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碳中和专题 | 探索碳核算概念、方法与体系

北极星大气网  来源:社会价值投资联盟CASVI  作者:社投盟  2021/7/6 9:59:05  我要投稿  
  关键词:碳交易 碳市场 碳核算

北极星大气网讯:导读:全国碳交易市场将启动上线交易,这距离2013年6月深圳在国内率先启动碳交易已过去8年之久。

虽然全国碳市场首批仅纳入2000余家温室气体排放量达到2.6万吨二氧化碳当量的电力企业,但据生态环境部新闻发言人刘友宾介绍,全国碳市场覆盖排放量将超过40亿吨,亦将成为全球覆盖温室气体排放量规模最大的碳市场。

实际上,碳交易能够公平、有效开展的基础,就是碳核算。4月1日,央行副行长刘桂平提出要逐步开展碳核算,探索建立全国性的碳核算体系;4月20日,中国人民银行行长易纲在博鳌亚洲论坛上也提出,正在探索建立全国性的碳核算体系。为此,本文将尝试对碳核算的概念、方法与体系进行初步的总结与梳理。正文共8000字,预计阅读时间25分钟本文摘自《可持续发展金融前沿》2021年第5期碳中和专题,点击下方阅读原文了解更多哦!

本篇主要内容概览

一、什么是碳核算?

二、碳核算的方法有哪些?

三、碳核算体系的构成与标准是什么?

四、结语

一、什么是碳核算?

自1997年《京都议定书》通过以来,世界各国均开展了一系列的减排措施,以应对由工业化带来的气候变化。但不同国家、不同地区、不同企业等控排主体,都需要依托于科学数据来明确减碳目标、度量减碳成效。碳核算即是一种测量工业活动向地球生物圈直接和间接排放二氧化碳及其当量气体的措施。可以看到,从核算对象来说,开展碳核算至少需要包含以下两点条件:一是划定造成温室效应的气体,二是确定工业活动主体。

温室气体是大气中吸收和重新放出红外辐射的自然和人为的气态成分,包括二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)、氧化亚氮(N2O)、氢氟碳化物(HFCs)、全氟化碳(PFCs)、六氟化硫(SF6)和三氟化氮(NF3)等。由于不同气体对温室效应的影响程度有所不同,联合国政府间气候变化专门委员会 (Intergovernmental Panel on Climate Change , IPCC)提出了二氧化碳当量(CO2e)这一概念,以统一衡量这些气体排放对环境的影响。而基于全球变暖潜能值(GWP),可以看到不同气体相对于二氧化碳而言对温室效应的影响程度。

另外,仅对于能源活动和工业生产过程而言,根据《省级温室气体清单编制指南》,HFCs、PFCs和SF6等主要涉及铝、镁等少数工业生产过程,而N2O早已纳入空气污染监控范围,故对多数企业的碳核算主要对象是CO2和CH4。又根据《2017年中国温室气体公报》,二氧化碳(CO2)和甲烷(CH4)分别是影响地球辐射平衡的主要和次要长寿命温室气体,在全部长寿命温室气体浓度升高所产生的总辐射强迫中的贡献率分别约为 66%、17%。

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资料来源:Federal Greenhouse Gas

Acing and Reporting Guidance

从工业活动主体来说,根据《IPCC国家温室气体排放清单指南》和《省级温室气体清单编制指南》,碳核算主要覆盖五种活动:能源活动、工业生产、农业生产、林业和土地利用变化以及废弃物处理。

针对于上述核算主体对象,碳核算可以具体根据数据来源、测量方式、数据形式、数据质量、测量地域及时间范围等因素,生成不同类型的碳核算结果产出。

二、碳核算的方法有哪些?

碳核算最主要的形式可以被分为基于测量和基于计算两种方式,具体从现有的温室气体排放量核算方法来看,主要可以概括为三种:排放因子法、质量平衡法、实测法。目前发改委公布的24个指南采用的温室气体量化方法只包含排放因子法和质量平衡法,但2020年12月生态环境部发布的《全国碳排放权交易管理办法(试行)》中明确指出,重点排放单位应当优先开展化石燃料低位热值和含碳量实测。

(一)排放因子法(基于计算)

排放因子法是适用范围最广、应用最为普遍的一种碳核算办法。根据IPCC提供的碳核算基本方程:

温室气体(GHG)排放=活动数据(AD)×排放因子(EF)

其中,AD是导致温室气体排放的生产或消费活动的活动量,如每种化石燃料的消耗量、石灰石原料的消耗量、净购入的电量、净购入的蒸汽量等;EF是与活动水平数据对应的系数,包括单位热值含碳量或元素碳含量、氧化率等,表征单位生产或消费活动量的温室气体排放系数。EF既可以直接采用IPCC、美国环境保护署、欧洲环境机构等提供的已知数据(即缺省值),也可以基于代表性的测量数据来推算。我国已经基于实际情况设置了国家参数,例如《工业其他行业企业温室气体排放核算方法与报告指南(试行)》的附录二提供了常见化石燃料特性参数缺省值数据。

该方法适用于国家、省份、城市等较为宏观的核算层面,可以粗略的对特定区域的整体情况进行宏观把控。但在实际工作中,由于地区能源品质差异、机组燃烧效率不同等原因,各类能源消费统计及碳排放因子测度容易出现较大偏差,成为碳排放核算结果误差的主要来源。

(二)质量平衡法(基于计算)

质量平衡法可以根据每年用于国家生产生活的新化学物质和设备,计算为满足新设备能力或替换去除气体而消耗的新化学物质份额。对于二氧化碳而言,在碳质量平衡法下,碳排放由输入碳含量减去非二氧化碳的碳输出量得到:

二氧化碳(CO2)排放=(原料投入量×原料含碳量-产品产出量×产品含碳量-废物输出量×废物含碳量)×44/12

其中,是碳转换成CO2的转换系数(即CO2/C的相对原子质量)。采用基于具体设施和工艺流程的碳质量平衡法计算排放量,可以反映碳排放发生地的实际排放量。不仅能够区分各类设施之间的差异,还可以分辨单个和部分设备之间的区别。尤其当年际间设备不断更新的情况下,该种方法更为简便。一般来说,对企业碳排放的主要核算方法为排放因子法,但在工业生产过程(如脱硫过程排放、化工生产企业过程排放等非化石燃料燃烧过程)中可视情况选择碳平衡法。

(三)实测法(基于测量)

实测法基于排放源实测基础数据,汇总得到相关碳排放量。这里又包括两种实测方法,即现场测量和非现场测量。

现场测量一般是在烟气排放连续监测系统 (CEMS)中搭载碳排放监测模块,通过连续监测浓度和流速直接测量其排放量;非现场测量是通过采集样品送到有关监测部门,利用专门的检测设备和技术进行定量分析。二者相比,由于非现场实测时采样气体会发生吸附反映、解离等问题,现场测量的准确性要明显高于非现场测量。

美国推广实测法的力度最高,早在2011年就开始了碳排放测量的强制安装:美国环保署在2009年《温室气体排放报告强制条例》中规定,所有年排放超过2.5万吨二氧化碳当量的排放源自2011年开始必须全部安装烟气连续在线监测系统(CEMS)并在线上报美国环保署。

欧盟委员会自 2005 年启动欧盟碳排放交易系统并正式开展监测 CO2 排放量,但目前23个国家中仅155个排放机组(占比1.5%)使用了CEMS(连续监测系统),主要有德国、捷克、法国。

中国火电厂基本已安装了 CEMS,具备使用 CEMS 对 CO2 排放量进行监测的基础。5月27日,国内首个电力行业碳排放精准计量系统在江苏上线,在国内率先应用实测法进行碳排放实时在线监测核算,预期不久也将向全国普及。

三、碳核算体系的构成与标准

鉴于碳中和目标的实现涉及到从中央到地方、从政府到企业等各个跨部门、跨层级、跨组织的社会行为主体,碳核算体系的构成也因此成为了一个交错复杂的巨大网络——大到国家、小到产品。时至今日,发展出了共同目标下政府主体和市场主体独自推进又交互反馈的路线。

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碳核算机制是一个多元主体的体系,各个主体所承担的角色和责任也会直接影响到核算结果的准确度及成果性质。整体而言,碳核算的方式可分为自上而下及自下而上两类,前者主要指国家或政府层面的宏观测量,而后者则包括企业的自测与披露、地方对中央的汇报汇总,及各国对国际社会提交反馈。

从国际层面而言,国际组织或国际协定主要依靠于各国政府和企业自主进行核算及汇报来计算碳核算结果。自上而下的测算以《IPCC国家温室气体清单指南》为主流国际标准,自下而上的测算则是温室气体议定书(GHG Protocol)系列标准最为广泛使用。这些由非政府组织出具的标准及指引,均鼓励国家、城市、社区及企业等主体对于核算结果进行汇报和沟通,以此确保公开报告的一致性。以国际能源署(International Energy Agency,IEA)发布的碳核算报告为例,其数据来源主要为国家向IEA 能源数据中心提交的月度数据、来自世界各地电力系统运营商的实时数据、国家管理部门发布的统计数据等。

碳核算的具体过程虽然是客观的测量与计算,但其测量范围的划定及具体标准的制定,仍存巨大的空间和差异,也由此带来了不确定性。目前而言,中国对于碳核算框架的整合与标准制定已具有一定成效。而与此同时,国际社会上虽然存在广受认可的原则和标准,但在具体的执行中,其数据来源、采集及测量方式、数据呈现方式、汇报方式等,仍各有侧重。

一、国家层面

根据《联合国气候变化框架公约》(UNFCCC, 以下简称《公约》)的要求,《公约》附件一缔约方(主要是发达国家)每年都需要编制和提交国家温室气体清单,非附件一缔约方则视情况编制和提交国家温室气体清单。1995年IPCC发布的第一版《IPCC国家温室气体清单指南》(以下简称《IPCC指南》),是世界各国编制温室气体清单的主要方法和规则,又先后发布《2006年IPCC国家温室气体清单编制指南》《IPCC 2006年国家温室气体清单指南2019修订版》进行了更新与修订。2006 年修改后的版本主要从能源、工业过程和产品使用、农业、林业和其他土地利用、废弃物这五个部分来进行温室气体排放和消除的核算。其核算方法包括了排放因子法和质量平衡法。

2019年《联合国气候变化框架公约》缔约方大会第二十五届会议在马德里举行(来源:联合国官网)

国际上,国际能源署(International Energy Agency,IEA)、世界资源研究所(World Resources Institute,WRI)、世界银行(World Bank,WB)等纷纷建立了能够覆盖世界各国国别层面的碳排放数据库。然而,在不同能源消耗量和排放因子的估算下,各数据库的测算结果各异,且国际机构数据库对我国碳排放量普遍高估。例如,2015年发表于Nature的一篇文章指出,中国2000-2012年间的能源消耗量比官方统计高10%,煤炭排放因子低于IPCC缺省值40%,水泥生产的碳排放低于估值45%。

目前,我国已完成了1994、2005、2010、2012和2014年共5年的碳排放核算工作,分别发布于前后三次的《气候变化国家信息通报》和两次的《气候变化两年更新报告》中。然而,国内各机构的碳核算结果也存较大差异。例如,《第三次国家信息通报》中,2005年和2010年我国产生的二氧化碳排放量(包括能源燃烧和工业工程产生的二氧化碳)分别为63.81亿吨和87.07亿吨,而相同口径下中国科学院碳专项的核算结果为53.5亿吨和77.5亿吨,分别高19.3%和12.3%。

二、省份层面

在国务院于2007 年颁布《中国应对气候变化国家方案》后,国家发改委于2011年5月发布了《省级温室气体编制清单指南(试行)》(以下简称《省指南》),以助力实现2009年国务院提出的"到2020年我国单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降 40%-45%"的目标。

与《IPCC指南》类似,《省指南》从能源活动、工业生产过程、农业、土地利用变化和林业、废弃物处理五个方面对我国省级温室气体清单提供指导。但其特别之处在于,《省指南》中针对跨省电力调度造成的碳排放问题设置了排放因子,电力调入(出)二氧化碳间接排放=调入(出)电量×区域电网供电平均排放因子。同时,《省指南》结合我国实际提供了不同的层级方法和可供选用的缺省值。然而,对于我国各省份碳排放测算结果,尚未见官方披露。

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