工業能源對環境質量影響思索

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一、引言

能源與環境是人類生存和社會發展的基礎，隨著經濟的快速增長和人民生活水平的不斷提高，對能源的需求也在急劇的增加，同時不斷增加的能源消耗對環境產生了巨大的影響。我國正處于快速工業化的進程中，工業能源消費占能源消費總量的70％以上，加上工業發展的“高資源投入，高污染排放”，大量的工業能源消費造成了嚴重的環境污染和經濟損失［1］。據國家環?？偩趾蛧医y計局《中國綠色國民經濟核算研究報告2004》核算結果顯示：2004年總環境退化成本為5118．2億元，占地方合計GDP的3．05％，虛擬治理成本為2871．1億元，占當年GDP的1．8％，其中工業污染治理成本為1790．3億元，占虛擬治理總成本的62．4％［2］，可見我國的環境形式十分嚴峻。因此，如何協調能源消費與環境的關系，是堅持科學發展觀和可持續發展，實現節能減排必須面對和解決的重要問題之一。我國東部和西部地區存在從經濟增長到能源消費量的短期單向因果關系，且兩者之間保持長期均衡的發展關系［3］。1985－2007年，甘肅省經濟增長年均增速為15．2％，能源消費年均增長速度為5．0％，2004年，高達15．78％。甘肅省經濟的快速增長必然拉動能源消費量的快速增加。在甘肅省加快工業化快速發展的背景下，隨著工業能源消費量的增加，環境質量將承受巨大壓力。通過分析甘肅省能源消費最重要的特征，應用主成分分析方法建立甘肅省環境質量變化態勢的綜合評價指標，來研究甘肅省工業主要能源消費量與環境質量指標之間的關聯程度，揭示環境質量變化和甘肅省工業能源消費的趨勢，以建立適合甘肅省資源節約型和環境友好型的政策體系，在確保經濟平穩增長的同時，實現能源與環境的協調、可持續發展。

二、甘肅省能源消費特征及態勢

1．能源消費總量增速快、消費結構單一從能源消費總量看，1985－2007年能源消費絕對量逐年上升，從1985年的1790．12萬噸標準煤上升到2007年的5109．29萬噸標準煤，翻了2．85番。從能源消費相對量看，1985－2001年，能源消費保持平穩增長，16年間年均增長速度為3．19％。到2003年開始，隨著甘肅省“工業強省”戰略的提出和大力投資石油、化工和資源型行業的發展，能源消費速度加快，年增長率高達11．14％。從圖2顯示的能源消費結構看，20世紀中期至今，甘肅省以煤炭為絕對主導的能源消費結構仍未得到有效改善，所占比重在66％左右（見表2）。天然氣、水電和風電這些比較清潔的能源所占比重年均為15．6％，遠低于煤炭和石油。近年來，天然氣清潔能源消費的比重在增加，2007年占能源消費總量的3．3％，但是天然氣的增加補償了水電、風電的減少，這種清潔能源之間的相互替代，加上煤炭的能源利用效率低、環境污染嚴重，對甘肅省資源的可持續發展和環境造成了巨大的壓力。

2．工業部門是能源消費大戶，且能源利用效率低工業部門始終是甘肅省能源消費第一大戶，且能源利用效率低下。1985－2003年，工業能源消費在能源消費總量中的比重年均保持在66％左右，2004－2007年，工業耗能所占比重在72％以上，2007年，其他部門能源消費狀況為：農業4．8％，建筑業1．28％，交通運輸和郵電業6．28％，生活能9．9％，其他第三產業2．61％。由于節能意識和技術水平的逐漸提高，節能減排工作的不斷開展，甘肅省工業總產值能耗逐年降低，從1985年的9．97噸標準煤／萬元降到2007年的1．19噸標準煤／萬元（見圖3）。與全國水平相比，差距較大，但呈現逐年縮小的趨勢，說明工業能源利用效率不斷提高，潛力較大。一定的能源消費結構和不同行業的技術水平、能源利用率決定了環境污染的程度［5］。甘肅省以煤為主單一的能源消費結構和低效率的工業能源消費特征導致了工業能源消費總量大，增長速度快，單位工業產值能耗高。甘肅省經濟發展水平較低，技術進步在工業中的貢獻能力不強，工業設備落后，能源利用效率低下，“三廢”排放量較高，導致甘肅省生態環境惡化，給環境造成巨大的壓力，造成了昂貴的經濟成本和環境成本。

三、甘肅省環境質量綜合測算評價

1．環境綜合指標的選取工業能源消費對環境的影響主要集中在工業“三廢”的排放上，本文用工業廢氣排放量（X1）、燃料燃燒中廢氣排放量（X2）、工業二氧化硫排放量（X3）、工業煙塵排放量（X4）、工業粉塵排放量（X5）、工業廢水排放量（X6）、工業固體廢棄物產生量（X7）和工業固體廢棄物排放量（X8）八個指標反映環境質量惡化的程度。環境質量綜合評價數據根據歷年《甘肅年鑒》［4］、《中國能源統計年鑒》［6］和《甘肅環境狀況公報》［7］相關統計資料整理，得到1991－2007年八個指標的時間序列數據，采用主成分分析法對甘肅省的環境質量變化進行動態分析。

2．用主成分分析法評價甘肅省環境質量（1）主成分的確定運用主成分分析法對甘肅省環境質量指標進行處理，調用SPSS16．0對8個指標進行主成分分析，首先應對原始樣本矩陣進行標準化處理，以消除指標之間變化趨勢、量綱的不一致和數量級的差異等現象。用標準化數據進行分析得主成分因子的特征值、貢獻率、累計貢獻率及其旋轉后的因子載荷，根據主成分對應的特征值大于1的原則選取兩個主成分因子，這兩個成分包含的信息占原始信息的84．295％，其余6個成分對方差的影響見表。根據旋轉后的主成分因子載荷矩陣可以看出，第一主成分中工業廢氣排放量（X1）、燃料燃燒中廢氣排放量（X2）、工業二氧化硫排放量（X3）、工業煙塵排放量（X4）、工業廢水排放量（X6）、工業固體廢棄物產生量（X7）和工業固體廢棄物排放量（X8）具有絕對值較大的載荷系數，可以作為反映甘肅省工業“三廢”排放總體水平因子，第二主成分中工業粉塵排放量（X5）載荷較大，可以作為反應甘肅省粉塵污染程度的因子。（2）計算主成分特征向量和綜合得分從初始因子載荷矩陣計算得到兩個主成分的特征向量，將得到的主成分特征矩陣與標準化后的數據相乘，可得到主成分得分，其線性組合為：F1＝0．41X1＋0．41X2＋0．36X3－0．29X4＋0．01X5－0．39X6＋0．40X7－0．37X8F2＝0．01X1＋0．16X2＋0．24X3＋0．37X4＋0．82X5＋0．04X6＋0．10X7＋0．32X8將各變量的標準化數據帶入方程，計算出兩個主成分得分F1、F2（見表2）。以每個主成分所對應的特征值占所提取主成分總的特征值之和的比例作為權重計算主成分綜合評價模型：F＝0．812F1＋0．188F2．體環境質量呈不斷惡化的趨勢，尤其在2001－2007年，環境質量惡化速度加快。

3．甘肅省環境質量惡化的原因分析甘肅省環境質量總體惡化的原因主要有以下幾個方面：一是工業經濟經濟增長速度較快，1991－2007年，甘肅省工業每年以16．45％的速度遞增。二是污染排放強度較高，2007年，甘肅省萬元工業產值廢氣排放量、廢水排放量、固體廢棄物產生量分別為18003．93標準立方米、4．91噸、0．93噸。三是工業發展的“高消耗、高產出、高污染”模式。甘肅省工業結構目前仍然以污染密集型行業為主，2007年甘肅省13類污染密集型行業中僅黑色金屬冶煉及壓延加工業、電力、熱力的生產和供應業、非金屬礦物制品業、有色金屬礦采選、石油加工、煉焦及核燃料加工業、化學原料及化學制品制造業排放的廢氣總量高達4390．15億標準立方米，占工業廢氣排放總量的75．46％。同期，甘肅省工業固體廢物產生量為3001．46萬噸，綜合利用率僅為36．07％［4、7］。四是企業以能源的大量消耗為取得超額利潤的主要方式，導致企業的過度排放，而企業過度排放行為的根源又在于現行的政策體制缺陷?？梢姡拭C省能源依賴型的工業發展模式是造成甘肅省環境質量總體惡化的重要原因，鑒于此，有必要詳細分析工業主要能源消費品與環境質量的關聯性。

四、甘肅省工業能源消費對環境質量的影響分析

甘肅省工業能源消費不斷增加的同時，環境質量也在逐漸的惡化。為了定量分析甘肅省工業能源消費對環境質量的影響程度，我們采用目前理論成熟且運用較為廣泛的灰色關聯分析法?；疑P聯度是對于一個系統發展變化態勢的定量描述和比較，其基本思想是根據分析對象時序數列曲線的相似程度來判斷其關聯程度［8］，以分析和確定因子間的影響程度或因子對行為的貢獻測度。

1．灰色關聯度計算選取1991－2007年甘肅省工業能源消費中的幾種主要能源，以煤炭、焦炭、原油、電力和天然氣為系統的母數列｛X0（t），t＝1，2，…，17｝，以環境質量綜合指標F，工業廢水，工業二氧化硫，工業煙塵、工業粉塵和工業固體廢棄物產生量為系統的子數列｛Xi（t）＝t＝1，2，…，17｝，（i＝1，2，…，6）。首先采用初值化對原始數列進行處理，消除因素量綱，轉換為可比較的數據序列。其次，按下式公式計算在時刻t＝k時，母數列和子數列的灰色關聯系數：ξ（i）＝minimink｜X0（k）－Xi（k）｜＋ρmaximaxk｜X0（k）－Xi（k）｜｜X0（k）－Xi（k）｜＋ρmaximaxk｜X0（k）－Xi（k）｜式中的ρ為分辨系數，ρ∈（0，1），通常取0．5。最后求總關聯度γ0i＝1n∑nk＝1ξ（i），（i＝1，2，…，6）。根據上述公式，關聯度計算結果見表3。2．灰色關聯序分析總體上，甘肅省工業能源消費量和環境質量指標間的灰色關聯系數相當大，除天然氣外，均在0．84－0．97之間，說明工業能源消費是環境質量惡化的重要原因。（1）對工業能源消費量與環境綜合指標F的關聯度排序，煤炭＞電力＞石油＞焦炭＞天然氣。說明了工業能源消費對環境質量的影響程度依次為煤炭、電力、石油、焦炭和天然氣。（2）工業能源消費量與工業SO2、工業廢水、工業煙塵、工業粉塵和工業廢棄物的排放量的關聯度排序與環境質量綜合指標F的相同，均為煤炭＞電力＞石油＞焦炭＞天然氣。從關聯度縱列可以看出，工業能源消費對環境的影響主要體現在工業SO2、工業粉塵和工業固體廢棄物的排放上。（3）相對于其他能源而言，煤炭與電力的消費量同環境質量關聯程度最大，也就是說煤炭和電力消費是影響甘肅省環境質量的兩個最重要因素，因為煤炭利用和燃煤發電的過程中排放的二氧化硫、煙塵等大量有害物質引起了空氣質量的惡化和大規模的酸沉降，對環境造成嚴重的污染；原油和焦炭對工業二氧化硫和工業固體廢棄物排放量的影響均較大，主要是原油和焦炭在加工和利用的過程由于技術和設備的制約會產生大量的殘留物質。天然氣的消費對環境質量的影響最小，這與天然氣屬于清潔能源，且在能源消費中的比重較小有關?？梢姼拭C省工業能源消費對環境質量的關聯度大小與甘肅省能源消費結構、能源消費量和能源特征有關。五、結論與政策建議1．結論采用主成分分析方法，分析了1991－2007年甘肅省環境質量指標的統計數據，得到甘肅省環境質量綜合評價指標F，反映出甘肅省整體環境質量處于不斷惡化的態勢，且有不斷加速的趨勢。應用灰色關聯分析，探討了甘肅省工業能源消費對環境質量的影響。結果表明，甘肅省工業能源主要品種的能源消費和各種環境質量指標間的關聯度非常大，影響排序為：煤炭＞電力＞石油＞焦炭＞天然氣。工業能源消費量的增加是環境質量惡化的重要原因。

2．政策建議（1）采用煤炭液化技術減低環境污染由于我國以煤為主的能源消費結構在短期內不會改變，同時由于煤炭的大量使用，引發了嚴重的環境污染問題，全國煙塵排放的70％，二氧化硫排放量的90％，氮氧化物的67％，二氧化碳的70％都來自燃煤［9］。本文分析顯示甘肅省工業煤炭消費（尤其是煤炭）是環境質量惡化的重要原因，加上粗放式的工業發展，導致煤炭消費量大，環境污染嚴重。因此，甘肅省發展煤炭液化的必要性顯而易見。煤炭液化是把固體煤炭通過化學加工過程，使其轉化成為液體燃料、化工燃料和產品的先進潔凈煤技術。通過液化可將硫等有害元素及灰分脫除，得到潔凈的二次能源，對減少環境污染具有重要的戰略意義。（2）開發利用新能源和可再生能源甘肅省工業天然氣利用對環境質量的影響較小，在工業發展中較多的使用新能源和可再生能源對減輕環境壓力，提高工業發展效率具有重要意義。甘肅省常規能源資源相對全國水平較低，而新能源和可再生能源開發利用的潛力較大，特別是可利用的風能和太陽能有較大規模。甘肅省風能總儲量2．37億千瓦，主要分布于河西地區的瓜州、金塔、玉門以及烏鞘嶺、華家嶺等高山地區，可依據區域特點，利用先進技術建設風場發電站。太陽能是各種可再生能源中最重要的基本能源，也是人類可利用的最豐富的能源，甘肅省太陽能資源豐富，可利用規模較大，應加大太陽能技術研制和推廣，尤其在廣大農村，使之成為解決甘肅省農村能源的主力。（3）發展循環工業，提高資源利用效率甘肅省環境質量總體惡化的趨勢尚未得到根本改變。隨著經濟持續快速增長和能源消費的不斷增加，以資源大量消耗的傳統模式來實現工業化和現代化，則難以實現科學發展，因此必須大力發展循環經濟，促進能源的高效利用和循環利用。為了實現能源的循環利用，應把不同的企業聯結起來，形成共享資源和互換副產品的產業共生組合，使一個企業產生的廢氣、廢熱、廢水、廢渣在自身循環利用的同時，成為另一個企業的能源和原料。在工業結構調整方面，需要積極發展新興產業和高技術產業，加快發展甘肅省消耗能源少，附加值高的產業。