上海工业行业碳排放估算及特征

一、上海工业行业的碳排放估算

　　对碳排放历史和现状的精确估算是对碳排放影响因素进行有效考察的首要工作,也是合理制定和有效实施碳减排政策措施的前提和基础,更是进一步制定和明确碳减排目标的重要依据。据IPCC(2007)报告显示,温室气体增加的主要来源是化石能源燃烧,其导致的二氧化碳排放量达世界二氧化碳总排放量的95.3%(2004年),而工业部门则是化石能源消费的大户,因此,我们选择利用历年《上海工业能源交通统计年鉴》(年鉴名称曾进行过调整)中的工业分行业能源终端消费表所报告的化石能源消费相关统计数据来进行碳排放估算。涉及的能源种类包括原煤、洗精煤、焦炭、焦炉煤气、其他煤气、原油、汽油、煤油、柴油、燃料油、液化石油气、炼厂干气、天然气、其他石油制品、其他焦化产品15种。考虑到在电力和热力的使用过程中并不直接产生二氧化碳,其碳排放主要是在生产过程中产生的,因此我们并未将电力和热力能耗计入其中。相对于一些仅利用一次能源或部分能源消费数据进行估算的研究而言,本研究全面考虑了除电力和热力外统计资料中报告的其他所有种类的化石能源,以期得到更加全面精确的估算结果。

　　能源消费碳排放的估算通常采用实际能源消费量与其对应的二氧化碳排放系数相乘的方法。但我国尚未公布适合于我国国情的各类能源的特定二氧化碳排放系数,鉴于《2006年IPCC国家温室气体清单指南》是目前世界各国进行温室气体排放核算的重要依据,我们采用其在第二卷(能源卷)所提供的参考方法和参数(主要是我国缺省参数)结合我国已公布的相关参数来进行估算。具体的计算公式如下:

　　C=C_i=E_i×NCV_i×CC_i×COF_i×44/12(4-3)

　　其中,i=1,2,…,15,表示能源种类;C表示能源消费二氧化碳排放总量,单位为万吨;E为能源消费量,单位为万吨或亿立方米;NCV为平均低位发热量,即转换因子,单位为千焦/千克或千焦/立方米;CC为碳含量,表示单位热量的含碳水平,单位为千克/10⁶千焦;COF表示碳氧化因子,即能源燃烧时的碳氧化率,理想状态完全氧化时取值为100%;44和12分别为二氧化碳和碳的分子量。我们将NCV_i×CC_i×COF_i×44/12定义为二氧化碳排放系数。

表4-2式(4-3)中主要变量和参数描述

变量和参数

符号

单位

含义

数据来源

能源消费量

E

万吨或亿立方米

—

《上海工业能源

交通统计年鉴》

低位发热量

NCV

千焦/千克或

千焦/立方米

—

《中国能源统计年鉴

2008》附录4

碳含量

CC

千克/10⁶千焦

单位热量的

含碳水平

IPCC(2006)

碳氧化因子

COF

—

碳的氧化率

《中国温室气体清单研究》

表4-3碳排放估算相关参数

能源种类

平均低位发热量

(千焦/千克或

千焦/立方米)

碳含量

(千克/

106千焦)

碳氧化因子

(%)

二氧化碳排放系数

(万吨二氧化碳/万吨或

万吨二氧化碳/亿立方米)

原煤

20 908

26.052

91.625 6

1.830 0

洗精煤

26 344

25.8

98.0

2.442 3

焦炭

28 435

29.2

92.8

2.825 2

焦炉煤气

16 726

12.1

99.0

7.346 6

其他煤气

16 726

12.1

99.0

7.346 6

原油

41 816

20.0

97.9

3.002 1

汽油

43 070

18.9

98.0

2.925 1

煤油

43 070

19.6

98.6

3.052 0

柴油

42 652

20.2

98.2

3.102 2

燃料油

41 816

21.1

98.5

3.186 6

液化石油气

50 179

17.2

98.9

3.129 8

炼厂干气

46 055

15.7

98.9

2.622 1

天然气

38 931

15.3

99.0

21.621 9

其他石油制品

40 200

20.0

98.0

2.889 0

其他焦化产品

33 453

22.0

92.8

2.504 2

　　表4-2报告了式(4-3)中主要变量和参数的相关信息。IPCC(2006)鼓励在其提供的方法基础上采用各国特定的相关参数进行碳排放估算。因此,为最大限度地增强估算结果的准确性与可靠性,在对各相关参数进行选取时,我们采取的原则是:尽量使用我国官方公布的相关参数,在国内尚未公开或不确定的情况下,再采用IPCC(2006)提供的相关缺省参数。基于这一原则,NCV主要取自《中国能源统计年鉴2008》附录4;CC来源于IPCC(2006);COF取自《中国温室气体清单研究》。需要特别说明的是:(1)我国对煤炭产品的统计分类与IPPC(2006)有所不同,IPCC(2006)并未直接报告我国分类中的原煤和洗精煤的相关参数,但考虑到洗精煤的主要用途为炼焦,因此选取炼焦煤的缺省碳含量作为洗精煤的相应参数;(2)考虑到我国各大类原煤产量的比重多年来变动不大,据《中国煤炭工业年鉴》数据显示,无烟煤、烟煤和褐煤的产量比重分别稳定在18%、78%和4%左右,因此对于原煤的碳含量和碳氧化因子(低位发热量在《中国能源统计年鉴2008》中直接可查),均按上述比重进行加权平均处理;(3)在三种未明确细化的能源中,其他石油制品的所有参数、其他煤气和其他焦化产品的碳氧化因子均可直接取自相关资料,而其他煤气和其他焦化产品的碳含量与低位发热量均未见直接报告,对于前者,我们选取与其较为接近的焦炉煤气的参数代替,对于后者,我们选取在焦化产品中较有代表性的煤焦油的参数代替。各参数的具体取值及最终计算得到的二氧化碳排放系数见表4-3。

我们在表4-4中列出了32个行业偶数年的碳排放估算值。工业行业的名称和分类在2003年进行过调整,其中最为明显的变动是增加了废弃资源和废旧材料回收加工业,并将原来的其他制造业改为工艺品及其他制造业,为保持数据的连贯性,我们将2003年后二者的数据合并,统一为其他制造业处理。其他行业的变动不大,其数据的连贯性并未受到实质影响,无需进行特别处理。由于上海的采矿业规模极小,大多数年份其化石能源消费量均接近于零,因此我们未将其列入考察范围。为便于观察,我们按照年均排放量以100、40、25和10为界限将各行业分为高、中高、中、中低和低五类排放组。可以看出,大部分行业的年均碳排放均低于100万吨,其中黑色金属冶炼及压延加工业的碳排放量明显高于其他行业,年均排放量达到2 783.55万吨,成为第一“排放大户”,而水的生产和供应业则是碳排放最少的行业,仅为0.76万吨;大部分行业的碳排放均呈现出总体上升趋势,增长最快的行业为燃气生产和供应业,年均增长率高达524.78%,而化学纤维制造业等六个行业的碳排放呈总体下降趋势;工业部门碳排放总量的年均增长率为3.15%。

表4-4上海工业行业二氧化碳排放量单位:万吨;%

分组

行业

1994

1996

1998

2000

2002

2004

2006

2008

年均值

年均

增长率

S20

2 363.3

2 584.6

2 872.2

2 968.7

2 678.8

2 408.5

2 805.9

3 013.5

2 783.55

2.51%

S13

63.86

153.26

213.84

253.64

1 156.1

1 450.4

1 878.9

1 770.3

885.52

37.40%

S14

400.19

480.24

317.95

381.67

385.31

384.64

1 162.9

1 245.3

564.57

15.43%

S16

648.78

575.15

587.12

811.28

22.32

14.08

7.59

6.25

303.80

-8.76%

S19

205.95

302.67

252.36

231.73

204.32

246.55

265.15

247.60

242.98

2.27%

S5

139.52

127.78

112.02

129.35

119.27

132.79

106.69

114.70

121.12

-0.43%

S23

210.43

46.90

55.36

47.30

52.25

89.67

97.08

108.30

79.34

1.78%

S25

56.44

48.30

38.04

46.84

45.56

60.93

64.53

71.92

54.72

2.66%

S29

188.45

172.83

10.80

9.11

6.36

5.38

7.30

7.97

54.51

-7.23%

S17

39.58

59.03

62.27

47.50

43.45

60.57

61.09

54.68

53.77

5.12%

S10

30.31

37.35

48.45

41.35

40.31

37.13

75.87

79.40

49.02

9.39%

S15

40.22

113.86

44.48

34.45

46.99

44.86

49.37

32.54

48.82

5.83%

S22

40.59

30.64

48.77

41.44

38.05

57.90

60.47

59.71

45.79

4.64%

S2

19.92

38.61

37.99

28.55

26.67

35.90

33.64

34.72

33.30

6.81%

S26

25.12

38.51

27.53

26.66

23.05

34.64

46.85

31.81

32.60

4.06%

S18

46.34

15.44

22.22

22.44

33.12

32.89

47.82

51.32

32.30

5.24%

S21

26.06

31.65

22.32

27.65

24.48

36.56

44.93

39.50

30.68

4.30%

S27

17.36

26.48

20.45

30.18

45.51

46.25

44.37

16.21

30.68

2.80%

S24

53.24

44.66

29.58

27.64

11.43

27.74

13.76

21.73

27.18

-0.86%

S30

89.60

32.51

5.30

12.04

4.05

3.16

7.27

6.37

26.36

195.28%

S1

7.41

15.72

30.93

22.81

27.52

25.76

19.97

29.63

23.76

24.91%

S6

4.68

4.52

15.90

17.90

28.68

36.98

30.24

34.79

22.86

26.44%

S8

18.30

20.60

10.43

17.18

30.46

19.36

13.16

10.17

19.68

7.42%

S31

35.38

71.62

0.93

2.01

0.75

0.79

2.89

1.76

16.29

524.78%

S3

12.34

10.73

10.30

12.35

11.56

20.56

20.05

22.01

15.30

7.26%

S12

6.38

16.02

8.04

11.41

8.86

10.57

10.69

11.41

10.28

9.64%

S11

2.98

7.65

4.75

4.62

5.10

10.93

8.37

9.82

6.42

15.85%

S7

5.30

2.53

3.51

4.55

3.89

9.78

3.63

4.01

4.52

5.28%

S9

3.33

3.33

4.47

2.75

2.00

4.33

4.55

4.59

3.53

9.72%

S28

6.00

7.74

2.45

2.21

1.85

2.43

2.03

2.18

3.36

-1.64%

S4

3.42

4.70

2.17

2.70

1.57

1.50

0.95

1.02

2.34

-2.05%

S32

0.88

4.62

0.57

0.33

0.39

0.45

0.26

0.48

0.76

167.94%

总计

4 811.7

5 130.2

4 923.5

5 320.4

5 130.0

5 354.0

6 998.3

7 145.6

5 629.71

3.15%

　　注:S1为农副食品加工业,S2为食品制造业,S3为饮料制造业,S4为烟草制品业,S5为纺织业,S6为纺织服装、鞋、帽制造业,S7为皮革、毛皮、羽毛(绒)及其制品业,S8为木材加工及木、竹、藤、棕、草制品业,S9为家具制造业,S10为造纸及纸制品业,S11为印刷业和记录媒介的复制,S12为文教体育用品制造业,S13为石油加工、炼焦及核燃料加工业,S14为化学原料及化学制品制造业,S15为医药制造业,S16为化学纤维制造业,S17为橡胶制品业,S18为塑料制品业,S19为非金属矿物制品业,S20为黑色金属冶炼及压延加工业,S21为有色金属冶炼及压延加工业,S22为金属制品业,S23为通用设备制造业,S24为专用设备制造业,S25为交通运输设备制造业,S26为电气机械及器材制造业,S27为通信设备、计算机及其他电子设备制造业,S28为仪器仪表及文化、办公用机械制造业,S29为其他制造业(包括工艺品及废弃资源和废旧材料回收加工业) ,S30为电力、热力的生产和供应业,S31为燃气生产和供应业,S32为水的生产和供应业。

二、上海工业行业碳排放特征

　　利用估算得到的结果,我们可以对上海工业行业碳排放的演变趋势和排放结构等相关特征进行一些统计观察和分析。图4-3给出了各个行业及工业部门整体的碳排放时间走势情况。 从(f)图反

图4-3　上海工业行业分组碳排放及全部工业部门碳排放总量走势

映的情况来看,工业部门整体碳排放呈迂回上升走势,1995年、1999年和2007年为三个排放高峰, 而碳排放强度则在1995~2003年间呈明显下降趋势,但2003年后又开始持续走高。在高排放组中,黑色金属冶炼及压延加工业的碳排放走势与工业部门整体走势比较接近,同样在1995、1999和2007年出现了三个高峰,说明黑色金属行业的碳排放走势对工业部门整体的碳排放趋势具有较为关键的影响。大部分行业的碳排放呈现出平稳上升态势,代表性行业有造纸、塑料制品、饮料制造、家具制造业等。而少数行业出现了大幅波动的情况,如化学纤维、其他制造业、电力热力、燃气等。其中化学纤维制造业的碳排放在2000年后突然大幅下降,由811万吨降至25万吨,这与其行业规模由2000年的1 606 841万元降至2001年的50 919万元有直接关系。而其他制造业、电力热力、燃气行业碳排放的大幅波动主要归因于其能源消费量的大幅变动,其中其他制造业的能源消费由1997年的95.6万吨标准煤大幅缩减至1998年的8.6万吨标准煤,后两者也同样在相应年份出现了能源消费量剧烈变动的情况。

　　图4-4反映了工业行业分组及工业部门整体的能源消费(包括煤炭类、石油类和天然气)碳排放结构及其随时间演变趋势,其中焦炭、煤气等焦化产品消费计入煤炭类消费中。从(f)图反映的工业部门整体情况来看,煤炭类能源消费是工业部门碳排放的最主要来源,其比重始终保持在50%以上,1999年最高,达到78.8%,但在1999年后呈现出下降趋势,2006年后又有小幅上升;石油类能源消费作为第二大排放源,其比重介于20%~45%,在1999年之前呈下降趋势,但1999年后开始逐年上升,直到2006年后又小幅下降;天然气消费的碳排放比重非常小,在1999年之前均接近于零,1999年后才开始逐年增加,但比重最高的年份(2008年)也仅为3.25%。高排放组的能源消费碳排放结构在数值和变化趋势上与工业部门整体情况均非常接近,其煤炭类能源消费的碳排放也一直在50%以上,并于1999年达到79.8%的峰值,随后开始逐年下降,至2006年后又有小幅上升;石油类能源消费和天然气消费的碳排放比重与走势也与工业部门相应情况基本一致。这说明工业部门整体碳排放结构的形成在很大程度上取决于高排放组的能源消费碳排放结构。中高排放组和中低排放组的碳排放也主要来源于煤炭类能源消费,历年比重均超过55%,其最高值分别为1996年的88.2%和1997年的93.1%,但前者随后呈现出逐年下降趋势(石油类能源消费和天然气消费的碳排放比重呈逐年上升趋势),而后者的波动性较大,走势并无明显规律。中排放组和低排放组的煤炭类能源消费碳排放比重分别于2000年和2004年降至50%以下,石油类能源消费碳排放比重也由此升至50%以上,成为了此后碳排放的主要来源,天然气消费的碳排放比重虽然依然较小,但与其他三组相比有所提高,其在低排放组中的比重在2006年达到12%。

图4-4　上海工业行业分组及全部工业部门能源消费碳排放结构

　　最后,我们对工业行业分组的碳排放结构进行了统计观察(如图4-5所示)。考虑到高排放组各行业单独的碳排放比重均比较大,为便于分析,我们将其分开与其他四组行业进行了并列报告。可以看出,整个高排放组的排放比重(纺织业以下的部分)优势非常显著,基本保持在80%以上,在2000年达到89.7%的峰值,之后一直在86%~90%之间小幅波动。其中,黑色金属冶炼及压延加工业的碳排放比重明显高于其他行业,始终保持在40%以上,于1999年达到63.6%的峰值,之后呈下降趋势,降至2006年的40.1%后又开始小幅上升。石油加工、炼焦及核燃料加工业的碳排放比重在2000年前一直在5%以下,但2000年后开始急剧上升,在2005年一度达到30%的峰值水平,之后虽然有小幅下降,但也一直保持在24%以上,成为了仅次于黑色金属行业的又一“排放大户”。与之演变趋势相反的是化学纤维制造业,其碳排放比重在2001年保持在11%以上,在2000年一度达到15.2%,但2001年却急剧下降至0.48%,之后总体呈下降趋势,在2008年其比重甚至减少至0.09%,这主要归因于其产值规模的大幅减少和煤炭类能源消费比重的下降。化学原料及化学制品制造业的排放比重基本走势与石油加工行业相似,但变动趋势较之更加平缓,2006年前其比重在4%~9.5%之间波动,2006年后上升至17%左右。非金属矿物制品业与纺织业的排放比重一直比较稳定,分别在3%~6%和1.5%~3.5%之间波动,而中排放组和中低排放组的情况与之类似,分别稳定在2.8%~5.8%和1.3%~3%之间。中高排放组的排放比重大体呈下降—上升—下降的趋势,转折点为1999年和2004年,峰值和谷值分别为1994年的12.6%和1999年的4.4%。低排放组的排放比重非常小,稳定在0.28%~0.6%之间。

图4-5　上海工业行业分组碳排放结构

　　综上所述,我们可以对上海工业行业的能源消费碳排放总结出以下几点规律特征:①工业部门整体和大部分行业的碳排放均呈现出总体上升趋势;②高排放组的能源消费碳排放结构在很大程度上决定着工业部门整体碳排放结构的形成;③煤炭类能源消费一直是高排放组、中高排放组、中低排放组以及整个工业部门碳排放的最主要来源,其次是石油类能源消费,而天然气消费的碳排放比重非常小,但石油类消费近年来已经逐渐成为中排放组和低排放组碳排放的最主要来源;④工业部门的碳排放绝大部分来自于高排放组的六大行业,其中黑色金属行业为第一“排放大户”,其排放走势对工业部门整体的排放趋势具有最为关键的影响。