中原經(jīng)濟區(qū)能源消費視角下的大氣環(huán)境壓力評估

許亞宣，李小敏*，于華通，段寧，胡炳清，馬建鋒，董林艷

（1.中國環(huán)境科學研究院，北京 100012；2.北京中環(huán)博宏環(huán)境資源科技有限公司，北京 100012）

中原經(jīng)濟區(qū)能源消費視角下的大氣環(huán)境壓力評估

許亞宣1，李小敏1*，于華通2，段寧1，胡炳清1，馬建鋒1，董林艷1

（1.中國環(huán)境科學研究院，北京 100012；2.北京中環(huán)博宏環(huán)境資源科技有限公司，北京 100012）

研究以能源消費模式為切入點，分析中原經(jīng)濟區(qū)能源消費總量、消費結(jié)構(gòu)和利用效率的現(xiàn)狀水平，并分析能源消費引起的大氣環(huán)境壓力狀況?；诮?jīng)濟發(fā)展速度調(diào)控及節(jié)能減排力度的不同，設(shè)置2020年三種能源消費情景，使用區(qū)域能源消費總量優(yōu)化模型模擬預(yù)測不同情景下的能源消費總量，并分析不同情景下的大氣環(huán)境壓力。結(jié)果表明，快速發(fā)展和適度發(fā)展Ⅰ情景下，2020年區(qū)域能源消費總量將比2012年增加4.2×108tce和2.4×108tce，煤炭消費總量將增加3.1×108tce和1.2×108tce，大氣污染物排放壓力增加30%和50%；適度發(fā)展Ⅱ情景下，能源消費總量將增加0.2×108tce，煤炭消費總量將下降0.3×108tce，大氣污染物排放壓力將降低20%。因此，要實現(xiàn)經(jīng)濟發(fā)展穩(wěn)步增長（年均增長率7.7%）和大氣污染物排放總量削減10%目標，重中之重是實現(xiàn)煤炭消費總量“零增長”或“負增長”，同時力爭能源消費總量控制在5×108～6×108tce，憑借煤炭占比大幅下降（降至65%左右）最大限度發(fā)揮能源供給領(lǐng)域節(jié)能效應(yīng)，依靠產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級節(jié)能效應(yīng)和技術(shù)節(jié)能拓展能源消費領(lǐng)域節(jié)能空間，將能效水平提高至0.6tce/萬元以下。

中原經(jīng)濟區(qū)；能源消費；大氣環(huán)境壓力；情景模擬

引言

受經(jīng)濟發(fā)展和工業(yè)化進程加快的驅(qū)動，中國能源消費總量持續(xù)攀升，巨大的能源消費及煤炭比重過大的能源結(jié)構(gòu)，加之高投入、低效率、低產(chǎn)出，高污染、高排放的利用模式，已經(jīng)對中國大氣環(huán)境造成巨大壓力，已有研究顯示，工業(yè)大氣污染中，與能源消費相關(guān)的大氣污染占62%［1］。

中原經(jīng)濟區(qū)由于長期以來實施能源原材料基地的發(fā)展戰(zhàn)略，其能源消費帶來的大氣環(huán)境問題不斷升級，因此，對中原經(jīng)濟區(qū)開展能源環(huán)境的深入研究具有更為直接的意義。目前3E系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展普遍采用國外一些權(quán)威機構(gòu)開發(fā)的典型能源模型，而我國現(xiàn)有的3E模型開發(fā)處于起步階段。由于國際上3E模型都是基于特定國家或區(qū)域的具體背景開發(fā)的［2］，每個模型都是在一些特定假設(shè)的前提下運行的，適用范圍有限。同時3E模型的研究重點是隨著人們對能源-經(jīng)濟-環(huán)境領(lǐng)域不同關(guān)注焦點的變化而變化［3］，故根據(jù)本地區(qū)的能源系統(tǒng)實際情況，以及不同的情景設(shè)計需要，有必要在建模方法上進行探索和積累實踐經(jīng)驗。

鑒于此，本研究試圖在分析中原經(jīng)濟區(qū)能源消費總量、能源消費結(jié)構(gòu)和能源利用效率現(xiàn)狀水平的基礎(chǔ)上，根據(jù)已有研究和模型基礎(chǔ)，擬結(jié)合相關(guān)發(fā)展規(guī)劃通過設(shè)置不同約束條件的能源消費情景，采用區(qū)域能源消費總量預(yù)測模型探索經(jīng)濟發(fā)展-能源消費-污染排放之間的關(guān)系，研究能源對大氣污染物總量減排的壓力。

1　數(shù)據(jù)與方法

1.1研究范圍

中原經(jīng)濟區(qū)是以全國主體功能區(qū)規(guī)劃明確的重點開發(fā)區(qū)域為基礎(chǔ)，以中原城市群為支撐，涵蓋河南全省、河北南部（邯鄲、邢臺）、山西東南部（長治、晉城、運城）、安徽西北部（宿州、淮北、阜陽、亳州、蚌埠市和淮南市鳳臺縣、潘集區(qū)）、山東西南部（聊城、菏澤、泰安市東平縣），區(qū)域面積28.9萬km2。

1.2數(shù)據(jù)來源

研究中現(xiàn)狀部分涉及的全國、東部、中部、西部的經(jīng)濟、社會、能源和環(huán)境數(shù)據(jù)主要來自于2005—2012年全國各省統(tǒng)計年鑒、《中國環(huán)境統(tǒng)計年鑒》、《中國能源統(tǒng)計年鑒》、《中國工業(yè)統(tǒng)計年鑒》、《中國環(huán)境狀況公報》，涉及的中原經(jīng)濟區(qū)經(jīng)濟、社會、能源和環(huán)境數(shù)據(jù)主要來自于其所轄的33市縣（含30市2縣1區(qū)）的統(tǒng)計年鑒、環(huán)境統(tǒng)計數(shù)據(jù)。

情景設(shè)計中的數(shù)據(jù)主要來自于“中原經(jīng)濟區(qū)戰(zhàn)略環(huán)境評價”項目中的產(chǎn)業(yè)專題、大氣專題，以及《能源發(fā)展“十二五”規(guī)劃》、《河南省藍天工程行動計劃》等相關(guān)政策文件。

1.3研究方法與模型簡介

1.3.1模型介紹

區(qū)域能源消費總量預(yù)測模型是一非線性規(guī)劃模型，以能源消費與經(jīng)濟發(fā)展、能源利用效率之間的相互關(guān)系為基礎(chǔ)進行預(yù)測，可以反映能源消費與經(jīng)濟總量之間的相互關(guān)系——當經(jīng)濟總量擴大時，對能源要素的引致需求也會增加，同時也反映了能源利用效率的變化對能源需求變化的貢獻。

該研究中經(jīng)濟發(fā)展速度、人口規(guī)模、城鎮(zhèn)化對能源消費增長的增速效應(yīng)主要以經(jīng)濟總量的增長進行表征。同時，根據(jù)相關(guān)研究，目前的經(jīng)濟存量中，節(jié)能潛力大體可通過技術(shù)進步、經(jīng)濟轉(zhuǎn)型、提高經(jīng)濟增長的質(zhì)量來實現(xiàn)［4］。鑒于影響經(jīng)濟轉(zhuǎn)型產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)有序演進和技術(shù)進步水平等經(jīng)濟存量中節(jié)能潛力的不確定因素難以把握，換言之，能源消費領(lǐng)域節(jié)能空間本身非常復雜，該研究將上述因素對能源消費增長的減速效應(yīng)以能源消費領(lǐng)域單位GDP能耗的下降進行表征。

區(qū)域能源消費總量預(yù)測模型的基本結(jié)構(gòu)如下：

目標函數(shù)：

約束條件：

Ⅰ類約束：GDPt約束

Ⅱ類約束：EPGt約束

Ⅲ類約束：TGDP約束

Ⅳ類約束：TEPG約束

式中：Min Et——區(qū)域能源消費總量控制目標函數(shù)（能源消費總量最?。?；

Et——預(yù)測年t區(qū)域的能源消費總量（未考慮能源消費結(jié)構(gòu)調(diào)整的值），104tce；

GDPti——預(yù)測年t區(qū)域第i控制單元的GDP，億元（2012年不變價），決策變量；

N ——區(qū)域內(nèi)控制單元個數(shù)，即全部市縣個數(shù)，這里N =33；

EPGti——預(yù)測年t第i控制單元的單位GDP能耗，tce/萬元GDP，決策變量；

TGDP——預(yù)測年t區(qū)域的GDP總量，億元（2012年不變價），約束值；

TEPG——預(yù)測年t區(qū)域總體單位GDP能耗，tce/萬元GDP，約束值。

模型中，目標函數(shù)表示希望獲得中原經(jīng)濟區(qū)最小的能源消費總量。Ⅰ類約束是對各控制點（中原經(jīng)濟區(qū)所轄各市縣）GDP總量的約束，避免某個控制點出現(xiàn)過大或過小的經(jīng)濟總量，以保證各控制點經(jīng)濟發(fā)展的需要；Ⅱ類約束是對各控制點單位GDP能耗的約束，避免某個控制點出現(xiàn)過大或過小的能源利用效率值，以保證各控制點能效水平穩(wěn)步提高；Ⅲ類約束是對區(qū)域GDP總量的約束；Ⅳ類約束為區(qū)域總體單位GDP能耗的約束。

1.3.2能源消費結(jié)構(gòu)調(diào)整的引入

根據(jù)上述模型中能源消費總量與經(jīng)濟總量、能源利用效率關(guān)系的設(shè)定，通過區(qū)域能源消費總量優(yōu)化模型得出的能源消費總量，并不能反映改善能源消費結(jié)構(gòu)對于降低能源消費總量的影響作用。鑒于能源消費結(jié)構(gòu)是影響能源消費總量的一個重要因素［3，7］，該研究在模型預(yù)測的基礎(chǔ)上，單獨考慮了能源消費結(jié)構(gòu)調(diào)整對能源消費增長的減速效應(yīng)。

能源消費結(jié)構(gòu)調(diào)整引入過程如下：利用以往關(guān)于能源消費結(jié)構(gòu)和能源消費總量間的定量研究成果，霍宗杰、劉曉逸等從經(jīng)濟增長和能源結(jié)構(gòu)與能源消費的長期均衡關(guān)系發(fā)現(xiàn)能源結(jié)構(gòu)（煤炭的消費占比）每減少1%，能源消費總量將下降1.415%～1.8%［5，6］，并根據(jù)情景方案設(shè)置中的能源消費結(jié)構(gòu)優(yōu)化數(shù)據(jù)，對模型能源消費總量預(yù)測結(jié)果進行了修正。

1.4情景設(shè)計

該研究結(jié)合中原經(jīng)濟區(qū)戰(zhàn)略環(huán)境評價產(chǎn)業(yè)專題和大氣專題研究成果，采用情景分析方法，設(shè)定2012年為現(xiàn)狀年，設(shè)定2020年為預(yù)測年。同時，采用區(qū)域能源消費總量優(yōu)化模型，以經(jīng)濟區(qū)能源消費總量最小化為目標，將經(jīng)濟發(fā)展速度、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整與升級力度、能源績效水平、能源結(jié)構(gòu)調(diào)整、技術(shù)進步、人口規(guī)模、城鎮(zhèn)化發(fā)展等作為能源消費變化的主要驅(qū)動因素。以不同情景下GDP總量預(yù)期值為約束，對2020年區(qū)域能源消費總量發(fā)展趨勢設(shè)置了三種情景。

2020年三種情景分別代表不同含義，情景1（快速發(fā)展）：基于經(jīng)濟發(fā)展慣性和地方發(fā)展意愿的經(jīng)濟導向情景。中原經(jīng)濟區(qū)將保持經(jīng)濟持續(xù)、高速增長態(tài)勢，各地市GDP年均增長保持在12%以上的高速度；三次產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)從13：54：33調(diào)整到10：56：35；區(qū)域總體單位GDP能耗比2012年下降約20%；煤炭占比由2012年的77.3%下降到75.6%。

情景2（適度發(fā)展Ⅰ）：中原經(jīng)濟區(qū)經(jīng)濟增長速度適度放緩，各地市GDP年均增長保持在11%左右的水平；有效推進現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的演進；區(qū)域總體單位GDP能耗下降約35%；煤炭占比由2012年的77.3%下降到67.3%。

情景3（適度發(fā)展Ⅱ）：基于空間和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整及技術(shù)進步的效率導向情景。中原經(jīng)濟區(qū)經(jīng)濟增長速度在情景2的基礎(chǔ)上再放緩，各地市GDP年均增長保持在8%左右的水平；進一步加大調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的力度，三次產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整到11：53：36；區(qū)域總體單位GDP能耗比2012年下降約40%；煤炭占比由2012年的77.3%下降到66.6%（煤炭占比達到全國2012年平均水平）。

需強調(diào)指出：情景1～3中區(qū)域總體單位GDP能耗下降幅度包括能源消費領(lǐng)域節(jié)能空間和能源供給領(lǐng)域節(jié)能空間兩方面的節(jié)能潛力。

在能源消費領(lǐng)域節(jié)能中，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整與升級是單位GDP能耗下降的重要推動力之一。作為中原經(jīng)濟區(qū)內(nèi)工業(yè)重點行業(yè)，同時面臨結(jié)構(gòu)調(diào)整和空間布局調(diào)整的鋼鐵、水泥、有色冶金行業(yè)，其調(diào)整升級力度將很大程度上影響單位GDP能耗強度。由于上述產(chǎn)業(yè)目前屬國家抑制發(fā)展及地方重點控制產(chǎn)業(yè)，且產(chǎn)品市場基本飽和，因而其發(fā)展趨勢總體下降。“十三五”期間，在鋼鐵方面，區(qū)域內(nèi)的鋼鐵產(chǎn)能將主要進行整合、集中式發(fā)展，主要向河北邯鄲、河南安陽、山東東平和山西運城、長治地區(qū)等地集中，而新鄉(xiāng)、濟源、信陽地的等小鋼廠將逐步趨于淘汰和轉(zhuǎn)型。在有色冶金方面，區(qū)域內(nèi)的電解鋁總體規(guī)模將不再擴張，而是采取空間布局調(diào)整，逐步把產(chǎn)能向幾個主要產(chǎn)區(qū)集聚（運城、聊城、洛陽），其余地區(qū)則采取產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，延伸產(chǎn)業(yè)鏈，發(fā)展后續(xù)鋁材加工。在水泥方面，基本上每個地市都提出了水泥產(chǎn)能不再擴張，處于總體控制生產(chǎn)能力、加快生產(chǎn)線改造階段。就具體工業(yè)比重而言，鋼鐵工業(yè)比重由2012年的11%下降至2020年的7%（情景3）至8%（情景1），有色冶金工業(yè)比重由9%下降至8%（三種情景一致），建材工業(yè)比重保持現(xiàn)有比重（情景1）或由10%下降至9%（情景3）。

1.5污染物排放量預(yù)測

基于區(qū)域能源消費總量預(yù)測模型可獲得不同情景下33市縣的能源消費總量和對應(yīng)的GDP總量，采用單位GDP大氣污染物排放作為環(huán)境績效指標對大氣污染物排放量進行預(yù)測。

式中：Et，k——第t年第k種大氣污染物的排放量，t；

GDPt——第t年國民生產(chǎn)總值，億元；

PPGt，k——第t年第k種大氣污染物的單位GDP排放量，即環(huán)境績效，t /億元。

PPGt，k由現(xiàn)狀環(huán)境績效與環(huán)境績效改善系數(shù)獲得，其計算公式如下：

式中：PPGo，k——現(xiàn)狀年第k種大氣污染物的單位GDP排放量，t /億元；

ak——現(xiàn)狀年到預(yù)測年t的第k種大氣污染物的單位GDP排放量的下降率，無量綱。

通過對中原經(jīng)濟區(qū)各市縣2006—2012年的三種污染物的單位GDP排放量的演變趨勢分析，得到各地區(qū)的SO2、NOx和煙粉塵三種污染物排放的平均下降率，預(yù)測2020年各市縣的單位GDP排放水平。并進一步收集和分析了全國及31個省會城市2012年環(huán)境績效，以2012年全國平均環(huán)境績效作為中原經(jīng)濟區(qū)2020年各市縣必須達到的最低要求，以2012年1/4城市能夠達到的環(huán)境績效作為最高要求（若現(xiàn)狀好于該績效，則采用現(xiàn)狀值，下降率為0）。同時，為了進一步體現(xiàn)大氣污染物排放控制水平提高，適度發(fā)展Ⅰ、適度發(fā)展Ⅱ情景下的單位GDP排放量分別比快速發(fā)展情景下降10%、25%。中原經(jīng)濟區(qū)不同情景下的環(huán)境績效指標見表1。

表1　中原經(jīng)濟區(qū)不同情景下的環(huán)境績效指標

2　結(jié)果與討論

2.1中原經(jīng)濟區(qū)現(xiàn)狀能源消費與大氣環(huán)境壓力分析

2.1.1能源消費總體特征

（1）全社會能源消費總量

2012年中原經(jīng)濟區(qū)能源消費總量4.5×108tce，占全國能源消費總量的12.4%。其中，河南省能源消費總量2.4×108tce，占中原經(jīng)濟區(qū)的53%，占全國能源消費總量的6.5%，在全國31個?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）中位列第五名，僅次于山東、河北、廣東和江蘇。

（2）演變趨勢

由于中原經(jīng)濟區(qū)部分城市能源消費歷史數(shù)據(jù)缺乏，同時鑒于中原經(jīng)濟區(qū)的主體是河南省，河南省的情況基本上與中原經(jīng)濟區(qū)一致，因此，本文關(guān)于能源消費總量、結(jié)構(gòu)的演變趨勢利用河南省數(shù)據(jù)進行分析研究。

河南省能源消費總量的時序演變見圖1?？梢钥闯?，長期以來，河南省的能源消費始終保持旺盛的增長需求，2000—2012年一次能源消費總量增長近2倍，其能源消費總量自2000年的0.8×108tce增長到2012年的2.4×108tce，平均每年的增幅超過1.3×108tce，期間的年遞增速達到9.5%，高于全國7.9%的年平均增速。其中，“十五”期間河南省能源消費總量增速最快，年平均增速達到13.1%，“十一五”期間年平均增速為8.0%，“十二五”前兩年年平均增速為5.0%。

圖1　河南省能源消費總量的時序演變

2.1.2能源消費結(jié)構(gòu)變化特征

（1）能源消費結(jié)構(gòu)

從中原經(jīng)濟區(qū)整體來看，2012年煤炭在能源消費結(jié)構(gòu)中的比重為77.3%，遠高于全國平均水平66.6%。

（2）演變趨勢

從中原經(jīng)濟區(qū)主體河南省歷年能源消費構(gòu)成來看，其能源消費主要是煤炭、石油、天然氣、水電。其中，煤炭在能源消費中的比重一直處于高位，1978年煤炭消費占能源消費總量的比重為92.3%，到2000年，這一比重下降到87.6%，2000—2009年，河南省煤炭占比一直在87%左右，自2010年起煤炭占比才明顯下降。截至2012年，河南省煤炭占比為80.2%，仍舊保持在80%以上的較高水平。

此外，河南省石油所占比重呈波動上升趨勢，2012年占比為10.3%，較2000年的9.6%增長7個百分點。天然氣、水電等清潔能源在能源消費總量中的比重雖然有所提升，2012年二者占比之和為9.5%，較2000年增長2倍以上，但其總體利用水平明顯低于全國同期值，滯后全國平均水平約6年?？梢钥闯?，近年來石油、天然氣、水電等在能源消費結(jié)構(gòu)中的比例上升，對煤炭起到了一定的替代作用，但其替代作用仍非常有限。

總體上，中原經(jīng)濟區(qū)能源消費結(jié)構(gòu)調(diào)整進展緩慢，2000—2012年，一次能源消費中，煤炭所占比重僅下降了7.4%。究其原因可能是由于其自身具有較豐富的煤炭儲量，而石油和天然氣對外依存程度高，同時受科技因素影響，新能源開發(fā)利用程度較低，使得經(jīng)濟區(qū)過度依賴煤炭能源消費。因此，盡管該區(qū)域煤炭所占比重逐漸下降，但在短期內(nèi)以煤為主的能源結(jié)構(gòu)特征不會改變。2000—2012年河南省能源消費結(jié)構(gòu)的時序演變見圖2。

圖2　2000—2012年河南省能源消費結(jié)構(gòu)的時序演變

2.1.3能源利用效率

中原經(jīng)濟區(qū)能耗水平總體較差，滯后全國平均水平約4年，與東部地區(qū)仍有很大差距。

2012年中原經(jīng)濟區(qū)萬元GDP能耗為0.97tce/萬元，劣于全國平均水平（0.70tce/萬元）40%、中部地區(qū)平均水平（0.83tce/萬元）17%，與東部地區(qū)平均水平（0.63tce/萬元）仍有很大差距，其單位GDP能耗約為同期東部水平的1.6倍。

中原經(jīng)濟區(qū)工業(yè)能耗明顯高于全國平均水平。2012年中原經(jīng)濟區(qū)萬元工業(yè)生產(chǎn)總值能耗為0.46tce/萬元，是同期全國平均值的1.6倍，滯后全國平均水平5年（表2）。因此，亟需加快技術(shù)進步、產(chǎn)業(yè)調(diào)整升級，提升能源利用效率水平。

表2　2012年中原經(jīng)濟區(qū)萬元工業(yè)生產(chǎn)總值資源環(huán)境績效

2.1.4現(xiàn)狀大氣環(huán)境壓力分析

（1）大氣污染物排放總量情況

2012年三種主要大氣污染物SO2、NOx和煙（粉）塵排放量分別為2.4×106t、2.9×106t和1.5×106t，分別占全國同期排放量的11.2%、12.4%和12.3%。

從常規(guī)污染物排放演變趨勢來看，由于自“十一五”以來，各地開展了大力度的污染物總量減排，經(jīng)濟區(qū)整體SO2和煙（粉）塵排放量呈波動緩慢下降趨勢，但近兩年來NOx有較大幅度的增加。

從單位GDP下大氣污染物排放強度來看，2012年中原經(jīng)濟區(qū)單位GDP的SO2排放量為5.2kg/萬元，NOx排放量為6.4kg/萬元，煙粉塵排放量為3.3kg/萬元?？傮w上，中原經(jīng)濟區(qū)單位GDP污染物排放強度高于全國以及東部、中部平均水平，相當于全國2010年平均水平。

由于中原經(jīng)濟區(qū)是全國重要的能源原材料基地，傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)所占比重大，高資源依賴、高耗能、高污染產(chǎn)業(yè)導致大氣結(jié)構(gòu)性污染特征明顯。2012年中原經(jīng)濟區(qū)整個工業(yè)部門消耗了全社會83%的能源量，向大氣中排放了91%的SO2、75%的NOx和86%的煙（粉）塵，其中，七大資源型重工業(yè)（煤炭開采和洗選業(yè)，石油加工、煉焦及核燃料加工業(yè)，化學原料及化學制品制造業(yè)，非金屬礦物制品業(yè)，黑色金屬冶煉及壓延加工業(yè)，有色金屬冶煉及壓延加工業(yè)，電力、熱力生產(chǎn)和供應(yīng)業(yè)）消耗了全社會67%的能源量，向大氣中排放了72%的SO2、62%的NOx和66%的煙（粉）塵。

2012年萬元工業(yè)生產(chǎn)總值下的大氣污染物排放情況見表2，可以看出，中原經(jīng)濟區(qū)工業(yè)污染物排放強度高于全國、東部和中部平均水平。以全國發(fā)展軌跡為參照，總體上中原經(jīng)濟區(qū)工業(yè)污染物排放效率滯后全國平均水平2年左右。

（2）現(xiàn)狀大氣環(huán)境壓力分析

2012年中原經(jīng)濟區(qū)以單位面積承載大氣污染物量表征的環(huán)境壓力是全國平均值的2倍左右。以地級市為評估單元，2012年中原經(jīng)濟區(qū)所有城市的PM10全面超載，其中，近半數(shù)城市嚴重超載，近1/4城市的NOx已經(jīng)飽和或超載，相當一部分城市的SO2承載率進入預(yù)警區(qū)域。2012年中原經(jīng)濟區(qū)大氣污染物排放現(xiàn)狀壓力見表3。

表3　中原經(jīng)濟區(qū)大氣污染物排放現(xiàn)狀壓力

城市環(huán)境空氣污染，尤其是以PM2.5污染為特征的環(huán)境空氣污染加劇，近年來爆發(fā)的區(qū)域性灰霾天氣呈頻發(fā)態(tài)勢，且覆蓋范圍越來越廣，持續(xù)時間越來越長。已開展PM2.5監(jiān)測的鄭州、開封、晉城、運城、邯鄲、邢臺，2012年的PM2.5日均濃度達標率不足50%，均出現(xiàn)較為嚴重的超標，其中邢臺超標最為嚴重，全年超標率達80%以上。

近年來重復出現(xiàn)的大面積重度化灰霾污染已在全國呈蔓延之勢，中原經(jīng)濟區(qū)也是灰霾污染的重災(zāi)區(qū)。從環(huán)保部公布的《2013年中國環(huán)境狀況公報》中全國灰霾日數(shù)分布圖可以看出，2013年中原經(jīng)濟區(qū)是全國灰霾污染天數(shù)最多的地區(qū)之一，灰霾污染程度不亞于毗鄰的京津冀地區(qū)。

2.2中原經(jīng)濟區(qū)能源消費總量和大氣環(huán)境壓力預(yù)測分析

2.2.1能源消費總量和GDP預(yù)測

按照引入能源消費結(jié)構(gòu)調(diào)整進行修正后的能源消費預(yù)測結(jié)果，2020年中原經(jīng)濟區(qū)能源消費總量將比2012年增加8.5%～100.8%，增長幅度取決于經(jīng)濟發(fā)展速度調(diào)控、能源消費結(jié)構(gòu)和節(jié)能減排力度。不難看出，中原經(jīng)濟區(qū)未來一段時間內(nèi)，經(jīng)濟的發(fā)展仍然依賴于能源驅(qū)動，在實施能源發(fā)展戰(zhàn)略性調(diào)整和能源消費模式的革命性轉(zhuǎn)變后，可實現(xiàn)能源消費總量略有增長或維持現(xiàn)狀的目標。

但是，要實現(xiàn)能源消費總量略有增長或維持現(xiàn)狀的目標，破解經(jīng)濟快速發(fā)展和能源消費總量控制矛盾，必須以節(jié)能為抓手，一方面要加快經(jīng)濟轉(zhuǎn)型產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和深挖技術(shù)節(jié)能潛力，另一方面要優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，減少一次能源中煤炭的消費占比。預(yù)測結(jié)果顯示，煤炭消費比重每下降1%，中原經(jīng)濟區(qū)區(qū)域總體萬元GDP能源將下降0.011tce，這與邱靈等在研究各因素對區(qū)域能源利用效率的影響程度中所得的結(jié)果相近［7］。中原經(jīng)濟區(qū)不同情景下的能源消費總量與GDP預(yù)測見表4。

2020年，在區(qū)域GDP總量的不同預(yù)期下，可實現(xiàn)的單位GDP能耗水平在0.581～0.785 tce/萬元之間。區(qū)域GDP總量達到11.1萬億元預(yù)期，單位GDP能耗強度將落入圖3中的第I象限，表現(xiàn)出以高能耗為代價的增長。

區(qū)域GDP總量達到8.1萬億元和10.8萬億元預(yù)期，單位GDP能耗強度均可進入圖3中的第IV象限，依現(xiàn)有技術(shù)水平評估，可實現(xiàn)相對低能耗的經(jīng)濟增長。

按三種情景測算，適度發(fā)展Ⅰ和快速發(fā)展情景煤炭消費總量將比2012年增加1.2×108t和3.1×108t；而在適度發(fā)展Ⅱ情景下，2020年中原經(jīng)濟區(qū)整體煤炭占比將由當前的約80%降至66.6%（達到全國2012年平均水平），煤炭消費總量將比2012年下降約0.3×108t。

表4　中原經(jīng)濟區(qū)不同情景下的能源消費總量與GDP預(yù)測

圖3　中原經(jīng)濟區(qū)不同發(fā)展情景單位GDP能耗水平

2.2.2 大氣環(huán)境壓力預(yù)測分析

能源消費與污染物排放之間的關(guān)系非常復雜，除能源消費總量外，能源結(jié)構(gòu)、能源消費方式及大氣污染物排放控制水平（污染物源頭和過程控制技術(shù)、末端治理技術(shù)等）等都是影響污染物排放的關(guān)鍵因素。鑒于能源消費總量預(yù)測過程中已考慮了能源結(jié)構(gòu)（能源供需基本一致，現(xiàn)有能源消費方式仍表現(xiàn)為供給約束型）和能源消費方式（重點產(chǎn)業(yè)含煤電行業(yè)增長態(tài)勢）因素，以下僅研究不同污染控制水平下的污染物排放壓力狀態(tài)。

按2020年三種情景測算，以當前中原經(jīng)濟區(qū)的大氣污染物排放控制水平計（污染控制水平不變），SO2、NOx和煙粉塵的排放總量將比2012年增加4.4%（情景3）至93.1%（情景1），大氣污染物排放壓力將增加5%～95%。

在考慮大氣污染物排放控制水平提高的情況下，在區(qū)域GDP總量10.8萬億元（能源消費量6.9×108tce）和11.1萬億元（能源消費量8.7×108tce）預(yù)期下，2020年區(qū)域大氣污染物排放壓力將比2012年增加30%～50%；在區(qū)域GDP總量8.09萬億元（能源消費量4.7×108tce）預(yù)期下，2020年區(qū)域大氣污染物排放壓力將比2012年降低約20%。

以區(qū)域大氣污染物排放總量削減10%為約束，按區(qū)域GDP總量10.8萬億元和11.1萬億元預(yù)期，2020年單位GDP大氣污染物排放強度需要實現(xiàn)40%～60%的削減；而按區(qū)域GDP總量8.1萬億元預(yù)期，單位GDP大氣污染物排放強度可實現(xiàn)削減目標。

因此，如果完全按照地方發(fā)展愿景（快速發(fā)展情景）或經(jīng)濟增長速度適度放緩情景（適度Ⅰ情景）發(fā)展，中原經(jīng)濟區(qū)能源消費與資源環(huán)境承載之間的矛盾將面臨進一步激化的態(tài)勢，大氣環(huán)境嚴重惡化的趨勢將難以逆轉(zhuǎn)。

在現(xiàn)有的能源資源稟賦和技術(shù)條件下，中原經(jīng)濟區(qū)應(yīng)選擇適度發(fā)展Ⅱ策略，2020年區(qū)域GDP總量為8萬～9萬億元水平，能源消費總量控制在5×108～6×108tce，煤炭消費總量實現(xiàn)“零增長”或“負增長”，即情景3為最優(yōu)情景。

3　結(jié)論

（1）在現(xiàn)狀年（2012年），中原經(jīng)濟區(qū)能源消費總量為4.5×108tce，其中煤炭消費總量為3.5×108tce，三種主要大氣污染物SO2、NOx和煙粉塵排放量分別為2.4×106t、2.9×106t和1.5×106t。區(qū)域煤煙型污染特征依舊突出，并呈現(xiàn)出復合型污染態(tài)勢，部分地區(qū)大氣環(huán)境承載能力已超出極限。

（2）在快速發(fā)展情景下，2020年中原經(jīng)濟區(qū)GDP可達11.1萬億元預(yù)期，其能源消費總量將達8.7×108tce，煤炭消費總量將維持在6.6×108tce水平（較2012年增加3.1×108tce）。若以2012年中原經(jīng)濟區(qū)的大氣污染物排放控制水平計，其大氣污染物排放壓力將比2012年增加約95%，在考慮大氣污染物排放控制水平提高的情況下，其大氣污染物排放壓力也將比2012年增加50%。

（3）在適度Ⅰ情景下，2020年中原經(jīng)濟區(qū)GDP可達10.8萬億元，其能源消費總量將達6.9×108tce，煤炭消費總量將維持在4.6×108tce水平（較2012年增加1.2×108tce）。若以當前中原經(jīng)濟區(qū)的大氣污染物排放控制水平計，其大氣污染物排放壓力將比2012年增加約55%，在考慮大氣污染物排放控制水平提高的情況下，其大氣污染物排放壓力也將比2012年增加30%。

（4）在適度Ⅱ情景下，2020年中原經(jīng)濟區(qū)GDP可達8.1萬億元，其能源消費總量將達4.7×108tce，煤炭消費總量將控制在3.1×108tce水平（將比2012年下降約0.3×108tce）。若以當前中原經(jīng)濟區(qū)的大氣污染物排放控制水平計，其大氣污染物排放壓力將比2012年增加約5%，在考慮大氣污染物排放控制水平提高情況下，其大氣污染物排放壓力也將比2012年降低約10%。

（5）根據(jù)情景測算可知，中原經(jīng)濟區(qū)要實現(xiàn)經(jīng)濟發(fā)展與環(huán)境保護的“雙贏”，換言之，要實現(xiàn)經(jīng)濟發(fā)展穩(wěn)步提高（年均增長率7.7%）和區(qū)域大氣污染物排放總量削減10%的目標，實現(xiàn)上述目標重中之重是，以控制煤炭消費總量為重點，積極推進能源消費總量和消費強度“雙調(diào)控”，優(yōu)化能源消費結(jié)構(gòu)。因此，未來中原經(jīng)濟區(qū)緩解大氣環(huán)境壓力的關(guān)鍵在于實現(xiàn)煤炭消費總量“零增長”或“負增長”，同時力爭2020年能源消費總量控制在5×108～6×108tce，憑借煤炭占比大幅下降（降至65%左右）最大限度地發(fā)揮能源供給領(lǐng)域節(jié)能效應(yīng)，依靠產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級節(jié)能效應(yīng)和技術(shù)節(jié)能拓展能源消費領(lǐng)域節(jié)能空間，將能效水平提高至0.6tce/萬元以下。

［1］周新.中國的能源消費和改善大氣環(huán)境質(zhì)量的戰(zhàn)略分析［J］.環(huán)境保護，2003（7）：47-51.

［2］魏一鳴，吳剛，劉蘭翠，等.能源-經(jīng)濟-環(huán)境復雜系統(tǒng)建模與應(yīng)用進展［J］.管理學報，2005，2（2）：159-170.

［3］劉剛，沈鐳.能源環(huán)境研究的理論、方法及其主要進展［J］.地理科學進展，2006，25（6）：33-41.

［4］戴彥德，呂斌，馮超.“十三五”中國能源消費總量控制與節(jié)能［J］.北京理工大學學報：社會科學版，2015，17（1）：1-7.

［5］霍宗杰，周彩云.我國經(jīng)濟增長、能源結(jié)構(gòu)與能源消費關(guān)系的實證分析［J］.當代經(jīng)濟管理，2010，32（5）：10-14.

［6］劉曉逸.基于經(jīng)濟結(jié)構(gòu)調(diào)整的能源消費模式改進研究［J］.中外能源，2012，17（5）：5-11.

［7］邱靈，申玉銘，任旺兵，等.中國能源利用效率的區(qū)域分異與影響因素分析［J］.自然資源學報，2008，23（5）：920-928.

Atmospheric Environmental Pressure Assessment under the Perspective of Energy Consumption in Central Plains Economic Region

XU Yaxuan1，LI Xiaomin1*，YU Huatong2，DUAN Ning1，HU Bingqing1，MA Jianfeng1，DONG Linyan1
（ 1.Chinese Research Academy of Environmental Sciences，Beijing 100012；2.China Environmental Resources Technology Co.，Ltd.，Beijing 100012）

Under the perspective of energy consumption mode，the total energy consumption，energy structure and energy utilization efficiency were investigated in Central Plains Economic Region（CPER）.Additionally，atmospheric environmental pressure induced by energy consumption was also analyzed.According to economic development speed regulation and energy conservation efforts，three energy consumption scenarios in 2020 were designed including rapid development，i and iimoderate development scenarios.Using the regional total energy consumption optimization model，the total energy consumption and atmospheric environmental pressure were evaluated and predicted under the three given scenarios.The results showed that under the rapid development and i moderate development scenarios，the total energy consumption in 2020 will increase 420 and 240 million tons of coal equivalents than that in 2012，the total coal consumption will increase 310 and 120 million tons，but the emission pressure of atmospheric pollutants will increase 30% and 50%.Under the ii moderate development scenario，the total energy consumption will increase 20 million tons of coal equivalents，the total coal consumption will reduce 30 million tons，and while the emission pressure of atmospheric pollutants will reduce 20%.Therefore，to achieve the steady growth in economic development （7.7% per year） and 10% reduction in emission pressure of atmospheric pollutants，the top priority was to realize “zero growth” or “negative growth” in the total coal consumption.Meanwhile，the total energy consumption should be controlled within 500-600 million tons of coal equivalents.According to a substantial decline of coal proportion （down to 65%） in the total energy consumption，the utmost energy-saving effect can be produced in energy supplyfield.Rely on energy-saving effect by upgrading the industrial structure and energy-saving technologies to expand the saving space in energy consumption field and to raise the energy efficiency under 0.06tce / thousand yuan.

Central Plains Economic Region（CPER）； energy consumption； atmospheric environmental pressure； scenarios simulation

F224；X32

1674-6252（2016）05-0063-007

A

10.16868/j.cnki.1674-6252.2016.05.063

許亞宣（1980—）女，工程師，碩士，主要從事大氣環(huán)境質(zhì)量模擬與環(huán)評技術(shù)研究，E-mail：xu_yaxuan@ 163.com。

*責任作者：李小敏（1971—）女，高級工程師，主要從事戰(zhàn)略環(huán)境影響評價與環(huán)評技術(shù)研究，E-mail：lxm1919@ 126.com。