城市碳排放核算的边界界定及其测度方法.docx
《城市碳排放核算的边界界定及其测度方法.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《城市碳排放核算的边界界定及其测度方法.docx（13页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
城市碳排放核算的边界界定及其测度方法
城市碳排放核算的边界界定及其测度方法
作者：
丛建辉 刘学敏 赵雪如
来源：
《中国人口·资源与环境》2014年第04期
摘要：
从不同角度梳理、辨析了“直接排放与间接排放”、“组织边界排放与行政地理疆界排放”和“范围1排放、范围2排放与范围3排放”等9种城市碳排放核算的边界界定方法，理清了各种界定方法之间的关系。
讨论了间接排放在各种城市碳排放清单指南中的计入程度，发现各种清单指南都把范围2的排放核算在内，而纳入范围3的排放部门数量和纳入方式不尽一致。
分析了生产视角核算与消费视角核算各自存在的优劣势，认为消费视角核算是未来城市碳排放核算方法发展的重要方向。
介绍了范围1排放、范围2排放与范围3排放的测度方法，提出了应用各方法时须注意的问题。
建议各类城市温室气体清单编制组织应联合起来对范围3排放进行更明确的定义和分类，规范核算流程与测度方法，以完善城市温室气体清单编制的国际方法学。
同时基于中国城市的特殊性，建议中国城市应根据核算目的需要灵活选择核算边界，加强城市之间的协调减排，对既有的一些政策措施进行重新评估与修订；国家在向城市分解减排指标时，要首先界定好核算边界，明确测度方法，并注重从行业监控角度控制航空与电力部门的温室气体排放。
关键词：
城市碳排放核算；城市温室气体清单；边界界定；城市碳足迹
中图分类号：
F301文献标识码A文章编号1002-2104（2014）04-0019-08
政府间气候变化专门委员会（IPCC）于2013年9月发布了其第五次评估的首份报告，该报告进一步提高了对人类活动引发全球气候变暖的确信程度。
城市作为人类活动最集中的区域，必然成为温室气体排放的热点和重点地区，其低碳化发展对实现全球减排目标至关重要[1-2]。
因此，许多国家把城市视为控制温室气体排放的主要空间载体，全力推进低碳城市建设。
“可测量才可管理”，建设低碳城市的首要前提是科学地核算城市碳排放量、编制城市碳排放清单，以便于管理者清晰、准确地掌握城市各个领域的温室气体排放情况[3-4]。
近几年，城市碳排放核算及清单编制研究受到了国内外理论界日益密切地关注，一些研究机构相继推出了各具特色的城市碳排放清单编制指南，试图统一城市层面的碳排放核算方法学[5-11]。
遗憾的是，由于对城市边界的界定标准及所使用的测度方法不同，城市碳排放核算目前仍然无法形成一致、可比的体系[12]。
这种情形致使城市之间基于不同方法学得到的各项碳排放指标均不可比，不利于城市了解自身所处的区域碳排放格局，对城市低碳发展规划的制定形成了干扰，也增大了国家减排目标向城市区域分解的难度。
本文围绕上述问题展开探讨，旨在辨析城市碳排放核算在边界界定这一关键问题上的各种观点，有重点地分析与之相关的几个热点问题，并介绍测度城市碳排放的主要方法，以进一步推进中国城市温室气体排放清单的编制工作。
1城市碳排放核算的边界界定方法辨析
对于“城市”一词本身，国内外有不同的定义和划分标准，存在着“都市区”、“城市建成区”、“狭义城市”等诸多概念。
本文所称的城市，是相对国家、省级区域而言的，更侧重其行政意义的范畴。
按照不同的依据，城市碳排放核算边界有多种分类方法。
1.1城市碳排放核算的边界界定方法
1.1.1直接排放与间接排放
直接排放是指来源于城市辖区内的全部温室气体排放，包括化石燃料消费、工业生产过程和市内固体废弃物处理产生的排放，而间接排放是指由城市内部活动引起、来源于城市辖区外的排放，如处于城市外部的一次能源生产设施、电力设施等排放源的排放。
这种分类方法严格按照排放源的地理位置分类，为国家以下各层面（如州、省、企业）的碳排放核算规则所通用。
学术文献中经常出现的另一种分类方法，即“边界内排放与跨边界排放”，与该方法内涵一致。
1.1.2组织边界和行政地理疆界
这一界定方法从公共部门对排放源的运行控制程度角度进行分类，目前主要出现在ICLEI清单指南中，西方发达国家的城市使用较多，如纽约、伦敦的城市温室气体排放清单都坚持了这一分类思想。
“公共部门排放（governmentinventory）与市域排放（citywideinventory）”的界定方法，与之等同。
组织边界核算的是城市公共部门（包括行政机关、公立学校等）在日常运营中排放的温室气体，排放源主要有市政建筑、供水、废弃物及污水处理、行政用车、路灯/交通信号灯、校园巴士等。
而行政地理疆界的排放，主要涵盖来自于居民、工业、商业、交通、废弃物处理等部门的所有排放，实际上就是全市的碳排放量。
公共部门这一组织的排放是行政地理疆界排放的一部分，之所以将其单独列出，是由公共部门的组织特殊性决定的。
首先，西方国家的城市政府有向市民公布自身运行情况的义务，以接受纳税人监督；其次，公共部门的减排措施与其他部门不同，公共部门可以采取强制性手段进行减排，而城市其他部门的减排，只能通过政策鼓励或者财税刺激等市场手段进行。
1.1.3范围1排放、范围2排放与范围3排放
通过划分排放源的范围以避免重复计算的思想，由世界资源研究所在关于企业温室气体排放清单编制的指南中首次提出[13]。
城市碳排放核算边界界定借鉴该思想，可分为3大范围：
范围1是指城市辖区内的所有直接排放，主要包括城镇内部能源活动（工业、交通和建筑）、工业生产过程、农业、土地利用变化和林业、废弃物处理活动产生的温室气体排放；范围2是指发生在城市辖区外的与能源有关的间接排放，主要包括为满足城市消费而外购的电力、供热和/或制冷等二次能源产生的排放；范围3指由城市内部活动引起，产生于辖区之外，但未被范围2包括的其他间接排放，包括城镇从辖区外购买的所有物品在生产、运输、使用和废弃物处理环节的温室气体排放。
1.1.4内部排放、核心外部排放和非核心排放
这种分类方法由Kennedy[14]提出并系统定义，与上文提到的范围1、范围2和范围3依次对应，但以形象化的名称替代了用序号表示的抽象“范围”概念，该分类方法的关键价值在于通过定义四种系统边界，提出了一个判别城市具体活动的范围归属的标准。
这四种边界分别是：
①地理边界（thegeographicalboundary）：
这一边界从地理学角度定义，既可以指城市的行政边界，也可以指代其他地理特征范围，但边界轮廓必须是“清晰可见”的。
该边界用来区分发生在城市内部的排放和外部的排放；②时间边界（thetemporalboundary）：
定义该边界的目的有两个，一是为了给可追踪到的碳排放源确立一个可以纳入核算的起点时间，二是确立该活动产生碳排放的平均周期，以排除季节变化的影响；③行动边界（theactivityboundary）：
该边界所指的是城市理应负责并且有能力负责的碳排放活动，这一边界受多种因素影响，比如该活动排放温室气体的数量规模、与城市核心功能的相关性以及城市对这部分排放的监控能力等；④生命周期边界（thelifecycleboundary）：
除了对城市产品和服务在整个生命周期的排放外，该边界重点关注一些服务于城市的生产资料的排放是否应当纳入核算范围，如跨越城市边界的基础设施带来的排放。
城市的活动归属于哪种范围，取决于该活动相对于四种系统边界的位置。
1.1.5内部过程排放、上游过程排放和下游过程排放
对过程/流程进行分类是基于产品和服务的生命周期视角[15]。
城市内部过程排放指城市消费的产品在城市辖区内的直接排放，包括能源消费、工业生产过程、农业、土地利用变化和林业。
上游过程排放是指用于城市消费的产品在生产、加工、运输等供应链上游环节的排放，包括一次能源生产、电力生产及进口的产品和服务。
下游过程排放指产品在消费以后的处理环节过程中产生的排放，如固体废弃物处理、废水处理等，另外还包括在城市内部生产，但用于出口的产品和服务所产生的排放。
1.1.6生产视角排放、消费视角排放与提取排放
这是三种不同的城市碳排放核算视角，主要是从碳排放责任主体这一角度出发进行考虑的。
生产视角核算的是在城市辖区内生产商品和服务产生的温室气体排放，也包括家庭对燃料的最终消费，与前文所述的“直接排放”相对应。
消费视角核算的是城市辖区内各种主体（政府、企业、居民）消费商品和服务的行为导致的温室气体排放，其排放源可以来自城市地理边界内，也可以来自地理边界外。
“提取排放”是从供应侧核算，由Davis[16]最先提出。
该方法区分了产品（和服务）贸易的隐含排放与燃料贸易的隐含排放，实际上是将产品和服务的碳排放追溯到上游过程的最初燃料提取环节。
如一种商品在A城市消费、B城市生产，而B城市生产这一产品利用了从C城市矿藏中提取的燃料。
这就涉及两个贸易环节：
A城市从B城市进口商品，B城市从C城市进口生产商品的燃料。
提取排放与生产排放的差值是燃料的净进口量产生的排放，也就是该案例中B城市进口燃料的隐含排放。
由于在世界范围内，燃料的生产地有限，因此该方法的主要优势在于将减排工作限定在对少数几个参与者的规制中，从而能够提高减排效率[17]。
不过，该方法仅能从全球布局，离可操作性还有一段距离。
1.1.7直接排放、应负责的排放、被认定排放和物流排放
这一边界划分方法所依据的是生产活动与消费活动的发生地点相对于城市的位置[18]。
直接排放反映的是生产和消费都发生在城市辖区内的排放，比如家庭、商业和工业部门的能源消耗引发的排放；“应负责的排放”指的是在城市内部生产但在城市以外的地方消费此类活动的排放，比如用于出口的制造业产品；“被认定的排放”与“应负责的排放”恰好相反，指生产设施在外地，但供本地消费的排放，如城市进口的消费品。
而“物流排放”是指产品的生产与消费都不在本地，只是通过该市转运，比如过境贸易品在城市内部产生的排放。
1.1.8城市碳足迹
“碳足迹”一词源于生态足迹，其本身有多种定义方法，根据对碳足迹研究对象和研究尺度等的不同，碳足迹的分类也不尽相同，存在个人碳足迹、产品碳足迹、企业碳足迹、区域碳足迹等四类研究方向[19]。
城市碳足迹是区域碳足迹的一个分支，参考学术界的众多研究，本文认为城市碳足迹有广义与狭义之分，广义的城市碳足迹指的是城市各种活动产生的碳排放，实际上即是城市碳排放总量，包括城市内的直接和间接碳排放、城市之间调入调出和进出口活动的碳排放，因此可以从多个角度进行分拆，如直接碳足迹、间接碳足迹、生产视角碳足迹、消费视角碳足迹等[20]。
而狭义的城市碳足迹，与消费视角核算出的碳排放基本等价，它着眼于一个城市为满足最终需求所产生的完全碳排放，指某一年中该城市在城市建设、城市运行以及城市居民消费过程中引起的本地和外地所有前项投入环节和后项处理环节产生的碳排放之和，可表示为这个城市直接排放总量减去出口（调出）引起的本地碳排放加上进口（调入）并用于本地最终使用活动的产品引起的外地碳排放[21]。
1.1.9城市基础设施供应链碳足迹
这是介于生产碳足迹与消费碳足迹之间的一种核算方法，主要由Chavez[22-23]系统提出并命名，也称为“跨边界基础设施碳足迹（transboundaryinfrastructurefootprint，TBIF）”，其原型是“以需求为中心的综合生命周期法（demandcenteredLCAbasedinventorymethodology）”[24]。
该方法在生产视角排放基础上，将城市进口的重要物质材料等跨边界“核心基础设施”的生命周期排放计算在内，但不包含家庭消费的其他非基础设施排放以及服务于当地工业部门的非核心基础设施生命周期排放。
测度该部分排放的第一步即是判断哪些基础设施属于“核心基础设施”，一般标准是：
城市GDP与该基础设施所供应的产品和服务正相关，与该基础设施生产并出口的产品与服务相关度低或不相关。
根据多个城市的计算经验，这些设施一般包括电力供应、燃料生产、水和污水处理、水泥生产、航空和道路运输、食品等部门。
1.2各种界定方法之间的关系
上述提到的9组边界界定方法中，第一组、第三组、第八组以及第六组中的生产排放与消费排放在目前已有的城市碳排放核算标准中出现的频率较高，其他几组主要出现在一些前沿文献中。
第一组、第三组、第四组、第五组和第七组内部各要素之间均为并列关系，每组内各元素加总即为城市总的碳排放量。
但需注意的是，由于对城市辖区外和隐含碳排放的核算、计入程度不同，这五组方法各自核算的城市碳排放总量并不一致。
第二组为包含与被包含的关系，公共部门排放属于城市总排放量的重要、特殊组成部分，而第六组和第九组是从四种不同的角度看待城市碳排放量，视角的不同导致算法的差异，在大多数情况下，生产、消费、提取排放、基础设施供应链这四种视角核算出的城市碳排放绝对量并不相同。
第八组是本身存在狭义与广义区分的概念，广义城市碳足迹指的即是全市总碳排放量，而狭义的城市碳足迹与消费视角碳排放基本等价。
如果将各组内部要素单独比较，可以发现直接排放、范围1排放、内部排放、内部过程排放及生产排放所核算的范围和领域是相同的。
大多数城市公布的温室气体排放清单基本都核算了这部分排放，分歧较小。
基础设施供应链碳足迹等价于范围1排放、范围2排放和一部分范围3排放之和，是城市活动碳足迹的主要组成部分。
间接排放是范围2排放和范围3排放之和，目前城市碳排放核算实践中，关于间接排放的分歧还比较大。
在生产视角排放、消费视角排放和提取排放三个核算视角中，生产视角排放的核算方法已经成熟，提取排放仅仅停留在概念提出阶段，而消费视角核算属于目前理论探讨的热点和前沿领域。
2边界界定中的热点问题
2.1间接排放的计入程度
在各种城市边界界定准则中，理论界对直接排放和间接排放的界定最为清晰、一致，其他界定方法也都不同程度的与之呼应。
将间接排放核算在内，可以更全面的反映城市碳排放现状，也能够更为精确地确定碳排放责任主体，提高减排措施的针对性，但间接排放本身内涵丰富、结构复杂，城市究竟应该对间接排放中的哪些部分负责并将其计入核算体系，是如今困扰城市层面碳排放核算研究最突出的一个问题[25]。
目前国际性的城市碳排放核算指南中都包括了一些间接排放内容，但各种标准之间尚存在很大的不一致性，如表1。
通过表1可以看出，各种清单指南都将外调电力、热力和制冷部门（也即范围2）的排放核算在内，而纳入范围3的排放部门数量参差不齐，纳入的方式也不尽一致。
范围3排放主要是城市进口消费品的隐含排放，对其核算之所以相对滞后，从城市政府角度有三方面的原因：
①核算这部分排放的能力有限：
范围3排放发生在城市的行政和经济控制范围之外，相关数据往往由市外各种类型的组织分散独有，甚至属于保密数据，城市政府没有足够的能力获取这部分数据；②降低这部分排放的方法不足：
虽然城市居民的消费是这部分排放的责任主体，但城市政府除了对消费者进行“道义劝阻”外，没有更好的方法降低这部分排放；③抑制这部分排放的动力缺失：
碳排放是无形的、流动的、跨区域的，城市居民对其变动在短期内并不敏感，但城市居民对一般消费品的需求则是直接的、具体的、紧迫性的，此外消费还能为当地贡献财政收入，因此城市政府往往更倾向于满足甚至刺激居民的各种消费需求，而不是限制消费。
一个明显的反例是行政部门自身的排放，对这部分排放而言，政府有能力获取范围3的数据，可以通过节约能耗、使用低碳产品等多种方式降低这部分碳排放量，也有动力和责任进行减排。
因此，如果核算行政部门的排放，有必要将范围3的排放纳入[28]。
2.2生产视角与消费视角排放的优劣势
生产视角和消费视角的排放是从碳排放责任主体这一角度界定的。
具有广泛影响力的《京都议定书》及《2006年IPCC国家温室气体清单编制指南》都主张从生产视角核算碳排放量，藉此确定各个国家的减排目标，这对城市碳排放量核算和减排任务分解产生了直接影响，许多城市从生产视角核算碳排放，编制城市温室气体排放清单。
毋庸置疑，在城市层面运用生产模式核算具有一定的优势。
首先，生产法核算所囊括的碳排放源一般对当地气候环境有着重大影响，理应首先被识别出来，且须立刻采取减排行动。
其次，这些排放源都处于城市地理边界以内，城市政府至少对其拥有行政管辖权，能够对这部分排放施加重要影响。
第三，用生产法核算碳排放的方法已经相对成熟，一般使用“排放源的活动水平数据乘以排放因子”的计算公式，只是在排放因子的本地化方面还存在一些模糊之处，为此，各种城市清单编制指南都有规范化的质量控制和不确定性分析程序来弱化这方面的影响。
第四，生产视角的核算遵循IPCC清单指南，与国家层面的核算方法相一致，也利于城市之间的横向比较。
由此看来，城市现阶段多采用生产法核算碳排放，有一定的合理性。
尽管如此，生产法应用于城市层面却有明显的不足之处，原因主要有三个：
其一，城市系统是一个开放性系统，每天都与外界进行物质和能量交换，产生大量间接排放，而生产法将间接排放排除在外，低估了城市的碳排放量，不能描绘城市温室气体排放的全貌[29]。
其二，生产法只将城市内部的生产行为视为产生碳排放的元凶，没有体现出消费行为对碳排放的驱动作用，对真实的碳排放责任有所歪曲。
第三，如果采用生产法核算城市碳排放总量，那么类似“人均碳排放”等经常用于比较城市碳排放效率的指标，实际上是不科学的，这一碳排放总量与城市总人口并没有太多关系，而是与生产人口也就是城市产业工人相关。
因此，仅用生产法核算城市边界内的碳排放是有缺陷的，对政策层面也会产生一些误导，可能会使政府的注意力仅集中在几个大型生产设备上，忽视对低碳消费的宣传和公众参与减排的鼓励。
另外，基于生产视角的排放会激励政府通过把温室气体排放源移出境内的方式来达到减排目标，这种碳排放转移无疑是减排的“快捷方式”，但增加了被转移地区的负担，容易造成全球范围内的碳泄漏，对人类社会的整体减排成效无益。
与生产法核算相对应的是消费法核算，该方法立足于产品和服务的生命周期排放，将产生于工商业领域的直接排放责任归属于最终消费部门，因此能够刻画人类消费选择对气候变化的影响。
它的主要优势在于降低城市之间的碳泄漏、鼓励减排技术的外溢[30]。
另外，基于消费法核算的人均碳排放指标更真实的反应了城市居民应负的碳排放责任。
在政策层面，该方法鼓励公共消费，抑制碳密集度较高的私人消费，提倡从清洁生产地区购买产品和服务，对整个城市产品供应链进行绿化[31]。
消费法也存在不足之处：
一些当地政府能够施加影响的活动，比如用于出口的产品，并未核算在内，这会降低部分减排效率；核算方法和程序相对复杂，常常受制于数据质量问题；计算碳排放强度时会面临温室气体排放的核算边界和GDP的核算边界不一致等问题。
已经有大量的研究探讨在国家层面用消费法核算碳排放量、确定碳排放责任的可行性。
但用消费法核算城市碳排量刚刚处于起步阶段，是碳排放核算方法发展的重要方向。
3边界界定准则下的城市碳排放测度方法测度方法的不一致是引起城市碳排放量核算差异的又一重要因素。
由于范围1排放、范围2排放与范围3的排放的测度方法基本囊括了其他各种边界所对应的方法，比如直接排放测度与范围1排放测度一致，城市碳足迹测度与范围3测度都是基于生命周期视角，在基本思路上有相同之处，因此本文主要介绍这三种范围的测度方法。
3.1范围1排放测度
如前文所述，测度城市范围1排放的方法已经比较统一，基本核算公式是活动水平数据与排放因子的乘积。
根据温室气体排放的产生机理，测度该边界内的排放一般需要采集五个领域的活动水平数据，即能源活动、工业生产过程、农业、土地利用变化和林业、废弃物处理。
目前在许多城市都可以获取这些领域的原始数据，经过一些数据加工过程就可以满足此种边界的碳排放核算需要。
但是在排放因子的本地化方面还存在一些障碍，为此，IPCC清单指南提供了一些缺省的排放因子，并在质量控制程序中创造了“层级（tie）”的概念，不同层级表示不同的排放因子获取方法（层级1运用缺省排放因子，层级2运用特定国家和地区的排放因子，层级3运用具体排放源的排放因子），从层级1到层级3，方法复杂性和精确性都逐级提高。
3.2范围2排放测度
电力、热力部门是产生温室气体的重要排放源，2010年全球电力和热力生产的排放量占所有能源活动排放的48.2%，中国这一比例更是高达53.0%[32]。
与热力的生产和供应相比，电力生产和消费的分布在城市间极不均衡，电力的调入调出大量而频繁的发生，不同的电力转移排放处理方式会给各城市排放结果造成较大影响。
IPCC指南不计算外购电的排放，也没有对应的估算方法，把城市电力的调入调出引发的间接排放核算在内，是城市清单与国家清单的重要不同点。
由于城市电力调入调出的排放核算没有参照系，用于发电的一次能源结构也不一致，排放因子难以确定，因此测度难度较大。
目前形成的几种排放因子确定方法主要包括：
①根据当地所属的区域电网排放因子确定；②根据全国各电网排放因子的平均值计算；③根据能否追踪到外购电的具体发电厂，划分为“确定外购电”和“不确定外购电”，对确定外购电根据发电的能源消耗结构估算排放量，对难以确定电厂来源的不确定外购电则采用电网综合排放因子粗略估算。
当外购电来源于多个电网，或者城市既有电力调入又有电力调出时，需要一步步分清电力的具体来源，方法更为复杂。
3.3范围3排放测度
范围3排放主要从生命周期角度入手，常用的测度方法一般有过程分析（processanalysis，PA）和环境投入产出分析（environmentalinput—outputanalysis，EIOA）两种，二者都依据生命周期评价的基本原理，但各有优势和不足。
PA法是一种自下而上的方法，通过将产品或服务的生命周期分为一系列的流程单元，对重要生产过程的资源利用和环境影响进行详细分析。
PA法精度高、透明性好，适合在一些微型系统中应用。
对城市范围3排放核算来说，PA法存在两个缺陷导致其适用性差：
首先，过程分析的范围不包括资本品的投入，因此容易低估碳排放量，尤其是低估对资本投入依赖较多的服务业产生的排放量；其次，由于城市许多过程发生在城市地理边界之外，使用PA法容易产生截断偏误；第三，执行PA法需要大量的时间和物质投入，成本较高。
相较而言，EIOA法是一种自上而下的方法，利用部门矩阵描述复杂经济系统中的相互依存关系。
该方法主要基于投入产出表，计算简便、快捷，不存在截断偏误，在国家一级的碳排放核算中使用较多。
近几年，EIOA法在城市层面已经得到应用，如澳大利亚的悉尼和墨尔本市[33]以及挪威的一些城市[34]都利用该方法测度城市碳足迹。
尽管如此，城市应用EIOA仍然存在许多障碍和不足，这表现在：
①投入产出表是投入产出分析的基础，然而很少有城市编制投入产出表，目前使用该方法核算的城市，他们的投入产出表大都是根据国家投入产出表按比例缩减而来，其精度依赖于城市条件与国家平均水平的接近、匹配程度；②EIOA方法本身存在的一些缺陷会降低城市碳排放量核算的精度，如根据“纯部门假设”，具有不同环境影响的工业部门需要合并为投入产出表中的一个部门，然后统一使用合并后所属部门的排放因子，这显然会存在偏差，因此如果考虑数据质量分层，EIOA方法应视
升级会员 