于消费的碳核算方法（也称碳足迹）已成为计算C02排放量的有效方法。具体而言，基于消费的碳核算主要包括过程分析（即生命周期评价）（表2）和投入产出（IO）分析。生命周期评价法是一种“自下而上的方法，旨在跟踪产品对环境的直接和问接影响“从摇篮到坟墓（fromthecradletothegrave）o生命周期评价法通过收集整个产品流程所涵盖的物质和活动产生的碳排放数据，可估算特定产品整个生命周期的碳排放量。基于此方法建立了许多碳足迹核算标准，以评价环境影响。表2基于生命周期分析（LCA）的代表性碳足迹核算标准Carbonftprintacc

13、ountingstandardInstituteofpublicationReleasedyearProduct-levelPubliclyAvailableSpcdftcation2050133BritishStandardInstitution(BSI)2008GreenhouseGjsProtocol34WorldResourceInstitute(WRI)JndWorldBusinessCounciltorSusuinable2011ISOI4O67(35Development(WBCSD)IntenwtiovulOrgjnizjtionforStJndJrdihtioa(ISO)20

14、13Organization-levelGreenhouseGISProtocol36WRIandWBCSD2004ISO140641137.38ISO2006.2018ISO14069139)ISO1407240ISO2013ISO2014Comprehensive-levelPubliclyAvailableSpecification2060141BSI2014投入产出法是一种自上而下的方法，旨在通过投入产出表中反映的各个经济部门的投入与产出之间的依赖关系来衡量国家/地区或部门层面的COz排放量。一般情况下，消费者端的总碳排放量等于本地区直接碳排放量减去本地区输出产品至其他地区所产生的排放

15、量，并增加其他地区因生产输入本地产品而产生的排放量。许多研究基于投入产出法调查了国际贸易中的隐含碳排放。例如，Meng等使用投入产出法分析了南南贸易增长对发展中国家碳排放的影响，结果表明，20042011年，碳排放有从中国向东南亚等欠发达地区转移的趋势。与中国相关的研究分析了2012年中国全球碳足迹的分布，结果发现，中国的国际碳足迹集中在长江三角洲、珠江三角洲和华北平原等传统制造中心。这些地区约占中国陆地面积的1%,但其碳足迹约占全球碳足迹的75%。近年来，气候变化正义日益受到关注。Mi等采用环境扩展的多区域投入产出法（MRlo）计算了2012年中国30个地区的12个收入群体的家庭碳足迹，并通过碳足迹和基尼系数分析了碳不平等。结果显示，收入最高的5%群体贡献了17%的家庭碳足迹，而收入最低的群体（约占样本的50%）仅贡献25%的家庭碳足迹。在新冠病毒肺炎（COVID-19）疫情暴发后，采用投入产出法分析了疫情对碳排放的影响，为现有研究提供了新视角。例如，最近的一项研究表明，与无疫情基线情景相比，未来5年（20202024年）全球经济领域的碳排放量预计将下降3.9%5.6%由于全球经济通过供应链相互依存，即使不采取封锁政策，一个经济体对生产活动的限制也会导致其他国家的碳排放减少。