技術減排措施協同控制效應評價研究

毛顯強 曾 桉 胡 濤 邢有凱 劉勝強

(1．北京師范大學環境學院，北京100875;2．環境保護部環境與經濟政策研究中心，北京100029)

技術減排措施協同控制效應評價研究

毛顯強1曾 桉1胡 濤2邢有凱1劉勝強1

(1．北京師范大學環境學院，北京100875;2．環境保護部環境與經濟政策研究中心，北京100029)

隨著我國污染減排形勢的日益嚴峻，采用協同控制措施實現多種污染物控制目標逐漸成為一種趨勢，而合理評價減排措施的協同效應是正確選擇協同控制措施和制定協同控制規劃方案的基礎。本研究首次從環境－經濟－技術角度系統地提出了技術減排措施的協同控制效應評價方法，并以火電行業為案例進行分析。采用協同控制效應坐標系、污染物減排量交叉彈性(E lsa/b)分析和單位污染物減排成本等方法評價技術減排措施對SO2、NOx和CO2的協同控制效應，三種評價方法相互配合，可以幫助我們從多角度檢驗不同減排措施的協同效果。對火電行業技術減排措施進行協同控制效應坐標系和污染物減排量交叉彈性分析的結果表明，末端治理措施不具有協同性，而前端控制措施和過程控制措施具有較好的協同性。單位污染物減排成本評價的結果表明，末端治理措施優先度排序靠后，而前端控制措施和過程控制措施排序靠前，且針對不同污染物的排序結果有所不同。在進行協同減排方案設計和規劃時，應根據決策需要選擇適宜的評價方法，參考評價結果選擇最為成本有效的措施。

技術減排措施;協同控制效應評價;火電行業

目前，我國面臨著日益嚴峻的大氣污染物和溫室氣體減排壓力。“十一五”期間，我國的污染物排放總量控制指標是SO2和COD，“十二五”期間則增加了NOx和氨氮。2009年11月，我國提出了碳減排的中長期目標，即到2020年單位國內生產總值(GDP)二氧化碳排放比2005年下降40% －45%。研究表明，SO2、NOx與溫室氣體的排放大多來自化石燃料的燃燒，具有“同源性”［1］，一些減排局地大氣污染物的措施對溫室氣體具有協同控制效應，這類措施被稱為協同控制措施［2］。因此，研究減排措施的協同控制效應對于正確選擇協同控制措施，從而成本有效地實現多種污染物控制目標具有重要的意義。

國際上對協同效應的研究最早起源于對溫室氣體減排效益的評估。IPCC最初的評估報告使用了次生效益(secondary benefits)、伴生效益(ancillary benefits)等概念［3－4］，將協同效應描述為在控制溫室氣體的同時所產生的局地大氣污染物減排效益。在協同效應的定量化評價方面，已有研究大多著眼于協同減排潛力以及由此產生的環境、健康、社會福利效益。例如，Tollefsen等估算了歐洲實施大氣污染控制措施所產生的減緩氣候變化協同效益［5］，Wang Xiaodong和Smith研究了溫室氣體減排措施在短期內對人群健康的協同效應［6］，Rypdal等研究了歐盟地區在6種氣候變化政策情景下所產生的大氣污染物和溫室氣體減排、環境質量、社會福利和人群健康協同效應［7］，Gielen等研究了能源環境政策對CO2、SO2和NOx的協同控制效應，并以上海為案例進行分析［8］。此外，也有學者從環境經濟學角度研究了減排措施的協同效應相關關系并進行成本－效果評價［9］。一般認為，協同控制效應包括兩個方面:一方面是在控制溫室氣體排放的過程中減少了其他局地污染物排放(例如 SO2、NOx、CO、VOC 及 PM);另一方面是在控制局地污染物排放及生態建設過程中同時減少或者吸收CO2及其他溫室氣體排放［10］。

雖然利用協同控制措施減排大氣污染物和溫室氣體的理念已得到認同［11－12］，但目前國內關于協同控制效應評價方面的研究還處于起步階段，相關研究較少，僅見李麗平等以攀枝花市為例開展的初步研究［13］。

實現污染物協同減排的途徑主要有:技術減排、結構減排和規模減排，而其中技術減排措施是行業性協同控制方案設計的基礎。技術減排措施數量眾多，在協同減排規劃中，進行技術減排措施的環境－經濟－技術評估是合理選擇減排措施的基礎。基于此，本研究系統提出技術減排措施的協同控制效應評價方法，并以我國火電行業為例，研究技術減排措施對大氣污染物(SO2和NOx)和溫室氣體(CO2)的協同控制效應。

1 技術減排措施協同控制效應評價方法

1．1 協同控制效應坐標系分析

在二維或多維歐氏空間坐標系中，以不同的坐標表達某技術減排措施對于不同污染物的減排效果，可稱為“協同控制效應坐標系”。某技術減排措施在坐標系中所處的空間位置，可以直觀地反映其減排效果及其“協同”狀況。

圖1 技術減排措施協同控制效應坐標系示意圖Fig．1 Co-control effects coordinate system of technological reductionmeasures

以二維坐標系為例(見圖1):橫坐標表示技術減排措施對某種大氣污染物的減排效果，縱坐標表示對溫室氣體的減排效果。坐標系中的每個點分別對應一項技術減排措施，點的橫、縱坐標則直觀地表達了該措施對大氣污染物和溫室氣體的減排效果:位于第一象限表示該措施可同時減排兩類污染物，位于第二象限表示減排溫室氣體但增排大氣污染物，位于第四象限表示減排大氣污染物但增排溫室氣體，位于第三象限表示同時增排兩類污染物。在第一象限中，某點到原點連線與橫坐標的夾角越大，表明該點所代表的措施在減排等量大氣污染物的同時，對溫室氣體的減排效果越好(如圖1中點E所代表的措施優于點A所代表的措施);坐標系的橫、縱坐標也可以均表示為技術減排措施對大氣污染物的減排效果或均為對溫室氣體的減排效果，此時的協同控制效應坐標系反映了技術減排措施對不同大氣污染物或不同溫室氣體的減排效果及其“協同”狀況。同理，協同控制效應三維坐標系可用于直觀地反映減排措施對三種污染物的減排效果及其“協同”狀況，分析方法與協同控制效應二維坐標系類似。

1．2 污染物減排量交叉彈性分析

污染物減排量交叉彈性用于評價技術減排措施對大氣污染物和溫室氣體減排的協同程度，記為E lsa/b，下標a、b分別代表不同的污染物。與協同控制效應坐標系一樣，這一指標也能夠反映各項技術減排措施對于不同污染物是否具有協同控制效應及其“協同程度”。污染物減排量交叉彈性的計算公式如下:

(1)式表示技術減排措施對SO2和CO2減排的交叉彈性;(2)式表示技術減排措施對NOx和CO2減排的交叉彈性;(3)式表示技術減排措施對SO2和NOx減排的交叉彈性。E lsc/s與 E lss/c、E lsc/n與 E lsn/c、E lsn/S與 E lss/n分別互為倒數。由于本文著重考慮控制局地大氣污染物的同時減少CO2排放，因此公式(1)、(2)中將以局地大氣污染物SO2和NOx排放量變化率為分母的公式列在前面以示強調。

如果E lsa/b≤0，表明此項技術減排措施對一種污染物有減排作用而對另外一種污染物沒有減排作用，不具有協同控制效應;如果E lsa/b＞0，表明此項技術減排措施對a、b均有減排作用(排除分子分母均為負數的情況)，具有協同控制效應;如果E lsa/b=1，表明此項技術減排措施對a、b兩種污染物的減排程度相同;如果0＜E lsa/b＜1，表明此項技術減排措施對b的減排程度高于a;反之，如果E lsa/b＞1，表明此項技術減排措施對a的減排程度高于b。

1．3 技術減排措施成本－效果評價

本文使用“單位污染物減排成本”指標進行技術減排措施的成本－效果評價。單位污染物減排成本的計算公式如下:

其中:

Ci，j— i措施減排單位j污染物的成本;

CCi—i措施的污染物控制成本(建設成本和運行成本);

MBi— i措施的節能增效收益。

單位污染物減排成本在前述兩種評價方法的基礎上，將技術減排措施的減排效果和減排成本綜合考慮，反映了減排單位量的污染物所必須付出的成本。單位污染物減排成本較低的措施成本有效性較好，具有較高的優先度;單位污染物減排成本較高的措施成本有效性較差，優先度較低。

2 火電行業案例分析

2．1 火電行業概述

隨著我國國民經濟的快速發展，火電行業也持續發展。2001－2010年，火電總裝機容量由25 314萬kW(占總裝機容量的74．76%)增加至70 663萬kW(占總裝機容量73．51%)，總發電量由12 045億 kWh(占總發電量的81．17%)增加至34 145億kWh(占總發電量的80．76%)。我國以煤炭為主的能源結構導致了以火電為主的電力結構，火電的快速發展進一步加劇了煤炭資源的消耗和SO2、NOx等大氣污染物及溫室氣體的排放。2001－2009年，火電行業煤炭消耗占全國煤炭總耗量的比例均超過50%，SO2排放占全國SO2總排放量的比例均超過45%;其中，2009年火電行業SO2、NOx和CO2的排放量分別達到了948萬t、865萬t和27．87億t。隨著國內節能減排以及國際社會要求我國控制溫室氣體排放的壓力不斷增大，在火電行業開展協同減排勢在必行。

2．2 火電行業技術減排措施及屬性

火電行業技術減排措施可按所處生產環節分為三類:前端控制措施、過程控制措施和末端治理措施;主要候選技術措施來源于:發改委推出的《國家重點節能技術推廣目錄》［14－15］、火電行業的清潔生產技術及末端治理技術［16－20］。本研究通過大量行業調研、文獻查詢、數據分析比對，獲取各項措施的技術屬性數據并估算其適用潛力，經過分析和篩選，最終確定12項火電行業技術減排候選措施及簡介如表1所示，各項措施及其環境－經濟－技術屬性如表2所示。

2．3 火電行業技術減排措施協同控制效應評價

2．3．1 協同控制效應坐標系分析

火電行業技術減排措施協同控制效應二維坐標系和三維坐標系分別如圖2、圖3所示。從協同控制效應坐標系分析的結果來看，末端治理措施僅對某種污染物具有減排作用，而對另外兩種污染物不僅沒有減排作用，反而具有增排作用，協同性差;而前端控制措施和過程控制措施對大氣污染物和溫室氣體均有減排作用，協同性好。在所有的協同性措施中，洗選煤技術對SO2和CO2的協同控制效應最好;低氮燃燒技術對NOx和CO2的協同控制效應最好;而絕大多數過程控制措施，如:空氣預熱器改造、熱電聯產、汽輪機通流改造等對SO2和NOx的協同控制效應很好，達到了較高的協同程度。

表1 火電行業技術減排措施Tab．1 Technological reductionmeasures in thermal power industry

2．3．2 污染物減排量交叉彈性分析

表2 火電行業技術減排措施及其環境－經濟－技術屬性Tab．2 Technological reduction measures in thermal power industry and their properties

圖2 火電行業技術減排措施SO2、NOx與CO2協同控制效應二維坐標系Fig．2 SO2、NOx and CO2 co-control effects planar coordinate system of technological reduction measures in thermal power industry

火電行業技術減排措施污染物減排量交叉彈性E lsa/b的結果如表3所示。

從E lsa/b值的正負號來看，末端治理措施E lsa/b值均為負，說明這些措施不具有協同控制效應;而前端控制措施和過程控制措施E lsa/b值均為正，說明這些措施具有協同控制效應。從E lsa/b的數值來看，以洗選煤技術為代表的前端控制措施主要目的是減排SO2，故其對SO2的減排程度高于NOx和CO2;低氮燃燒技術的主要目的是減排NOx，故其對NOx的減排程度高于SO2和CO2，而對SO2和CO2的減排程度相同;以汽輪機通流改造為代表的節能類過程控制措施E lsa/b值均為1．00，說明這些措施不僅具有協同控制效應，而且協同程度很高，這是因為節能措施能夠等比例地減排具有同源性的SO2、NOx和CO2等污染物。

2．3．3 火電行業技術減排措施成本-效果評價

火電行業技術減排措施的單位污染物減排成本及優先度排序結果如表4所示。

圖3 火電行業技術減排措施SO2、NOx與CO2協同控制效應三維坐標系Fig．3 SO2、NOx and CO2 co-control effects three-dimensional coordinate system of technological reduction measures in thermal power industry

表3 火電行業技術減排措施污染物減排量交叉彈性E lsa/b結果匯總Tab．3 E lsa/b of technological reductionmeasures in thermal power industry

火電行業技術減排措施對SO2、NOx和CO2的單位減排成本區間分別為 －282．18元/kg－7．28元/kg，－346．48元/kg－9．96元/kg，－1．11元/kg－0．47 元/kg。各項措施的優先度排序結果表明，一些小型節能措施排序靠前，如低耗能點燃和結焦預警分別排在前兩位，而末端治理措施都排在后三位;不同污染物的優先度排序結果表明，由于針對的污染物不同，排序結果差異較大。

表4 火電行業技術減排措施單位污染物減排成本及優先度排序Tab．4 Unit pollutant reduction cost and priority order of technological reduction measures in thermal power industry

3 結論

隨著環境問題的日益嚴峻，人類面臨的大氣污染物和溫室氣體減排壓力也越來越大，協同控制理念應運而生。在解決環境問題時，相較于過去側重針對單一污染物的末端治理措施，轉向逐漸重視具有協同效應的控制措施。因此，在選擇減排措施時，合理評價措施的協同控制效應就顯得非常重要。本文從環境－經濟－技術角度，提出了技術減排措施的協同控制效應評價方法，并以我國火電行業為案例進行具體分析，結論如下:

(1)“協同控制效應坐標系”能夠較為直觀地反映技術減排措施對于不同污染物的減排效果，“污染物減排量交叉彈性”則可將協同控制效應進一步量化。從這兩種評價方法的結果來看，末端治理措施一般不具有協同控制效應;而前端控制措施和過程控制措施都能同時減排大氣污染物和溫室氣體，具有良好的協同控制效應。

(2)在前述兩種方法的基礎上，利用“單位污染物減排成本”指標對各項技術減排措施進行成本－效果綜合評價。結果表明，末端治理措施的“單位污染物減排成本”指標值不具優勢，優先度排序靠后;而前端控制措施和過程控制措施都排在前列，說明這些措施具有很好的成本有效性。

(3)實際開展協同減排規劃時，應根據決策需要選擇評價方法，并依據評價結果設計協同減排路線圖。

由于文章篇幅所限，本文集中探討技術減排措施的協同控制效應評價方法，尚未涉及結構減排和規模減排的研究成果(這部分成果將在其他文章中討論)。此外，本研究中只考慮了SO2、NOx和CO2的協同減排，事實上，技術減排措施的協同控制效應應覆蓋更多種類的污染物。進一步完善協同控制效應評價方法，并在此基礎上開展行業和區域協同減排規劃，是作者下一步努力的方向。

致謝:感謝中國環保產業協會陳尚琴副會長，中電投黔北發電總廠周海鷗總工，北京朗新明環保科技有限公司專家顧問胡健民先生等對本研究的協助!

(編輯:于 杰)

References)

［1］丁一匯，李巧萍，柳艷菊，等．空氣污染與氣候變化［J］．氣象，2009，35(3):3 － 14．［Ding Yihui，Li Qiaoping，Liu Yanju，et al．Atmospheric Aerosols，Air Pollution and Climate Change［J］．Meteorological Monthly，2009，35(3):3 －14．］

［2］王金南，寧淼，嚴剛，等．實施氣候友好的大氣污染防治戰略［J］．中國軟科學，2010，(10):28 －37．［Wang Jinnan，Ning Miao，Yan Gang，etal．Implementing Climate － friendly Strategy for Air Pollution Prevention and Control［J］．China Soft Science Magazine，2010，(10):28 －37．］

［3］Pearce D．The Secondary Benefits of Greenhouse Gas Control［M］．CSERGE Working Paper． London:University College， 1992:92－12．

［4］IPCC．IPCC Second Assessment Report:Climate Change 1995［M］．Switzerland:IPCC，1995:50 －51．

［5］Tollefsen P，Rypdal K，Torvanger A，et al．Air Pollution Policies in Europe:Efficiency Gains From Integrating Climate Effects with Damage Costs to Health and Crops［J］．Environmental Science and Policy，2009，(12):870 －881．

［6］Wang Xiaodong，Smith K．Secondary Benefits of Greenhouse Gas Control:Health Impacts in China［J］．Environmental Science ＆Technology，1999，33(18):3056 －3061．

［7］Rypdal K．Nordic Air Quality Co-Benefits from European Post－2012 Climate Policies［J］．Energy Policy，2007，(35):6309 － 6322．

［8］Gielen D，Chen Changhong．The CO2Emission Reduction Benefits of Chinese Energy Policies and Environmental Policies:A Case Study for Shanghai，Period 1995 － 2020［J］．Ecological Economics，2001，(39):257－270．

［9］Chae Y．Co-benefit Analysis of An air Quality Management Plan and Greenhouse Gas Reduction Strategies in the Seoul Metropolitan Area［J］．Environmental Science and Policy，2010，(13):205 －216．

［10］李麗平，周國梅．切莫忽視污染減排的協同效應［J］．環境保護，2009，(24):36 －38．［Li Liping，Zhou Guomei．Do not Ignore the Co-Benefits of Pollution Reduction［J］．Environmental Protection，2009，(24):36 －38．］

［11］田春秀，李麗平，胡濤，等．氣候變化與環保政策的協同效應［J］．環境保護，2009，(12):67 －68．［Tian Chunxiu，Li Liping，Hu Tao，et al．Co-benefits of Climate Change and Environmental Protection Policy［J］．Environmental Protection，2009，(12):67 －68．］

［12］胡濤，田春秀，李麗平，等．協同效應對中國氣候變化的政策影響［J］．環境保護，2004，(9):56 －58．［Hu Tao，Tian Chunxiu，Li Liping，et al．Influence of Co-benefit on Policy in China［J］．Environmental Protection，2004，(9):56 －58．］

［13］李麗平，周國梅，季浩宇，等．污染減排的協同效應評價研究:以攀枝花市為例［J］．中國人口·資源與環境，2010，20(5):91－95．［Li Liping ，Zhou Guomei，Ji Haoyu，et al．Study of Co-Benefits Assessment of Pollution Reduction:A Case Study in Panzhihua［J］．China Population，Resources and Environment，2010，20(5):91 －95．］

［14］國家發展和改革委員會．國家重點節能技術推廣目錄(第一批)［M］．北京:國家發展和改革委員會，2008:4－11．［National Development and Reform Commission．National Extension Directory of Important Energy Conservation Technology(1stBatch)［M］．Beijing:National Development and Reform Commission，2008:4 －11．］

［15］國家發展和改革委員會．國家重點節能技術推廣目錄(第二批)［M］．北京:國家發展和改革委員會，2009:7－14．［National Development and Reform Commission．National Extension Directory of Important Energy Conservation Technology(2ndBatch)［M］．Beijing:National Development and Reform Commission，2009:7 － 14．］

［16］王志軒，朱法華，等．火電二氧化硫環境影響與控制對策［M］．北京:中國環境科學出版社，2002．［Wang Zhixuan，Zhu Fahua，et al．Impact and Control of SO2in Thermal Power Industry［M］．Beijing:China Environmental Science Press，2002．］

［17］環境保護部．火電廠氮氧化物防治技術政策［M］．北京:環境保護部，2010:27 －29．［Ministry of Environmental Protection．NOxPrevention and Control Technology and Policy for Thermal Power Industry［M］．Beijing:Ministry of Environmental Protection，2010:27 －29．］

［18］杜秋平．利用煙氣脫硫技術控制大氣污染［J］．華北電力技術，1999，(11):29 －32．［Du Qiuping．Using Flue Gas Desulfurizing Technology for Controlling Atmospheric Pollution［J］．North China Electric Power，1999，(11):29 －32．］

［19］蘇永．火力發電廠煙氣脫硝技術研究［J］．熱電技術，2009，(2):40－44．［Su Yong．Study of Flue Gas Denitration Technology for Thermal Power Industry［J］．Cogeneration Power Technology，2009，(2):40 －44．］

［20］氣候組織．CCS在中國:現狀、挑戰和機遇［M］．北京:氣候組織，2010．［The Climate Group．Towards Market Transformation:CCS in China［M］．Beijing:The Climate Group，2010．］

［21］Michale Hubler， Andreas Keller． Energy Saving Via FDI?．Empirical Evidence from Developing Countries［J］．Environment and Development Economics，2009，15:59 －80．

［22］李小平，盧現祥．國際貿易、污染產業轉移和中國工業CO2排放［J］．經濟 研 究，2010，45(1):15 － 26．［Li Xiaoping，Lu Xianxiang．International Trade，Pollution Industry Transfer and Chinese Industries’CO2Emissions［J］．Economical Research Journal，2010，45(1):15 － 26．］

［23］Perkins，Neumayer．Transnational Linkages and the Spillover of Environment-efficiency into Developing Countries［J］．Global Environmental Change，2009，(19):375 －383．

［24］陳詩一．能源消耗、二氧化碳排放與中國工業的可持續發展［J］．經濟研究，2009，44(4):41 － 55．［Chen Shiyi．Energy Consumption，CO2Emission and Sustainable Development in Chinese Industry［J］．Economical Research Journal，2009，44(4):41 －55．］

Study of Coordinate Control Effect Assessment of Technological M easures for Em issions Reduction

MAO Xian-qiang1ZENG An1HU Tao2XING You-kai1LIU Sheng-qiang1
(1．School of Environment，Beijing Normal University，Beijing 100875，China;2．Policy Research Center for Environment and Economy，Ministry of Environmental Protection，Beijing 100029，China)

As China’s pollation control and emission reduction are in a grim situation，it is urgent to take coordinate controlmeasures to reach the multi-pollutant control goal．Coordinate control effect assessment of the emissions reduction measures is the basis of choosing appropriate coordinate controlmeasures and making control plan．In this paper，innovative methods are proposed to assess control effect of technological measures for emissions reduction and then applied to analyze reduction measures in thermal power industry．By methods of coordinate system of coordinate control effects，cross elasticity of pollutant reduction(Elsalb)and unit/marginal pollutant reduction cost，the coordinate effects of technologicalmeasures for emissions reduction on SO2，NOxand CO2．The results of coordinate system of coordinate control effects and Elsa/b show that end-of-pipe controlmeasures do not have coordinate control effects，while othermeasures，including front-end controlmeasures and in-the-process controlmeasures，can reduce SO2，NOxand CO2emtssions simultaneously，and then have coordinate control advantage．Moreover，the unit/marginal pollutant reduction cost accounting also shows that end-of-pipemeasures are in less priority than the front-end measures and in-the-process controlmeasures．We suggest that policymakers should use appropriate assessmentmethods according to their policy targets，and then choose themost cost-effective reduction measures in making coordinate control plan．

technological reductionmeasures;coordinate control effects assessment;thermal power industry

X192

A

1002－2104(2011)12－0001－07

10．3969/j．issn．1002－2104．2011．12．001

2011－08－05

毛顯強，博士，教授，博導，主要研究方向為環境經濟政策、環境評價與環境規劃。

曾桉，碩士生，主要研究方向為環境經濟、政策、環境評價與環境規劃。

美國能源基金會中國可持續能源項目(編號:G－0911－11642);環境保護行業性公益項目(編號:201009051)。