我國二氧化硫排放強度地區差異分解分析＊

李 荔畢 軍楊金田嚴 剛

(1.南京大學環境學院污染控制與資源化研究國家重點實驗室,江蘇南京 210093;2.中國環境規劃院,北京 100012)

我國二氧化硫排放強度地區差異分解分析＊

李 荔1畢 軍1楊金田2嚴 剛2

(1.南京大學環境學院污染控制與資源化研究國家重點實驗室,江蘇南京 210093;2.中國環境規劃院,北京 100012)

本文在分析我國SO2排放現狀的基礎上,運用LMD I方法系統地分解了中國1997-2007年各省市自治區的SO2排放強度,并進行了東、中、西地區差異分解分析。為分析減排政策對排放強度變化的影響,對各地區1997-2000年、2001-2005年,及2006-2007年的排放強度進行了分解。分析結果顯示:在能源強度變化、排放強度變化和排放系數變化這三個引起SO2排放強度變化的主要影響因素中,能源強度變化對我國SO2排放強度變化起到了最為顯著的作用;我國SO2排放強度存在較為明顯的地區差異,在不同的地區,SO2排放強度變化的主要影響因素不完全一致;近十年來,能源強度變化導致的SO2排放強度削減量和排放系數變化引起的SO2年均排放強度變化率從東部向西部遞增;從十五時期開始,東、中、西三個地區的年均排放強度開始下降,排放系數變化開始使排放強度降低。因此,要把提高能源利用效率作為重要工作方向。建議按照東、中、西地區不同的實際情況實行靈活的減排政策。

地區差異;二氧化硫;分解分析;LMD I

隨著國民經濟持續快速發展和能源消費不斷攀升,我國大氣環境形勢面臨著十分嚴峻的挑戰。以二氧化硫、氮氧化物、可吸入顆粒物為特征的傳統煤煙型污染依然嚴重,臭氧和顆粒物細粒子等二次污染問題又接踵而至。能源的高效、清潔利用和大氣環境保護問題已被提上重要議事日程。二氧化硫是酸雨的主要前體物,經化學轉化形成硫酸鹽還會引起區域范圍的Pm2.5污染,是我國現階段大力控制的主要大氣污染物。

二氧化硫排放強度是考量單位產出的環境成本的重要指標,也是二氧化硫控制的重要指標。但是影響二氧化硫排放強度的因素是多方面,必須了解影響二氧化硫排放強度的主要因素,才能制定具有針對性的污染控制策略。本文基于LMD I分解分析方法對我國整體及東部、中部和西部地區的SO2排放強度分別進行了系統的分解分析,以期找出我國整體和各地區SO2排放強度的主要影響因素,理清不同時期各地區SO2排放強度影響因素的變化情況。在此基礎上提出各地區的二氧化硫減排的建議,為制定更為有效和經濟的二氧化硫減排政策提供參考。

1 基于LMD I的二氧化硫排放強度分解

20世紀70代石油危機以后,為了解工業能源消費變化的機制,許多新方法應運而生,其應用研究也層出不窮。據調查發現,分解分析法已成為近二十年來能源及其引起的環境問題領域的重要研究方法[1]。

因素分解法有很多種不同的形式,但最基本也得到了廣泛應用的是拉氏因素分解法和迪氏因素分解法。Hulten[2]對指數分解法作了詳細的說明;Boyd等[3]分別提出了算數平均的Divisia指數法(AMD I)的乘法和加法形式;Howarth等[4]和Park[5]對該方法進行了標準化改進;Ang和Liu[6]提出了對數平均的Divisia指數法。2004年,在回顧評價分解分析方法的發展歷程和應用后,B.W.Ang提出了推薦方法,指出LMD I方法具有不包括不能解釋的殘差項、乘法分解的結果有加法特性、加法分解和乘法分解之間存在簡單的對應關系、分部門效應加總與總效應保持一致的特點,因此更適合于能源強度變動的區域因素分析[7]。2007年,又出現了有效處理零值和負值的方法,消除了LMD I法唯一在運用中的不足[8-9]。因此改進的LMD I法目前被認為是較精確的指數分析法。在Ang的文獻發表后,相關實證文獻通常采用LMD I指數分解法,該方法同時也在新西蘭、美國和加拿大等官方報告中被廣泛使用。

到目前為止的各類分解研究,主要是對一些基本指標的概念進行考察,其在應用領域、指示指標類系、分解方案等方面各有不同。分解中通常以總排放強度作為指示指標,參照了工業能源需求的分解,越來越多的影響因子被包含進分解之中。這些影響因子包括部門能源消費結構、能源排放因子,還有部門能源強度等。研究中涉及到的氣體排放類型以CO2為主,也有SO2和NOX。研究得出的結論基本一致:能源強度是使得排放量及排放強度減小的主要因素[10-21]。

1.1 LMD I模型

作為近年來研究能源引起的環境問題的重要方法——的對數平均迪氏指數法(LMD I)于2000年正式被Ang提出。其基本理論如以下公式所描述:

1.2 二氧化硫排放強度分解

基于上述LMD I方法基本理論,本文假定SO2排放強度的變化是由已知的可解釋的影響因子造成的,即地區能源強度,地區的能源排放系數,地區的能源結構。

應用LMDI分解分析的加法分解法,得出下面的公式:自治區一次能源消費的SO2排放強度變化情況。用于本研究的數據主要包括各省市自治區的GDP數據、一次能源消費、各省市自治區的SO2排放數據。其中,各省市自治區的GDP數據來源于各年的《中國統計年鑒》。一次能源消費包括煤炭的消費量、原油的消費量和天然氣的消費量。各省市自治區的一次能源消費數據來自各年度的《中國能源統計年鑒》。各省市自治區的SO2排放情況包括SO2排放總量、工業SO2排放量、工業SO2排放量中生產工藝中排放的、工業SO2去除量其中燃料燃燒中去除的,這些數據來自歷年的《中國環境年鑒》。

2.2 二氧化硫排放強度

我國SO2排放量和排放強度都存在比較明顯的地區差異。如圖1所示。山東、河南、河北、內蒙古、山西、貴州、遼寧、江蘇、廣東、四川十個省市自治區的SO2排放總量占30個省市(由于數據原因,此處未包括臺灣和西藏)SO2排放總量的56.4%。東部地區按排放強度從低到高排序分別為北京、海南、廣東、上海、浙江、天津、江蘇、福建、山東、河北、遼寧;中部地區按排放強度從低到高排序分別為黑龍江、吉林、湖北、安徽、湖南、河南、江西、山西;西部地區按排放強度從低到高排序分別為云南、四川、新疆、廣西、陜西、青海、甘肅、重慶、內蒙古、寧夏、貴州。

圖1 我國2007年SO2排放量和排放強度分布

其中G為地區SO2排放強度,Q為SO2排放量,Y為地區GDP值,E為地區一次能源消費總量,I為地區能源強度,Qi為地區i種燃料燃燒導致的SO2排放量,Ei為地區i種燃料的消費量,ei為i種燃料的SO2排放系數,Mi為i種燃料在地區一次能源消費中的比例,Gi為i種燃料對應的SO2排放強度。

2 我國二氧化硫排放強度分解分析

2.1 數據來源

本文主要分析我國1997-2007年這十年30個省市

據圖2顯示,我國不同地區的SO2排放強度基本上呈現出梯度排列的情況,層次比較清晰,但其中山西明顯偏高。因此,對不同地區分別進行排放強度的分解分析,進而根據不同地區的具體情況制定相應的減排政策是非常有意義的。

2.3 1997-2007年SO2排放強度變化分解分析

運用LMD I分解分析方法進行分析,1997-2007年我國的SO2排放強度分解情況如圖3所示,分地區分解的詳細情況見表1。總體說來,能源強度變化即對總的SO2排放強度減小起到了最為顯著的作用,這與上文所總結的國內外眾多學者的結論是一致的。從平均值來看,1997-2 0 0 7年我國各省市能源強度變化導致SO2排放強度減小,數值為84.53t/萬元;排放系數變化也導致SO2排放強度減小,數值為18.59t/萬元;能源結構變化導致SO2排放強度增加,數值為13.21t/萬元。

圖2 我國2007年各地區SO2排放強度梯度

圖3 我國1997-1999年SO2排放強度分解

表1 1997-2007年我國排放強度分地區分解分析

不同地區的SO2排放強度變化的主要影響因素不完全相同。東部地區的主要影響因素是能源強度變化和排放系數變化;中部和西部地區的主要影響因素是能源強度變化。能源強度變化(ΔGint)有從東部地區向西部地區遞減的趨勢,這應該跟東部地區能源強度原來就比較小有關。而事實上,1997年,東部、中部和西部地區的排放強度分別為1.29、2.81和3.53萬t/萬元,的確符合上述推斷。2007年,東部、中部和西部地區的能源強度分別下降到0.94、1.50和1.87萬t/萬元。因此,從全國的角度來考慮,在中部和西部地區削減能源強度是比較經濟的。從排放系數變化(ΔGemf)來看,東部地區其減排效應最為顯著,排放系數變化幾乎和能源強度變化的貢獻相當;西部排放系數變化也使總的排放強度下降;只有中部地區排放系數變化還引起了排放強度增加。2007年,東部、中部和西部地區的排放系數分別為57.48、69.73和116.41t/萬噸標準煤。因此,從全國的角度來考慮,在西部地區削減能源強度是比較經濟的。能源結構變化(ΔGmix)有從東部地區向西部地區遞增的趨勢,這表明東部地區在能源結構調整方面走在中國的前列。

2.4 分時間段SO2排放強度變化分解分析

為了考查減排政策的影響,可以分時間段作分解分析,取1997-2000年,2001-2005年,2006-2007年三個時間段進行分析。這樣設定時間段是因為SO2減排政策從十五時期開始提出,而國民經濟和社會發展第十一個五年規劃更是把SO2減排作為了一項約束性指標。運用LMD I分解分析方法,結果如表2所示:

表2 我國SO2排放強度分階段分地區分解年平均情況

年均排放強度增量變化趨勢如下:九五時期,年均排放強度增量從東部地區向西部地區遞增,且都為正值。從十五時期開始,三個地區的年均排放強度增量都成為了負值。這是一大突破,是二氧化硫減排工作得到切實推行的體現。十一五期間,東部、中部、西部年均排放強度增量遞減。這表明西部在十一五時期二氧化硫減排取得了顯著的成果。

事實上,十五時期開始,我國的確推行了不少有力的二氧化硫減排相關的政策。2000年,《中華人民共和國大氣污染防治法》被再次修訂,對防治火電廠和其他大中型企業排放二氧化硫提出了比較嚴格的要求,并建立了大氣污染物排放的總量控制制度,把二氧化硫納入其中;2002年,頒布了《燃煤二氧化硫排放污染防治技術政策》和《兩控區酸雨和二氧化硫污染防治“十五”計劃》;2003年,發布了《排污費征收使用管理條例》,修訂了《火電廠大氣污染物排放標準》,并由此全面開征了二氧化硫排污費。十一五時期二氧化硫減排工作更是得到了高度的重視。《國民經濟和社會發展第十一個五年規劃綱要》提出了削減二氧化硫排放總量10%的目標,是一條具有法律效力的要求。為完成此目標,國務院授權國家環境保護總局與各省及幾大電力公司簽訂了“十一五”二氧化硫排放總量削減目標責任書。

年均的變化趨勢:從“九五”到“十五”再到“十一五”,東部地區的年均基本保持不變;中部和西部地區則都是在九五時期有比較明顯的削減效果,而到了“十五”時期,勢頭仍然保持,但力度大大減弱。年均的變化趨勢:從十五時期開始,排放系數的變化使得排放強度減小,這是一大突破。此外,東、中、西部年均的削減速率也不同。西部削減速率最大,中部次之,東部居最后。年均的變化趨勢:西部地區年均在“十五”時期大為改進,中部進步較小,東部出現輕微退步。目前三個地區的年均相差不多。

3 結論與建議

總結上述二氧化硫排放強度分解分析,可以得出如下結論:

第一,影響我國SO2排放強度的三個主要因素——能源強度、排放系數和能源結構中,能源強度的貢獻最大。十年來,能源強度變化和排放系數變化都使得排放強度下降,對減排工作起到了積極的作用。而能源結構變化使得排放強度增加,起到了反作用。

第二,不同地區的SO2排放強度變化的主要影響因素不完全相同。能源強度減小是中西部地區的排放強度減小的主要影響因素。而東部地區除了能源強度減小外,排放系數削減也是排放強度減小的主要影響因素。

第三,近十年的能源強度導致的削減量從東部地區向西部地區遞增,但是到目前為止,東部、中部和西部地區的能源強度仍然存在明顯的梯度,東部地區的最低,西部地區最高。東部地區排放系數削減對能源強度的影響最為顯著,西部排放系數變化也使總的排放強度下降,只有中部地區排放系數變化還引起了排放強度增加,但從2007年的水平來看,西部遠落后于東部和中部地區。能源強結構調整導致的削減量有從西部地區向東部地區遞增的趨勢,這表明東部地區在能源結構調整方面走在中國的前列。

第四,從“十五”時期開始,東、中、西三個地區的年均排放強度增量都成為了負值。這是二氧化硫減排工作得到切實推行的體現。“十一五”期間,東部、中部、西部年均排放強度增量均為負,且呈遞減趨勢。中部和西部地區的年均在九五時期有比較明顯的效果,到了“十五”時期,勢頭仍然保持,但力度大大減弱。各地區的也從“十五”時期開始變為負值,其中西部削減速率最大,中部次之,東部居最后。排放系數變化引起的年均排放強度變化率從東部向西部遞增。西部地區年均在“十五”時期大加改進,中部一直保持著小的進步,東部有了小的退步。目前三個地區的年均相差不多。

基于上述分析,能源強度減小是導致SO2排放強度減小的主要原因,因此為實現社會的可持續發展,要把提高能源利用效率作為重要的工作方向。目前我國在能源強度的控制上與國際水平相比還存在著很大的差距,有待于技術進步或科技創新等來進一步降低能源強度。其次,按照東部、中部和西部來劃分環境污染減排的區域是具有可操作性的。針對不同的地區實行靈活的減排政策,將有效減少總減排成本。從長遠來考慮,各地區都應從各方面著手,以促進能源強度的削減。從目前的情況來看,加快能源結構調整應該作為中、西部地區的發展策略。降低能源消費的排放系數應當作為西部地區的發展策略。能源結構的調整應該作為東、中、西地區都應采取的發展策略。

(編輯:劉文政)

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AbstractBased on a residual-free decomposition analysis method(LMD Imethod)as well as the current situation of SO2emission,this paper analyzes SO2emission intensity of China’s provinces,municipalities and autonomous regions from 1997 to 2007,and tries to find out the differences among the eastern,central and western regions.In order to see the emission reduction policies’i mpact on the changes of emission intensity,decomposition is also made in all 3 regions for the periods of 1997-2000,2001-2005 and 2006-2007.Overall,energy intensity change hasplayed amost significant role in reducing SO2emissions intensity;China’s SO2emission intensity is different from region to region,and so are its the main factor;emission intensity increment caused by energy intensity change aswell as annual average rate of emission intensity increment caused by emission coefficient change increase from east to west;since 2001,the annual average emission intensity began to decrease,and the emission coefficient began to make emission intensity decrease;the reduction of emission intensity caused by energy intensity change mainly happen during 1997-2000.Therefore,energy efficiency improvement should be vigorously promoted.Flexible emission reduction policies are suggested in accordance with actual situations of distinct regions in China.

Key wordsregional differences;sulfur dioxide;decomposition analysis;LMD I

Decomposition Analysis of Regional SO2Em ission Intensity in China

LI L i1B I Jun1YANG Jin-tian2YAN Gang2
(1.State KeyLaboratory of Pollution Control and Resource Reuse,School of Environment,NanjingUniversity,Nanjing Jiangsu 210093,China;2.Chinese Academy for Environmental Planning,Beijing 100012,China)

X321

A

1002-2104(2010)03專-0034-05

2010-01-07

李荔,碩士,主要研究方向為環境政策。

畢軍,教授,博士生導師,主要研究方向為環境經濟。

＊國家環境保護部環保公益性行業科研專項(No.200809074)