技術(shù)減排措施協(xié)同控制效應(yīng)評價(jià)研究

毛顯強(qiáng) 曾 桉 胡 濤 邢有凱 劉勝強(qiáng)

(1．北京師范大學(xué)環(huán)境學(xué)院，北京100875;2．環(huán)境保護(hù)部環(huán)境與經(jīng)濟(jì)政策研究中心，北京100029)

技術(shù)減排措施協(xié)同控制效應(yīng)評價(jià)研究

毛顯強(qiáng)1曾 桉1胡 濤2邢有凱1劉勝強(qiáng)1

(1．北京師范大學(xué)環(huán)境學(xué)院，北京100875;2．環(huán)境保護(hù)部環(huán)境與經(jīng)濟(jì)政策研究中心，北京100029)

隨著我國污染減排形勢的日益嚴(yán)峻，采用協(xié)同控制措施實(shí)現(xiàn)多種污染物控制目標(biāo)逐漸成為一種趨勢，而合理評價(jià)減排措施的協(xié)同效應(yīng)是正確選擇協(xié)同控制措施和制定協(xié)同控制規(guī)劃方案的基礎(chǔ)。本研究首次從環(huán)境－經(jīng)濟(jì)－技術(shù)角度系統(tǒng)地提出了技術(shù)減排措施的協(xié)同控制效應(yīng)評價(jià)方法，并以火電行業(yè)為案例進(jìn)行分析。采用協(xié)同控制效應(yīng)坐標(biāo)系、污染物減排量交叉彈性(E lsa/b)分析和單位污染物減排成本等方法評價(jià)技術(shù)減排措施對SO2、NOx和CO2的協(xié)同控制效應(yīng)，三種評價(jià)方法相互配合，可以幫助我們從多角度檢驗(yàn)不同減排措施的協(xié)同效果。對火電行業(yè)技術(shù)減排措施進(jìn)行協(xié)同控制效應(yīng)坐標(biāo)系和污染物減排量交叉彈性分析的結(jié)果表明，末端治理措施不具有協(xié)同性，而前端控制措施和過程控制措施具有較好的協(xié)同性。單位污染物減排成本評價(jià)的結(jié)果表明，末端治理措施優(yōu)先度排序靠后，而前端控制措施和過程控制措施排序靠前，且針對不同污染物的排序結(jié)果有所不同。在進(jìn)行協(xié)同減排方案設(shè)計(jì)和規(guī)劃時(shí)，應(yīng)根據(jù)決策需要選擇適宜的評價(jià)方法，參考評價(jià)結(jié)果選擇最為成本有效的措施。

技術(shù)減排措施;協(xié)同控制效應(yīng)評價(jià);火電行業(yè)

目前，我國面臨著日益嚴(yán)峻的大氣污染物和溫室氣體減排壓力?！笆晃濉逼陂g，我國的污染物排放總量控制指標(biāo)是SO2和COD，“十二五”期間則增加了NOx和氨氮。2009年11月，我國提出了碳減排的中長期目標(biāo)，即到2020年單位國內(nèi)生產(chǎn)總值(GDP)二氧化碳排放比2005年下降40% －45%。研究表明，SO2、NOx與溫室氣體的排放大多來自化石燃料的燃燒，具有“同源性”［1］，一些減排局地大氣污染物的措施對溫室氣體具有協(xié)同控制效應(yīng)，這類措施被稱為協(xié)同控制措施［2］。因此，研究減排措施的協(xié)同控制效應(yīng)對于正確選擇協(xié)同控制措施，從而成本有效地實(shí)現(xiàn)多種污染物控制目標(biāo)具有重要的意義。

國際上對協(xié)同效應(yīng)的研究最早起源于對溫室氣體減排效益的評估。IPCC最初的評估報(bào)告使用了次生效益(secondary benefits)、伴生效益(ancillary benefits)等概念［3－4］，將協(xié)同效應(yīng)描述為在控制溫室氣體的同時(shí)所產(chǎn)生的局地大氣污染物減排效益。在協(xié)同效應(yīng)的定量化評價(jià)方面，已有研究大多著眼于協(xié)同減排潛力以及由此產(chǎn)生的環(huán)境、健康、社會(huì)福利效益。例如，Tollefsen等估算了歐洲實(shí)施大氣污染控制措施所產(chǎn)生的減緩氣候變化協(xié)同效益［5］，Wang Xiaodong和Smith研究了溫室氣體減排措施在短期內(nèi)對人群健康的協(xié)同效應(yīng)［6］，Rypdal等研究了歐盟地區(qū)在6種氣候變化政策情景下所產(chǎn)生的大氣污染物和溫室氣體減排、環(huán)境質(zhì)量、社會(huì)福利和人群健康協(xié)同效應(yīng)［7］，Gielen等研究了能源環(huán)境政策對CO2、SO2和NOx的協(xié)同控制效應(yīng)，并以上海為案例進(jìn)行分析［8］。此外，也有學(xué)者從環(huán)境經(jīng)濟(jì)學(xué)角度研究了減排措施的協(xié)同效應(yīng)相關(guān)關(guān)系并進(jìn)行成本－效果評價(jià)［9］。一般認(rèn)為，協(xié)同控制效應(yīng)包括兩個(gè)方面:一方面是在控制溫室氣體排放的過程中減少了其他局地污染物排放(例如 SO2、NOx、CO、VOC 及 PM);另一方面是在控制局地污染物排放及生態(tài)建設(shè)過程中同時(shí)減少或者吸收CO2及其他溫室氣體排放［10］。

雖然利用協(xié)同控制措施減排大氣污染物和溫室氣體的理念已得到認(rèn)同［11－12］，但目前國內(nèi)關(guān)于協(xié)同控制效應(yīng)評價(jià)方面的研究還處于起步階段，相關(guān)研究較少，僅見李麗平等以攀枝花市為例開展的初步研究［13］。

實(shí)現(xiàn)污染物協(xié)同減排的途徑主要有:技術(shù)減排、結(jié)構(gòu)減排和規(guī)模減排，而其中技術(shù)減排措施是行業(yè)性協(xié)同控制方案設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。技術(shù)減排措施數(shù)量眾多，在協(xié)同減排規(guī)劃中，進(jìn)行技術(shù)減排措施的環(huán)境－經(jīng)濟(jì)－技術(shù)評估是合理選擇減排措施的基礎(chǔ)。基于此，本研究系統(tǒng)提出技術(shù)減排措施的協(xié)同控制效應(yīng)評價(jià)方法，并以我國火電行業(yè)為例，研究技術(shù)減排措施對大氣污染物(SO2和NOx)和溫室氣體(CO2)的協(xié)同控制效應(yīng)。

1 技術(shù)減排措施協(xié)同控制效應(yīng)評價(jià)方法

1．1 協(xié)同控制效應(yīng)坐標(biāo)系分析

在二維或多維歐氏空間坐標(biāo)系中，以不同的坐標(biāo)表達(dá)某技術(shù)減排措施對于不同污染物的減排效果，可稱為“協(xié)同控制效應(yīng)坐標(biāo)系”。某技術(shù)減排措施在坐標(biāo)系中所處的空間位置，可以直觀地反映其減排效果及其“協(xié)同”狀況。

圖1 技術(shù)減排措施協(xié)同控制效應(yīng)坐標(biāo)系示意圖Fig．1 Co-control effects coordinate system of technological reductionmeasures

以二維坐標(biāo)系為例(見圖1):橫坐標(biāo)表示技術(shù)減排措施對某種大氣污染物的減排效果，縱坐標(biāo)表示對溫室氣體的減排效果。坐標(biāo)系中的每個(gè)點(diǎn)分別對應(yīng)一項(xiàng)技術(shù)減排措施，點(diǎn)的橫、縱坐標(biāo)則直觀地表達(dá)了該措施對大氣污染物和溫室氣體的減排效果:位于第一象限表示該措施可同時(shí)減排兩類污染物，位于第二象限表示減排溫室氣體但增排大氣污染物，位于第四象限表示減排大氣污染物但增排溫室氣體，位于第三象限表示同時(shí)增排兩類污染物。在第一象限中，某點(diǎn)到原點(diǎn)連線與橫坐標(biāo)的夾角越大，表明該點(diǎn)所代表的措施在減排等量大氣污染物的同時(shí)，對溫室氣體的減排效果越好(如圖1中點(diǎn)E所代表的措施優(yōu)于點(diǎn)A所代表的措施);坐標(biāo)系的橫、縱坐標(biāo)也可以均表示為技術(shù)減排措施對大氣污染物的減排效果或均為對溫室氣體的減排效果，此時(shí)的協(xié)同控制效應(yīng)坐標(biāo)系反映了技術(shù)減排措施對不同大氣污染物或不同溫室氣體的減排效果及其“協(xié)同”狀況。同理，協(xié)同控制效應(yīng)三維坐標(biāo)系可用于直觀地反映減排措施對三種污染物的減排效果及其“協(xié)同”狀況，分析方法與協(xié)同控制效應(yīng)二維坐標(biāo)系類似。

1．2 污染物減排量交叉彈性分析

污染物減排量交叉彈性用于評價(jià)技術(shù)減排措施對大氣污染物和溫室氣體減排的協(xié)同程度，記為E lsa/b，下標(biāo)a、b分別代表不同的污染物。與協(xié)同控制效應(yīng)坐標(biāo)系一樣，這一指標(biāo)也能夠反映各項(xiàng)技術(shù)減排措施對于不同污染物是否具有協(xié)同控制效應(yīng)及其“協(xié)同程度”。污染物減排量交叉彈性的計(jì)算公式如下:

(1)式表示技術(shù)減排措施對SO2和CO2減排的交叉彈性;(2)式表示技術(shù)減排措施對NOx和CO2減排的交叉彈性;(3)式表示技術(shù)減排措施對SO2和NOx減排的交叉彈性。E lsc/s與 E lss/c、E lsc/n與 E lsn/c、E lsn/S與 E lss/n分別互為倒數(shù)。由于本文著重考慮控制局地大氣污染物的同時(shí)減少CO2排放，因此公式(1)、(2)中將以局地大氣污染物SO2和NOx排放量變化率為分母的公式列在前面以示強(qiáng)調(diào)。

如果E lsa/b≤0，表明此項(xiàng)技術(shù)減排措施對一種污染物有減排作用而對另外一種污染物沒有減排作用，不具有協(xié)同控制效應(yīng);如果E lsa/b＞0，表明此項(xiàng)技術(shù)減排措施對a、b均有減排作用(排除分子分母均為負(fù)數(shù)的情況)，具有協(xié)同控制效應(yīng);如果E lsa/b=1，表明此項(xiàng)技術(shù)減排措施對a、b兩種污染物的減排程度相同;如果0＜E lsa/b＜1，表明此項(xiàng)技術(shù)減排措施對b的減排程度高于a;反之，如果E lsa/b＞1，表明此項(xiàng)技術(shù)減排措施對a的減排程度高于b。

1．3 技術(shù)減排措施成本－效果評價(jià)

本文使用“單位污染物減排成本”指標(biāo)進(jìn)行技術(shù)減排措施的成本－效果評價(jià)。單位污染物減排成本的計(jì)算公式如下:

其中:

Ci，j— i措施減排單位j污染物的成本;

CCi—i措施的污染物控制成本(建設(shè)成本和運(yùn)行成本);

MBi— i措施的節(jié)能增效收益。

單位污染物減排成本在前述兩種評價(jià)方法的基礎(chǔ)上，將技術(shù)減排措施的減排效果和減排成本綜合考慮，反映了減排單位量的污染物所必須付出的成本。單位污染物減排成本較低的措施成本有效性較好，具有較高的優(yōu)先度;單位污染物減排成本較高的措施成本有效性較差，優(yōu)先度較低。

2 火電行業(yè)案例分析

2．1 火電行業(yè)概述

隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，火電行業(yè)也持續(xù)發(fā)展。2001－2010年，火電總裝機(jī)容量由25 314萬kW(占總裝機(jī)容量的74．76%)增加至70 663萬kW(占總裝機(jī)容量73．51%)，總發(fā)電量由12 045億 kWh(占總發(fā)電量的81．17%)增加至34 145億kWh(占總發(fā)電量的80．76%)。我國以煤炭為主的能源結(jié)構(gòu)導(dǎo)致了以火電為主的電力結(jié)構(gòu)，火電的快速發(fā)展進(jìn)一步加劇了煤炭資源的消耗和SO2、NOx等大氣污染物及溫室氣體的排放。2001－2009年，火電行業(yè)煤炭消耗占全國煤炭總耗量的比例均超過50%，SO2排放占全國SO2總排放量的比例均超過45%;其中，2009年火電行業(yè)SO2、NOx和CO2的排放量分別達(dá)到了948萬t、865萬t和27．87億t。隨著國內(nèi)節(jié)能減排以及國際社會(huì)要求我國控制溫室氣體排放的壓力不斷增大，在火電行業(yè)開展協(xié)同減排勢在必行。

2．2 火電行業(yè)技術(shù)減排措施及屬性

火電行業(yè)技術(shù)減排措施可按所處生產(chǎn)環(huán)節(jié)分為三類:前端控制措施、過程控制措施和末端治理措施;主要候選技術(shù)措施來源于:發(fā)改委推出的《國家重點(diǎn)節(jié)能技術(shù)推廣目錄》［14－15］、火電行業(yè)的清潔生產(chǎn)技術(shù)及末端治理技術(shù)［16－20］。本研究通過大量行業(yè)調(diào)研、文獻(xiàn)查詢、數(shù)據(jù)分析比對，獲取各項(xiàng)措施的技術(shù)屬性數(shù)據(jù)并估算其適用潛力，經(jīng)過分析和篩選，最終確定12項(xiàng)火電行業(yè)技術(shù)減排候選措施及簡介如表1所示，各項(xiàng)措施及其環(huán)境－經(jīng)濟(jì)－技術(shù)屬性如表2所示。

2．3 火電行業(yè)技術(shù)減排措施協(xié)同控制效應(yīng)評價(jià)

2．3．1 協(xié)同控制效應(yīng)坐標(biāo)系分析

火電行業(yè)技術(shù)減排措施協(xié)同控制效應(yīng)二維坐標(biāo)系和三維坐標(biāo)系分別如圖2、圖3所示。從協(xié)同控制效應(yīng)坐標(biāo)系分析的結(jié)果來看，末端治理措施僅對某種污染物具有減排作用，而對另外兩種污染物不僅沒有減排作用，反而具有增排作用，協(xié)同性差;而前端控制措施和過程控制措施對大氣污染物和溫室氣體均有減排作用，協(xié)同性好。在所有的協(xié)同性措施中，洗選煤技術(shù)對SO2和CO2的協(xié)同控制效應(yīng)最好;低氮燃燒技術(shù)對NOx和CO2的協(xié)同控制效應(yīng)最好;而絕大多數(shù)過程控制措施，如:空氣預(yù)熱器改造、熱電聯(lián)產(chǎn)、汽輪機(jī)通流改造等對SO2和NOx的協(xié)同控制效應(yīng)很好，達(dá)到了較高的協(xié)同程度。

表1 火電行業(yè)技術(shù)減排措施Tab．1 Technological reductionmeasures in thermal power industry

2．3．2 污染物減排量交叉彈性分析

表2 火電行業(yè)技術(shù)減排措施及其環(huán)境－經(jīng)濟(jì)－技術(shù)屬性Tab．2 Technological reduction measures in thermal power industry and their properties

圖2 火電行業(yè)技術(shù)減排措施SO2、NOx與CO2協(xié)同控制效應(yīng)二維坐標(biāo)系Fig．2 SO2、NOx and CO2 co-control effects planar coordinate system of technological reduction measures in thermal power industry

火電行業(yè)技術(shù)減排措施污染物減排量交叉彈性E lsa/b的結(jié)果如表3所示。

從E lsa/b值的正負(fù)號來看，末端治理措施E lsa/b值均為負(fù)，說明這些措施不具有協(xié)同控制效應(yīng);而前端控制措施和過程控制措施E lsa/b值均為正，說明這些措施具有協(xié)同控制效應(yīng)。從E lsa/b的數(shù)值來看，以洗選煤技術(shù)為代表的前端控制措施主要目的是減排SO2，故其對SO2的減排程度高于NOx和CO2;低氮燃燒技術(shù)的主要目的是減排NOx，故其對NOx的減排程度高于SO2和CO2，而對SO2和CO2的減排程度相同;以汽輪機(jī)通流改造為代表的節(jié)能類過程控制措施E lsa/b值均為1．00，說明這些措施不僅具有協(xié)同控制效應(yīng)，而且協(xié)同程度很高，這是因?yàn)楣?jié)能措施能夠等比例地減排具有同源性的SO2、NOx和CO2等污染物。

2．3．3 火電行業(yè)技術(shù)減排措施成本-效果評價(jià)

火電行業(yè)技術(shù)減排措施的單位污染物減排成本及優(yōu)先度排序結(jié)果如表4所示。

圖3 火電行業(yè)技術(shù)減排措施SO2、NOx與CO2協(xié)同控制效應(yīng)三維坐標(biāo)系Fig．3 SO2、NOx and CO2 co-control effects three-dimensional coordinate system of technological reduction measures in thermal power industry

表3 火電行業(yè)技術(shù)減排措施污染物減排量交叉彈性E lsa/b結(jié)果匯總Tab．3 E lsa/b of technological reductionmeasures in thermal power industry

火電行業(yè)技術(shù)減排措施對SO2、NOx和CO2的單位減排成本區(qū)間分別為 －282．18元/kg－7．28元/kg，－346．48元/kg－9．96元/kg，－1．11元/kg－0．47 元/kg。各項(xiàng)措施的優(yōu)先度排序結(jié)果表明，一些小型節(jié)能措施排序靠前，如低耗能點(diǎn)燃和結(jié)焦預(yù)警分別排在前兩位，而末端治理措施都排在后三位;不同污染物的優(yōu)先度排序結(jié)果表明，由于針對的污染物不同，排序結(jié)果差異較大。

表4 火電行業(yè)技術(shù)減排措施單位污染物減排成本及優(yōu)先度排序Tab．4 Unit pollutant reduction cost and priority order of technological reduction measures in thermal power industry

3 結(jié)論

隨著環(huán)境問題的日益嚴(yán)峻，人類面臨的大氣污染物和溫室氣體減排壓力也越來越大，協(xié)同控制理念應(yīng)運(yùn)而生。在解決環(huán)境問題時(shí)，相較于過去側(cè)重針對單一污染物的末端治理措施，轉(zhuǎn)向逐漸重視具有協(xié)同效應(yīng)的控制措施。因此，在選擇減排措施時(shí)，合理評價(jià)措施的協(xié)同控制效應(yīng)就顯得非常重要。本文從環(huán)境－經(jīng)濟(jì)－技術(shù)角度，提出了技術(shù)減排措施的協(xié)同控制效應(yīng)評價(jià)方法，并以我國火電行業(yè)為案例進(jìn)行具體分析，結(jié)論如下:

(1)“協(xié)同控制效應(yīng)坐標(biāo)系”能夠較為直觀地反映技術(shù)減排措施對于不同污染物的減排效果，“污染物減排量交叉彈性”則可將協(xié)同控制效應(yīng)進(jìn)一步量化。從這兩種評價(jià)方法的結(jié)果來看，末端治理措施一般不具有協(xié)同控制效應(yīng);而前端控制措施和過程控制措施都能同時(shí)減排大氣污染物和溫室氣體，具有良好的協(xié)同控制效應(yīng)。

(2)在前述兩種方法的基礎(chǔ)上，利用“單位污染物減排成本”指標(biāo)對各項(xiàng)技術(shù)減排措施進(jìn)行成本－效果綜合評價(jià)。結(jié)果表明，末端治理措施的“單位污染物減排成本”指標(biāo)值不具優(yōu)勢，優(yōu)先度排序靠后;而前端控制措施和過程控制措施都排在前列，說明這些措施具有很好的成本有效性。

(3)實(shí)際開展協(xié)同減排規(guī)劃時(shí)，應(yīng)根據(jù)決策需要選擇評價(jià)方法，并依據(jù)評價(jià)結(jié)果設(shè)計(jì)協(xié)同減排路線圖。

由于文章篇幅所限，本文集中探討技術(shù)減排措施的協(xié)同控制效應(yīng)評價(jià)方法，尚未涉及結(jié)構(gòu)減排和規(guī)模減排的研究成果(這部分成果將在其他文章中討論)。此外，本研究中只考慮了SO2、NOx和CO2的協(xié)同減排，事實(shí)上，技術(shù)減排措施的協(xié)同控制效應(yīng)應(yīng)覆蓋更多種類的污染物。進(jìn)一步完善協(xié)同控制效應(yīng)評價(jià)方法，并在此基礎(chǔ)上開展行業(yè)和區(qū)域協(xié)同減排規(guī)劃，是作者下一步努力的方向。

致謝:感謝中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)陳尚琴副會(huì)長，中電投黔北發(fā)電總廠周海鷗總工，北京朗新明環(huán)?？萍加邢薰緦＜翌檰柡∶裣壬葘Ρ狙芯康膮f(xié)助!

(編輯:于 杰)

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Study of Coordinate Control Effect Assessment of Technological M easures for Em issions Reduction

MAO Xian-qiang1ZENG An1HU Tao2XING You-kai1LIU Sheng-qiang1
(1．School of Environment，Beijing Normal University，Beijing 100875，China;2．Policy Research Center for Environment and Economy，Ministry of Environmental Protection，Beijing 100029，China)

As China’s pollation control and emission reduction are in a grim situation，it is urgent to take coordinate controlmeasures to reach the multi-pollutant control goal．Coordinate control effect assessment of the emissions reduction measures is the basis of choosing appropriate coordinate controlmeasures and making control plan．In this paper，innovative methods are proposed to assess control effect of technological measures for emissions reduction and then applied to analyze reduction measures in thermal power industry．By methods of coordinate system of coordinate control effects，cross elasticity of pollutant reduction(Elsalb)and unit/marginal pollutant reduction cost，the coordinate effects of technologicalmeasures for emissions reduction on SO2，NOxand CO2．The results of coordinate system of coordinate control effects and Elsa/b show that end-of-pipe controlmeasures do not have coordinate control effects，while othermeasures，including front-end controlmeasures and in-the-process controlmeasures，can reduce SO2，NOxand CO2emtssions simultaneously，and then have coordinate control advantage．Moreover，the unit/marginal pollutant reduction cost accounting also shows that end-of-pipemeasures are in less priority than the front-end measures and in-the-process controlmeasures．We suggest that policymakers should use appropriate assessmentmethods according to their policy targets，and then choose themost cost-effective reduction measures in making coordinate control plan．

technological reductionmeasures;coordinate control effects assessment;thermal power industry

X192

A

1002－2104(2011)12－0001－07

10．3969/j．issn．1002－2104．2011．12．001

2011－08－05

毛顯強(qiáng)，博士，教授，博導(dǎo)，主要研究方向?yàn)榄h(huán)境經(jīng)濟(jì)政策、環(huán)境評價(jià)與環(huán)境規(guī)劃。

曾桉，碩士生，主要研究方向?yàn)榄h(huán)境經(jīng)濟(jì)、政策、環(huán)境評價(jià)與環(huán)境規(guī)劃。

美國能源基金會(huì)中國可持續(xù)能源項(xiàng)目(編號:G－0911－11642);環(huán)境保護(hù)行業(yè)性公益項(xiàng)目(編號:201009051)。