毛國柱,駱胤成,王 媛,何韋葦,劉慧文 (天津大學環(huán)境科學與工程學院,天津 300350)

中國現(xiàn)階段正面臨著十分嚴峻的大氣污染問題,高濃度、大范圍的霧霾接連發(fā)生是大氣污染最突出的特點之一.長期暴露在高濃度的霧霾環(huán)境中會對人體造成不同程度的健康損害[1].在工業(yè)生產(chǎn)中,SO2和 NOx以氣體形式排放到大氣中,經(jīng)過一系列復雜的物理化學反應,生成硫酸鹽和硝酸鹽等,是二次PM2.5的主要來源[2-3].這些二次來源占到了 PM2.5總質(zhì)量濃度的 55.15%[4].因此,控制中國大氣 PM2.5的濃度,除了嚴格控制細微顆粒物排放量之外,還應該重視SO2和NOx的排放量[5].

治理大氣污染成為政府制定政策的重要要求之一,中國政府在 2013年 9月發(fā)布了《大氣污染防治計劃》[6],緊接著,在2016年12月,又發(fā)布了《“十三五”節(jié)能減排綜合工作方案》[7],此次明確提出了到2020年,全國SO2和NOx排放總量比 2015年分別下降 15%.地方政府針對中央的政策做出了積極的回應,制定了相應的區(qū)域減排政策,對重污染企業(yè)進行了一系列的關(guān)停整改措施.

理論上,一個部門直接或間接與其他經(jīng)濟部門在采購或銷售的中間環(huán)節(jié)發(fā)生的聯(lián)系,稱為行業(yè)關(guān)聯(lián),而通常用環(huán)境投入產(chǎn)出法對行業(yè)間關(guān)聯(lián)進行分析.近年來,國內(nèi)外大量學者基于投入產(chǎn)出理論,廣泛探究了行業(yè)間排放的關(guān)聯(lián)影響[8-16],研究揭示了大氣污染物和溫室氣體在產(chǎn)業(yè)鏈中的關(guān)聯(lián)性.但是由于行業(yè)間的關(guān)聯(lián),重點行業(yè)大氣污染減排的直接成本將通過價格傳導對不同行業(yè)的價格產(chǎn)生影響,從而對整個經(jīng)濟系統(tǒng)產(chǎn)生影響,目前對于由于產(chǎn)業(yè)關(guān)聯(lián)引起的減排成本行業(yè)轉(zhuǎn)移還缺乏深層次的定量研究.

國家多次出臺減排規(guī)定,特別是《“十三五”節(jié)能減排綜合工作方案》要求總量減少 15%的明確目標,如此嚴格的要求是否容易實現(xiàn)?是否在達到預期目標后會對經(jīng)濟造成影響?因此,本研究在行業(yè)關(guān)聯(lián)的背景下,采用投入產(chǎn)出模型和假設(shè)抽取法,計算各行業(yè)的需求排放、產(chǎn)出排放和凈轉(zhuǎn)移,識別出污染物凈輸出較大的重點行業(yè);此外,情景分析已經(jīng)廣泛應用于政策影響分析[17-19],特別是針對行業(yè)減排情況的情景分析和大氣污染物排放等方面進行了探究[20-24],本研究設(shè)定不同的重點行業(yè)減排情景,根據(jù)需求排放量的變化情況,得出重點行業(yè)的減排貢獻比,針對減排貢獻比最大的行業(yè)進行重點分析,采用價格傳導模型,計算減排成本通過行業(yè)關(guān)聯(lián)對其他行業(yè)價格影響的定量關(guān)系,分別從污染物排放和經(jīng)濟角度,綜合分析“十三五”減排目標的合理性,研究結(jié)果將為中國制定合理的行業(yè)減排政策提供科學支撐和政策參考.

1 數(shù)據(jù)與方法

本研究的方法框架如圖 1所示,順時針方向表示從投入產(chǎn)出法分析行業(yè)間價格關(guān)聯(lián),通過價格傳導影響系數(shù),關(guān)聯(lián)到各個行業(yè)產(chǎn)品價格;逆時針方向表示從假設(shè)抽取法分析行業(yè)間排放關(guān)系,以及重點行業(yè)采取減排措施后,減排成本或分攤到產(chǎn)品的價格上,進而影響經(jīng)濟市場.

圖1 方法框架Fig.1 The method

1.1 數(shù)據(jù)來源和處理

1.1.1 排放數(shù)據(jù) 當前,中國政府公布的污染物排放數(shù)據(jù)種類比較少,只有SO2、NOx、煙粉塵的數(shù)據(jù),本研究中以2014年中國各行業(yè)的SO2、NOx和煙粉塵的排放數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)進行分析,間接反映了 PM2.5的排放情況,并探究大氣污染物 SO2、NOx和煙粉塵在行業(yè)間排放的情況.2014年的排放數(shù)據(jù)摘自《中國環(huán)境統(tǒng)計年鑒2015》[25],此外,《中國環(huán)境統(tǒng)計年鑒》上缺少農(nóng)業(yè)、建筑業(yè)和服務業(yè)的排放數(shù)據(jù),本研究根據(jù)一次能源消耗量進行估算得到,定義所有行業(yè)的各類污染物排放總量與能源消費總量的比值,作為該種污染物的單位能源量排放平均值,根據(jù)《中國能源統(tǒng)計年鑒2015》[26]中查到農(nóng)業(yè)、建筑業(yè)和服務業(yè)的一次能源消耗量,乘上各類污染物的單位能源量排放平均值,得到估算值,即按照行業(yè)的平均水平估算 這三個行業(yè)的各類污染物排放量.

表1 23行業(yè)和縮寫Table 1 Industry and abbreviation

1.1.2 經(jīng)濟數(shù)據(jù) 本研究采用最新的2012年的中國行業(yè)投入產(chǎn)出表,來源于國家統(tǒng)計局.由于行業(yè)投入產(chǎn)出表每 5a左右更新一版,因此,在研究中采用的2012年行業(yè)投入產(chǎn)出表可以代表之后5a的情況.根據(jù)投入產(chǎn)出表的分類和排放統(tǒng)計數(shù)據(jù)的分類,結(jié)合行業(yè)排放數(shù)據(jù)的分類,本研究將中國的行業(yè)合并成了23個部門,見表1.

1.1.3 污染物強度 根據(jù)污染物數(shù)據(jù)和經(jīng)濟數(shù)據(jù),可得到污染物排放強度為:

式中:q表示行業(yè)直接排放強度,t/元; Q表示行業(yè)污染物排放量,t; x表示行業(yè)總產(chǎn)值,元.

1.2 投入產(chǎn)出法

列昂惕夫[27]將投入產(chǎn)出法進行了發(fā)展和完善,經(jīng)常被用于評估能源和國際貿(mào)易中污染物的轉(zhuǎn)移.投入產(chǎn)出模型的基本原理是(考慮n個經(jīng)濟部門):

式中:X是總產(chǎn)出矩陣;Y是最終需求矩陣;A是直接投入系數(shù)矩陣,顯示了所有部門之間的關(guān)系;I表示單位矩陣.L表示列昂惕夫逆矩陣.

在開放的經(jīng)濟體系,為了深入分析污染物排放,將直接消耗系數(shù)矩陣A分解為國內(nèi)和進口產(chǎn)品兩部分,Am是進口商品中間環(huán)節(jié)的直接消耗系數(shù)矩陣,Ad是國內(nèi)商品中間環(huán)節(jié)的直接消耗系數(shù)矩陣.M是進口商品額矩陣,E是出口商品額矩陣,因此,一個國家的總產(chǎn)出可以用公式(5)表示.

1.2.1 假設(shè)抽取法 假設(shè)抽取法(HEM)最早由Strassert于 1968年提出[28],后經(jīng) Schultz[29],Cella[30]和 Clements[31]等進行改進.其中,Schultz 1977年首次用假設(shè)抽取法分析工業(yè)結(jié)構(gòu)變化對經(jīng)濟的影響.假設(shè)抽取法是假設(shè)在一個經(jīng)濟體中,將某一個行業(yè)從整體行業(yè)中抽出來,將經(jīng)濟系統(tǒng)的實際生產(chǎn)結(jié)果與這個缺少某一個行業(yè)后新的經(jīng)濟系統(tǒng)生產(chǎn)結(jié)果進行比較,由此分析被抽取出來的這個行業(yè)對整個經(jīng)濟系統(tǒng)的影響程度.影響程度又可以進一步拆分為凈前項關(guān)聯(lián)項和凈后項關(guān)聯(lián)項,從而進行更深入的行業(yè)間關(guān)聯(lián)分析.基于假設(shè)抽取法的關(guān)聯(lián)分析方法已經(jīng)被國內(nèi)外眾多學者廣泛應用于水能行業(yè)[32-33],農(nóng)業(yè)分析[34]等方面,而在探究溫室氣體排放方面,中國[9-10],意大利[35]和非洲[36]等國家進行了較深入探究.本研究采用Duarte等[28]1968年提出的改進的假設(shè)抽取法,結(jié)合實際情況,將行業(yè)之間的關(guān)聯(lián)分為內(nèi)混排放(IME),凈后向關(guān)聯(lián)排放(NBLE)和凈前向關(guān)聯(lián)排放(NFLE)3個基本組成部分.與 HEM 相比,這種改進的HEM顯然可以進行更精確的研究.

1.2.2 基于假設(shè)抽取法的行業(yè)排放組成 凈后向關(guān)聯(lián)排放(NBLE)表示行業(yè) s的凈“排放進口”,即行業(yè) s從其他行業(yè)-s處獲取用于滿足本行業(yè)最終需求的排放量,凈前向關(guān)聯(lián)排放(NFLE)則是行業(yè) s的凈“排放出口”,即由行業(yè) s排出,被行業(yè)-s用于滿足本行業(yè)需求的排放量.

式中:qs代表行業(yè)s的直接排放強度;q-s代表除行業(yè)s以外的其他行業(yè)的直接排強度;ys表示行業(yè)s的最終需求;y-s表示除行業(yè)s以外的其他行業(yè)的最終需求;Δs,?s和 Δ?s,s由投入產(chǎn)出分析法中的列昂惕夫逆矩陣求出的,即:

根據(jù)作者之前的研究[5],定義了需求排放(DE)和產(chǎn)出排放(OE)兩個概念,用以表示行業(yè)間需求和產(chǎn)出之間的關(guān)聯(lián).DE表示用以滿足行業(yè)需求的總排放量,OE表示行業(yè)產(chǎn)出的總排放量,即行業(yè)的直接排放量.DE和OE具有以下關(guān)系:

OE和DE的差代表了行業(yè)s與其他行業(yè)-s之間的凈排放量,即凈轉(zhuǎn)移排放量(NTE).

由此,計算出各個行業(yè)的污染物凈轉(zhuǎn)移量,以此可以得到轉(zhuǎn)入行業(yè)(NTE<0)和轉(zhuǎn)出行業(yè)(NTE＞0).

1.3 投入產(chǎn)出價格傳導模型

通常,各部門商品的價格之間有著密切的聯(lián)系,某一商品價格變化會導致其他商品成本變化,從而引起商品的價格變化.利用投入產(chǎn)出價格傳導模型可以具體計算[37-38].

假設(shè)所有部門呈成本推動型,只有 k部門的價格變動Δpk,其余 n-1個部門價格變動為Δ pj( j ≠ k),Δpj由直接影響和間接影響兩部分組成,其中,直接影響表示為:

間接影響表示為:

因此,

引入矩陣:

式中:An?1為 A 矩陣去除 k行 k列,(n-1)×(n-1)矩陣; Ak'為A的k行元素去掉第k列元素,1×(n-1)矩陣行矩陣.則式(16)可以變?yōu)?

兩端都除以ΔPk,得到直接傳導影響系數(shù)為A',表示由于k部門產(chǎn)品價格變動后導致其余行k業(yè)產(chǎn)品的價格直接變動的定量關(guān)系.其次,間接傳導影響系數(shù)為 Δ Pn?1An?1/Δ Pk,則表示 k部門產(chǎn)品價格變動后,由于行業(yè)關(guān)聯(lián),其余行業(yè)產(chǎn)品的價格逐漸變動直到穩(wěn)定的定量關(guān)系.

式(17)繼續(xù)整理得到:

由此,定義其余行業(yè)產(chǎn)品價格相對于 k行業(yè)產(chǎn)品的價格影響系數(shù)為:

由此可計算一個部門價格變動引起其余部門價格產(chǎn)生連鎖反應.

1.4 減排情景設(shè)定

根據(jù)2016年12月中國政府頒布的“十三五”節(jié)能減排綜合工作方案,總體目標要求到2020年,全國SO2、NOx,排放總量都要比2015年下降15%.為促進低碳綠色化發(fā)展,針對重點行業(yè)減排設(shè)定情景,具體內(nèi)容如下:

(1)根據(jù)中國政府頒布的“十三五”節(jié)能減排綜合工作方案的要求,對現(xiàn)有的污染物數(shù)據(jù)進行減排計算,得出具體的減排目標.

(2)根據(jù)假設(shè)抽取法的分析,識別出污染物排放的重點行業(yè),對每個重點行業(yè)分別進行技術(shù)減排,設(shè)定為減排子情景.再對所有重點行業(yè)同時進行減排,設(shè)定為綜合減排情景,以此分析減排貢獻比等.

2 重點行業(yè)減排情景分析與價格傳導

2.1 現(xiàn)狀行業(yè)排放分析

2.1.1 產(chǎn)出排放和需求排放 由公式(11)可知,整體行業(yè)的產(chǎn)出排放和需求排放在總量上具有相等的關(guān)系.在2014年,23個行業(yè)共計排放SO2、NOx和煙粉塵分別為1889.1萬t、1569.5萬t和1511.9萬 t.由公式(9)和(10)計算得到,不同行業(yè)的產(chǎn)出排放和需求排放差異較顯著.計算結(jié)果如圖2所示.

SO2排放量最多的3個部門分別是電力熱力燃氣供應業(yè)、金屬礦采選及冶煉延壓業(yè)、服務業(yè),占SO2總排放量的63.40%.對于NOx,排放量前3的行業(yè)分別是電力熱力業(yè)的生產(chǎn)和供應業(yè)、非金屬礦制品業(yè)、服務業(yè),排放量占到了總量的76.39%.而對于煙粉塵,排放量前3的行業(yè)沒有服務業(yè),分別是金屬礦采選及冶煉延壓業(yè)、電力熱力燃氣供應業(yè)和非金屬礦制品業(yè),占總排放量的67.11%.

3種污染物的需求排放表現(xiàn)出一定的相似性,需求排放量最多的 3個行業(yè)均為建筑業(yè)、服務業(yè)、通用專用設(shè)備制造業(yè),這 3個行業(yè)的污染物排放量總和分別 3類污染物的比例為:53.23%(SO2)、55.99%(NOx)、56.72%(煙粉塵).服務業(yè)既是產(chǎn)出排放大的行業(yè),也是需求排放大的行業(yè),總體來看服務業(yè)的需求排放仍大大高于產(chǎn)出排放.

圖2 各行業(yè)需求排放和產(chǎn)出排放(SD代表煙粉塵)Fig.2 DE and OE from various sectors (SD stands for soot and dust)

2.1.2 凈轉(zhuǎn)移排放 為了進一步分析各個行業(yè)的大氣污染物轉(zhuǎn)移情況,達到控制大氣污染減排的目的,本節(jié)對各行業(yè)的凈轉(zhuǎn)移量進行分析,根據(jù)公式(12)的計算結(jié)果如圖3所示.

圖3 各行業(yè)的凈轉(zhuǎn)移情況Fig.3 NTE of various industries

建筑業(yè)是SO2、NOx和煙粉塵這3類污染物最大的凈輸入行業(yè),其余行業(yè)分別向建筑業(yè)轉(zhuǎn)移超過464萬t的SO2、442萬t的NOx和445萬t的煙粉塵.其次,服務業(yè)、通用專用設(shè)備制造業(yè)、交通運輸設(shè)備制造業(yè)和電氣機械及器材制造業(yè)都是這3類大氣污染物凈轉(zhuǎn)入量最主要的行業(yè).

電力熱力燃氣供應業(yè)(POW)、金屬礦采選及冶煉延壓業(yè)(METM)和非金屬礦制品業(yè)(NONP)是SO2、NOx和煙粉塵這3類污染物最主要的凈輸出行業(yè),分別向其余行業(yè)共輸出超過1013萬t的SO2、984萬t的NOx和893萬t的煙粉塵,以滿足整體行業(yè)經(jīng)濟發(fā)展的最終需求.因此,這3個行業(yè)是控制整個經(jīng)濟系統(tǒng)大氣污染排放的重點行業(yè).

2.2 重點行業(yè)減排情景分析

2.2.1 減排情景設(shè)定 5種減排情景設(shè)定的詳細內(nèi)容如表2所示.

2.2.2 重點行業(yè)減排結(jié)果分析 假設(shè)這 3個重點行業(yè)采取減排后,由于行業(yè)之間的關(guān)聯(lián),會對其他行業(yè)產(chǎn)生不同程度的減排影響.圖 4顯示在五種減排情景的條件下,各行業(yè)需求排放的減少量.在情景1下,各行業(yè)的大氣污染物均減少了15%,達到了節(jié)能減排工作方案的目標,情景3,4,5的減排量之和,即為情景2的減排量,情景2與情景1相比,SO2、NOx和煙粉塵這3種污染物的減排量分別達到了國家目標的 62.12%、72.65%和67.11%.

表2 減排情景設(shè)定Table 2 Emission scenarios

依次計算 3種污染物的減排子情景在綜合減排情景2中的減排貢獻比,如表3所示.在3個重點行業(yè)的減排情景中可以看出,電力熱力燃氣供應業(yè)對SO2和NOx的減排占有最主要的貢獻,而金屬礦采選及冶煉延壓業(yè)的減排對煙粉塵的減排貢獻最大,電力熱力燃氣供應業(yè)減排對煙粉塵的影響次之.綜合考慮3個行業(yè)的減排對3種污染物的影響可以得出,電力熱力燃氣供應業(yè)對大氣污染物的影響最為重要,因此,下文針對電力熱力燃氣供應業(yè)進行分析.

圖4 減排情景的需求排放減少量Fig.4 Reduction of DE in each scenarios

2.3 價格傳導影響

電力熱力燃氣供應業(yè)積極采取措施減少大氣污染物排放的同時,必然需要承擔額外的減排成本,如果減排成本直接加在其產(chǎn)品價格上,則電力熱力燃氣供應業(yè)漲價會導致電力熱力燃氣供應業(yè)的減排成本通過行業(yè)關(guān)聯(lián)分攤到其余行業(yè),其中,對電力需求大的部門將受到較大的影響.

根據(jù)式(20),分別計算出對各行業(yè)的價格傳導影響系數(shù),再分解為直接和間接價格傳導影響系數(shù).如圖5所示,電力熱力燃氣供應業(yè)產(chǎn)品價格對水生產(chǎn)和供應業(yè),金屬制品業(yè)產(chǎn)品,金屬礦采選及冶煉延壓業(yè)和非金屬礦制品業(yè)的價格影響較大,總價格傳導影響系數(shù)分別為:0.272, 0.151,0.148和0.131.其中,水生產(chǎn)和供應業(yè)對其價格的上漲最敏感,體現(xiàn)出了電力熱力燃氣供應業(yè)與水生產(chǎn)和供應業(yè)之間有很密切的內(nèi)部關(guān)聯(lián)性,水價受電價影響最大,而水價和電價的同時上漲會給工業(yè)生產(chǎn)和居民生活造成一定的影響.研究發(fā)現(xiàn),水生產(chǎn)和供應業(yè)、非金屬礦采選業(yè)、化石行業(yè)產(chǎn)品的價格,受電價直接影響的程度大于間接影響,說明這 3個行業(yè)對電力的需求較大,一旦電價漲價,將直接對本行業(yè)的產(chǎn)品價格造成較大影響,導致價格快速上漲.而對其他 19個行業(yè),則均表現(xiàn)出受電價直接影響的程度小于間接影響,說明這19個行業(yè)對電力的直接需求相對較小,電價上漲后,本行業(yè)的產(chǎn)品價格不會迅速漲價,而是隨著各個行業(yè)產(chǎn)品價格的變動,逐漸改變價格,最終達到一個穩(wěn)定的價格.

表3 綜合減排情景中各子情景減排貢獻比Table 3 Comprehensive emission reduction scenarios in each sub - scenario reduction contribution ratio

行業(yè)間價格傳導影響系數(shù)的整體變動趨勢和電力熱力燃氣供應業(yè)減排大氣污染物后,其余行業(yè)需求排放降低率的變化趨勢較為接近,尤其是水生產(chǎn)行業(yè),變動幅度最大,金屬制品業(yè)和非金屬礦采選業(yè)等行業(yè)次之.但也有一些行業(yè)規(guī)律不一致,例如非金屬礦制品業(yè)的價格影響系數(shù)較大而需求排放降低率卻較小.

因此,電力熱力燃氣供應業(yè),作為大氣污染物排放量最大的行業(yè),減排意義重大.

圖5 電力熱力燃氣供應業(yè)產(chǎn)品價格對其余行業(yè)產(chǎn)品價格傳導影響系數(shù)Fig.5 Price of the remaining industry product price impact coefficient

3 討論

2014 年,建筑業(yè)是 SO2、NOx和煙粉塵最大的金屬轉(zhuǎn)入行業(yè),其中,接受三個重點行業(yè)的轉(zhuǎn)出量分別為:381.34萬 t(SO2)、397.78萬 t(NOx)和385.12萬t(煙粉塵).其次,服務業(yè)和高新技術(shù)制造業(yè)也是污染物的主要凈轉(zhuǎn)入行業(yè).3大重污染行業(yè)(電力熱力燃氣供應業(yè)、非金屬礦制品業(yè)和金屬礦采選及冶煉延壓業(yè))排放出的 SO2、NOx和煙粉塵分別占到了排放總量的62.12%,72.65%和67.11%,遠遠高于這 3個行業(yè)的需求排放占比(SO28.44%,NOx9.92%,煙粉塵8.02%),而電力熱力燃氣供應業(yè)是 3個重點行業(yè)中影響最突出的行業(yè),電價對整體行業(yè)的價格影響系數(shù)較大,特別是對水價的影響系數(shù)最大(0.272),體現(xiàn)了水電行業(yè)之間存在較強的行業(yè)關(guān)聯(lián),而對其余行業(yè)的影響主要表現(xiàn)為間接影響.

2015 年,中國政府實施了“一帶一路”計劃,這將需要建設(shè)大量的基礎(chǔ)設(shè)施,為中國的重工業(yè)發(fā)展提供了新機遇.但近年來,中國的大氣質(zhì)量不斷惡化,在重工業(yè)發(fā)展的同時,更加需要重工業(yè)嚴格執(zhí)行節(jié)能減排的要求.電力熱力燃氣供應業(yè)作為減排的重點行業(yè),電能作為各個行業(yè)必不可缺的能源,電價的高低更是直接關(guān)系到各行業(yè)產(chǎn)品的成本,并反映在價格上.因此,加強電力熱力燃氣供應業(yè)節(jié)能減排監(jiān)管力度尤為重要.一方面需要明確電力熱力燃氣供應業(yè)減排責任,另一方面還需要健全節(jié)能減排考核體系,有效落實節(jié)能減排工作.除此之外,還需要對電價體制深化改革,利用行政手段加強對電價的管理,制定合理的減排成本分攤機制,才能更好地達到《“十三五”節(jié)能減排工作方案》的目標.

4 結(jié)論

4.1 重點行業(yè)同時減少15%的SO2、NOx和煙粉塵排放量后, 大氣污染物的減排量可以分別占到總減排量的 62.12%,72.65%和 67.11%,在重點行業(yè)實施減排措施后,不光能直接降低本行業(yè)的大氣污染物排放量,還能在行業(yè)關(guān)聯(lián)的作用下減少其余行業(yè)大氣污染物的排放量,達到較好的效果,促進“十三五”期間的減排目標.

4.2 減排成本會導致關(guān)聯(lián)行業(yè)產(chǎn)品漲價,如電價對水價的價格影響系數(shù)達到 0.272.因此,各行業(yè)的價格影響程度疊加后,將會造成物價上漲,從而加大減排政策執(zhí)行難度.

4.3 本文建議在制定減排方案時,應當區(qū)分出重點行業(yè),制定合適的減排方案,并結(jié)合價格的影響,給予合適的增值稅應納稅額按比例減少征收或價格補貼等政策,保障減排目標的實現(xiàn).

本文著重研究行業(yè)層面的大氣污染減排,但不同區(qū)域工業(yè)和經(jīng)濟發(fā)展水平差異較大, 大氣污染物重點行業(yè)減排的空間變化以及相應的價格傳導機制仍需要進一步研究.

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