探索碳核算概念、方法与体系
概要
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%。
资料来源：Federal Greenhouse GasAcing 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。
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。
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。
三、城市层面
在《省指南》要求、低碳示范城市建设需求等影响下，我国温室气体清单编制工作逐步细化，江西、河南、山西、陕西、浙江、江苏等省份均启动了各市（区）温室气体清单编制工作。在具体工作中，我国城市层面的温室气体清单编制主要依据《省指南》《IPCC指南》及发改委发布的24个《行业企业温室气体排放核算方法与报告指南》（以下简称《行业指南》）等。除此之外，也有相应的国际标准可以参考。
温室气体议定书（GHG Protocol）系列标准由世界可持续发展工商理事会（WBCSD）和世界资源研究所（WRI）共同发布，包括企业碳核算与报告标准、项目碳核算标准、城市和社区标准等多个碳核查和报告指南标准，涵盖了《京都议定书》规定的六种温室气体。GHG Protocol既是温室气体管理标准体系（ISO 14064）的参考基础，也是国家发改委制定《行业指南》的文件基础。
2013年9月，世界资源研究所（WRI）联合中国社会科学院城市发展与环境研究所、世界自然基金会（WWF）和可持续发展社区协会（ISC），针对中国城市开发了“城市温室气体核算工具（测试版1.0）”（以下简称“工具”）。工具中的城市温室气体核算分为六个步骤，即确定核算边界、确定核算和报告的排放源、确定计算方法、收集数据、计算温室气体排放和报告温室气体排放。其中，鉴于实测工作装置设备成本高、工作量大，工具仍采用排放因子法，但设置了优先顺序依次为实测排放因子、区域排放因子（省级或跨省）、国家排放因子和IPCC排放因子。
资料来源：城市温室气体核算工具（测试版1.0）
四、社区层面
社区是居住在一定地域内的人们所组成的多种社会关系的生活共同体，故社区碳排放的核算要以社区地理边界为核算边界。一般来说，社区所产生的碳排放主要源于生活消耗能源，其碳排放活动种类主要可分为两大类：一是直接碳排放活动，如化石燃料燃烧和移动源燃烧（如交通）；二是间接碳排放活动，如电力消耗、热力消耗。在设备的局限下，社区碳核算主要也是基于排放因子法计算。
GHG Protocol于2012年发布了《社区温室气体排放全球议定书》（Global Protocol For Community-Scale Greenhouse Gas Emissions， GPC），明确了社区碳核算六个准则：相关性、完整性、一致性、透明性、准确性、可测性，并制定了《GPC 2012碳核算报告试点框架》。
五、部门层面
从碳达峰、碳中和目标的各部委推动情况来看，由发改委进行统领性安排和总体性布局，能源（涉及国家能源局）和工业领域（涉及工信部、住建部、交通运输部）是政策主体和重点，而金融（涉及央行、财政部、税务总局、证监会）、科技（涉及科技部）、生态（涉及生态环境部、农业农村部、自然资源部、国家林业和草原局）是三大辅助领域。
结合《省指南》，碳核算同样也将涉及到多部门的协同推进，包括能源活动（涉及国家能源局）、工业生产过程（涉及工信部）、农业（涉及农业农村部）、土地利用变化和林业（涉及自然资源部、国家林业和草原局）、废弃物处理（涉及生态环境部）等。
此外，仅就能源利用而言，除排放因子法（参考法）外还有部门法。部门法主要是以部门为基础，分部门、分燃料品种、分主要设备进行温室气体排放核算，这种方法对数据量的要求较大，但准确度更高。具体可以以各个经济部门活动为核算对象，以一定时间段（如1年）内的分品种燃料消耗，与燃料低位热值、单位热值碳含量及氧化率三个参数相乘，得到各部门碳排放量，加总后即得到经济活动中能源利用产生的碳排放总量。国际能源署（International Energy Agency，IEA）即采用部门法进行能源部门的碳核算。
六、金融层面
针对金融机构的碳排放核算，碳核算金融联盟（Partnership for Carbon Acing Financials，PCAF）制定了《金融业温室气体核算与报告指南》（以下简称《金融业指南》），为金融机构提供详细的方法论来核算和披露与六类资产相关的温室气体排放。
资料来源：The Global GHG Acing & Reportingfor the Financial Industry Standard
基于GHG Protocol，《金融业指南》要求金融机构核算和披露投融资客户的范围1（如化石燃料燃烧等产生的直接排放）和范围2（如外购电力热力的间接排放）排放。针对范围3（如供应商）的排放，《金融业指南》采取行业分阶段纳入的做法：2021年首批被纳入核算的行业包括石油、天然气和采矿业；2024年覆盖的行业将扩展到交通、建筑、材料和工业生产；2026年之后将覆盖全部行业。
七、行业层面
国家发改委从2013年11月到2015年11月先后发布了24个行业的《企业温室气体排放核算方法与报告指南（试行）》（以下简称《企业指南》），具体包括：
第一批10个，发电企业、电网企业、钢铁生产企业、化工生产企业、电解铝生产企业、镁冶炼企业、平板玻璃生产企业、水泥生产企业、陶瓷生产企业、民航企业；
第二批4个，中国石油和天然气生产企业、中国石油化工企业、中国独立焦化企业、中国煤炭生产企业；
第三批10个，造纸和纸制品生产企业、其他有色金属冶炼和压延加工业企业、电子设备制造企业、机械设备制造企业、矿山企业、食品、烟草及酒、饮料和精制茶企业、公共建筑运营单位（企业）、陆上交通运输企业、氟化工企业、工业其他行业企业。
《企业指南》覆盖了高碳排的全部重点行业，规范了企业与核查机构碳排放数据核算，确保了碳市场基础数据的准确性。
2017年12月，发改委又印发了《关于做好2016、2017年度碳排放报告与核查及排放监测计划制定工作的通知》，明确了纳入的覆盖行业及代码，涵盖石化、化工、建材、钢铁、有色、造纸、电力、民航等八大行业。其中，纳入的企业范围为2013至2017年任一年温室气体排放量达2.6万吨二氧化碳当量及以上的自备电厂。
在国家发改委文件的指导下，各省级政府又在逐级细化行业碳排放报告指南文件。例如，广东省早在2014年就编制了《广东省企业（单位）二氧化碳排放信息报告指南（2014版）》并逐年进行修订；北京市于2020年12月正式发布《二氧化碳排放核算和报告要求：电力生产业》。
八、企业层面
温室气体议定书（GHG Protocol）下的《企业碳核算与报告标准》 （A Corporate Acing and Reporting Standard） 主要对于企业计算温室气体的方式、汇报责任、碳排放核查、减排核算、目标设定、库存设计等方面都提出了统一标准，并强调了企业数据透明度的原则，即企业应以明确的方式披露温室气体清单的过程、程序、假设和限制等，并对于数据进行审计、记录、建档及外部验证。
ISO14064-1是组织层次上对温室气体排放和移除的量化和报告的规范及指南，详细规定了组织或公司设计、开发、管理和报告GHG清单的原则和要求。包括确定温室气体排放限值，量化组织的温室气体排放，并确定公司改进温室气体管理具体措施或活动等要求。
根据ISO 14064-1、GHG Protocol 的《公司标准》等国际文件，以及《企业温室气体排放核算方法与报告指南（试行）》等国内规范，企业可以依靠排放因子法、质量平衡法或实测法进行相关的碳核算与报告。但如果想要取得碳排放权交易资格，还需要通过我国碳排放监测、报告与核查体系（MRV）下第三方机构核查。
针对企业，2016年6月1日，国家标准《工业企业温室气体排放核算和报告通则》（GB/T 32150-2015）实施，全部代替标准《工业企业温室气体排放核算和报告通则》（GB/T 15496-2003）；2019年起，生态环境部又将碳排放的核算与报告要求文件升级为推荐性的国家标准计划，如《2020 1771-T-303温室气体排放核算与报告要求第1部分：发电企业》，并将覆盖范围延伸到了种植业企业和畜禽规模养殖企业。针对第三方机构，2017年，在ISO 14064的基础上，国家认证认可监督管理委员会发布了行业标准《组织温室气体排放核查通用规范》；同年，国家发改委出台了《全国碳排放权交易第三方核查参考指南》，用于规范组织温室气体排放的核查工作。
2021年《全国碳排放权交易配额总量设定与分配实施方案（发电行业）》实施以后，国内发电行业企业将根据国家级的文件和标准实施，进入全国碳市场体系下的核算核查和交易履约阶段；发电行业以外其他行业的重点排放单位，将继续根据所在试点省市的原管理办法进行核算报告及交易履约。
九、项目层面
基于项目的核算，最著名的就是《京都议定书》中的清洁发展机制（CDM）。通过CDM，发达国家可从发展中国家实施的温室气体减排或吸收项目中取得经证明的减排量（CER），用以抵消一部分其对《京都议定书》承诺的减排义务。CDM的核心是GHG项目中CER的获取，而这依赖于对项目的GHG减排量的核算和证明，就是GHG Protocol系列标准中的“项目核算GHG协议”（The GHG Protocol for Project Acing）。
另外，ISO14064中也包含项目层面的碳核算。2006年国际标准组织（ISO）发布了国际温室气体排放核算、验证标准ISO14064，由三部分组成：第一部分ISO14064-1是指导企业/组织量化和报告温室气体排放与消除的规范，其功能与“企业核算GHG协议”类似；第二部分ISO14064-2着重讨论旨在减少GHG排放量或加快温室气体清除速度的GHG项目，它包括确定项目基准线和与基准线相关的监测、量化和报告项目绩效的原则和要求，同样类似于“项目核算GHG协议”；第三部分ISO14064-3阐述了实际验证过程，这使ISO14064-3可用于指导独立的第三方机构进行GHG报告验证及索赔。
十、产品层面
针对产品的碳排放核算，碳信托（Carbon Trust）和英国环境、食品和农村事务部（DEFRA）共同牵头，英国标准协会（BSI）于2008年具体制定了《PAS 2050标准》，是全球第一部产品碳足迹标准。PAS 2050通过对产品或服务的全生命周期———从原材料到生产（或服务供给的各个环节）、分配、使用和回收处置的温室气体排放的核算，并根据各种温室气体的全球暖化潜力（GWP）折算成CO2当量，来反映产品或服务的碳足迹及其对气候变化的影响。
自2012年开始，国际标准组织ISO颁布了产品碳足迹核算标准ISO14067，用于指导使用生命周期评估方法而进行的产品碳足迹量化以及对外交流。ISO14067的颁布是建立在现有国际标准的基础上的，如生命周期评价（ISO14040和ISO14044）、环境标志和声明（ISO14020、ISO14024和ISO14025）等。此前，国际上关于产品碳足迹的评价主要是使用ISO 14040/44，PAS 2050 以及WRI世界能源协会制定的Product carbon footprint protocol，而ISO 14067的颁布在全球形成一个面向市场的共识性框架文件。
