（环境科学专业论文）成都市碳排放量及排放特征分析.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第1 i 页 a b s t r a c t c l i m a t ec h a n g ei so n eo ft h ew o r l d st o pt e ne n v i r o n m e n t a li s s u e s m a n ys t u d i e ss h o w t h a tt h ec l i m a t ec h a n g ei sc a u s e db yh u m a na c t i v i t i e s t h ed r i v i n gf a c t o ro fg l o b a lw a r m i n gi s g r e e n h o u s eg a s e s ，p a r t i c u l a r l yt h ec a r b o nd i o x i d ew h o s ew a r m i n ge f f e c ti su pt o6 3 c h i n a p r o p o s e s ”d e v e l o pl o wc a r b o ne c o n o m y ”i nr e c e n ty e a r s ，c h e n g d ua l s op u t s f o r w a r dt h e s l o g a nt h a tb u i l d i n g ”z e r oc a r b o nc h e n g d u ”c o n s e q u e n t l y , g r a s pt h em a c r oc h a r a c t e r i s t i c so fa r e g i o n sc a r b o ne m i s s i o n s ，a n dt h e nt a k em e a s u r e st or e d u c et h en u m b e ro fc a r b o ne m i s s i o n s w i t ha p u r p o s ea r es i g n i f i c a n c eo ft h i sm a g n i f i c e n t t h i sp a p e rr e v i e w st h ed o m e s t i ca n di n t e r n a t i o n a la t t i t u d e st oc a r b o ne m i s s i o nr e d u c t i o n , c a r b o ne m i s s i o nr e d u c t i o nc a l c u l a t i o nm o d e li nt h ef i e l do fs c i e n t i f i cr e s e a r c hc u r r e n t l y , t h e d r i v i n gf a c t o ro fc l i m a t ec h a n g e g r e e n h o u s eg a s e st h a tm a i n l yg e n e r a t e db yh u m a na c t i v i t i e si s a n a l y s e d p a r t i c u l a r l yc a r b o nd i o x i d ew h i c hh a v et h es t r o n g e s tw a r m i n ge 岱：c t t h es o u r c e so f c a r b o ne m i s s i o nm u s tb ek n o w nf i r s t l yt oa i ma tc a r b o n - e m i s s i o n r e d u c t i o n t h i sa r t i c l e s u m m a r i e sc a r b o n e m i s s i o n - s o u r c e sa n dd i v i d e st h e mi n t ot h r e e c a t e g o r i e s ：”e n e r g y ”， ”i n d u s t r y ”( c a r b o ne m i s s i o n so ft h e i n d u s t r i a lp r o d u c t i o np r o c e s s ) a n d ”a g r i c u l t u r ea n d f o r e s t r y f r o mt h ed e f i n i t i o no f ”c a r b o ns o u r c e s s u b s e q u e n t l y , c o m b i n e dt h ei n d u s t r i a la n d a g r i c u l t u r a ld e v e l o p m e n ts t a t u s ，c h e n g d u sm a i nc a r b o n - s o u r c ea r ea n a l y z e di n c l u d e de n e r g y c o n s u m p t i o n , c e m e n t ，s t e e l ，s y n t h e t i ca m m o n i a , g l a s sp r o d u c t i o na n da g r i c u l t u r e t h e ne n e r g y c o n s u m p t i o n , o u t p u t so fc e m e n t ，s t e e l ，s y n t h e t i ca m m o n i aa n dg l a s sp r o d u c t i o n , f a r ma r e a sa r e c o l l e c t e dt oc a l c u l a t et h ec a r b o ne m i s s i o n si n c h e n g d u t h e r e s u l ts h o w e st h a t c a r b o n e m i s s i o n sm a i n l yr e s u l t e df r o me n e r g yc o n s u m p t i o na n dc e m e n t ，s t e e l ， s y n t h e t i c a m m o n i ap r o d u c t i o n e sw h i c hb e l o n gt oi n d u s t r i a lc a r b o ns o u r c e si nc h e n g d u f r o m19 9 9t o 2 0 0 8 ，t h en u m b e r so fc a r b o n e m i s s i o ni nc h e i l g d ui n c r e a s e sy e a rb yy e a r , e n e r g yc o n s u m p t i o n a n di n d u s t r i a lc a r b o ne m i s s i o n sg r o w e se v e r yy e 甄t o o o n l yt h ea g r i c u l t u r ec a r b o n - e m i s s i o n s h o l dt h el i n e e n e r g yc o n s u m e da n dc a r b o nd i o x i d ee m i s s i o n sf o re a c h10 ，0 0 0y u a no fg d p a r el e s st h a nt h en a 廿o n a la v e r a g ea n dd e c r e a s e sy e a rb yy e 虬b u tp e rc a p i t ac a r b o ne m i s s i o n s g o e su py e a rb yy e a r t h e nt h ec h a r a c t e r i s t i c so fc a r b o ne m i s s i o no fe n e r g yc o n s u m p t i o ni n c h e n g d ua r ea n a l y z e d ，t h er e s u l ts h o w e st h a tt h em a i nf a c t o ro fg r o w t ho fp e rc a p i t ac a r b o n e m i s s i o n si st h er a p i de c o n o m i cd e v e l o p m e n t , a si n h i b i t o r yf a c t o r e s ，t h ee n e r g ym i xa n d 西南交通大学硕士研究生学位论文第川页 e n e r g ye f f i c i e n c yc o n t r i b m el i t t l ep o w e ro np e rc a p i t ac a r b o ne m i s s i o n s ，b u th a v en o tg i v ef u l l p l a yt ot h er o l eo fi n h i b i t i o no f c a r b o ne m i s s i o n s f i n a l l y , t h em e a s u r e st or e d u c ec a r b o ne m i s s i o n sa lep u t e df o r w a r db a s e do nt h ea n a l y s i s ： f i r s t , c h a n g ec o a l d o m i n a t e de n e r g ym i x ，i n c r e a s e st h eo i l ，n a t u r a lg a s ，e l e c t r i c i t ys h a r ea n d d e v e l o pb i o m a s sa n dn u c l e a rp o w e rg e n e r a t i o n 蛔e a s et h ee f f i c i e n c yo fe n e r g y - u s i n g , s a v e e n e r g y s e c o n d l y , a d j u s tt h ei n d u s t r i a ls t r u c t u r e ，c o n t r o lt h ed e v e l o p m e n to fc e m e n ta n do t h e r l l i g h - c a r b o ns e c t o r s i m p l e m e n tc a r b o n - e m i s s i o n r e d u c t i o nt e c h n o l o g i e si nt h eh i g h - c a r b o n s e c t o r s t h i r d ，t a pn e wr e s o u r c e so fe n e r g ya n di m p r o v ef u e le f f i c i e n c yi nt h ef i e l do f t r a n s p o r t a t i o n f o u r t h , e n h a n c ec a r b o ns i n k s ，p r o t e c tc a r b o ns e q u e s t r a t i o nb ya f f o r e s t a t i o na n d o t h e rm e t h o d s f i n a l l y , e n h a n c et e c h n o l o g yr e s e a r c ha n di n t e r n a t i o n a lc o o p e r a t i o no fc a r b o n k e yw o r d s ：c l i m a t ec h a n g e ；c a r b o nd i o ) 【i d e ：c a r b o ne m i s s i o n ；c h e n g d u 西南交通大学曲南父逋大罕 硕士学位论文主要工作( 贡献) 声明 本人在学位论文中所做的主要工作或贡献如下： 1 、目前对于区域碳排放的研究主要集中于能源类碳排放研究。文章采用采用文献 研究、比较方法、调查方法、统计方法等研究方法，系统地分析了成都市碳源，包括： 能源类碳源( 生活能源、工业能源和交通能源) 、工业类碳源( 工业生产工艺过程中 的碳排放) 和农林业碳源，并核算1 9 9 9 2 0 0 8 年间的各类碳源碳排放量。 2 、根据1 9 9 9 2 0 0 8 年碳排放量，分析成都市碳排放总体特征。其中，对碳排放比 例相对较大的能源类碳源采用对数平均权重d i v i s i a 分解法，从能源结构、能源效率和 经济发展三个方面重点进行了因素解析。 3 、根据对成都市碳排放特征，有针对性的提出了成都市碳减排对策。 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所得的成 果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰 写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明。 本人完全了解违反上述声明所引起的一切法律责任将由本人承担。 学位敝作者虢聿莉铡广 日期：z , l o 歹? 3 西南交通大学凹南父迥大罕 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授 权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用 影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1 保密口，在年解密后适用本授权书； 2 不保密瓯使用本授权书。 ( 请在以上方框内打“”) 学位论文作者签名：禾匀训7 日期2 0 l o f 匆 指导老师签名： 日期： 彤 、 他i 乏 ，狄卜彬 一 第一章绪论 1 1 研究背景 111 气候变化的影响 2 0 0 9 年1 2 月7 日，联合国气候变化框架公约第1 5 次缔约方会议暨京都议定 书第5 次缔约方会议在月麦首都哥本哈根拉开帷幕，会议针对节能减排、低碳经济等 展开讨论，计划就2 0 1 2 后全球温室气体减捧作出安排。会议提出：由于气候系统反馈所 必须经历的时间，无论现在作出什么样的努力，全球变暖的趋势在未来数十年不会有改 变。据环境正义基金会发表的一份报告( 2 0 0 9 年) 警告称，由于全球气候变暖，未来4 0 年，全球人口的1 0 ( 约5 - 6 亿人) ，面临沦为4 气候难民”( 气候难民，顾名思义就是 因为气候变化而导致生存受到威胁的人们) 的危险。届时，他们将被迫迁往其它国家， 而一些国家也会因此而从地球上消失。如海拔仅1 5 米的马尔代夫，如果气温上升超过2 度，海平面一上升，马尔代夫就将被抹去。2 0 0 9 年，马尔代夫的两个岛屿就因海平面上 升出现问题，这些人不得不迁往其它岛屿m 。 科学家对数千份科学文件进行精心研究后，撰写了一部有关全球变暖危害的专著， 首度向世人系统描述了地球气温升高6 后全球面临的灾难：地球气温若上升1 ，美国 粮仓变大漠，非洲沙漠成桑田；上升2 c ，海水上升7 米，1 坩动植物消亡；上升3 ， 气候彻底失控，上演生态灾难；上升4 c ，人类口粮吃紧，欧溯人大迁徙：上升5 6 ，地球将面临彻底的灾难。如图1 。 而这些都源自于一个共同 的环境问题气候变化。气候 变化的影响是多尺度、全方位、 多层次的。气候变化已被科学研 究得到证实。通过对气候系统、 固体地球系统、生态系统及人类 社会和各自的主要变化和循环过 程的分析我们可以清楚地看到 人类在这些系统的变化过程中所 起到的巨大影响。而全球变化也 引起了人类自身生存条件的变化， 目i - 1 气俄j ：升与地球变化 势必对人类产生有利或有弊的影响。在人类的发展历 西南交通大学硕士研究生学位论文 第2 页 史上，更多的是对全球变化起到了负面的影响：温室效应、土壤遭受破坏、荒漠化程度 加剧、臭氧层空洞、酸雨和空气污染、海洋污染与过度开发、生物多样性破坏、森林减 少、有害废物的排放和越境转移、淡水资源的匮乏、混乱无序的城市化等全球新增环境 问题层出不穷，愈演愈烈。 许多研究结果表明，气候变化的罪魁祸首是温室气体特别是二氧化碳的排放。虽然 目前国际社会对碳排放权的分配争执不休，但均已达成了“减少碳排放”的共识。 1 1 2 国际社会为二氧化碳减排作出的努力 1 政府间气候变化专门委员会 1 9 7 9 年，在瑞士日内瓦召开的第一次世界气候大会上，科学家提出了二氧化碳浓度 增加将导致地球升温的警告，气候变化首次作为一个受到国际社会关注的问题提上议事 日程。1 9 8 8 年，世界气象组织和联合国环境规划署联合建立了联合国政府间气候变化专 门委员会( 口c c ) ，其主要任务是对气候变化的科学认识、气候变化的影响以及适应和 减缓气候变化的可能对策进行评估。 i p c c 分成三个小组，其工作的最终目的是为全球各国政府首脑签订气候条约提供基 本信息：第一个小组的工作任务是对有关气候变化的各种报告进行评估；第- d , 组对气 候变化引起的环境问题和社会经济发展问题进行评估；第- d , 组则负责制定有关处理气 候变化问题的响应策略。i p c c 相信气候变化已经是既成的事实，并且人类活动正加剧这 一变化，国际社会有必要协调国际问的各种反应以应对问题的严重性。 i p c c 自成立以来先后提出了四次评估报告，分别是在1 9 9 0 年，1 9 9 5 年，2 0 0 1 年和 2 0 0 7 年。据报道，第五次评估报告将于2 0 1 4 年完成。i p c c 评估报告有利促进了联合 国气候变化框架公约以及京都议定书等的达成。 2 联合国气候变化框架公约 联合国气候变化框架公约【2 】( u n f c c c ) 是由联合国政府间谈判委员会于1 9 9 2 年5 月9 日起草并于1 9 9 2 年6 月在巴西里约热内卢举行的地球问题首脑会议上开放供各 国签署的，于1 9 9 4 年3 月2 日生效。至1 9 9 8 年中期，已经有1 7 5 个国家批准或加入， 接受公约规定的约束。 联合国气候变化框架公约是一个有法律约束力的公约。公约提出了一个短期目 标和一个长期目标：短期目标是“在2 0 0 0 年之前，发达国家应该采取行动使温室气体特 别是二氧化碳的排放恢复到1 9 9 0 年的水平”，长期目标是稳定大气中温室气体的浓度”。 这一稳定要在足以使生态系统能够自然地适应气候变化、确保粮食生产免受威胁并使经 济发展能够可持续地进行的时间范围内实现。 西南交通大学硕士研究生学位论文 第3 页 3 京都议定书 京都议定书【3 】( k y o t op r o t o c 0 1 ) 堪称全人类第一个以条约形式要求承担保护地 球气候系统义务的执行性文件，被公认为国家环境外交的里程碑。 京都议定书是联合国气候变化框架公约的补充条款，于1 9 9 7 年1 2 月在日 本东京召开的第三次缔约方大会上形成，2 0 0 4 年1 1 月1 8 日批准，2 0 0 5 年2 月1 6 日强 制生效，共有1 8 3 个国家通过该条约。截至2 0 0 5 年1 1 月2 4 日，已有1 5 7 个国家批准了 该议定书。 京都议定书规定的减少排放对象涉及6 种主要温室气体，即二氧化碳( c 0 2 ) 、 甲烷( c i - t 4 ) 、一氧化二氮( n 2 0 ) 、含氢氟烃( h f c ) 、全氟化碳( p f c ) 和六氟化硫( s f 6 ) 。该 议定书由2 8 个条款2 个附件组成，主要内容分为三个方面： ( 1 ) 共同但有区别原则：各国在遏制全球变暖、减排温室气体方面均应承担各自 的责任，但同时应充分考虑历史和现实的原因，为不同国家规定相应的减排义务和额度。 ( 2 ) 明确了各国对控排二氧化碳等温室气体应承担的责任：要求条约中附件1 所 列出的3 8 个国家必须在2 0 0 8 年- 2 0 1 2 年间，二氧化碳等温室气体排放总量相比1 9 9 0 年 减少5 2 。发展中国家不作指标式减排要求，但应“在适当情况下和可能范围内”制定 国家或区域规划，改进排放目标和模式。 ( 3 ) 允许采取四种减排方式：一是两个发达国家之间可以进行排放额度买卖的“排 放权交易”；二是以“净排放量”计算温室气体排放量，即从本国实际排放量中扣除森 林所吸收的二氧化碳的数量；三是可以采用绿色开发机制，促使发达国家和发展中国家 共同减排温室气体；四是可以采用“集团方式”，即欧盟内部的许多国家视为一个整体， 采取有的国家削减、有的国家增加的方法，在总体上完成减排任务。 4 世界气候大会 第一次世界气候大会气候与人类专家会议于1 9 7 9 年2 月1 2 2 3 日在瑞士日内瓦 举行，来自5 0 多个国家的约4 0 0 人参加了该会议，大会通过了世界气候大会宣言。宣言 指出，粮食、水源、能源、住房和健康等各方面均与气候有密切关系，要求各国有力支 持世界气候计划的实施。世界气候计划强调要研究自然因子和人类活动因子对气候的影 响和气候预测问题以及气候变化对人类活动的影响，并着重指出在经济发展计划中要充 分利用现有的气候和气候变化知识的迫切性。 最近的一次世界气候大会暨哥本哈根世界气候大会( 全称联合国气候变化框架公 约第1 5 次缔约方会议暨京都议定书第5 次缔约方会议) 于2 0 0 9 年1 2 月7 1 8 西南交通大学硕士研究生学位论文 第4 页 日在丹麦首都哥本哈根召开，来自1 9 2 个国家的谈判代表召开峰会，商讨京都议定书 一期承诺到期后的后续方案，即2 0 1 2 年至2 0 2 0 年的全球减排协议。 1 1 3 我国对二氧化碳减排的态度 我国政府积极参与二氧化碳等温室气体减排。2 0 0 2 年8 月，中国常驻联合国代表向 7 联合国秘书长交存了中国政府核准的联合国气候变化框架公约京都议定书备忘录。 同年9 月，中国国务院总理朱铬基在约翰内斯堡可持续发展世界首脑会议上宣布，中国 已核准京都议定书，表明了中国积极参与国际环境合作的决心【4 1 ；胡锦涛主席在2 0 0 7 年9 月8 日的亚太经合组织( a p e o 会议上，提出了要在中国发展低碳经济，研发和推广 低碳能源技术、增加碳汇、促进碳吸收技术发展f 5 】：2 0 0 9 年哥本哈根世界气候大会虽然 未达成实质共识，但国务院总理温家宝1 2 月1 8 日在领导人会议上发表讲话时表明了中 国实施碳减排的决心：中国政府确定减缓温室气体排放的目标是中国根据国情采取的自 主行动，不附加任何条件，不与任何国家的减排目标挂钩l i 】。 目前，中国正处于快速发展的关键阶段，能源结构以煤为主，降低排放存在困难。 但是，我国始终把应对气候变化作为重要战略任务，采取了一系列减缓温室气体排放的 政策措施，如组建国家气候变化协调机构；积极参加有关气候变化的国际谈判；认真履 行联合国气候变化框架公约下承担的具体义务；开展气候变化的科学研究；制定实 施应对气候变化国家方案，并把法律法规作为应对气候变化的重要手段，先后制定 和修订节约能源法、可再生能源法、循环经济促进法、清洁生产促进法、森林法、草原 法和民用建筑节能条例等。 从1 9 9 1 年到2 0 0 5 年1 5 年中，中国累计减少使用能源8 0 x 1 0 1 1 k g 标准煤，相当于减 少排放二氧化碳1 8 0 x 1 0 1 1 k g 。截至2 0 0 9 年6 月，中国单位国内生产总值能耗比2 0 0 5 年 降低1 3 ，相当于少排放二氧化碳8 0 x 1 0 1 1 埏。此外，中国是全球新能源和可再生能源 利用增长速度最快的国家，世界上人工造林面积最大的国家f l 】。 1 1 4 “零碳成都 的提出与实践 近年来，成都市不断深化“应对气候变化发展低碳经济”重要性的认识，在统筹城 乡发展实践中坚持低碳发展理念，注重增强资源支撑和环境承载能力，加快推进资源节 约型和环境友好型社会建设。2 0 10 年，成都市委、市政府按照科学发展观要求，立足成 都实际，提出了建设低碳城市，努力把成都建设成为世界现代田园城市的历史定位和长 远目标。 2 0 0 9 年4 月1 2 日，低碳经济发展( 成都) 论坛在成都世纪城国际会展中心正式举 行。会议对外发布了“成都市低碳经济发展模式研究 课题成果。该研究详细解剖以新 互壹套通大学硕士研究生学位论文第5 页 能源产业促进低碳发展的“双流行动”、青白江区全方位打造低碳经济实验区和低碳崛 起的温江道路三个个案，提出了未来成都低碳建设的城市品牌“零碳成都”。 成都市发展低碳经济，建设低碳城市的低碳发展集中体现为“三个一 ，即：建设 一批低碳试验区，拟定一个低碳发展规划，建立一套低碳发展推进机制。具体内容包括： 设立低碳示范区( 市) 县、建设零碳农业产业示范园、建设零碳旅游产业示范园区等。 而“拟定一个低碳发展规划”，“建立一套低碳发展推进机制”的前提是对全市碳 源和碳排放特征的宏观把握。因此，分析成都市碳源种类，核算成都市碳排放量从而宏 观的把握成都市碳排放特征对于低碳发展规划的拟定等具有重大现实意义。 1 2 气候变化与碳排放 1 2 1 气候变化的驱动因子 目前气候变化的定义主要有两种：一种是i p c c 在气候变化评估报告中所提出的 气候变化是指气候状态的变化，而这种变化可以通过其特征的平均值或变率的变化 予以判别( 如利用统计检验) ，气候变化具有一段延伸期，通常为几十年或更长时 间。气候变化指随时间发生的任何变化，无论是自然变率，还是人类活动引起的变 化旧：一种是联合国气候变化框架公约中的含义，公约指出气候变化是指在 可比时期内所观测到的自然气候变率之外的直接或间接归因于人类活动改变全球 大气成分所导致的气候变化闭。 全球变暖是由于地球的气候系统受到了不同程度的扰动而引起的。除了自然的因素 ( 如太阳辐射、火山爆发以及地球的轨道和自转变化等) 外，使气候系统产生扰动的一 个重要驱动力就是由人类活动导致的温室气体大气浓度的增加。2 0 0 7 年发布的i p c c 全 球气候变化第四次评估报告表明：“最近5 0 年的气候变化是由人类活动产生的”，这一 结论可信度由2 0 0 1 年的第三次评估报告的6 6 以上可能性提高到9 0 以上可能性，结 论也由“过去5 0 年观测到的大部分气候增暖可能归因于人类活动 变为“人类活动 很可能是气候变暖的主要原因 【5 】。 人类活动导致四种长生命期温室气体的排放：二氧化碳( c 0 2 ) 、甲烷( c h 4 ) 、氧 化亚氮( n 2 0 ) 和卤烃( 一组含氟、氯或溴的气体) ，当排放大于清除过程时，大气中 温室气体浓度则增加。自1 7 5 0 年来，由于人类活动，全球大气c 0 2 、c h 4 和n 2 0 浓度 已明显增加，目前已经远远超出了根据冰芯记录测定的工业化前几千年中的浓度值，如 图1 - 2 t 6 1 。2 0 0 5 年，大气中c 0 2 和c h 4 的浓度已经远远超过了过去6 5 0 0 0 0 年的自然范围。 全球c 0 2 的浓度已由工业化前时代的约5 5 0 m g m 3 增加到2 0 0 5 年的7 4 4 4 6 m g m 3 ，过去 十年( 1 9 9 5 2 0 0 5 年) 的c 0 2 浓度年增长值平均值：每年3 7 3 m g r n 3 大于自连续和直接 西南交通大学硕士研究生学位论文 第6 页 的大气观测以来( 1 9 6 0 2 0 0 5 年) 的浓度增长平均值：每年2 7 5m g m 3 。而全球大气c h 4 浓度值也从工业化前时代的约0 4 5m g m 3 增至2 0 世纪9 0 年代初的1 0 8 m g m 3 ，2 0 0 5 年 增至1 11m g m 3 ；全球大气中n 2 0 浓度值从工业化前时代的约o 1 7 m g m 3 增至2 0 0 5 年 的0 2 0 m g m 3 ；许多卤烃也由工业化前时代接近于零的本底浓度呈现增加的趋势【6 1 。 6 0 删5 0 d4 0 u 堂3 0 呈2 0 一 1 0 o 图1 - 2 全球人为温室气体排放量( 19 7 0 2 0 0 4 ) 在上述四种温室气体中，二氧化碳是最重要的人为温室气体，其排放总量占人为温 室气体排放总量的7 7 ，排放量也在1 9 7 0 年到2 0 0 4 年间从2 1 0 1 0 ”k g 增加至 3 8 0 x 1 0 b k g ，增加了约8 0 6 1 。而且，二氧化碳的增温效应是最显著的，与其它温室气 体相比较，其增温效应达6 3 ，生命周期达5 0 2 0 0 年，见表1 1 f 4 】。 表1 1 温室气体的增温效应及生命期 鉴于二氧化碳是排放量最多，对增强温室效应贡献最大的气体，本文主要研究温室 气体二氧化碳的排放，着重分析其碳源排碳量。 1 2 2 碳排放的特征 碳排放空间的资源特性有【4 】： 1 自然特性 地球大气的结构经过长期的自然过程趋于稳定，各种化学成分相对固定，正是这样 一种天然属性，使大气资源具有不可替代性。大气资源一旦遭到破坏，便可能表现出不 可逆转性，直接威胁人类的生存环境。 2 稀缺性 西南交通大学硕士研究生学位谂空第7 页 任何一种资源表现出稀缺性需要两个条件：是这种资源是人类社会经济活动和发 展所需要的，有经济利用价值；二是其物理可供量相对于需求来讲是有限的。 人类生活和生产必须消耗各种能源，排放二氧化碳。在人类社会长期的发展过程中， 二氧化碳排放空间资源是比较丰富的。但是工业革命打破了碳循环的平衡，加速了二氧 化碳排放空间资源的消耗，并且超过了自然本身的长期以来形成的平衡点。解决气候变 暖问题的关键是要减少或限制二氧化碳的排放，因此二氧化碳排放空间就成为了一种稀 缺性很强的资源。在过去的二百年，随着人类社会技术、经济和社会发展和地球人口的 增加，人类向大气排放二氧化碳的数量和速度都在急剧增长和加快，远远超过了大气二 氧化碳浓度的安全水平，因此，二氧化碳排放空间资源的稀缺性表现日益增强。 3 公共资源属性 我们可以划定领空资源，但我们没法确定大气资源的产权。作为公共资源，每个人 均可以利用，不具备排他性。大气资源不可以进行物理空间上的界定不意味着产权途径 不可以用。我们对大气资源的利用，实际上是向大气排放温室气体。这样，大气温室气 体的排放空间就可以量化分割，分配到使用人。由于资源的稀缺性，排放空间的分配就 成为一个主要问题。因此，碳排放空间资源又具有战略性。 1 2 3 二氧化碳减排的特征 温室效应与气候变暖首先是一个环境问题，属于自然科学范畴。但是温室效应带来 的一系列问题，尤其是人类为了减少二氧化碳排放需要采取共同的国际行动，就将这一 问题扩展到经济和政治领域。现在，各个国家一方面担心气候变化带来的危害，要求尽 快采取共同行动，减少二氧化碳等温室气体的总排放量；另一方面，为了本国的经济发 展，又竭力占有较多的排放源，扩大本国排放空间，以提高或者维护本国已有的经济发 展速度和国际竞争力。 首先，二氧化碳减排是一个生态问题、科学问题。为了实现可持续发展，人类进行 的切生产和非生产活动都要考虑环境承载力。这意味着我们应该在对环境造成的冲击 和地球环境承载力之间留有足够的安全余地。二氧化碳排放环境承载力已经成为全球经 济发展的一个限制条件，如何采取技术措施和手段，协调全球共同行动来解决这个问题， 需要全世界科学家的努力，也在考验全人类的智慧。 其次，二氧化碳减排是一个经济问题。人类社会生产生活离不开能源( 特别是化石 燃料) ，这必然会带来二氧化碳排放。经济、社会和科技的发展使二氧化碳排放量和排放 速度空前加快。反之，限制二氧化碳排放量，就会直接影响到经济发展速度或者经济发 展规模。这主要体现在两个方面：一方面，为了生产等量的产品，人们可以采取现代的 堕童銮望杰学磅士研墼学位论宴第8 页 科学技术降低二氧化碳排放量，这样做的同时也增加了生产成本，影响到经济效益；另 一方面，如果以简单的能源消耗的减少达到减排的目的，就会带来经济发展速度和经济 总量的直接减少和降低。 再次，二氧化碳减排是政治与外交问题。二氧化碳减排需要全球的参与和全人类的 共同行动，需要协调各个国家的国家利益。二氧化碳减排的国际谈判已经从科学范畴上 升到政治层面，因为这种谈判是国家与国家之间的关于空间的争夺。第一，这是二氧化 碳排放空间的争夺。二氧化碳排放空间和排放权力的争夺是无形的资源的争夺，这种争 夺具有实际的政治意义和经济意义，是一场看不见硝烟的战争。第二，这是国家和民族 发展空间的争夺 从1 9 9 2 年气候变化框架公约到2 0 0 5 年京都议定书的正式生效，国际社会 经过了长达十三年的艰苦谈判和努力。这种谈判和努力在深层次上体现的是一个国家和 民族发展空间的争夺。美国不顾大多数国家的反对，宣布退出京都议定书主要就是 为了保障其已有的发展空间【4 】。 1 3 碳排放量测算研究现状 鉴于全球二氧化碳浓度的增加主要是由于化石燃料的使用，目前碳排放量测算的研 究主要集中在能源类碳源特别是工业领域能源消耗的碳排放量测算，碳排放量的计算则 主要侧重于二氧化碳排放量的研究。 1 3 1 能源类碳排放测算模型 能源类碳排放测算模型主要有e r m a m 、l o 西s t i c 、m a r k a l 、系统动力学测算模 型和锅炉排碳模型等排碳量测算模型。 1e r m - a im 模型 e r m a w 能源排放模型由能源服务量计算模块、能源效率计算模块、选择模块构 成。能源服务量计算模块可进行能源服务量需求量的计算，与决定经济、社会等变量的 外部模块相结合，以反映生活方式、环保意识变化的服务单位量为基础，推算能源服务 需求量；能源效率计算模块是计算能源效率变化的。它以二次能源供应一方，能源服务 需求为一方，形成参照能源系统( i 迮s ) ；选择模块对决定能源效率的各种服务技术进行 选择。其以经济核算等标准来评价服务设备的好坏，为各阶段各种服务需求选择最佳设 备。 an 嗄惰邑源排放模型的计算过程如下： ( 1 ) 由情景和外部模型给出能源服务量( 产品产量、运输量、冷气设备需求量) ； ( 2 ) 选择服务生产技术来满足这种服务量。在各阶层( 工艺、过程) 进行技术设 西南交通大学硕士研究生学位论文 第9 页 备选择，替换或增设更合适的技术； ( 3 ) 计算技术设备所需要的能源量； ( 4 ) 对于( 3 ) 计算出的能源量中，电力和蒸汽等二次能源要选择更合算的能源转 换技术，计算这些技术设备运行所需的能源量； ( 5 ) 求得各种燃料的能源需求量，计算相应的c 0 2 排放量。 而e r m - - a i m 中国能源排放模型是能源研究所自1 9 9 4 年与日本国立环境研究所合 作，共同研究开发的a i m 亚太地区气候变化综合评价模型中的温室气体排放模型的一个 相对独立的子模型1 7 】。 2l o g i s t i c 模型 l o g i s t i c 模型是将s 增长曲线( l o g i s t i c 曲线) 运用- 目 - 匕v 源消费产生二氧化碳排放量的 计算中。在自然社会经济中，有许多生物量和经济量是时间t 的单调增长函数x ( t ) ，其增 长速度在前期由缓慢逐渐变快，在后期又由快速增长逐渐变慢，最终趋于一个有限值k ， 通常称为饱和值。显示在图形上，其散点类似一条压扁了的s 形曲线，称之为s 增长曲 线( l o g i s t i c 曲线) ，相应的函数称之为s 增长模型。 设x ( t ) 表示t 时刻的某观测值，r 表示该观测值的增长率，则： d r d t = ，g ) 或d r = r ( x ) d t ，t 0 ，x 。= x ( 0 ) 由于环境的有限容纳性，当x ( t ) 增长到较大值时，必然受到环境的限制和系统内的 相互制约，从而使其增长受到抑制，因此对较大的x ( t ) ，r ( x ) 应该是x 的减函数，而且存 在一个资源条件限制的饱和值k ，使得r ( x ) 趋于0 ，考虑满足这些特性的r ( x ) 可设为： ，g ) = 口kl 式中，a 为k 趋向于o o 时的增长率，称为芮禀增长率。这样就得到关于考察对象的 l o g i s t i c 模型，即： d r = d 一爿三 解这个微分方程可得x ： x o ) = 赤咖等 x ( t ) 的值反映了考察对象的数值随时间的变化情况。 世界能源消费产生的二氧化碳排放量逐年变化情况呈现出增长速度由慢到快，然后 又由快到慢的规律，排放量“x ) 与时间t 的关系接近为s 曲线的形状，为此，对世界能 源消费产生二氧化碳排放量作l o g i s t i c 曲线拟合，对世界能源消费产生的c 0 2 排放量逐 年观测数据资料用非线性回归法进行拟合，估计出参数k 、b 、a 的值，从而可得观测数 堕勇皇逗大学殒土研究生学堕沦文第1o 页 据曲线和拟合曲线m 。 3 基于m a r k a l m a c a o 的中国能源碳减排政策模型 m a r ka l - m a c r o 模型由m a rka l 和m a c r o 耦合而成。m a r k a l 是一个基于 能流网络图的动态线性规划模型，以对已有的和替代的能源技术，以及能载体从资源到 终端使用之间的已有的和替代的路径进行详细的描述。m a c r o 是一个宏观经济非线性 规划模型。其基本投入要素为资本、劳动力和各种形式的能源，产出用于投资、消费和 支付能源成本。投资用于建立资本存量。评价准则是，在能源成本、消费与投资的不同 时间路径上使消费的总贴现效用最大化。 高鹏飞、陈文颖f 8 】根据m a r k a i ，m a c a o 模型建立了一个用于评价中国能源系统碳 减排政策的模型，并应用这个模型研究了碳税对中国碳排放和宏观经济的影响的思想。 4 系统动力学模型 王雪娜等r 刁分析出影响能源消费量的六个主要因子：经济增长、产业结构、能源消 费结构、科学技术发展、人口与城市化及居民生活水平，引入系统动力学的概念，利用 系统动力学( s d ) 仿真软件s t e l l a 构建能源类碳源排碳核算模型因果关系图，据此设计 了能源消费总量及能源消费排碳量模型。模型利用人口数量、g d p 、固定资产投资额、 科技投资额、各产业产值和各产业产值的比率等统计数据为输入参数，仿真计算出能源 消费总量，以公式： 排碳量= 能源消费量排碳因子( 1 一固碳率) 氧化率 计算出能源消费排碳量。 5 锅炉排碳模型 梅国栋和韩瑞国【9 】推导出了锅炉二氧化碳排放量的计算公式，揭示了锅炉c 0 2 排放 量与锅炉有效热量、锅炉效率、燃料品质、锅炉热损失之间的数量关系。 设锅炉每小时燃料消耗量为b ，这些燃料在燃烧过程中，必然有一部分固体碳没有 完全燃烧而残留在锅炉的炉渣、漏煤和各种灰中，引起固体未完全燃烧热损失： n 一3 2 8 6 6 ( g _ f ：c t + g l 。c i m + g i c h ) q 4 一 b q r 此外，燃料中还有少量的碳在炉内未完全燃烧生成一氧化碳随烟气逸出锅炉，但考 虑到一氧化碳最终将氧化成c 0 2 ，因此文章将少量的碳也归入锅炉燃烧生成c 0 2 的碳量 中。锅炉每小时所消耗的燃料中没有燃烧的碳量为： q 6 = 1 0 0 于是，锅炉每小时已燃烧点的碳量为： 巡3 2 8 6 6 0 0 嘛办) 、u， 西南交通大学硕士研究生学位论文 第11 页 g 6 = b 急屯= b ( 急一揣) 俺h ) 则锅炉每小时产生的c 0 2 气体的标准状态体积为： 阮o ，：2 2 4 1 _ _ _ _ _ 3 6a ( c o 卫一盟k 3 乃) l z u ll 1 0 03 2 8 6 6 0 0 厂 7 由锅炉热效率定义，7 ；铬1 0 0 ，整理得到： = 等( 1 8 6 6 鲁一s 6 7 8 枷。 式中：9 。固体未完全燃烧热损失，； 瓯、瓯、g 分别为炉渣、漏煤和各种灰的重量，姆h ； q 、c 分别为炉渣、漏煤和各种灰的含碳量，； 召燃料消耗量，蛔h 或m 3 h ； q ，单位燃料输入锅炉的热量，堙或k j m 3 ； c 。燃料的收到基含碳量，； r l 锅炉的热效率，； q 锅炉供出的有效热量，k j i h 。 1 3 2 基于环境负荷控制方程的碳排放计算 1 人口及富裕程度对c 0 2 排放量的影响分析 e h r i l i c h 和h o l d r e n 于2 0 世纪7 0 年代提出了环境经济等式( i p a t ) ，分析环境与人 口、富裕程度之间的关系，以探讨不同变量对环境的影响；d i e t z 等将i p a t 改为随机形 式的i p a 模型，用来测算人口、富裕程度和技术条件的变化对环境的影响，命名为 s t i r p a t 模型。随后，d i e t z 等利用s t i r p a t 模型分析了人口及其富裕程度对c 0 2 排放 量的影响。用s t i r p a