基于節能減排的能源保障綠色風險分析

崔 巍，蕭錦華，楊海峰，楊萬清

(1． 大連海事大學交通運輸管理學院，遼寧省大連市116026;2．重慶電力公司發展策劃部，重慶市400041;3．大連供電公司，遼寧省大連市116001)

0 引 言

能源是國家發展的重要物質基礎，隨著城市經濟發展，能源需求增加，特別是電力消費量不斷加大［1-4］，陸續出現了一系列的環境問題，使得資源環境的約束日益突出。環境問題讓城市居民意識到能源保障對環境的可能性損害，節能減排則受到全國民眾的重點關注。如何緩解能源與環境的矛盾，實現國家節能減排目標，已經成為了亟待解決的能源管理問題。

目前，很多學者致力于研究城市能源與環境的協調問題，已有的研究大多從經濟、能源和環境系統出發，分析三者之間的協調程度［5-8］。隨著低碳經濟和可持續發展愈加受到關注，對能源與環境的研究已經發展到測量低碳指數和可持續發展指數［9-10］，然而這些研究的理論與實際結合不夠緊密，沒有從能源對環境的潛在危險考慮，缺乏前瞻性。因此，本文提出能源保障綠色風險新概念，來衡量能源對環境造成的可能性損失程度，以期起到風險預警的作用，并應用于城市能源管理的實踐當中。

大連是東北老工業基地重要城市，高耗能行業比重大，能源消耗的強度也大，導致生態環境的問題愈加突出。然而，近年來大連致力于解決電力生產結構問題，在整改火力發電廠的同時大力推廣核電的使用，以實現國家“十二五”節能減排的規劃目標。因此，其實踐經驗對于全國許多地區都有借鑒意義。本文以大連能源系統為研究對象，從節能減排的角度對大連能流圖進行分析，識別出能源保障綠色風險因素，并對其進行量化與排序，得到處理能源保障綠色風險事件的優先級順序，以便從風險源上實施控制措施。

1 相關理論

1.1 能源保障綠色風險

綠色風險［11］的核心是“綠色”，其內涵是實現可持續發展目標。本文提出的能源保障綠色風險的含義是研究能源保障過程中出現的資源、能源消耗與環境污染等破壞環境承載力，對實現可持續發展造成威脅的風險，以期能夠協調好能源發展與環境保護的關系。

能源保障綠色風險衡量了能源保障給環境帶來的不穩定因素及可能性損害，對地區的發展起到預警的作用。綠色風險的減少能夠實現生態環境的可持續發展，使其以穩定、高質量的發展環境吸引更多的外來勞動力和商業投資，并促進旅游業等服務性行業得到進一步的開拓，實現能源環境與經濟的共同發展。

1.2 節能減排

節能減排就是節約能源、降低能源消耗、減少污染物排放。節能減排包括節能和減排兩大技術領域，二者有聯系，又有區別。一般地講，節能必定減排，而減排卻未必節能，所以減排項目必須加強節能技術的應用，以避免因片面追求減排結果而造成的能耗激增，注重社會效益和環境效益均衡。

1.3 能流圖

能流圖［12-13］是描述能源物質在能源供應系統內的流動數量、流向和狀態的網狀流程圖，可以反映出不同時期能源供應過程中，諸如供給、配送、加工轉換和消費等環節的能源流動的特點和變化，是能源系統研究的有效工具。

2 大連市能源保障綠色風險因子識別

能源消費與經濟增長之間存在長期均衡關系［14］，所以在經濟快速發展的同時，為了保障能源的供應，必定需要持續增加能源投入［15］，這就會導致環境壓力加大，使環境承受著損害的風險，在一定程度上破壞了環境承載力。為了更好地了解能源供應與環境之間的關系，繪制出大連市的能流圖(如圖1 所示)，以便更加形象和直觀地表現出能源流動的全過程，從而通過分析能流圖中能源供應、加工轉換、終端能源消費，以及能源消費對環境影響等各個環節，從節能減排的角度尋找每個環節中能源保障對區域的可持續發展帶來的風險因子，以達到風險識別的目的。

由圖1 可知，能源流動過程包括3個環節:能源供給、能源轉換和能源消費［16］，每個環節都可能存在著一些影響城市環境的因素，因此可以從中識別出能源保障帶來的綠色風險。大連市主要供應的一次能源是原煤、原油、天然氣以及其他能源，包括風能、核能、生物質能等等。經過加工轉換，一次能源可以轉化為煤制品、油制品、電力和熱力。雖然大連和其他城市一樣，主要以火力發電為主，但是目前也應用風電、核電和生物質發電等技術，多種能源用于電力的生產以發展低碳電力供應［17-18］。最后能源的供應是為了能源的消費，能源用于各個行業的生產建設當中，成為能源終端消費品，并且在轉換和消費環節中會將一部分廢料排放到環境之中。

通過綜合分析以上能源流動全過程，可以得到如表1 所示的能源保障綠色風險體系［19］，表中的風險因子都是通過風險源分析得出，用來對能源保障綠色風險進行衡量評估。表中 GDP (gross domestic product)為國內生產總值。

3 大連市能源保障綠色風險分析

3.1 指標風險基準值的分析

對能源保障綠色風險的研究是以實現區域環境承載力的可持續發展為最終目標，環境承載力就成為了能源保障綠色風險評估的一個重要標準，也是每個綠色風險因子風險度的衡量依據。在眾多綜合評價的研究中，一般都是采用觀測值直接進行處理，但是這樣的處理方法不能體現出每個風險因子對城市環境承載力的影響程度。因此，本文以節能減排目標為依據，設定每個因子的風險基準值，因子觀測值與基準值的差距越大，其綠色風險的變化就越大，也就意味著該因子對環境承載力的影響越大。

圖1 大連市能流圖Fig.1 Dalian energy flow chart

表1 大連市能源保障綠色風險因子Tab.1 Dalian energy security green risk

為了形象地表示各個指標的綠色風險程度，本文利用原始數據與風險基準值的差距做了數據的調整，數據調整的公式為

以風險基準值對指標數據進行處理，能夠得到該指標對環境承載力的影響程度。然而所有指標的影響效果并不是一樣的，有些指標，如綠色能源供應比例、能源加工轉換率、綠色技術創新程度和環保投資占GDP 比重等，其數值的增大會減少能源保障的綠色風險，起到逆向的作用，在分析時就應該將其區分開來，即可以將指標體系分為正向指標和逆向指標，然后以風險基準值為劃分界線，分析不同情況下指標對綠色風險和環境承載力的影響。正向指標與逆向指標的具體影響效果分析如下。

(1)正向指標。x*ij＞0 表示指標值大于風險基準值，這時能源保障體系會帶來綠色風險，增大破壞環境承載力的可能性;而x*ij＜0 表示指標值低于基準水平，綠色風險會相對減少，不會對環境承載力造成負面影響。

(2)逆向指標。x*ij＞0 表示指標值大于風險基準值，會減少該指標產生的綠色風險，保持區域的環境承載力;而x*ij＜0 表示指標值沒有達到基準水平，加大了能源保障的綠色風險，對環境承載力帶來負面效果。

3.2 能源保障綠色風險量化模型分析

根據能源保障綠色風險的特點，本文考慮了風險事件發生的重要性與危害程度，采用層次分析法［20］和基準值調整的數據處理方法相結合，計算得到的權重和風險值作為風險量化與排序的依據。因此，綠色風險因子的量化模型可以用以下公式表示。

式中:Ri表示綠色風險因子的風險值，即對環境的危險性;Wi表示綠色風險因子的重要性;Hi表示綠色風險因子引發的環境損失程度。根據量化的風險值，可以對因子進行風險排序，整個綠色風險量化與排序模型如圖2 所示。

圖2 能源保障綠色風險量化與排序模型Fig.2 Quantification and sequencing model of energy security green risk

(1)采用層次分析法計算綠色風險因子的重要程度。層次分析法是定性和定量相結合的決策分析方法，其思想是在系統層次化的基礎上逐層比較各種關聯因素的重要性來為分析以及最終決策提供定量的依據。本文采用專家評分法對各層次的不同因素進行兩兩比較，并通過對判斷矩陣的特征向量和最大特征根的計算，在一致性檢驗通過的情況下最終得出各個綠色風險要素的權重，以此作為因子重要性的衡量。權重計算公式為式中:Wi表示歸一化處理后的能源保障綠色風險因子的相對重要度;則表示判斷矩陣的特征向量;aij表示因素之間兩兩比較的重要性判斷值。

(2)為每個綠色風險因子設定風險基準值。根據對指標風險基準值的分析，可以得知綠色風險因子在基準值影響下對環境承載力的影響。在此基礎上，以大連市能源環境情況為背景，結合國家“十二五”節能減排目標的規劃，通過相關專家咨詢為每個綠色風險因子設定其風險基準值。

(3)根據風險基準值進行數據處理，衡量每個風險因子引發的環境損失程度。對于綠色風險因子的相關數據，由于其量綱不同，在計算之前必須先進行數據處理。結合設定的風險基準值，可以利用均值化處理方法得到每個風險因子的計算公式:

式中:Hi表示綠色風險因子引發的環境損失程度;xi表示觀測值;表示風險基準值;表示因子平均值;表示正向指標和逆向指標的處理。從中可以看出表示綠色風險因子引發的環境損害距離環境承載力可持續目標的偏離程度。

(4)對能源保障綠色風險的每個要素進行量化與排序。根據式(2)可以計算每個綠色風險因子的風險值，體現因子對環境的危險性，然后根據潛在危險的大小對因子進行排序，得出需要優先處理的風險事件，從而根據排序結果進行能源保障綠色風險的有效管理。

3.3 實例計算與分析

本文以大連市相關能源數據為依據，根據量化模型計算出每個風險要素的風險值，并進行風險優先級排序，識別出需要優先處理的風險事件，為大連市能源部門提供能源保障綠色風險管理的科學依據。

3.3.1 確定風險因子重要性

根據大連能源保障綠色風險體系，可以將其分解為目標層、準則層和指標層，從而構造出遞階層次結構模型，如圖3 所示。

圖3 風險指標遞階層次結構Fig.3 Hierarchical structure of risk indicators

然后根據能源部門的相關專家對風險指標進行兩兩比較，構造判斷矩陣。以準則層為例，判斷矩陣為

一致性為0.0688 ＜0.1，通過一致性檢驗。同理可求得指標層的判斷矩陣。以判斷矩陣的特征向量為依據，根據式(3)、(4)計算出每個綠色風險指標的權重，如表2 所示。

表2 能源保障綠色風險指標的權重Tab.2 Weights of energy security green risk indexes

由表2 可知，綠色能源供應水平和可吸入顆粒濃度的權重最大，表明其對于能源保障綠色風險具有較大影響。就大連市而言，目前大連市積極開發和推廣新能源技術，重點發展核電和天然氣等清潔能源，以求提高綠色能源的供應量，逐步減少傳統化石能源的消耗。

另外，大連市近年受到霧霾天氣的嚴重侵襲，可吸入顆粒物的濃度，特別是PM2.5 的濃度亟需降低，以改善生態環境質量。因此，這2個指標重要性較符合大連市的實際情況。

3.3.2 計算風險因子環境損失程度

為了有效解決能源與環境的矛盾，國家發布了“十二五”規劃節能減排目標。本文則以此為基礎，結合大連市的實際情況，根據相關的專家咨詢為能源保障綠色風險因子設定了風險基準值，并應用式(5)計算得出大連能源保障綠色風險因子引發的環境損失程度。具體的計算結果如表3 所示。

表3 風險基準值與環境損失程度Tab.3 Baseline values of risk and degrees of environmental damage

3.3.3 能源保障綠色風險量化與排序

根據綠色風險因子的重要性和引發的環境損失程度，可以根據式(2)將兩者結合起來，為每個能源保障綠色風險因子的風險值進行計算，并根據結果大小進行風險排序，從而得出風險事件處理的優先級。量化與排序結果如表4 所示。

表4 大連能源保障綠色風險量化與排序結果Tab.4 Quantify and sort results of Dalian energy security green risk

根據風險排序的結果可以得知，目前綠色能源供應水平和可吸入顆粒物濃度的風險較其他綠色風險因子大很多，表明了大連市的綠色能源供應水平還有待提高，且需要采取必要的措施控制可吸入顆粒物的濃度，減少霧霾天氣的發生。大連市在近年來也從能源結構方面進行調整改善，加大核電、風電等新能源技術的開發，推廣使用液化天然氣能源汽車，爭取以清潔能源逐步降低傳統能源的比重，以實現節能減排的目標。這對于避免能源保障綠色風險的發生是一項重要的預防措施，對其他地區的風險預防有著極大的借鑒意義。

4 結 論

(1)能源保障綠色風險關系到城市環境的穩定發展，以節能減排為核心對城市能源保障綠色風險進行分析，評估能源對環境帶來的可能性損害以及處理能源與環境關系的重要基礎和主要內容，有助于針對風險源采取規避措施，降低可能發生的環境損失，對于保持城市環境承載力，實現地區可持續發展有著重要的意義。

(2)本文以大連市為例，從城市能流圖出發識別能源保障綠色風險因子，并運用層次分析法和風險基準值調整的數據處理方法，對各個風險因子進行量化與排序，從而得到處理風險源的優先級順序。結果表明，綠色能源供應水平和可吸入顆粒物濃度對于能源保障綠色風險的影響程度最大。

(3)對于城市能源系統來說，電力供應是不可缺少的部分，以火電為主的電力生產結構影響著整個能源與環境的關系，特別是大連市以重化工業為主，電力需求成為能源保障體系的重中之重，其環境損害也愈加明顯。因此，大連市應從綠色能源供應水平和可吸入顆粒物濃度這2個風險源著手，調整電力生產結構，大力發展核電、風電等清潔能源發電技術，在滿足城市用電需求的同時減少火力發電產生的大氣污染物，并借鑒美國等發達國家對于PM2.5 的完善監控體系，實行有效的空氣質量指數監控管理，以節能減排的手段預防地區能源保障綠色風險的發生，并通過風險預警作用為居民提供一個穩定、高質量的生態環境。

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