鋼鐵行業超低排放政策實施的費用效益預評估研究

張靜，薛英嵐,3，張偉，趙靜，盧亞靈，蔣洪強＊

（1.生態環境部環境規劃院國家環境規劃與政策模擬重點實驗室，北京 100012；2.生態環境部環境規劃院京津冀區域環境研究中心，北京 100012；3.中國科學院科技戰略咨詢研究院，北京 100190）

引言

鋼鐵行業是我國大氣污染的重要來源。2020 年全國粗鋼產量10.65 億噸，占世界粗鋼總產量的56.5%。鋼鐵行業二氧化硫、氮氧化物和顆粒物排放量分別占全國排放總量的7%、10%、20%左右[1]，已超過電力行業成為工業最大的污染排放來源。“十一五”時期以來，鋼鐵行業逐步開展了煙氣脫硫、除塵改造等工作，在一定程度上降低了有組織顆粒物和二氧化硫的排放（分別降低60%和70%以上）[2]，鋼鐵行業的大氣污染治理取得階段性進展，但仍然有很多問題未得到解決[3]。一方面，鋼鐵行業目前的污染治理主要集中于燒結機頭排放，對氮氧化物治理、無組織排放和運輸環節排放關注較低[4]；另一方面，我國鋼鐵產能布局與區域環境承載力之間的矛盾突出，鋼鐵產能密集的京津冀及周邊地區[5]、長三角地區、汾渭平原是我國大氣污染相對嚴重的區域，三個重點區域的鋼鐵產能占全國總產能的一半以上，平均PM2.5濃度也比全國平均濃度高38%左右[1]。這些問題對我國鋼鐵行業可持續發展造成了嚴重制約。

為進一步治理我國鋼鐵行業的大氣環境污染，2019 年生態環境部等五部委聯合發布《關于推進實施鋼鐵行業超低排放的意見》[6]，并出臺《鋼鐵行業超低排放改造實施方案》（以下統稱為“鋼鐵超低排放政策”），從頂層設計、工藝改造、監督管理等方面對鋼鐵行業超低排放改造進行了全面要求。鋼鐵超低排放政策的實施，將全面帶動我國鋼鐵行業升級和轉型，推動重點區域大氣環境質量的改善。根據政策要求，到2020 年底前，重點區域鋼鐵行業超低排放改造力爭完成60%產能，2025 年全國鋼鐵行業超低排放改造將達到總產能的80%。“十三五”期間，我國已完成6.2 億噸粗鋼產能超低排放改造，“十四五”期間將持續推進鋼鐵企業超低排放改造。這樣一個復雜艱巨工程需要多少投入，投入后帶來多大的環境改善效益，對經濟社會影響有多大，需要做出科學回答。

環境政策的費用效益分析是對環境政策制定和實施后對經濟社會發展和生態環境等方面所產生的費用及效益進行科學評判的一種行為[7,8]，被廣泛應用于各種項目和政策的評價之中。美國、歐盟、日本等國家和地區已形成了全面、系統的費用效益分析技術指南和工作規程，應用領域十分廣泛[9]。我國關于環境費用效益分析的研究起步較晚，但國內研究機構已經開始了一些研究[10,11]。20 世紀80 年代，我國開始開展關于環境破壞的經濟損失的計量研究，研究對象主要是企業污染、流域污染等造成的經濟損失[10,11]。20 世紀90 年代，我國開始強調對環境污染的社會經濟活動等環境影響進行費用效益分析評估[12]，同時關于環境污染造成的健康影響的經濟量化研究也開始在我國逐漸起步[13]。對污染減排效益估算、環境質量改善效益、人群健康效益的估算和治理成本的研究，逐漸成為環境費用效益分析的重要環節。近年來，隨著環境治理政策的調整，環境效益分析研究逐步應用到治理方案的優化、環境政策評價、環保投資決策等領域。Zhang 等對全國“大氣十條”的費用效益進行了分析，得出由于空氣質量改善帶來的公眾健康效益是“大氣十條”實施總成本的1.5 倍[14]。

本文以“十四五”期間鋼鐵行業超低排放政策為研究對象，從費用、效益以及經濟社會影響來評估鋼鐵行業超低排放政策實施的效果。其中，費用主要包括鋼鐵行業超低排放政策的實施過程中全社會資金的投入，效益主要是通過測算質量改善避免公眾健康危害的貨幣化收益，社會經濟影響主要指的是投入帶動的經濟、就業等宏觀指標的變化。對比分析政策實施產生的效益和投入的成本，可以為未來我國鋼鐵行業污染治理政策優化調整提供支撐，并為其他行業實施超低排放提供參考。

2 數據與方法

本文以2020 年為基準年，核算時間范圍為2021—2025 年（2025 年為鋼鐵超低排放政策規定的達標年），由于大氣污染治理投入有些資產是固定資產，有些效益是長期效益，在計算費用效益時還考慮了不同固定資產的折舊和效益的折現，都統一到2021—2025 年范圍之中。評估尺度為省級，并對大氣污染的重點區域（包括京津冀、長三角、汾渭平原）加以分析，研究方法框架如圖1 所示。

圖1 鋼鐵超低排放改造費效評估研究框架

2.1 費用計算方法

鋼鐵行業實施超低排放改造，主要包括燒結機頭煙氣超低排放改造、全廠除塵系統提標改造、無組織排放治理、其他煤氣精脫硫等四部分工程，鋼鐵行業超低排放投入的費用，即指這些工程改造所需的總費用。基于單位成本系數法[14]，鋼鐵行業超低排放投入費用（TOC）核算方法如下所示：

式中，COS 為鋼鐵行業超低排放投入總費用（億元）；NCAP 為實施超低排放的鋼鐵產能（億噸）；INV 為單位產能的平均超低排放改造成本，根據楊柳的研究成果[15]，改造成本取190 元/噸粗鋼產能；Yp表示運行年限，根據本文的核算時間范圍（2021—2025 年），按1～5 年計算；Yd表示折舊年限，本文按照8 年計算；TCAP 為治理設施的鋼鐵實際產量（億噸）；IOP為治理設施的單位運行成本（元/噸鋼）；不同資料顯示超低排放噸鋼運行成本增加40～300 元，本文選用150 元/噸鋼。假設各地區粗鋼產量為產能的80%，得到各省（區、市）鋼鐵產能。各省（區、市）粗鋼產量數據來源于《中國統計年鑒2020 年》。

2.2 健康效益計算方法

鋼鐵行業實施超低排放改造的效益，主要包括超低排放帶來的大氣污染物排放減少、空氣質量改善，進而為居民健康帶來效益。針對鋼鐵行業污染物排放量采用排放強度法分別計算SO2、NOx、PM 排放量，計算方法如下：

式中，Ej為2025 年鋼鐵超低排放改造排放污染物量，j=SO2、NOx、顆粒物；Dj為超低排放改造后比改造前單位噸鋼減少的污染物排放量。根據減排量與改善幅度歷史數據采用多項式模型回歸訓練得到相關參數后，結合未來減排量進一步得到空氣質量改善濃度。

健康效益是判斷大氣環境污染治理成效的重要指標。本文的環境健康效益通過各年度之間大氣環境污染損失的減少量來表征。主要采用PM2.5作為大氣污染因子進行人體健康影響評價，根據鋼鐵行業未實施超低排放改造措施情景下的大氣污染損害與改造后大氣污染損害之差進行核算，即以2020 年為基準年分別測算鋼鐵超低排放未改造和改造情景下的大氣污染損害。鋼鐵超低排放改造的健康效益如式（5）：

其中，BECa為鋼鐵行業超低排放改造的環境健康效益；分別為達標年（2025 年）和基準年（2020 年）鋼鐵行業超低排放改造的大氣污染健康危害損失。

研究應用全球暴露死亡模型（Global Exposure Mortality Model，GEMM）來計算由于室外PM2.5暴露而造成的過早死亡（即PM2.5歸因死亡）人數，并由此進一步核算出過早死亡導致的大氣環境退化損失。GEMM 模型由Burnett 等創建[16]，通過納入清潔地區（如歐洲和北美）和污染地區（如中國）的環境PM2.5暴露隊列研究結果，為大范圍的室外環境PM2.5濃度分布提供了更為準確的濃度響應（concentrationresponse，C-R）關系。由于中國的PM2.5暴露濃度較高，而GEMM 模型在高濃度下的結果更為可靠。GEMM 模型選取5 種典型的循環系統和呼吸系統疾病的過早死亡作為健康結局，包括缺血性心臟病、慢性阻塞性肺病、肺癌、中風和下呼吸道疾病[17]。

GEMM 模型的過早死亡風險可表示如式（6）所示：

式中，RRi,j(c)表示在濃度c下，年齡組j、健康結局i的相對風險。當濃度低于閾值濃度時，相對風險為1，意味著人群不遭受健康損失；當濃度高于閾值濃度時，相對風險隨濃度升高而增大；PM2.5閾值濃度為2.4μg/m3；θ、∝、μ和v分別為描述不同疾病的C-R曲線形狀分布的參數；z為產生健康損失的濃度，單位為μg/m3。

基于過早死亡風險，采用式（7）核算過早死亡人數：

式中，Mi,j為年齡組j、健康結局i的PM2.5歸因死亡；Ii,j為基準死亡率；Pj為年齡組j的人口數量；其他參數含義同前文。

在確定歸因PM2.5的過早死亡人數后，本研究采用統計生命價值（VSL）將歸因死亡進行貨幣化，表示健康效應的經濟損失。本研究人口統計生命價值取100 萬美元/人，約合650 萬元/人[18]。

2.3 經濟影響測算方法

實施的經濟社會影響主要為政策實施過程中對宏觀經濟、產業結構、稅收及就業等方面產生的直接和間接影響。本文將鋼鐵行業超低排放改造的環保投入和運行費用作為核算對象，以2018 年中國153 個部門投入產出表為基礎，構建了包含產業內部關聯波及效應和居民消費誘發效應的投入產出宏觀閉模型，評估鋼鐵超低排放政策投入對GDP 增長的直接和間接拉動作用，根據增加值系數、稅收系數、居民收入系數、勞動力占用系數，進一步核算超低排放投入對國民經濟不同行業其他方面的貢獻作用。當最終產出發生變化時，所引起的國民經濟總產出增量（ΔX）計算公式如下[19]：

式中，(I-A)-1為列昂惕夫逆矩陣，I為單位對角矩陣；C為邊際消費傾向；t為邊際稅收傾向；為最終產品國內滿足率對角矩陣，指各行業最終產品中由本國生產的產品所占比例；F為居民直接消費系數列向量，指投入產出表中各行業的居民消費占總居民消費的比重；i′為單位行向量；為勞動報酬系數的對角矩陣，指由投入產出表中各行業勞動報酬除以總產出得到的系數；A為直接消耗系數；ΔYe為固定資產形成或商品服務消費變動的列向量。

3 計算結果與討論

3.1 投入費用

我國鋼鐵產能布局主要集中于大氣污染相對嚴重的地區，京津冀及周邊地區、長三角地區、汾渭平原等重點區域的鋼鐵產能占全國總產能的55%[1]，2020年黑色金屬冶煉和壓延加工業產能利用率約為80%。《“十四五”節能減排綜合工作方案》提出，到2025年完成5.3 億噸鋼鐵產能超低排放改造。根據各地區鋼鐵產能和改造成本系數估算，得到計算結果。

2021—2025 年，全國鋼鐵超低排放的實施費用預計約為3392 億元，包括投資1007 億元、運行成本2385 億元。其中，京津冀地區的費用為356 億元，長三角地區的費用為832 億元，汾渭平原地區的費用為154 億元，其他區域為2050 億元，如圖2 所示。三大重點區域因“十三五”期間已完成部分超低排放改造任務，鋼鐵超低排放費用為1342 億元，占全國總費用的40%，其他區域的費用占全國總費用的60%。

圖2 各省份實施鋼鐵超低排放政策投入費用

分省份來看，江蘇是我國鋼鐵產量第二大省，相當于世界第二產鋼大國的鋼產量。“十四五”時期，江蘇超低排放改造的費用遠高于其他省份，需492 億元。遼寧需319 億元，山東需274 億元、安徽需238 億元，河北需193 億元，天津、湖北、河南、廣東分別需要162 億元、155 億元、142億元、139 億元。四川、廣西、內蒙古、江西、陜西、福建、湖南、云南超低排放改造費用介于90 億～120億元，吉林、浙江、新疆、山西、上海、黑龍江、甘肅、重慶介于35 億～60 億元，貴州、寧夏、青海在7 億～20 億元。

3.2 健康效益

政策實施將顯著降低鋼鐵行業大氣污染物排放量，帶來可觀環境健康效益。到2025 年政策目標全面實現時，將帶來鋼鐵行業SO2、NOx和顆粒物排放量比2019 年分別削減51%、50%和75%，全國SO2、NOx、PM2.5年均濃度將在現狀基礎上分別下降1.25μg/m3、0.82μg/m3和3.2μg/m3，如圖3 所示。

根據環境質量改善效應，健康效益測算結果顯示，預計“十四五”期間實施鋼鐵超低排放改造工程后，我國大氣污染導致的過早死亡人數將減少15.45萬人。基于支付意愿法，“十四五”期間，我國實施鋼鐵超低排放改造工程預計帶來的健康效益合計為10 043 億元，是鋼鐵超低排放改造費用的2.96 倍。

分區域來看，京津冀及周邊地區、長三角地區、汾渭平原、其他區域可帶來的健康效益分別為840 億元、2722 億元、285 億元、6195 億元，其中京津冀及周邊、長三角、汾渭平原和其他區域過早死亡人數分別減少1.29 萬人、4.19 萬人、0.44 萬人和9.53 萬人。分省份來看，江蘇省健康效益最高，達到1640 億元，其次為廣東1206 億元，安徽、河北、河南、遼寧、四川、山東在566 億～807 億元。高值主要集中在京津冀及周邊地區、長三角地區這些超低排放改造的重點區域。湖北、湖南、廣西、福建、云南、江西、浙江、陜西在209 億～489 億元，內蒙古、天津分別為168 億元、108億元，其余省份均在100 億元以下，如圖3 所示。

圖3 各省份鋼鐵超低排放政策實施五年期間空氣質量改善及其帶來的效益

3.3 經濟社會影響

根據環境經濟投入產出模型核算的鋼鐵行業超低排放改造的經濟社會影響如圖4 所示，從結果可以看到，鋼鐵超低排放政策的實施將帶動我國GDP 增長4206 億元，對GDP 的投入產出比為1.24，即鋼鐵超低排放政策實施每投入1 萬元將帶動GDP 新增1.24萬元。同時，政策的實施將增加稅收740 億元、居民收入1698 億元，帶來92 萬個就業崗位的增加。

圖4 鋼鐵超低排放政策實施帶動2021—2025年GDP增長額及比例

分行業看，鋼鐵超低排放政策資金投入主要帶動了化工產品、礦采選業、設備制造等行業的增長，其中化工產品主要增長集中于化學產品。礦采選業中GDP 增長主要為煤炭采選、石油和天然氣開采等行業，金屬和非金屬產品中GDP 增長的主要為金屬冶煉和壓延加工品業，占金屬和非金屬產品GDP 增長的61%左右。設備制造業GDP 增長的主要為專用設備制造。其他行業主要包括除設備產品、電力、礦采選業、金屬和非金屬產品、金融、房地產、化工產品、交通運輸、農業、輕工業、建筑外的其他工業行業和服務業，占比較大的原因在于鋼鐵超低排放政策資金投入同時帶動了信息技術服務、綜合技術服務、租賃和商務服務、其他制造產品和廢品廢料、批發零售等行業的增長。

除了上述影響，還減少了停限產損失、減免了環境稅、享受差別化電價政策等[20]。在重污染天氣預警期間，國家對鋼鐵企業實施差別化應急減排措施。A級超低排放鋼鐵企業在重污染天氣期間不停產、不限產，使得企業的生產得以保持穩順，減少了因停產限產帶來的損失，提升了產品的綜合競爭力。國家給予超低排放條件的鋼鐵企業一定的稅收優惠待遇。應稅大氣污染物排放濃度低于污染物排放標準30%的，減按75%征收環境保護稅；低于50%的，減按50%征收環境保護稅。

3.4 費用—效益綜合分析

鋼鐵行業超低排放改造的費用效益綜合分析包括凈效益和費效比分析。凈效益等于總效益減去總投入，費效比等于費用除以效益。根據以上的核算結果可知，總凈效益為6651億元，即鋼鐵超低排放政策實施產生的效益遠大于投入的費用成本。三個重點區域中，長三角區域的凈效益最高（1891億元，占比28.4%），其次為京津冀及周邊地區（484 億元，占比7.3%），汾渭平原在重點區域中最低（131 億元，占比2.0%），其他區域為4146 億元，占比62.3%。分省份來看，絕大部分省份凈效益均為正值，即大部分省份鋼鐵行業超低排放改造實施所帶來的環境質量改善健康總收益是高于總資金投入的。可以看到，凈效益較高省份中經濟發達地區較多，而凈效益較低的省份中經濟欠發達地區較多。比如，青海、寧夏都是負值，因為它們在鋼鐵超低排放花費的成本雖然帶來了環境質量的改善，但產生的健康效益仍小于成本。

總效益除以總費用即得到“十四五”期間鋼鐵超低排放改造的費效比。整體而言，三大重點區域的效益與費用的比為2.9，即所產生的效益是費用的2.9倍。其他區域效益與費用的比為3.0，稍高于重點區域。分區域來看，費效比最高的是長三角，政策實施預計得到的效益是成本的3.3 倍，政策實施效果顯著。京津冀地區費效比為2.8，汾渭平原費效比1.9。分省份來看，廣東費效比最高，達到8.6，其次為四川4.8、河南4.5、浙江3.9、河北3.8、湖南3.6，如圖5 所示。

圖5 各省份鋼鐵超低排放改造的費效綜合分析

由于數據的可獲取性、不確定性等原因，本研究在參數選取、成本范圍、效益范圍等方面的計算結果仍存在一定局限性，需要在未來研究中進一步加強。健康效益貨幣化時采用的系數與結果直接相關，采用不同的人口統計生命價值，得到的結果會有很大差異。同時，大氣污染防治政策所產生的效益不僅包含了健康效益，超低排放改造的投資將拉動全國相關上下游產業的增加，改造后企業減少了重污染天氣停限產損失，減免了環境稅等差別化政策，提升了產品的綜合競爭力，除此之外，還包括清潔成本的減少、農作物損害成本的減少、碳排放協同減排、人民幸福感提升等社會效益，未來可進一步評估計算。

4 結論和建議

4.1 主要結論

我國“十四五”期間實施“鋼鐵超低排放政策”的環境經濟效益顯著。預計2021—2025 年投入費用總額為3392 億元，由于環境改善帶來的健康效益為10 043 億元，凈效益為6651 億元，費效比為3.0，具有顯著的外部經濟性和可行性。經濟社會影響方面，政策實施可對三大重點區域合計增加GDP 4206 億元，即對重點區域每投入1 萬元將帶動GDP 新增1.24 萬元，同時增加稅收740 億元，增加居民收入1698 億元，增加就業崗位92 萬個。

分區域看，長三角地區費效比最高，實施效果最顯著。京津冀及周邊地區、長三角地區和汾渭平原三個重點區域2021—2025 年實施鋼鐵超低排放政策投入費用分別為356 億元、832 億元和154 億元，帶來的環境健康效益分別為840 億元、2722 億元和285 億元，費效比分別為2.8、3.3、1.9；其他區域費效比3.0，略高于重點區域。分省份看，江蘇、遼寧、山東、安徽、河北是超低排放改造費用最高的5 個省份，江蘇、廣東、安徽、河北、河南是超低排放改造健康效益最高的5 個省份，廣東、四川、河南、浙江、河北是超低排放改造費效比最高的5 個省份。

4.2 政策建議

（1）對鋼鐵行業超低排放改造施行分區域、分工藝、分污染源差異化管理。根據預評估結果，鋼鐵行業超低排放改造帶來的健康效益大于投入的費用，可持續推進超低排放改造。下一階段，可根據不同區域鋼鐵行業實施超低排放改造的費用—效益特征，實現精細化和差別化管理，將超低排放改造的具體措施（具體限值、時間范圍、企業范圍等）與區域空氣質量狀況相關聯。根據不同工藝特點規定不同的排放限值，并在重污染天氣應對期間對重點鋼鐵企業排放實行從嚴限值標準。

（2）對鋼鐵超低排放改造措施實行全周期評估其效益。不強制要求企業限期達到超低排放要求，而是基于“少排少限、多排多限”原則的差異化政策進行引導。在超低排放改造全周期的費用—效益評估時，應從全社會、全系統、全周期的視角對企業、行業和區域進行綜合評估，從而全面量化改造帶來的社會經濟和環境效益。

（3）建立健全鋼鐵行業超低排放改造技術方案更新機制。在超低排放設備研發周期內，定期對政策中推薦的超低排放技術的減排效率、適用性、基建成本、運行成本等進行評估，對超低排放的新技術、新標準進行全面考察，及時更新改造政策和相關技術指南中的技術和標準。針對現實需求，積極改進和研發新型超低排放技術，構建鋼鐵行業超低排放產學研一體化體系。