工业能源对环境质量影响思索

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一、引言

能源与环境是人类生存和社会发展的基础，随着经济的快速增长和人民生活水平的不断提高，对能源的需求也在急剧的增加，同时不断增加的能源消耗对环境产生了巨大的影响。我国正处于快速工业化的进程中，工业能源消费占能源消费总量的70％以上，加上工业发展的“高资源投入，高污染排放”，大量的工业能源消费造成了严重的环境污染和经济损失［1］。据国家环保总局和国家统计局《中国绿色国民经济核算研究报告2004》核算结果显示：2004年总环境退化成本为5118．2亿元，占地方合计GDP的3．05％，虚拟治理成本为2871．1亿元，占当年GDP的1．8％，其中工业污染治理成本为1790．3亿元，占虚拟治理总成本的62．4％［2］，可见我国的环境形式十分严峻。因此，如何协调能源消费与环境的关系，是坚持科学发展观和可持续发展，实现节能减排必须面对和解决的重要问题之一。我国东部和西部地区存在从经济增长到能源消费量的短期单向因果关系，且两者之间保持长期均衡的发展关系［3］。1985－2007年，甘肃省经济增长年均增速为15．2％，能源消费年均增长速度为5．0％，2004年，高达15．78％。甘肃省经济的快速增长必然拉动能源消费量的快速增加。在甘肃省加快工业化快速发展的背景下，随着工业能源消费量的增加，环境质量将承受巨大压力。通过分析甘肃省能源消费最重要的特征，应用主成分分析方法建立甘肃省环境质量变化态势的综合评价指标，来研究甘肃省工业主要能源消费量与环境质量指标之间的关联程度，揭示环境质量变化和甘肃省工业能源消费的趋势，以建立适合甘肃省资源节约型和环境友好型的政策体系，在确保经济平稳增长的同时，实现能源与环境的协调、可持续发展。

二、甘肃省能源消费特征及态势

1．能源消费总量增速快、消费结构单一从能源消费总量看，1985－2007年能源消费绝对量逐年上升，从1985年的1790．12万吨标准煤上升到2007年的5109．29万吨标准煤，翻了2．85番。从能源消费相对量看，1985－2001年，能源消费保持平稳增长，16年间年均增长速度为3．19％。到2003年开始，随着甘肃省“工业强省”战略的提出和大力投资石油、化工和资源型行业的发展，能源消费速度加快，年增长率高达11．14％。从图2显示的能源消费结构看，20世纪中期至今，甘肃省以煤炭为绝对主导的能源消费结构仍未得到有效改善，所占比重在66％左右（见表2）。天然气、水电和风电这些比较清洁的能源所占比重年均为15．6％，远低于煤炭和石油。近年来，天然气清洁能源消费的比重在增加，2007年占能源消费总量的3．3％，但是天然气的增加补偿了水电、风电的减少，这种清洁能源之间的相互替代，加上煤炭的能源利用效率低、环境污染严重，对甘肃省资源的可持续发展和环境造成了巨大的压力。

2．工业部门是能源消费大户，且能源利用效率低工业部门始终是甘肃省能源消费第一大户，且能源利用效率低下。1985－2003年，工业能源消费在能源消费总量中的比重年均保持在66％左右，2004－2007年，工业耗能所占比重在72％以上，2007年，其他部门能源消费状况为：农业4．8％，建筑业1．28％，交通运输和邮电业6．28％，生活能9．9％，其他第三产业2．61％。由于节能意识和技术水平的逐渐提高，节能减排工作的不断开展，甘肃省工业总产值能耗逐年降低，从1985年的9．97吨标准煤／万元降到2007年的1．19吨标准煤／万元（见图3）。与全国水平相比，差距较大，但呈现逐年缩小的趋势，说明工业能源利用效率不断提高，潜力较大。一定的能源消费结构和不同行业的技术水平、能源利用率决定了环境污染的程度［5］。甘肃省以煤为主单一的能源消费结构和低效率的工业能源消费特征导致了工业能源消费总量大，增长速度快，单位工业产值能耗高。甘肃省经济发展水平较低，技术进步在工业中的贡献能力不强，工业设备落后，能源利用效率低下，“三废”排放量较高，导致甘肃省生态环境恶化，给环境造成巨大的压力，造成了昂贵的经济成本和环境成本。

三、甘肃省环境质量综合测算评价

1．环境综合指标的选取工业能源消费对环境的影响主要集中在工业“三废”的排放上，本文用工业废气排放量（X1）、燃料燃烧中废气排放量（X2）、工业二氧化硫排放量（X3）、工业烟尘排放量（X4）、工业粉尘排放量（X5）、工业废水排放量（X6）、工业固体废弃物产生量（X7）和工业固体废弃物排放量（X8）八个指标反映环境质量恶化的程度。环境质量综合评价数据根据历年《甘肃年鉴》［4］、《中国能源统计年鉴》［6］和《甘肃环境状况公报》［7］相关统计资料整理，得到1991－2007年八个指标的时间序列数据，采用主成分分析法对甘肃省的环境质量变化进行动态分析。

2．用主成分分析法评价甘肃省环境质量（1）主成分的确定运用主成分分析法对甘肃省环境质量指标进行处理，调用SPSS16．0对8个指标进行主成分分析，首先应对原始样本矩阵进行标准化处理，以消除指标之间变化趋势、量纲的不一致和数量级的差异等现象。用标准化数据进行分析得主成分因子的特征值、贡献率、累计贡献率及其旋转后的因子载荷，根据主成分对应的特征值大于1的原则选取两个主成分因子，这两个成分包含的信息占原始信息的84．295％，其余6个成分对方差的影响见表。根据旋转后的主成分因子载荷矩阵可以看出，第一主成分中工业废气排放量（X1）、燃料燃烧中废气排放量（X2）、工业二氧化硫排放量（X3）、工业烟尘排放量（X4）、工业废水排放量（X6）、工业固体废弃物产生量（X7）和工业固体废弃物排放量（X8）具有绝对值较大的载荷系数，可以作为反映甘肃省工业“三废”排放总体水平因子，第二主成分中工业粉尘排放量（X5）载荷较大，可以作为反应甘肃省粉尘污染程度的因子。（2）计算主成分特征向量和综合得分从初始因子载荷矩阵计算得到两个主成分的特征向量，将得到的主成分特征矩阵与标准化后的数据相乘，可得到主成分得分，其线性组合为：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将各变量的标准化数据带入方程，计算出两个主成分得分F1、F2（见表2）。以每个主成分所对应的特征值占所提取主成分总的特征值之和的比例作为权重计算主成分综合评价模型：F＝0．812F1＋0．188F2．体环境质量呈不断恶化的趋势，尤其在2001－2007年，环境质量恶化速度加快。

3．甘肃省环境质量恶化的原因分析甘肃省环境质量总体恶化的原因主要有以下几个方面：一是工业经济经济增长速度较快，1991－2007年，甘肃省工业每年以16．45％的速度递增。二是污染排放强度较高，2007年，甘肃省万元工业产值废气排放量、废水排放量、固体废弃物产生量分别为18003．93标准立方米、4．91吨、0．93吨。三是工业发展的“高消耗、高产出、高污染”模式。甘肃省工业结构目前仍然以污染密集型行业为主，2007年甘肃省13类污染密集型行业中仅黑色金属冶炼及压延加工业、电力、热力的生产和供应业、非金属矿物制品业、有色金属矿采选、石油加工、炼焦及核燃料加工业、化学原料及化学制品制造业排放的废气总量高达4390．15亿标准立方米，占工业废气排放总量的75．46％。同期，甘肃省工业固体废物产生量为3001．46万吨，综合利用率仅为36．07％［4、7］。四是企业以能源的大量消耗为取得超额利润的主要方式，导致企业的过度排放，而企业过度排放行为的根源又在于现行的政策体制缺陷。可见，甘肃省能源依赖型的工业发展模式是造成甘肃省环境质量总体恶化的重要原因，鉴于此，有必要详细分析工业主要能源消费品与环境质量的关联性。

四、甘肃省工业能源消费对环境质量的影响分析

甘肃省工业能源消费不断增加的同时，环境质量也在逐渐的恶化。为了定量分析甘肃省工业能源消费对环境质量的影响程度，我们采用目前理论成熟且运用较为广泛的灰色关联分析法。灰色关联度是对于一个系统发展变化态势的定量描述和比较，其基本思想是根据分析对象时序数列曲线的相似程度来判断其关联程度［8］，以分析和确定因子间的影响程度或因子对行为的贡献测度。

1．灰色关联度计算选取1991－2007年甘肃省工业能源消费中的几种主要能源，以煤炭、焦炭、原油、电力和天然气为系统的母数列｛X0（t），t＝1，2，…，17｝，以环境质量综合指标F，工业废水，工业二氧化硫，工业烟尘、工业粉尘和工业固体废弃物产生量为系统的子数列｛Xi（t）＝t＝1，2，…，17｝，（i＝1，2，…，6）。首先采用初值化对原始数列进行处理，消除因素量纲，转换为可比较的数据序列。其次，按下式公式计算在时刻t＝k时，母数列和子数列的灰色关联系数：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为分辨系数，ρ∈（0，1），通常取0．5。最后求总关联度γ0i＝1n∑nk＝1ξ（i），（i＝1，2，…，6）。根据上述公式，关联度计算结果见表3。2．灰色关联序分析总体上，甘肃省工业能源消费量和环境质量指标间的灰色关联系数相当大，除天然气外，均在0．84－0．97之间，说明工业能源消费是环境质量恶化的重要原因。（1）对工业能源消费量与环境综合指标F的关联度排序，煤炭＞电力＞石油＞焦炭＞天然气。说明了工业能源消费对环境质量的影响程度依次为煤炭、电力、石油、焦炭和天然气。（2）工业能源消费量与工业SO2、工业废水、工业烟尘、工业粉尘和工业废弃物的排放量的关联度排序与环境质量综合指标F的相同，均为煤炭＞电力＞石油＞焦炭＞天然气。从关联度纵列可以看出，工业能源消费对环境的影响主要体现在工业SO2、工业粉尘和工业固体废弃物的排放上。（3）相对于其他能源而言，煤炭与电力的消费量同环境质量关联程度最大，也就是说煤炭和电力消费是影响甘肃省环境质量的两个最重要因素，因为煤炭利用和燃煤发电的过程中排放的二氧化硫、烟尘等大量有害物质引起了空气质量的恶化和大规模的酸沉降，对环境造成严重的污染；原油和焦炭对工业二氧化硫和工业固体废弃物排放量的影响均较大，主要是原油和焦炭在加工和利用的过程由于技术和设备的制约会产生大量的残留物质。天然气的消费对环境质量的影响最小，这与天然气属于清洁能源，且在能源消费中的比重较小有关。可见甘肃省工业能源消费对环境质量的关联度大小与甘肃省能源消费结构、能源消费量和能源特征有关。五、结论与政策建议1．结论采用主成分分析方法，分析了1991－2007年甘肃省环境质量指标的统计数据，得到甘肃省环境质量综合评价指标F，反映出甘肃省整体环境质量处于不断恶化的态势，且有不断加速的趋势。应用灰色关联分析，探讨了甘肃省工业能源消费对环境质量的影响。结果表明，甘肃省工业能源主要品种的能源消费和各种环境质量指标间的关联度非常大，影响排序为：煤炭＞电力＞石油＞焦炭＞天然气。工业能源消费量的增加是环境质量恶化的重要原因。

2．政策建议（1）采用煤炭液化技术减低环境污染由于我国以煤为主的能源消费结构在短期内不会改变，同时由于煤炭的大量使用，引发了严重的环境污染问题，全国烟尘排放的70％，二氧化硫排放量的90％，氮氧化物的67％，二氧化碳的70％都来自燃煤［9］。本文分析显示甘肃省工业煤炭消费（尤其是煤炭）是环境质量恶化的重要原因，加上粗放式的工业发展，导致煤炭消费量大，环境污染严重。因此，甘肃省发展煤炭液化的必要性显而易见。煤炭液化是把固体煤炭通过化学加工过程，使其转化成为液体燃料、化工燃料和产品的先进洁净煤技术。通过液化可将硫等有害元素及灰分脱除，得到洁净的二次能源，对减少环境污染具有重要的战略意义。（2）开发利用新能源和可再生能源甘肃省工业天然气利用对环境质量的影响较小，在工业发展中较多的使用新能源和可再生能源对减轻环境压力，提高工业发展效率具有重要意义。甘肃省常规能源资源相对全国水平较低，而新能源和可再生能源开发利用的潜力较大，特别是可利用的风能和太阳能有较大规模。甘肃省风能总储量2．37亿千瓦，主要分布于河西地区的瓜州、金塔、玉门以及乌鞘岭、华家岭等高山地区，可依据区域特点，利用先进技术建设风场发电站。太阳能是各种可再生能源中最重要的基本能源，也是人类可利用的最丰富的能源，甘肃省太阳能资源丰富，可利用规模较大，应加大太阳能技术研制和推广，尤其在广大农村，使之成为解决甘肃省农村能源的主力。（3）发展循环工业，提高资源利用效率甘肃省环境质量总体恶化的趋势尚未得到根本改变。随着经济持续快速增长和能源消费的不断增加，以资源大量消耗的传统模式来实现工业化和现代化，则难以实现科学发展，因此必须大力发展循环经济，促进能源的高效利用和循环利用。为了实现能源的循环利用，应把不同的企业联结起来，形成共享资源和互换副产品的产业共生组合，使一个企业产生的废气、废热、废水、废渣在自身循环利用的同时，成为另一个企业的能源和原料。在工业结构调整方面，需要积极发展新兴产业和高技术产业，加快发展甘肃省消耗能源少，附加值高的产业。