非能源利用及其引起的温室气体排放核算模型研究.pdf

DOI:10.12006/j.issn.1673-1719.2022.252王敏,唐旭,李忻颖,等.非能源利用及其引起的温室气体排放核算模型研究 J.气候变化研究进展,2023,19(4):472-482Wang M,Tang X,Li X Y,et al.Research on non-energy use and its corresponding greenhouse gas emission accounting models J.Climate Change Research,2023,19(4):472-482非能源利用及其引起的温室气体排放核算模型研究王 敏1，唐 旭1,2，李忻颖1，马美艳1，姜钰卿1，丁 聿1，马志达1，任凯鹏3，张宝生11 中国石油大学（北京）经济管理学院，北京 102249；2 中国油气产业发展研究中心，北京 102249；3 中国石油大学（北京）理学院，北京 102249气 候 变 化 研 究 进 展第 19 卷 第 4 期 2023 年 7 月CLIMATE CHANGE RESEARCHVol.19 No.4July 2023摘 要：以大量文献和报告为据，阐述了“非能源利用环节”的内涵，且对国际现有的非能源利用温室气体（GHG）排放量核算模型的核心特征、搭建理念、框架设计原则、发展历程、适用范围和优缺点进行综述和对比，结果表明，IPCC-RA 方法可提高非能源利用温室气体排放量的核算效率，IPCC-SA 可识别其源项性分布特征；NEAT 模型可刻画国际贸易结构对化工产品中碳流动的影响程度；EPA 专设模型仅适于美国。IPCC-RA 可宏观把控中国非能源利用温室气体排放特征，故基于 IPCC-RA 核算了中国工业终端部门非能源利用的碳排放与储存量，结果表明，20102020 年间非能源利用以石油为主，原煤和石脑油对非能碳排放的贡献度高于其他化石燃料。国际既有模型并不能精准描绘我国化工产品贸易结构对非能源利用环节碳流动的作用程度，建议在后续研究中开发出企业层面工艺级别的原料-产品矩阵和非能源利用的本土化碳储存与排放因子，自下向上地搭建符合我国国情的非能源利用温室气体排放量核算模型。关键词：非能源利用温室气体（GHG）排放量；IPCC 指南法；NEAT 模型；原料用能收稿日期：2022-11-07；修回日期：2023-02-24资助项目：国家自然科学基金面上项目（72174206）作者简介：王敏，女，博士研究生，；唐旭（通信作者），男，教授，引 言“控制非能源活动温室气体（GHG）排放”对实现“双碳”目标和提升“减污降碳”协同效益至关重要。中国应对气候变化的政策与行动（2011）1指出需“强化对工业生产过程、农业活动、废弃物处理等领域的温室气体排放控制”。“十四五”节能减排综合工作方案2明确提出“原料用能不纳入全国及地方能耗强度和总量双控考核”，而“不考核”并不等同“无需开展原料用能的统计工作”，且为保障“双碳”目标的顺利实现，亟需对非能源利用产生的碳排放建立精准的核算模型。2022 年 10 月 27 日，国家发改委和国家统计局联合发布了关于进一步做好原料用能不纳入能源消费总量控制有关工作的通知3，提出加快建立原料用能核算体系标准，点明政府部门要积极引导企业提高原料用能效率，此项政策有利于保障煤化工、石化等传统行业在“双碳”全局目标下的正常运营。国际现有的非能源利用温室气体（GHG）排放（以下简称“非温室气体排放4 期 473王敏，等：非能源利用及其引起的温室气体排放核算模型研究能 GHG 排放”）核算模型有 IPCC 指南法（IPCC-RA和IPCC-SA）、非能源利用排放计算表（NEAT）和 EPA 专设模型；而我国目前尚未基于企业层面工艺级别的原料用能数据库和本土化产品-原料矩阵去自下而上地开发出符合我国化工产品贸易结构特点的非能 GHG 排放量核算模型。1 非能源利用温室气体（GHG）排放核算模型1.1 非能源利用环节1.1.1 内涵IEA4、Patel 等5、Neelis 等6-7、Motta 等8、Weiss 等9-10、Park11、Chen 等12和陈东景13的研究均对“非能源利用”做出过解释，本研究将其定义为化石燃料及其制品不以提供燃料和动力为目的来供给能源活动，而是用作原料和辅助材料实现非能源用途。如图 1 所示，“非能源利用”由“化学工业生产过程中的原料用能”和“炼油或炼焦产品及固体碳材料作非能源活动用途时的消耗”这两部分构成。1.1.2“原料用能”和“非能源利用”的区别和联系我国相关政策文件2-3中提及的“原料用能”有广义和狭义之分，其广义范畴同“非能源利用”，指用作原材料的能源消费，即能源产品作为生产非能源产品的原料、材料来使用，不仅包含化学工业中的原料消耗，还包含用于实现润滑、清洗、粘合、封装、铺设、漆涂、还原等非能源用途的炼油炼焦产品及固体碳等辅助材料在工业、建筑和交通等部门的消费。而狭义范畴特指生产非能源用途的烯烃、芳烃、炔烃、醇类、合成氨等产品时消费的化石燃料及其制品，为非能源利用总量的主要构成部分。1.2 非能源利用对应的 GHG 排放源 “工业过程”“溶剂和其他产品使用”“尿素和氮肥在农业活动的应用”和“废弃物处理”这 4个 IPCC-SA 源类别 5-6,9,12,14均涉及非能 GHG 排放。非能 GHG 排放应计入国家温室气体排放总量中，而碳储存则不计，故需准确识别非能源活动的排放环节，根据调研数据颗粒度选用合适的核算模型来确定非能 GHG 排放。1.2.1 工业过程排放如图 1 所示，非能源利用环节引起的工业过程排放源由四部分构成：(1)以煤、石脑油、乙烷等轻烃为原料通过蒸汽裂解装置加工为烯、芳烃；(2)以天然气、煤和重质油为原料制备合成氨、甲醇、炭黑和电石等；(3)以化石燃料为原料，将初级化学品转化为中级和最终化学品；(4)电极和其他固体碳在有色金属、钢铁和电子行业中的使用9。1.2.2 溶剂和其他产品使用环节排放石油溶剂、润滑剂、石蜡和沥青在工业、交通和建筑等部门常作辅助材料来实现非能源用途。石油溶剂在工业、建筑部门以洗涤剂、涂料、脱脂药剂、油脂提炼试剂、木材防腐剂和粘合剂等形式作清洗、防腐、分离、粘合和漆涂等用途时产生的 GHG 排放属于非能部门；润滑剂在工业、交通部门以工业油、机油的形式作润滑用途时产生的碳排放属于非能 GHG 排放；石蜡在工业、建筑部门以蜡烛、涂料、粘合剂、食品包装和表面活性剂等形式作漆涂、封装、洗涤、乳化、润湿及增溶等用途时产生的碳排放属于非能 GHG 排放；沥青在建筑部门以屋面铺设材料和路面施工所需粘性涂料的形式作铺装、粘合等用途时产生的 GHG 排放属于非能部门15。综上所述，非能源用途的炼油炼焦产品在终端部门的初级使用环节是重要的非能 GHG 排放源。1.2.3 尿素和氮肥用于农业活动造成的排放以天然气、煤和重质油为原料制备合成氨后，部分合成氨会进一步被加工成尿素和氮肥，Weiss等9-10指出农业活动所涉非能 GHG 排放源为尿素和氮肥在农田的施用过程。投加于农田的尿素和氮肥的挥发、淋溶径流过程产生的 GHG 排放属于非能部门13-14。1.2.4 废弃物处理过程排放 非能源利用环节产生的橡塑产品等聚合物被废弃后常以掩埋、焚烧处理，其掩埋后很难被氧图 1 化石燃料的非能源利用环节及其对应的 GHG 排放源Fig.1 Non-energy use of fossil fuels and their corresponding GHG emission sources化，仅会排出少量 GHG。对废弃物进行能源回收用途的焚烧排放的 CO2不属于非能部门，其属于能源活动 CO2；而作非能源用途（不作燃料发电）的焚烧排放的大量 CO2则归为非能部门13,15。对非能源利用环节产生的废水运用表面活性剂进行处理、净化时，随着有机物降解和含氮物质分解，会排放大量 GHG9-10,14-15。Weiss 等9指出德国的废弃物焚烧均出于能源回收目的，且认为掩埋后排放的 GHG 可忽略不计，故其合计此源项的非能GHG 排放时，将“焚烧和掩埋处理”剔除在外，仅核算了废水处理环节中表面活性剂造成的排放。1.3 非能源利用环节对应的 GHG 排放量核算模型目前，非能源利用产生的 GHG 排放量核算模型有 IPCC 指南法和非能源利用排放计算表（NEAT）这两种典型体系，两者间既有联系，亦有区别，各有侧重。NEAT 模型起源于 IPCC-SA理念，以物流分析法（MFA）作为核心和本质。IPCC 国家温室气体清单指南（2006 年）15（以下简称IPCC 指南（2006）)，与IPCC 国家温室气体清单指南（1996）16（以下简称IPCC指南（1996）相比，在工业过程和产品使用（IPPU）部门 GHG 核算方法中添加了乙烯蒸汽裂解过程的原料 产品矩阵和溶剂、石蜡和润滑剂作非能源用途时的排放因子。非能源利用环节产生的排放与 IPPU 部门中的某些子类别（如化学工业中的合成氨（2.B.1）/石化和炭黑生产（2.B.8)、金属工业中的钢铁（2.C.1）/铁合金（2.C.2）/铝（2.C.5）等有色金属生产、来自化石燃料和溶剂使用的非能源产品（2.D）是对应的16-17，而如水泥、石灰生产等子类别虽被归于工业过程排放源，但其不属于非能源利用引起的 GHG 排放源17-19。Krtkov 等17将捷克、斯洛伐克和匈牙利的非能 GHG 排放环节与 IPPU 部门的子类别源项进行了匹配，指出应将 IPPU 部门 GHG 排放进行甄别，判断是否为非能 GHG 排放，否则会引起重复计算和增加清单不确定性等问题。1.3.1 IPCC 方法IPCC 指 南（1996）16首 次 提 出 可 根 据调研参数类型和精细度选用 IPCC 参考准则法（IPCC-RA）和 IPCC 分部门研究法（IPCC-SA）核算非能 GHG 排放量。自上而下的 IPCC-RA 仅气 候 变 化 研 究 进 展 2023 年温室气体排放需收集不同能源品种的非能消费量、储存份额和排放因子等参数；而自下而上的 IPCC-SA 要识别不同的非能 GHG 排放源，且根据不同源类别的GHG 排放量核算公式来计算5-7,16，所需参数类型及数量远多于IPCC-RA，部分涉及行业保密信息。Neelis 等6-7指出 IPCC-RA 的核心是以国家能源平衡表为据，基于宏观角度计算非能碳储存和排放量，且明确非能碳储存量不应纳入国家温室气体排放总量，IPCC-RA 能帮助数据可得性有限的国家尽快摸清本国的非能源利用及其引起的碳排放，得到扣除碳储存量后的本国 GHG 总排放量。非能源利用的碳排放和储存量计算公式如下16：式中，C 和 E 分别为 n 种化石燃料的非能源利用 CO2储存总量和排放总量（t)；Ui为第 i 种化石燃料的非能源利用量（TJ)；i和 i为第 i 种化石燃料的储存份额和氧化份额（%)；Fi为第 i 种化石燃料的排放因子（t CO2/TJ)，Fi=Di44/12，其中 Di为第 i 种化石燃料的含碳量（t C/TJ）。Olivier 等20曾以 EDGAR3.2 为数据源，使用IPCC-RA 核算了 19701995 年的非能 CO2排放量，结果表明非能 CO2排放量在全球 CO2总排放量的占比随时间推移在增大。与 IPCC-RA 相比，IPCC-SA可将非能GHG排放量分配给不同排放源，以便抓取关键排放环节和重点管控源。Cui 等21借助 IPCC-SA 核算了合成氨、电石、钢铁和铝生产过程的非能 GHG 排放量，指出 2013 年的电石、钢铁和铝生产导致的非能排放是 2003 年的近 5 倍，2017 年的合成氨生产引致的非能排放是 2003 年的约 1.3 倍。IPCC 国家温室气体清单指南（2019年修订版）22在IPCC 指南（2006）的基础上，对金属生产 GHG 排放量核算方法和排放因子进行了更新，明确了冶金焦在钢铁生产中充当还原剂和供热材料使用时产生的温室气体属于工业过程排放。1.3.2 NEAT 模型NEAT 模型构建的核心是“溯踪碳流”的C=(Ui i Fi)，(1)Sni=1E=(Ui i Fi)。(2)Sni=1MFA 方法，借助 EXCEL 实现集成开发，以原料碳平衡和 CO2完整性分配为根本原则，秉承自下而上的构建思想，以初、次及终级化学品间的内在合成机制和转化关系为据5-7,13，基于创建的产品-原料分布矩阵和化学品生产及贸易统计数据库5-7，且对非能源产品和废弃物处理过程中被氧化的碳份额开展不确定度分析9-10，深入溯踪作为非能源用途的化石燃料中碳元素的最终流向，从而核算非能源利用量及其引起的 GHG 排放量。与IPCC 指南法相比，NEAT 模型结果不仅体现不同排放源项对非能 GHG 排放量的贡献度，还可刻画产业贸易中非能用途的矿物碳的链式流动型分布特征。NEAT 模型由起源到成熟共经历 NEAT1.0、NEAT2.0、NEAT3.0 和 NEAT-SIMP 这 4 个阶段。表 1 为各阶段模型的特点和相较前一期模型的改进之处。NEAT1.0 起 源 于 Gielen23和 Patel 等24对碳储存核算方式的探究，其特点见表 1。通过NEAT1.0 模型在荷兰23,25、德国24和日本26的碳储量应用研究结果知，较IPCC 指南（1996）而言，NEAT1.0 可反映石化行业贸易结构变化引发的碳流动对非能 GHG 排放量的影响程度，可校正 IPCC-RA 结果。Patel 等5和 Neelis 等6详细阐述了 NEAT2.0的框架特点和核算原理。学者们使用 NEAT2.0 分别对荷兰7、意大利8、韩国11和中国13的非能源利用 CO2排放开展核算。Neelis 等7分析了荷兰非能 GHG 排放量在 19931996 年的变化规律，指出此阶段荷兰非能源利用总量（以 CO2当量计）为 26 30 Mt，工业过程排放量为 3.2 3.8 Mt，矿物碳大多储存于出口的化学品和氧化份额较低的非能源产品。Motta 等8对 1990 年和19951997 年间意大利的非能源利用量及其对应的 GHG 排放开展核算，发现 NEAT2.0 核算的非能源利用量低于 IPCC-RA，原因是 NEAT2.0 中的合成氨及蒸汽裂解装置的能效设定值高于官方统计；同时指出意大利的碳储量由 1990 年的 18.8 Mt CO2提升至 1997 年的 20.8 Mt CO2，原因为该国消费者更倾向于购买碳储存份额较高的非能源4 期 475王敏，等：非能源利用及其引起的温室气体排放核算模型研究表 1 NEAT 模型 4 个发展阶段的特点Table 1 Characteristics of the four stages of the NEAT model模型特点NEAT1.023-26相较前一期模型的改进之处基于 MFA 方法和化学工业策略分析程序（CHEAP)，结合石化行业 77 种化学品的生产和贸易数据，考虑合成有机材料全生命周期内的碳流动，提出一种新的碳储存核算方式26补充了 18 种无机物及金属的生产数据和合成氨/甲醇/炭黑/蒸汽裂解等工业过程的原料类型及单位能耗数据5NEAT2.05-8,11,13可生成独立于国家能源平衡统计表和官方温室气体排放清单的非能源利用总量及碳储存结果，且系统性地输出与非能源利用环节相关的工业过程排放结果5-6前期版本的化学转化过程中碳效率假定为 100%，3.0 版本的工业过程排放核算参数中纳入了 36 种化学转化，考虑了原料氧化、挥发和生成非拟定副产品而造成的碳排放9NEAT3.09综合考虑了工厂效率、原料分布和非能源使用的系统边界，更新了化学转化过程、非能源产品使用、农业中尿素应用和废水处理过程的温室气体排放因子，其核算结果与实际排放源类别的匹配程度高于前期版本9对化学工业中原料用能环节引起的工业过程排放，采用与前期版本相同的模式进行精确核算；而对“用作非能源活动用途的炼油或焦炉产品及固体碳的消耗”这一环节引起的排放量，用回归分析方法进行估计10NEAT-SIMP10对 NEAT 模型作了合理简化，适用于全球多区域和数据可得性有限的国家开展非能源利用 GHG 排放核算，能快速识别全球尺度的关键排放源，将其纳入严格管控体系10 产 品。Park11分 别 运 用 NEAT2.0 和 IPCC-RA 对19992000 年间韩国的非能源利用碳储存和排放进行计算，结果表明 NEAT2.0 核算的碳储量低于IPCC-RA，该模型核算的GHG 排放大于官方清单。陈东景13对中国 19931997 年间非能源利用的碳储存和排放量开展分析，结果表明 NEAT2.0 核算的碳储量低于 IPCC-RA，且显示中国 GHG 排放 量 在 19931997 年 间 较 IPCC-RA 结 果 略 高1.1%1.7%（消费者原则）和 1.1%2.6%（生产者原则)。结果归因于NEAT2.0模型并不能全面、准确刻画中国化工品中的非能用途碳流动，且若基于企业级统计数据对 NEAT2.0 开展修正后，会发现中国实际的 GHG 排放量应小于 NEAT2.0 核算结果。较前期版本而言，NEAT3.0 对不同非能源利用环节中碳流动导致的碳储存及释放的源项性分布特征刻画得更贴合实际。Weiss 等9曾用NEAT3.0 对德国 19902003 年间的非能 GHG 排放量开展核算，指出“工业过程排放”对非能排放量的贡献度为 77%，而“溶剂和其他产品使用”“农业中化肥使用”“废水处理”的贡献度依次为 17%、2%和 4%。为高效识别和筛选全球尺度的非能 GHG 排放的关键源头，Weiss 等10在 NEAT1.0 3.0 版本的基础上，开发出 NEAT-SIMP 模型对 2000 年全球化石能源的非能源利用总量及其引起的CO2排放进行了自下而上的核算，研究结果表明约 75%的非能源利用排放与“工业过程”有关，剩余的 25%归因于另外 3 类排放源。1.3.3 EPA 专设模型美国环保署（EPA）根据美国国情，设计了一种专用于评估美国的非能源利用环节的碳储存及排放的模型框架，该模型输出结果与实际排放情况的贴合程度优于 IPCC 指南法，“工业过程排放”的核算框架与 NEAT 模型原理类似。该模型框架的总体思路为：以美国能源信息署（EIA）发布的本土化能源统计资料集为数据源，深度描绘国际贸易结构对工业过程碳转移的影响程度，通过核准和溯踪矿物碳的年度输入量和最终流向来开发本土化排放因子，以此达到摸清美国非能源利用量、碳储量和校准 GHG 排放清单的目的27。Freed 等27应用 EPA 设计的核算模型对美国 2002年非能源利用情况开展研究，结果表明该国石化原料的碳储存份额高达 67%，且其非能 GHG 排放量占温室气体总排放量的 4.6%。1.3.4 模型优缺点对比 基于上述内容，IPCC 指南法（IPCC-RA 和气 候 变 化 研 究 进 展 2023 年温室气体排放IPCC-SA)、NEAT 和 EPA 专设模型的优缺点和适用范围汇总如表 2。2 中国工业终端部门的非能源利用量及其引起的 CO2排放2.1 数据源与核算方法选取的数据源为国家统计局发布的中国能源统计年鉴（20022021）的中国能源平衡表（附表 4-2）中的“工业终端能源消费”下的“用作原料、材料”一项的标准量数据，该数据源的统计口径为工业终端部门下属所有行业的非能源利用量，包括化学工业生产过程所需的原料、有色金属/铁合金等其他行业所需的固体碳材料和工业终端作润滑、清洗等非能源用途的溶剂/润滑油/沥青/石蜡等炼油炼焦产品的消耗量。但此项不包含交通、建筑等其他部门的非能源利用量。根据此数据源，对我国工业终端的非能源利用量及其对应的能源品种消费结构的变化规律进行简要分析。随后，基于 IPCC-RA 方法对工业终端非能 CO2排放量开展核算，以不同类别化石燃料的储存份额、含碳量和排放因子为计算参数，探究非能源利用的碳排放与储存量变化规律和不同化石燃料对非能 CO2排放的贡献度分布特征。表 2 IPCC 指南法、NEAT 模型和 EPA 专设模型的优缺点及适用范围对比Table 2 Comparison of advantages,disadvantages and using ranges of the IPCC guideline methods,NEAT and the EPA-specific model模型优点IPCC-RA缺点为 IPCC-SA 的结果提供验证和校准依据，帮助相关数据可得性有限的国家尽快摸清本国的非能源利用及其引起的碳排放适用范围不能得出非能源利用对应的碳排放的源项性分布特征全球尺度历史年份的非能GHG 排放量核算IPCC-SA将非能源活动 GHG 排放量分配给不同类别的排放源，以便抓取关键排放环节和重点管控源工业过程中的非能排放与 IPCC-SA 方法中的子类别排放源的匹配程度低于 NEAT全球尺度历史年份的非能GHG 排放量核算NEAT可实现不同国家的非能利用量、碳储存量和碳排放核算，成为 IPCC 指南法的交叉验证依据部分国家的核算结果的不确定性程度较高全球尺度历史年份的非能GHG 排放量核算EPA 模型输出结果与美国实际排放情况的贴合程度优于 IPCC 指南法限制了该模型的推广及应用，不具有普适性美国历史年份的非能 GHG排放量核算2.2 非能源利用量及能源品种结构变化2.2.1 非能源利用量变化如图 2 所示，20012020 年间非能源利用量除 2010 和 2017 年较上一年出现小幅下降外，整体呈上升趋势，年均增长率为 9.5%，其在工业终端能源消费量的占比在后十年的均值较前十年增加 40.4%。20012020 年间，随着工业部门电气化率的上升，化石燃料作为燃料动力（燃动）的消费量在工业终端能源消费量中的占比逐渐下降，其更多被作为钢铁行业、金属和化学工业的原料来消耗。2.2.2 非能源用途的能源品种结构变化特征 20102020 年 间 非 能 源 利 用 量 中 煤、石油、天 然 气 的 占 比 分 别 为 28.4%42.4%、47.1%59.2%和 4.1%13.2%，呈现出以石油消费为主、煤次之、天然气消费最少的结构特征（图 3)。石油消费在 20102020 年呈上升趋势，年均增长率为 15.8%。煤品消费量除 2012、2014和 2017 年较上一年略微下降外，整体呈波动式上升，年均增长率为 13.6%。2016 年发布的石化和化学工业发展规划（20162020 年）28、能源发展“十三五”规划29和 2017 年发布的现代煤化工产业创新发展布局方案30指出在煤炭资源充足的中西部地区要大力开展煤制烯/芳4 期 477王敏，等：非能源利用及其引起的温室气体排放核算模型研究图 2 20012020 年工业部门燃动能耗和非能源利用量Fig.2 Energy consumption for fuel and non-energy use purposed of industrial sectors in 2001-202020012019 年20052009 2011 2013 201520072017200325燃动能耗20151050能源消费量/亿 tce非能源利用量图 3 20102020 年非能源用途的不同能源品种的消费量变化Fig.3 Consumption changes of different energy structure of non-energy use in 2010-202020102020 年20122014201620184.03.53.02.52.00能源消费量/亿 tce1.51.00.5其他能源天然气煤品油品烃、煤制油、煤制乙二醇等现代煤化工项目，我国煤化工整体处于升级示范阶段，因此，20162020 年用作原料的煤品消费量较 20112015 年大幅提升（增加 51.1%)。天然气消费量在 20102020 年间呈现波动式先升后降的趋势，2012 年为峰值（0.2 亿 tce)，而后整体呈波动式下降趋势，2020 年较 2012 年减少 35.0%。经分析，2012 年底执行的天然气利用政策31里设定了天然气利用顺序，指出天然气优先作城市燃气、工业燃料使用，而除制氢用途外的其他天然气化工受到限制和禁止，故其在 2012 年达峰后，呈波动式下降态势。将能源品种细分后，发现能源消费以原煤（17.3%31.0%）和石脑油（3.9%31.8%）为主（图略)，前者多用来制作甲醇、合成氨，后者为烯烃蒸汽裂解过程所需的重要原料。2.3 基于 IPCC-RA 方法核算非能源利用 CO2排放2.3.1 非能源利用的碳排放与碳储存量变化表 3 为不同类别化石燃料的储存份额和排放因子13-16，原煤、焦炭、炼厂气、液化石油气、石脑油、燃料油、汽油、柴油、润滑油、沥青和天然气所涉储存份额的选取以IPCC 指南（1996）中的默认值为据，其余煤衍生物的储存份额按照指南缺省值以 75%计，其余油品以50%计，液化天然气以 33%计。排放因子来源于IPCC 指南和省级温室气体清单编制指南，其中石脑油、润滑油、石蜡和溶剂油的排放因子默认为 73.3 t CO2/TJ。基于 IPCC-RA 方法，按式(1)和式(2)核算的20102020年非能CO2排放见表4。结果显示，20102020 年间，除 2014、2017 年非能CO2排放较上一年略下降外，整体呈上升趋势，年均增长率为 10.1%；除 2017 年非能源利用的碳储存量较上一年略下降外，整体呈上升趋势，年均增长率为 14.3%。表 3 不同化石燃料种类的储存份额和排放因子汇总13-16Table 3 Carbon storage fractions and emission factors of different species of fossil fuel 13-16化石燃料储存份额/%原煤焦炭洗精煤其他洗煤煤制品焦炉煤气其他焦化产品排放因子/(t CO2/TJ)煤品3545757575757599.8108.293.293.2123.249.844.4炼厂气液化石油气石脑油瓦斯油/燃料油润滑油沥青汽油柴油原油煤油石蜡溶剂油石油焦其他石油制品油品8080755050100505050505050505066.763.173.377.473.380.769.374.173.771.973.373.3100.873.3天然气液化天然气天然气333356.156.1气 候 变 化 研 究 进 展 2023 年温室气体排放表 4 20102020 年非能源利用的碳储存和碳排放Table 4 Carbon storage and carbon emission of non-energy use in 2010-2020年份原料用能/EJ3.314.74 4.836.086.27 6.476.876.687.77 8.5010.10碳储存/亿 t201020112012201320142015201620172018201920201.282.002.022.602.692.823.053.013.433.764.46碳排放/亿 t1.571.891.932.522.522.592.692.593.143.433.922.3.2 不同化石燃料对非能源利用 CO2排放的贡献度分布不同化石燃料对非能源利用 CO2排放的贡献度可用其排放占比表示。如图 4 所示，20102020 年间不同能源品种对非能 CO2排放的贡献度显示出以煤最多、油品次之、天然气最少的排放特征。其中，原煤、石脑油对碳排放的贡献度高于其余化石燃料及其制品，两者加和占比范围为36.8%63.0%，2011 年石脑油对碳排放的贡献度由 2010 年的 1.5%攀升至 12.2%（图略）。如图 5，作非能源用途时，20102020 年间煤品的碳储存量为0.5亿1.6亿t，均值为1.0亿t，除 2014、2017 年较上一年略有下降外，整体呈阶梯式上升，年均增长率为 13.3%；油品的碳储存量为 0.7 亿 2.8 亿 t，均值为 1.7 亿 t，整体呈上升态势，年均增长率为 17.9%；天然气的碳储存量为 0.07 亿 0.12 亿 t，均值为 0.1 亿 t（图 5）。2.3.3 方法与结果的不确定性说明IPCC-RA 方法起源于IPCC 指南（1996），该方法随着时间发展并未有太大改进，其所涉的碳储存份额和排放因子等参数为国际平均程度的默认值，并不能有效表征中国非能源利用对应的碳排放与碳储存情况。该方法所用的数据源口径图 4 20102020 年不同类别化石燃料的非能碳排放Fig.4 Carbon emissions of different fossil fuels of non-energy use in 2010-202020102020 年20122014201620184.03.53.02.52.00非能碳排放/亿 t1.51.00.5天然气煤品油品20102020 年20122014201620184.03.53.02.52.00非能碳储存/亿 t1.51.00.5天然气煤品油品5.04.5图 5 20102020 年不同类别化石燃料作非能源用途时的碳储存Fig.5 Carbon storage of different fossil fuels of non-energy use in 2010-2020为中国工业终端所需的作非能源用途的能源消费量，不包含润滑剂/沥青在交通/建筑部门的消耗量，基于该数据源计算的碳储存会低于实际碳储存，故推测中国实际温室气体排放会小于用此方法估算的结果。该方法仅基于宏观层面自上而下地粗略估算中国非能 GHG 排放，其结果具有不确定性，与中国现有的温室气体排放清单不存在交叉验证性。后续研究中需基于微观层面来调研企业数据以开发本土化的碳储存份额和排放因子，建成精细化的非能源利用 GHG 排放模型。3 结论与展望3.1 结论调研大量文献和报告后，对 IPCC 指南法（IPCC-RA，IPCC-SA)、NEAT 和 EPA 专设模型4 期 479王敏，等：非能源利用及其引起的温室气体排放核算模型研究这些国际已有的非能源利用 GHG 排放量核算模型的核心理念、设计原则、框架特点和演变过程进行综述及分析，比较了不同模型的优缺点和适用范围，得出以下结论：(1)IPCC-RA 可尽快摸清数据可得性有限的国家的非能源利用量及其引起的碳排放情况；(2)IPCC-SA 方法可得到非能GHG 排放的源项性分布特征，以便精准识别关键排放环节，但其准度不及 NEAT 模型；(3)NEAT模型充分考虑了国际贸易结构对石化产品中的碳流动平衡的影响程度，但其与中、日和韩国的适配程度较低；(4)EPA 专设模型可精确核算美国非能 GHG 排放，但不具普适性。以中国能源统计年鉴为数据源，基于IPCC-RA 方法对中国工业终端非能 CO2排放进行核算和分析，得出以下结论：(1)20012020 年间非能源利用量除 2010 和 2017 年外，整体呈上升趋势，年均增长率为 9.5%，其在工业终端能源消费量的占比在后十年的均值较前十年增加 40.4%；(2)20102020 年间非能源利用量呈现出以石油为主、煤次之、天然气消费最少的结构特征；不同能源品种对非能 CO2排放的贡献度显示出以煤最多、油品次之、天然气最少的排放特征，其中原煤和石脑油对碳排放的贡献度高于其余化石燃料。3.2 展望国际既有模型不能精准刻画中国化工产品贸易结构对非能利用环节碳流动的影响程度。对中国非能 GHG 排放量核算模型的后续研究工作提出如下展望。(1)需结合中国的化工产品贸易结构特点来自下向上地溯踪非能源利用环节中的碳流动和 CO2平衡，量身定制专属于中国的非能源利用量及其对应的温室气体排放核算模型。(2)对企业层面的烯烃、芳烃、合成氨和甲醇等生产工艺过程中的原料用能数据进行调研，搭建中国本土化的非能源利用数据库并且创建原料-产品矩阵，以完善中国原料用能核算体系。同时，加快开发本土化工艺级别的非能源利用环节的碳储存与排放因子。参考文献中华人民共和国国务院新闻办公室.中国应对气候变化的政策与 行 动（2011）EB/OL.2011 2022-10-12.http:/ State Council Information Office of the Peoples Republic of China.Chinas policies and actions on climate change(2011)EB/OL.2011 2022-10-12.http:/ Chinese)国务院.“十四五”节能减排综合工作方案的通知 EB/OL.2022 2022-01-24.http:/ Council.Notice of the comprehensive work plan for energy conservation and emission reduction in the 14th Five-Year Plan EB/OL.2022 2022-01-24.http:/ Chinese)国家发展和改革委员会.关于进一步做好原料用能不纳入能源消费总量控制有关工作的通知EB/OL.2022 2022-10-27.http:/ Development and Reform Commission.Notice on further improving the work of excluding raw material energy use from total energy consumption control EB/OL.2022 2022-10-27.http:/ Chinese)International Energy Agency(IEA).Energy balances for OECD countries 1960-2005 M.Paris,France,2005Patel M,Neelis M,Gielen D,et al.Carbon dioxide emissions from non-energy use of fossil fuels:summary of key issues and conclusions from the country analyses J.Resources,Conservation and Recycling,2005,45:295-209Neelis M L,Patel M,Gielen D J,et al.Modelling CO2 emissions from non-energy use with the non-energy use emission accounting tables(NEAT)model J.Resources,Conservation and Recycling,2005,45:226-250Neelis M L,Patel M,Blok K.CO2 emissions and carbon storage resulting from the non-energy use of fossil fuels in the Netherlands,NEAT results for 1993-1999 J.Resources,Conservation and Recycling,2005,45:251-274Motta S L,Santino D,Ancona P,et al.CO2 emission accounting for the non-energy use of fossil fuels in Italy:a comparison between NEAT model and the IPCC approaches J.Resources,Conservation and Rec