基于物質(zhì)流和能量流分析的典型工業(yè)園區(qū)循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展評(píng)價(jià)

解蕾，姚揚(yáng)*，但智鋼，畢瑩瑩，董莉，錢玉

1.國家環(huán)境保護(hù)生態(tài)工業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國環(huán)境科學(xué)研究院 2.江陰高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)管委會(huì)

工業(yè)園區(qū)發(fā)展是我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支撐，也是我國進(jìn)行循環(huán)經(jīng)濟(jì)改造的重點(diǎn)對象[1]。近年來，我國經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)、高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)等各級(jí)各類工業(yè)園區(qū)在數(shù)量和規(guī)模上持續(xù)擴(kuò)大。據(jù)統(tǒng)計(jì)，截至2019年我國省級(jí)以上工業(yè)園區(qū)2 000多家[2]，有80%以上工業(yè)企業(yè)進(jìn)入園區(qū)，園區(qū)經(jīng)濟(jì)總量占全國國民生產(chǎn)總值(GDP)的60%以上。在快速發(fā)展的同時(shí)，園區(qū)也成為資源能源消耗的集中區(qū)域，大多數(shù)園區(qū)存在粗放的生產(chǎn)模式和布局、能源消耗大、資源利用率低、污染物排放嚴(yán)重等問題[3-4]。解決這一問題的關(guān)鍵在于改變產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，進(jìn)而進(jìn)入循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式[5]。循環(huán)經(jīng)濟(jì)在遵循減量化、再利用、再循環(huán)原則的基礎(chǔ)上，更強(qiáng)調(diào)源頭減量的方法來達(dá)到降耗、提效、減排的最終效果。

近年來，物質(zhì)流分析方法已廣泛應(yīng)用在循環(huán)經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域，該方法可追溯到Ayres[6]對社會(huì)新陳代謝的研究，至20世紀(jì)90年代初得到持續(xù)完善。如日本環(huán)境廳[7]、德國伍珀塔爾學(xué)會(huì)[8]和奧地利社會(huì)生態(tài)學(xué)院[9]分別編制了以國家尺度為研究區(qū)的物質(zhì)流賬戶，此后逐步擴(kuò)展到城市和地區(qū)[10]。國內(nèi)有關(guān)物質(zhì)流分析起步較晚。宋永昌等[11-13]分別通過不同的研究視角對國家、省份和城市的不同生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流動(dòng)情況進(jìn)行分析，為循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供相應(yīng)建議；張音波等[14-15]分別結(jié)合IPAT分析和生態(tài)足跡模型，從時(shí)間等多元指標(biāo)體系的角度對可持續(xù)發(fā)展水平進(jìn)行度量分析。但是大多數(shù)以物質(zhì)流分析為基礎(chǔ)的循環(huán)經(jīng)濟(jì)研究忽略了生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)情況，對于物質(zhì)流分析和能量流分析的結(jié)合更是相對較少，因此以物質(zhì)流分析和能量流分析為技術(shù)支撐的工業(yè)園區(qū)循環(huán)經(jīng)濟(jì)研究是解決園區(qū)循環(huán)發(fā)展的重要探索。筆者以江陰高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)(簡稱江陰高新區(qū))為研究對象，引入物質(zhì)流分析和能量流分析方法，構(gòu)建園區(qū)循環(huán)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)體系，核算園區(qū)內(nèi)各產(chǎn)業(yè)資源、能源投入和污染排放情況，明晰各物質(zhì)輸入與輸出的互饋效應(yīng)，在此基礎(chǔ)上分析園區(qū)循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展限制因素，探索循環(huán)化改造有效途徑，以期在提升園區(qū)經(jīng)濟(jì)、資源和環(huán)境效益的同時(shí)為其他工業(yè)園區(qū)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、規(guī)劃和評(píng)價(jià)提供借鑒。

1 評(píng)價(jià)指標(biāo)及方法

1.1 基于物質(zhì)流和能量流的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

物質(zhì)流分析是產(chǎn)業(yè)生態(tài)學(xué)的核心分析方法，作為研究經(jīng)濟(jì)活動(dòng)中物質(zhì)資源新陳代謝的一種方法，以質(zhì)量為衡量單位，克服了度量單位不統(tǒng)一的分析困境，并對社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)與外界自然環(huán)境之間的各種物質(zhì)流進(jìn)行核算分析，定量測度進(jìn)入社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的自然資源(輸入部分)以及排入到環(huán)境的廢物(輸出部分)，以客觀反映社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的代謝規(guī)模和對自然環(huán)境造成的壓力[16]。筆者從產(chǎn)業(yè)物質(zhì)投入、產(chǎn)出、交換的角度出發(fā)，建立園區(qū)的物質(zhì)流賬戶，分析各產(chǎn)業(yè)物質(zhì)流動(dòng)情況。

能量流分析是用來評(píng)估能源使用效率的方法，對環(huán)境-經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)中能量的投入和產(chǎn)出進(jìn)行量化分析，同時(shí)通過能量統(tǒng)計(jì)，對能源的初級(jí)輸入、能源轉(zhuǎn)換、最終能源使用、能源輸出等過程進(jìn)行結(jié)算[17]。筆者通過建立能量流賬戶，分析園區(qū)綜合能源消耗及利用效率情況。

參考《園區(qū)循環(huán)化改造實(shí)施方案編制指南》、GB/T 33567—2017《工業(yè)園區(qū)循環(huán)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)規(guī)范》[18]，結(jié)合江陰高新區(qū)實(shí)際經(jīng)濟(jì)和社會(huì)情況及資料數(shù)據(jù)特點(diǎn)，構(gòu)建基于物質(zhì)流分析和能量流分析的江陰高新區(qū)循環(huán)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，包括資源產(chǎn)出、資源消耗、資源循環(huán)利用、廢物排放4類一級(jí)指標(biāo)15個(gè)二級(jí)指標(biāo)(圖1)。指標(biāo)基準(zhǔn)值參考GB/T 33567—2017，能源產(chǎn)出率基準(zhǔn)值為3萬元/t(以標(biāo)準(zhǔn)煤當(dāng)量計(jì))，水資源產(chǎn)出率基準(zhǔn)值為1 500元/m3，土地產(chǎn)出率基準(zhǔn)值為15億元/km2，工業(yè)固體廢物綜合利用率基準(zhǔn)值為95%，工業(yè)用水重復(fù)利用率基準(zhǔn)值為90%。

圖1 基于物質(zhì)流分析和能量流分析的循環(huán)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系Fig.1 Evaluation indexes system of circular economy based on material flow analysis and energy flow analysis

1.2 研究對象及數(shù)據(jù)來源

江陰高新區(qū)成立于1992年，2013年升級(jí)為國家生態(tài)工業(yè)示范園區(qū)，是蘇南國家自主創(chuàng)新示范區(qū)，截至2018年，擁有規(guī)模以上企業(yè)135家，實(shí)現(xiàn)工業(yè)總產(chǎn)值960億元。江陰高新區(qū)作為以大型鋼鐵企業(yè)為主要產(chǎn)業(yè)的工業(yè)園區(qū)，遵循循環(huán)經(jīng)濟(jì)理念為指導(dǎo)，形成以特鋼新材料及制品、微電子集成電路、智能機(jī)械及裝備、現(xiàn)代中藥和生物醫(yī)藥等四大主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)及現(xiàn)代服務(wù)業(yè)為主的產(chǎn)業(yè)格局，輔以紡織服裝業(yè)，正在布局的產(chǎn)業(yè)為新能源汽車及關(guān)鍵零部件產(chǎn)業(yè)。

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來自江陰高新區(qū)管理委員會(huì)2018年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，結(jié)合實(shí)地調(diào)研，調(diào)查各行業(yè)中規(guī)模以上重點(diǎn)企業(yè)的生產(chǎn)、消費(fèi)情況和廢物排放、利用情況等，調(diào)查時(shí)間為2018年。

2 結(jié)果與分析

2.1 園區(qū)物質(zhì)流賬戶

通過對江陰高新區(qū)各行業(yè)規(guī)模以上重點(diǎn)企業(yè)的調(diào)查，統(tǒng)計(jì)園區(qū)物質(zhì)流動(dòng)情況，結(jié)果見圖2。園區(qū)物質(zhì)投入可分為工業(yè)生物質(zhì)、能源和水，由圖2可知，2018年園區(qū)主要物質(zhì)投入最多的為新鮮用水3 269萬t，占總投入的55.2%。在不考慮水資源投入情況下，物質(zhì)總投入為2 663.45萬t，其中礦石2 523萬t、鋼鐵9.95萬t，其是鋼鐵制造的主要原料，占物質(zhì)總投入的95.1%，說明以鋼鐵為主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)的江陰高新區(qū)，目前投入以第二產(chǎn)業(yè)為主；棉紗投入為15.7萬t，為紡織服裝產(chǎn)業(yè)提供大量原料；主要能源投入為108.4萬t(以標(biāo)準(zhǔn)煤當(dāng)量計(jì))。

圖2 江陰高新區(qū)物質(zhì)流Fig.2 Material flow in Jiangyin High-tech Industrial Park

園區(qū)物質(zhì)輸出的主要產(chǎn)品中特種鋼產(chǎn)品產(chǎn)量1 577萬t，是園區(qū)最主要的產(chǎn)品；金屬制品15萬t，為其他產(chǎn)業(yè)提供原料；布匹產(chǎn)量3.1萬t，服裝產(chǎn)量1.1萬t，二者為紡織服裝產(chǎn)業(yè)的主要輸出產(chǎn)品。物質(zhì)輸出的主要廢物總量2 452.96萬t，包括廢水、化學(xué)需氧量、氨氮、二氧化硫、氮氧化物、二氧化碳、工業(yè)固體廢物等。其中廢水2 020萬t，占廢物排放總量的82.35%，這些廢水經(jīng)污水處理廠集中處理，達(dá)標(biāo)后排放；氣體污染物和固體污染物分別占16.93%和0.71%。

2.2 園區(qū)能量流賬戶

根據(jù)統(tǒng)計(jì)計(jì)算園區(qū)能源消耗情況，結(jié)果見圖3。由圖3可知，2018年園區(qū)能源消費(fèi)總量為136.22萬t(以標(biāo)準(zhǔn)煤當(dāng)量計(jì))，主要以煤炭、電力和天然氣為主。其中，消耗煤炭932 861.51 t(以標(biāo)準(zhǔn)煤當(dāng)量計(jì))，耗電206 902.78 t(以標(biāo)準(zhǔn)煤當(dāng)量計(jì))，消耗天然氣124 732.05 t(以標(biāo)準(zhǔn)煤當(dāng)量計(jì))、油類29 601.26 t(以標(biāo)準(zhǔn)煤當(dāng)量計(jì))。煤炭主要用于特鋼新材料及制品產(chǎn)業(yè)和紡織服裝產(chǎn)業(yè)，油類主要消耗于特鋼新材料及制品產(chǎn)業(yè)，天然氣主要消耗于特鋼新材料及制品產(chǎn)業(yè)、微電子集成電路產(chǎn)業(yè)、紡織服裝產(chǎn)業(yè)，電力主要用于特鋼新材料及制品產(chǎn)業(yè)、紡織服裝產(chǎn)業(yè)和微電子集成電路產(chǎn)業(yè)。能源消耗最多的為特鋼新材料及制品產(chǎn)業(yè)，紡織服裝產(chǎn)業(yè)次之，2個(gè)產(chǎn)業(yè)能源消耗量占比分別達(dá)到66.66%和29.12%，智能機(jī)械及裝備產(chǎn)業(yè)能源消耗量最少。

注：圖中數(shù)字單位為t(以標(biāo)準(zhǔn)煤當(dāng)量計(jì))。圖3 江陰高新區(qū)能源消耗情況Fig.3 Energy consumption in Jiangyin High-tech Industrial Park

2.3 循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展評(píng)價(jià)

通過計(jì)算園區(qū)循環(huán)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)值(表1)，結(jié)合物質(zhì)流和能量流分析方法對園區(qū)循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)行評(píng)價(jià)，分析園區(qū)循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展限制因素。

(1)資源產(chǎn)出率有進(jìn)一步提升空間

資源產(chǎn)出率可以直接度量生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)物質(zhì)生產(chǎn)效率，是循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要指標(biāo)[19]。由表1可知，園區(qū)在能源、水資源、土地資源投入產(chǎn)出效率上相對較低，能源產(chǎn)出率為3.02萬元/t(以標(biāo)準(zhǔn)煤當(dāng)量計(jì))，滿足3萬元/t(以標(biāo)準(zhǔn)煤當(dāng)量計(jì))的基準(zhǔn)值；水資源產(chǎn)出率為1 257元/m3，未達(dá)到1 500元/m3的基準(zhǔn)值；土地產(chǎn)出率為11.75億元/km2，未達(dá)到15億元/km2的基準(zhǔn)值。園區(qū)單位工業(yè)增加值取水量為7.95 m3/萬元，單位工業(yè)增加值能耗達(dá)到0.33 t/萬元(以標(biāo)準(zhǔn)煤當(dāng)量計(jì))，園區(qū)指標(biāo)與主要發(fā)達(dá)國家相比[20-21]，處于下游水平，提升空間很大。

(2)園區(qū)產(chǎn)業(yè)發(fā)展不均衡

目前園區(qū)通用設(shè)備制造和紡織等傳統(tǒng)制造業(yè)企業(yè)數(shù)量較多，主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不完善，以第二產(chǎn)業(yè)為主，經(jīng)濟(jì)總量大、地均產(chǎn)出值高的企業(yè)主要是大型鋼鐵企業(yè)。由表1可以看出，2018年園區(qū)循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)鏈關(guān)聯(lián)度達(dá)到87.4%，說明園區(qū)循環(huán)經(jīng)濟(jì)總體發(fā)展程度較高，但產(chǎn)業(yè)集聚度不高，各企業(yè)規(guī)模不均且多為分散布局，企業(yè)之間上下游聯(lián)動(dòng)性較弱。

表1 江陰高新區(qū)循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展評(píng)價(jià)指標(biāo)Table 1 Evaluation indexes of circular economy development in Jiangyin High-tech Industrial Park

(3)資源能源綜合利用率有待提高

園區(qū)工業(yè)用水重復(fù)利用率為94.96%，高于90%的基準(zhǔn)值，處于較高水平，但工業(yè)固體廢物綜合利用率為88.59%，未達(dá)到95%的基準(zhǔn)值，工業(yè)固體廢物利用率有待提升。由圖3可知，園區(qū)內(nèi)各產(chǎn)業(yè)能耗比例不均，特鋼新材料產(chǎn)業(yè)占總能耗的66.66%，節(jié)能壓力較大。2014年工業(yè)和信息化部統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，我國噸鋼綜合能耗高出國際先進(jìn)水平的10%～15%[22]，鑒于鋼鐵企業(yè)在園區(qū)經(jīng)濟(jì)中的重要地位及對能源的依賴程度，如何提高園區(qū)內(nèi)鋼鐵企業(yè)能源利用率成為降耗的重點(diǎn)。

(4)污染集中防治水平有待提高

園區(qū)有2個(gè)污水處理廠，企業(yè)工業(yè)廢水已全面按納管標(biāo)準(zhǔn)接入，2018年前出水水質(zhì)均執(zhí)行GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)；園區(qū)雨污分流管網(wǎng)尚不完善，隨著污水處理量的增長，污水處理廠擴(kuò)容及提標(biāo)改造工程迫在眉睫。固體廢物采用綜合利用、固化、填埋、焚燒等方式處置，綜合利用率為88.59%，有待提高；危險(xiǎn)廢物委托有資質(zhì)單位進(jìn)行無害化處理，處置率均達(dá)100%。廢氣主要包括二氧化硫、氮氧化物、煙塵等，主要來自鋼鐵行業(yè)，目前興澄特鋼已采用先進(jìn)技術(shù)實(shí)現(xiàn)超低排放，二氧化硫去除率達(dá)95%以上。雖然園區(qū)已對重點(diǎn)污染源、重點(diǎn)污染企業(yè)采取有效措施，減少三廢排放，但廢水、廢氣排放總量依然不少，形勢依然嚴(yán)峻。

2.4 循環(huán)化改造有效路徑建議

(1)優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。鑒于目前園區(qū)第二產(chǎn)業(yè)占比較大，主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不完善，控制紡織服裝業(yè)等傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)模，改造升級(jí)第二產(chǎn)業(yè)中金屬及新材料、裝備制造等向高端智能化發(fā)展；調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，發(fā)展現(xiàn)代中藥和生物醫(yī)藥業(yè)，培育新能源汽車等新興產(chǎn)業(yè)；發(fā)展現(xiàn)代服務(wù)業(yè)和科研創(chuàng)新能力，提高第三產(chǎn)業(yè)占比。

(2)完善循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)鏈。發(fā)展產(chǎn)業(yè)集群，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)鏈循環(huán)化，完善特鋼新材料及制品產(chǎn)業(yè)鏈、微電子集成電路產(chǎn)業(yè)鏈、智能機(jī)械及裝備產(chǎn)業(yè)鏈、現(xiàn)代中藥和生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)鏈、新能源汽車及關(guān)鍵零部件產(chǎn)業(yè)鏈(圖4)。

圖4 江陰高新區(qū)主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)鏈Fig.4 Circular economy industrial chain of leading industries in Jiangyin High-tech Industrial Park

(3)推進(jìn)資源能源高效利用。減少原生資源開采，推進(jìn)興澄特鋼鋼渣、除塵灰和爐渣的綜合利用、熱電廠粉煤灰循環(huán)利用等項(xiàng)目；優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)向多元化發(fā)展，淘汰煤電落后產(chǎn)能，明確年度煤炭消費(fèi)總量消減目標(biāo)，在鋼鐵行業(yè)推動(dòng)“蘭碳技術(shù)”試點(diǎn)，擴(kuò)大天然氣利用，推進(jìn)光伏發(fā)電應(yīng)用等項(xiàng)目，提高非化石能源占比；建立金屬制品、機(jī)械和紡織服裝等產(chǎn)業(yè)的主要廢物和副產(chǎn)品的回收處理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)廢物減量化；制定高新區(qū)綜合資源能源一體化解決方案，實(shí)現(xiàn)園區(qū)能源梯級(jí)利用、水資源循環(huán)利用、廢物交換利用，提升資源能源利用整體效率。

(4)推進(jìn)環(huán)境綜合整治。為改善環(huán)境污染現(xiàn)狀，加強(qiáng)環(huán)境治理。廢水治理方面，推進(jìn)水循環(huán)利用和水環(huán)境治理，管網(wǎng)建設(shè)和改造項(xiàng)目建設(shè)；廢氣治理方面，重點(diǎn)推進(jìn)脫硫脫硝、除塵升級(jí)改造、料燃?xì)忮仩t低氮燃燒改造等項(xiàng)目，微電子、紡織等產(chǎn)業(yè)的VOCs治理工程；固體廢物治理方面，對園區(qū)轄區(qū)內(nèi)固體廢物進(jìn)行收集、分類、貯存、綜合利用等集中治理，減少固體廢物排放量。

3 結(jié)語

物質(zhì)流分析方法已成為園區(qū)循環(huán)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)的重要工具，綜合能量流分析方法，能更好地核算園區(qū)產(chǎn)業(yè)資源、能源投入和污染排放情況。以江陰高新區(qū)為研究對象進(jìn)行循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展評(píng)價(jià)，建立了基于物質(zhì)流和能量流分析的循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，該方法對其他工業(yè)園區(qū)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、規(guī)劃和評(píng)價(jià)有一定的借鑒意義。目前，江陰高新區(qū)能源、水資源、土地資源投入產(chǎn)出率較低，能耗總量136.22萬t(以標(biāo)準(zhǔn)煤當(dāng)量計(jì))、單位工業(yè)增加值能耗0.33 t/萬元(以標(biāo)準(zhǔn)煤當(dāng)量計(jì))，工業(yè)固體廢物綜合利用率為88.59%，資源能源綜合利用率不高，循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)鏈關(guān)聯(lián)度為87.4%，但園區(qū)產(chǎn)業(yè)發(fā)展不均衡，主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不完善，第二產(chǎn)業(yè)占比較大，且以鋼鐵產(chǎn)業(yè)為主，污染集中防治水平待提高，以上是限制園區(qū)循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要因素。

開展循環(huán)化改造是園區(qū)實(shí)現(xiàn)綠色、低碳、循環(huán)發(fā)展的有效途徑，從優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、完善循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)鏈、推進(jìn)資源能源高效利用、推進(jìn)環(huán)境綜合整治4個(gè)方面提出江陰高新區(qū)循環(huán)化改造的有效路徑，以提高園區(qū)資源能源利用率，減少廢物排放，推動(dòng)可持續(xù)發(fā)展，提升園區(qū)經(jīng)濟(jì)、資源和環(huán)境效益。