基于情景分析的鋼鐵工業物質流與價值流協調性研究

(北京工業大學循環經濟研究院，北京 100124)

1 引 言

自2008年全球經濟危機之后，我國鋼鐵工業面臨著越來越大的發展難題，一方面是高產量、低價格和低收益，另一方面是高能耗、高物耗、高污染[1，2]。現在的鋼材平均價格僅為1994年的水平(未剔除通貨膨脹影響)，行業銷售利潤率只有0.48%，平均每噸鋼盈利4.2元，在全國39個工業大類中，鋼鐵企業銷售利潤率為倒數第一，效益下降導致鋼廠為縮減成本而關閉環保設備[3]，污染排放更加嚴重，鋼鐵工業也屢次被國務院列為需化解過剩產能的重點行業。

鋼鐵工業也是京津冀地區PM2.5高濃度的罪魁禍首[4]。中國科學院大氣物理研究所對北京PM2.5化學組成及來源進行的研究表明，北京PM2.5有6個重要來源，分別是土壤塵、燃煤、生物質燃燒、汽車尾氣與垃圾焚燒、工業污染和二次無機氣溶膠，貢獻分別為15%、18%、12%、4%、25%和26%，如果將燃煤、工業污染和二次無機氣溶膠(懸浮在大氣中的固態或液態微粒的統稱)三個加總起來，化石燃料燃燒排放占北京PM2.5來源的69%[5]。2012年河北粗鋼產量2.2億噸，約占全國的1/3，煤炭占一次能源消耗的85%以上，正是北京周邊省份快速發展的鋼鐵工業生產活動所帶來的跨境污染傳輸導致PM2.5高企[6]。

因此，鋼鐵工業的高投入、高污染和低經濟效益是我國學術界、政府和企業亟待共同研究解決的重點問題之一。現已取得共識，發展循環經濟，建設資源節約型、環境友好型鋼鐵工業是緩解資源供需矛盾和減輕環境壓力的根本出路，也是提高鋼鐵工業經濟效益的根本途徑。如何科學的評價鋼鐵工業生態化水平也成為其中最重要的問題。

2 情景分析法

2.1 情景分析法概述

20世紀五六十年代，蘭德公司的研究員 Herman Kahn率先提出“情景”(Scenario)一詞，他的工作對當時五角大樓的戰略決策產生了一些影響。1967年，Herman Kahn出版了《2000 年——關于未來33年猜想的框架》(The Year 2000：A Framework for Speculation on the Next Thirty-Three Years)，該書成為情景分析的歷史里程碑。到70年代中后期，情景分析法得到迅速發展和廣泛運用，出現了多種不同的模式及知名研究報告。其中最著名的羅馬俱樂部(Club of Rome)的報告——《增長的極限》(The Limits to Growth)和《人類的轉折點》(Mankind at the Turning Point)就高度關注情景分析技術，預見性地為未來世界的資源消費提出不同的情景，使“情景”這一術語獲得普遍的關注[7]。

在對未來做出很多假設的情況下，情景分析法通過細致、嚴謹地描述和推理來構建各種未來可能出現的情況，進一步得出事物在此種種條件和建設下可能得到的成果。它的主要步驟是“假設—分析—預測”，主要功能則側重于后兩者。分析結果通常包括以下三個部分：確認未來可能的發展趨勢、描述每一條可能性的路徑和分析發展趨勢的特點。

在我國產業結構升級和經濟體制轉型時期，影響未來鋼鐵工業發展的不確定因素比較多，從影響事物發展的多個角度去研究各種可能條件下的情景，模擬不同情景下各種可能的結果，有助于幫助人們去揭示影響未來鋼鐵工業發展的主要原因及其影響程度，從而為制定產業政策、環保政策和財政金融政策提供更有力的參考依據。

2.2 情景分析法要素及步驟

不同情景分析法的構成和步驟有一些區別，但對于典型的情景分析法來說，主要由以下這些要素構成：(1)基準年份；(2)目標年份和時間段；(3)變化過程；(4)驅動力(或不確定性)；(5)情景故事。

3 鋼鐵工業物質流與價值流協調情景設定

3.1 情景分析的時間假定

本研究將對短、中、長三個時期都做情景分析，時間點分別設定為2015年、2018年和2020年。

3.2 情景分析的內容假定

鋼鐵工業物質流與價值流協調情景分析的第二個問題是情景內容的設定。而要對情景進行必須知道過去的一段時期鋼鐵工業發生的變化，也就是各個指標變動的范圍。1991年到2011年噸鋼綜合能耗平均每年下降4.59%，有兩個年份(1997年和2006年)下降較多，有可能是技術突然革新導致的變化。噸鋼新水平均每年下降11.95%，個別年份可以達到20%以上。廢鋼指數波動比較大，平均每年僅增長2.85%，噸鋼SO2排放量平均每年下降6%，噸鋼粉塵平均每年下降10.41%，噸鋼CO2排放量平均每年下降5.44%，噸鋼固體廢棄物排放量平均每年下降3.63%，噸鋼廢水平均每年下降14%。

一直以來，我國鋼鐵工業都著重于產業規模的擴張，而忽視了環境負荷的相應增長，這樣做的結果就是不得不同時化解過剩鋼鐵產能和治理大氣污染(尤其是京津冀地區)。理想狀態下鋼鐵工業的可持續發展可以通過提高物質投入效率和經濟產出效益來實現。但必須也注意到這兩者存在四種不同的關系組合，即物質投入效率和經濟產出效益都提高、物質投入效率和經濟產出效益都降低和兩者一降一升。這里物質投入效率代表著環境壓力。

當環境壓力增加的速度與經濟效益提高的速度不一致時，物質流與價值流的協調才會發生變化。因此，它們之間的組合關系有四種：(1)基準情景；(2)相對脫鉤情景；(3)絕對脫鉤情景；(4)理想情景[8]。

其中，(3)和(4)都屬于可持續發展情景，一個弱可持續一個強可持續。目前我國鋼鐵工業仍屬于基準情景，未來要建成理想的鋼鐵工業仍需經歷一段很長的發展時期，因此本研究對以上其中三個情景分別進行假定：(1)基準情景：物質流指標(廢鋼指數、噸鋼鐵礦石消耗量、噸鋼新水消耗量噸鋼綜合能耗和廢水、CO2、SO2、固廢和粉塵)增加(正指標)或降低(負指標)速度保持不變，經濟產出效益也保持不變；(2)相對脫鉤情景：總物質投入和污染物排放總量增速降低，經濟產出效益每年增長2%；(3)絕對脫鉤情景：總物質投入和污染物排放總量保持不變，經濟產出效益每年增長5%；

4 鋼鐵工業物質流與價值流協調情景分析

4.1 基準情景下鋼鐵工業發展

基準情景是工業后起國家鋼鐵工業起步階段常見的情況，和過去三十年經濟的增長有相似的套路：生產總值的增長依賴物質資源投入總量的增加，帶來的后果是環境的大幅退化。顯然，這種模式屬于危險的發展路線，意味著潛在的產業不穩定和環境的大幅惡化。

在本情景下，考察期各污染物增加(或下降)百分比取其歷年中間值，如噸鋼綜合能耗平均每年下降4.59%(1991年到2011年下降的復合百分比)，其他依次類推，各項指標值見表1。

在此基礎上，可以分別計算出2015年、2018年和2020年鋼鐵工業物質流和價值流的綜合指標值，再利用協調發展度即可清楚看出未來我國鋼鐵工業物質流與價值流的協調情況。協調發展度從數值上說明了兩個子系統協調程度的相對大小，可進行協調程度評價，常見的計算模型有變異系數協調度模型、距離協調度模型、隸屬函數協調度模型等。這些方法大同小異，本研究采用其中較為簡潔常用的變異系數協調度模型[9，10]。它主要利用統計學中變異系數和協調系數的概念和方法來求出兩個子系統之間的協調度。

表1 基準情景下鋼鐵工業各項指標值

設x1，x2為一樣本集合的兩個變量，當樣本的變異系數V最小時，該樣本的變異程度最小，即樣本變量x1，x2的值最為接近，其協調程度最大，反之亦然。

則協調系數C：

為調節系數，2≤k≤5)

當x1，x2數值不相同時，求出的協調系數有可能相同，因此C并不能反映兩個子系統間的協調程度，必須對其發展指數綜合加以考慮。

設協調度T：

T=αx1+βx2

則協調發展度D：

本研究數據主要來源于中國統計年鑒(1992年～2012年)，中國鋼鐵統計年鑒(1994年，1995年，1998年，2011年)，中國環境年鑒(1992年～2010年)和世界鋼鐵年檢(2010年)。

經上述方法計算，可以得到1991～2011年我國鋼鐵工業物質流與價值流的協調發展度指標值，見圖3，其中可以看出協調狀況經歷了幾個上升和下降期，其中1997年是谷底，這與當時遇到的亞洲金融危機有關，2005年和2008年也有所下降，前者主要是因為當時為應對經濟過熱而對鋼鐵工業采取了固定資產投資限制的政策，后者則是受次貸危機的影響。可見協調發展度這一概念很好的詮釋了過去鋼鐵工業所經歷的變化。

圖3 基準情景下我國鋼鐵工業協調發展度變化情況

更重要的是，研究還得到了基準情景下2015年、2018年和2020年我國鋼鐵工業的協調發展度。從圖中可以看出，未來一段時間我國鋼鐵工業物質流與價值流協調發展度將持續下降，2020年將下降到0.73，降幅達19%。因此，基準情景下我國鋼鐵工業協調發展水平將每況愈下，可持續發展更無實現可能，行業盈利能力將持續下降，環境惡化將進一步加劇。

4.2 相對脫鉤情景下鋼鐵工業發展

相對脫鉤情景是鋼鐵工業進入上升期時的發展模式，此時環境壓力的增加與經濟效益的提升開始不同步，前者增長較后者為慢，兩者開始出現相對脫鉤，與基準情景相比，此種情景明顯更優。顯然，相對脫鉤的發展模式是鋼鐵工業進入可持續發展的必經階段。

在本情景下，假設考察期各污染物增加(或下降)百分比是其歷年中間值的兩倍，如噸鋼綜合能耗平均每年下降9.2%(1991年到2011年下降的復合百分比4.59%)，其他依次類推，計算方法依基準情景，可得到相對脫鉤情景下協調發展度變化情況，見圖4。

圖4 相對脫鉤情景下我國鋼鐵工業協調發展度變化情況

從圖中可以看出，未來一段時間我國鋼鐵工業物質流與價值流協調發展度將維持在現有水平。因此，相對脫鉤情景下我國鋼鐵工業協調發展將取得一定進步，環境污染將得到一定遏制，也為后續的可持續發展奠定基礎。

4.3 絕對脫鉤情景下鋼鐵工業發展

絕對脫鉤情景是總物質投入和污染物排放總量保持不變，經濟產出效益每年增長5%的情景，總量保持不變是環境改善的前提條件，因為污染物的聚集通常是按量來計算，這也是國務院三番五次要求化解過剩產能、淘汰落后產能的根本原因所在。這種情景也是目前工業先進國家鋼鐵工業所能達到的高度，它的特點是通過技術手段使得環境與經濟取得良好協調，走上了可持續發展的道路。

在本情景下，考察期各污染物和物質投入維持在現有水平不變，隨著粗鋼產能的增加，以噸鋼計的污染物和物質投入將明顯下降，同時經濟產出效益平均每年增長5%，計算方法依基準情景，可得到絕對脫鉤情景下協調發展度變化情況，見下圖5。

圖5顯示，未來一段時間我國鋼鐵工業物質流與價值流協調發展度將持續上升，2020年將達到0.95的高水平。因此，絕對脫鉤情景下我國鋼鐵工業協調發展水平將越來越好，基本形成可持續發展型的鋼鐵工業，行業盈利能力將持續上升，環境惡化得到根本遏制。

圖5 絕對脫鉤情景下我國鋼鐵工業協調發展度變化情況

5 結 論

本文基于情景分析的相關理論方法分析了過去21年我國鋼鐵工業物質流與價值流的協調程度，很好的闡釋了鋼鐵工業在建設可持續發展型產業中所經歷的階段，并通過對未來數年(2015年、2018年和2020年)我國鋼鐵工業的協調發展進行實證分析表明：

(1)在維持現有發展模式的基準情景下，未來我國鋼鐵工業協調發展度將持續下降，2020年將下降到0.73，與2013年相比降幅將達19%；

(2)在控制總物質投入和污染物排放總量，使其增速低于經濟效益提升的速度時，直到2020年我國鋼鐵工業協調發展度將維持在現有水平；

(3)在總物質投入和污染物排放總量保持不變，經濟產出效益每年增長5%的情況下，經濟與環境出現絕對脫鉤，我國鋼鐵工業協調發展度將持續上升，2020年將達到0.95的高水平。

因此，近期我國鋼鐵工業應遵循“基準-相對脫鉤-絕對脫鉤”的發展路徑，盡量保持總物質投入和污染物排放總量不再增加，經濟產出效益得到一定提升，可持續發展才有可能實現。當前的一個誤區就是注重前者的末端治理，而忽視關鍵的后者，在“十二五”期間，我國鋼鐵工業應通過進一步的兼并重組，增加鋼鐵產業集中度，提升產業規模經濟，目標重在增加產業效益。同時輔之以技術手段的革新，力爭降低物質資源投入和污染物排放，提升物質流與價值流協調程度，實現鋼鐵工業可持續發展。

參考文獻：

[1]李士琦，吳龍，紀志軍.中國鋼鐵工業節能減排現狀及對策[J].鋼鐵研究，2011：39(3)：1-5.

[2]上官方欽，張春霞，胡長慶.中國鋼鐵工業的CO2排放估算[J].中國冶金，2010，20(5)：37-42.

[3]張冶金.從2012年中國企業500強看鋼鐵企業發展[J].冶金管理，2012，10：4-11.

[4]孔慶影，張爍.北京PM2.5霧霾圍城，誰之過[R/OL].騰訊財經[2013-02-04].http：//finance.qq.com/a/20130204/003445.htm.

[5]Zhang Renjian，Fu Congbin，Han Zhiwei，Zhu Chongshu.Characteristics of elemental composition of PM2.5in the spring period at Tongyu in the semi-arid region of Northeast China.ADVANCE IN ATMOSPHERIC SCIENCE，2008，25(6)：922-931.

[6]Green Peace，University of Leeds.Tracing back the smog：Source analysis and control strategies for PM2.5 pollution in Beijing-Tianjin-Hebei[R].2013.

[7]婁偉.情景分析理論與方法[M].北京：社會科學文獻出版社，2012.

[8]王維國.協調發展的理論與方法研究[D].大連：東北財經大學，1998.

[9]湯鈴，李建平，余樂安.基于距離協調度模型的系統協調發展定量評價方法[J].系統工程理論與實踐，2010，9：11-29.

[10]諸大建，臧漫丹，朱遠.C模式：中國發展循環經濟的戰略選擇[J].中國人口·資源與環境，2005，15(6)：8-12.