第二节 居民消费能耗碳排放核算模型
居民生活直接二氧化碳排放主要由居民生活能耗产生，本书研究的居民生活直接消耗的能源共有11种，分别为煤炭、焦炭、石油、汽油、煤油、柴油、天然气、液化石油气、煤气、电力与热力。居民生活间接二氧化碳排放是居民消费的非能源产品在生产、运输、交换等过程中产生，由与居民消费有关的生产活动能耗引起的排放；涉及的能源种类与各生产部门的生产活动直接能耗有关，能源种类与居民生活用能稍有不同，共有9种，分别为煤炭、焦炭、原油、燃料油、汽油、煤油、柴油、天然气与电力。
与居民生活能耗相对应，居民消费二氧化碳排放的路径有两种：一是直接排放，通过取暖、照明、烹饪、制冷等消耗能源与消费活动产生的排放；二是间接排放，主要是通过需求，生产部门为满足最终消费需求进行产品生产所消耗的能源及其排放。由于能源消耗所引起的二氧化碳排放反映了温室气体的主要来源，所以本书以居民生活用能所引起的二氧化碳排放来反映居民消费带来的环境污染。由于二氧化碳直接排放与间接排放的来源不同，方法与核算模型有所差别，分别进行分析。
一 居民消费直接二氧化碳排放核算模型
IPCC公布了各种能源的碳排放系数，对于居民生活引起的二氧化碳排放量的核算，需要先计算二氧化碳的排放系数，再根据排放系数法计算二氧化碳的排放量。以下核算模型按照IPCC的指导方法，以碳排放系数为基础，计算二氧化碳排放系数，再进行核算。
根据碳排放系数进行计算，居民消费直接碳排放的计算公式如下：
i表示居民生活直接消耗的能源种类，共11种，分别是煤炭、焦炭、石油、汽油、煤油、柴油、液化石油气、天然气、煤气、电力与热力。CHid为居民生活消耗i种能源引起的直接碳排放，ci为i种能源的碳排放系数。其中二次能源如电力与热力的碳排放系数通过包括水电、核电在内的发电总量除以根据一次能源的碳排放系数计算得到相应的碳排放总量计算，具体的做法可参照籍艳丽等人（2011）的计算步骤。
根据碳与二氧化碳的换算关系，1质量单位的碳排放量相当于3.67个单位的二氧化碳排放量（彭希哲、朱勤，2010），二氧化碳排放系数与碳排放系数的关系为：
则居民消费直接二氧化碳排放的计算公式为：
二 居民消费间接碳排放核算模型[3]
从碳排放来源看，联合国人类住区规划署在《全球人类住区报告2011》中指出，基于生产端的城市直接温室气体排放占全球总排放的比重为40%～70%，而消费端的城市温室气体排放占全球总排放的比重为60%～70%（李艳梅、杨涛，2013），其中终端居民消费间接碳排放为直接碳排放的2～3倍（Tukker，A.，Sto，E.，Vezzoli，C.，2008；朱勤、彭希哲、吴开亚，2012），而后终端居民消费间接碳排放成为各国学者研究的焦点。
终端居民消费间接碳排放的估算方法主要有三种，分别是消费者生活方式方法、生命周期分析法与投入产出法。
消费者生活方式方法由Bin和Dowlatabadi（2005）提出相应的核算框架，基于微观角度，从个人消费、生活方式出发，核算其能源消耗碳排放。该方法要求数据多而杂，数据多来源于抽样调查，研究结果多具有针对性，因而推广性值得商榷。生命周期分析法由Bullard（1975）提出，并由Engelenburg（1994）对其进行拓展，基于产品“从摇篮到坟墓”过程中能源消耗产生的碳排放。该方法要求产品与服务的生命周期评价理论的重要数据——生命周期列表清单，但实际应用中往往缺乏这一基础与关键数据，导致其应用受到很大的局限，尤其是在中国，采用该方法的文献并不多见。投入产出法主要从宏观角度出发，核算居民消费的产品与服务生产过程中的能耗碳排放（Park Hi-Chun，2007）。该方法适用于估算国家或区域居民部门的逐年碳排放，特点是居民消费项目分类越细致，对应行业划分越细，结果越精确。
通过比较发现，三种方法存在明显的异同点。不同之处在于研究角度、适用场合以及结果的精确性，其中投入产出法具有计算方便、对数据要求低等优点，实际应用很普遍。但该方法要求以投入产出表为核算基础，由于中国投入产出表的间隔性与数据滞后性，不能连续对终端居民消费间接碳排放进行度量，即无法得到连续的居民消费间接碳排放的年度数据，更无法构建相应的计量模型对其进行深入研究，这就对该核算方法提出了新挑战，这是目前的研究难题之一。
相同之处在于估算间接碳排放时，关于能源消耗的数据基础要求一致，要求居民消费间接能耗与之相对应，皆是基于IPCC温室气体排放清单编制方法——能源表观消费量的参考方法，即根据不同类型能源消耗量与相应碳排放系数对碳排放进行核算。这就意味着只要有连续居民消费间接能耗数据，对应的连续间接碳排放数据就可通过IPCC的方法进行核算。笔者的研究成果可以为之提供针对性的参考，有助于解决这个问题（向书坚、柴士改，2014）。与此同时，国内外居民消费载能碳排放的相关研究多以居民消费为整体核算其碳排放，但将居民消费按照不同的类别，分别核算对应的间接碳排放的文献并不多见，这也正是研究的切入点。
鉴于此，更为高效地对终端居民消费项目间接碳排放进行核算就成为需要解决的关键性问题。基于上述两点考虑，笔者将居民消费项目进行细分，在前期成果的基础上，构建终端居民消费项目间接碳排放的高效核算模型。研究结果不仅能连续揭示居民消费项目间接碳排放类型，考察居民消费具体类别间接碳排放规律，进而引导居民向低碳环保消费模式转变，也能对其他居民消费项目间接污染排放核算提供一定的思路和方法（柴士改，2015）。
（一）以投入产出方法为基础的终端居民消费间接碳排放的初始核算模型
鉴于数据可得性，仅研究居民部门通过燃烧消耗化石能源所排放的二氧化碳，不包括非燃烧活动排放的二氧化碳。居民消费间接碳排放体现在居民消费各行业的产品与服务的碳排放量，或者称为产品与服务隐含的碳排放，由生产部门生产技术与能耗强度决定，这是终端居民消费间接碳排放的初始核算模型推导的基础，具体涉及生产部门直接碳排放系数、完全碳排放系数以及投入产出表中重要的平衡关系。整体上，以投入产出法为基础的居民消费间接碳排放的初始核算模型为：
CHind为居民消费间接碳排放（1×n）的行矩阵，CR为生产部门直接碳排放系数的（1×n）的行矩阵，YH为各生产部门提供给居民部门的最终消费即居民消费在各行业的分配额，计算时列矩阵转换为（n×n）的对角阵，（I-A）-1为列昂剔夫逆矩阵。
（二）能源表观消费量的参考方法
IPCC温室气体排放清单编制方法给出的能源表观消费量的参考方法，根据不同类型能源消耗量与碳排放系数对碳排放进行核算。IPCC公布了各种能源的碳排放系数，按照IPCC的指导方法，以碳排放系数为基础，计算居民消费间接碳排放。
居民消费对每个行业的间接碳排放是通过间接消耗各种能源产生的，所以采取“先分后总”的方式，先核算居民消费对每个行业的间接能耗，根据各种能源碳排放系数与间接能耗相乘，计算其对应的碳排放；根据居民消费项目与对应行业分类，得到不同居民消费类别的间接碳排放；最后对不同居民消费支出的间接碳排放进行加总，得到居民消费间接碳排放总量。
（三）终端居民消费间接碳排放的高效核算模型
由于终端居民消费间接碳排放初始核算模型无法连续对其进行核算，根据碳排放与能耗的关系，在笔者前期研究的基础上，利用居民消费间接能耗的改进核算模型，构建居民消费间接碳排放的高效核算模型，尝试在没有投入产出表的支撑下完成对终端居民消费间接碳排放的估算，以便进行后续分析。
1.终端居民消费间接能耗的改进核算模型
为克服居民消费间接能耗的初始核算方法由于投入产出表的缺失而无法快速、连续核算居民消费间接能耗等缺点，笔者前期工作主要根据投入产出表中的行平衡关系式、总量控制、分项核对以及指标替代等原则对初始核算方法进行变形与转换，构建居民消费间接能耗的改进核算方法，即前文式（1-15），具体公式如下：
其中EPd为生产部门直接能耗的（1×n）的行矩阵，YM为行业生产法增加值，Y为最终使用，YM替代Y，皆为（n×n）的对角阵。式（1-15）是针对一种能源进行计算的。
2.终端居民消费间接碳排放的高效核算模型
根据碳排放系数计算，对某一种能源来说，居民消费间接碳排放的高效核算模型为：
k=1，2，3，…，表示能源种类，根据研究需要，k=1表示煤炭，k=2表示煤油等。CFk为k类能源的碳排放系数，为常数。在中国，GDP核算以生产法为主，投入产出表具有时间间隔性，相对于总产出，生产法增加值的数据较为完备，因此根据国民经济核算中“指标替代”与“数量调整”原则，在无总产出数据的情况下，由行业生产法增加值替换式（1-25）中的总产出，对居民消费间接碳排放进行估算。同时要尽量减少由数据统计口径造成的误差，这就需要对生产部门的增加值与总产出进行调整。具体方法是通过有投入产出表的年份中总产出与增加值的比例以及插补法等，计算两者的调整系数λ，尽可能减少误差，提高估算的精确性，得到调整后的增加值。出于操作的可行性与数据来源考虑，涉及数据调整，所以上式的转换过程中运用的符号是“”，而不是“=”。
Y-1YH为居民消费占最终使用的比例，则居民消费间接碳排放可由生产部门直接碳排放与居民消费占最终使用的比例相乘得到。在没有投入产出表的情况下，只要知道各行业的直接碳排放、各行业的居民消费额以及最终使用或行业生产法增加值就可计算终端居民消费间接碳排放。居民消费间接碳排放源于对各行业产品与服务的需求，取决于各部门的生产技术与碳排放强度，由式（1-25）可以看出居民消费间接碳排放强度与各部门生产产品和服务的碳排放强度一致。因此式（1-25）所示居民消费项目间接碳排放既可由碳排放系数、生产部门直接能耗与居民消费项目占最终使用比例相乘得到，又可以由碳排放系数、生产部门直接碳排放强度与居民消费项目相乘求得。相比式（1-24），式（1-25）可以在无投入产出表的年份完成对居民消费间接碳排放的核算，是在投入产出表不完备的情况下较为可行、有效的选择。
根据式（1-25）计算居民消费通过间接消耗每一种能源所产生的碳排放，而后根据居民消费类别与行业的对应性，得到不同类别居民消费支出的间接碳排放，最后汇总，得到居民消费间接碳排放总量。
（四）高效核算模型的特点
高效核算模型与初始模型相比，保证在没有投入产出表作为支撑的情况下，完成对终端居民消费间接碳排放连续性的估算。式（1-25）在形式与内容上，涉及居民消费项目分类、对应行业分类、价格选择、核算结果难易与精确度等方面，以下分别进行说明。
1.居民消费项目与对应行业关系
居民消费项目间接碳排放体现的是居民消费的产品与服务涉及的行业部门生产用能碳排放，式（1-25）要求居民消费项目与行业部门的对应，采用“自下而上”核算原则，先对居民消费项目进行分类，后加总得到居民消费间接碳排放总量，并且分类越详细，核算结果越精确。
2.涉及价格调整
由式（1-15）得知，虽然居民消费间接碳排放为实物量数据，但计算所需的数据中居民消费项目支出、居民消费项目对应的行业的增加值是价值量数据，需要涉及价格的选择。如果从剔除价格因素方面考虑，相应的价值量数据应该通过价格指数换为不变价；但从碳排放方面看，居民生活直接用能碳排放基于现价居民消费支出与各行业增加值，间接碳排放数据理应与之一致，因此计算时价格的选择是非常重要的，并且需要十分谨慎，否则不仅会影响核算结果，也会有损原来的核算意义。
3.计算难度有所降低，操作性更强
式（1-25）与式（1-24）相比，计算难度大大降低。在居民消费项目分类与对应行业分类充分、保证精确度的前提下，大大地减少工作量、提高计算效率；从操作性方面考虑，转换后方法的应用性更强，不仅可以实现终端居民消费间接碳排放的连续性，而且便于对其进行后续分析。
4.高效核算模型的适用性可以进一步推广
终端居民消费间接碳排放的高效核算模型的适用性可以进一步推广，体现在两个方面：一是不同最终需求间接碳排放的核算，不过对于不同最终需求项目来说，数据收集的难易程度与结果精确性存在差异；二是适用于终端居民消费能源消耗产生的其他污染排放、水资源消耗以及相应污水排放等与各个产业部门密切相关的资源消耗与污染排放的间接影响。因此，在考虑居民消费项目分类与对应行业分类、确定价格选择与减少误差的情况下，计算终端居民消费间接碳排放时，可以结合两种方法，有投入产出表时，应用初始公式计算；在没有相应的投入产出表的情况下，利用高效核算模型进行计算。
三 终端能源消费二氧化碳排放综合平衡关系
从生产的角度来看，终端能源消费造成的碳排放总量与二氧化碳排放总量分别等于各生产部门的直接碳排放量、二氧化碳排放量与居民部门直接的碳排放量、二氧化碳排放量的合计；从最终需求的角度看，最终需求间接能耗碳排放量与二氧化碳排放量分别与各生产部门、居民部门直接能耗的碳排放量与二氧化碳排放量合计相等，得到以下平衡关系：
由此可以得到碳与二氧化碳平衡公式：
