典型工業(yè)化國家SO2排放影響因素分析及其對(duì)中國的啟示

李瑞萍, 王高尚, 王安建, 駱建華, 耿 諾

1)中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所, 北京 100037;

2)全國人民代表大會(huì)環(huán)境與資源保護(hù)委員會(huì), 北京 100034

典型工業(yè)化國家SO2排放影響因素分析及其對(duì)中國的啟示

李瑞萍1), 王高尚1), 王安建1), 駱建華2), 耿 諾1)

1)中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所, 北京 100037;

2)全國人民代表大會(huì)環(huán)境與資源保護(hù)委員會(huì), 北京 100034

通過美國100年來SO2排放趨勢(shì)分析, 對(duì)比日本、英國的相關(guān)數(shù)據(jù)資料, 發(fā)現(xiàn)SO2的排放與能源消費(fèi)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、環(huán)境政策以及環(huán)保技術(shù)進(jìn)步密切相關(guān): 經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變和能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整是SO2減排的關(guān)鍵因素, 環(huán)保政策和技術(shù)進(jìn)步是SO2減排的主要驅(qū)動(dòng)力。典型國家SO2排放強(qiáng)度曲線均呈倒“U”型, 符合環(huán)境庫茲涅茨曲線。SO2排放的拐點(diǎn)美國在人均GDP15000美元, 日本和英國在人均GDP9000～10000美元; 三個(gè)國家人均SO2排放強(qiáng)度的拐點(diǎn)在人均GDP5000～7000美元, 目前中國已經(jīng)越過人均SO2排放的頂點(diǎn)。在此基礎(chǔ)上本文提出了中國進(jìn)一步減排SO2的建議。

二氧化硫; 環(huán)境庫茲涅茨曲線; 經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu); 能源結(jié)構(gòu); 環(huán)保政策; 脫硫技術(shù)

美國、英國和日本在工業(yè)化進(jìn)程中, 都經(jīng)歷過大氣環(huán)境嚴(yán)重惡化, 酸雨頻頻發(fā)生, 湖泊、植被、土壤、建筑等生態(tài)環(huán)境及設(shè)施遭到嚴(yán)重破壞, 居民身體健康受到影響的狀況。如世界八大公害事件中有五件與大氣污染有關(guān), 其中美國洛杉磯光化學(xué)煙霧事件和多諾拉煙霧事件, 英國倫敦?zé)熿F事件、日本四日市哮喘病事件, 都與 SO2排放有密切相關(guān)。處于工業(yè)化階段的中國正面臨著巨大的大氣環(huán)境污染壓力, 2009年中國監(jiān)測(cè)的488個(gè)城市(縣)中, 出現(xiàn)酸雨的城市258個(gè), 占52.9%; 酸雨發(fā)生頻率在25%以上的城市有164個(gè), 占33.6%; 酸雨發(fā)生頻率在75%以上 的城市有53個(gè), 占10.9%(據(jù)2009年中國環(huán)境質(zhì)量公報(bào))。中國每年因酸雨和SO2污染對(duì)生態(tài)環(huán)境損害和人體健康影響造成的經(jīng)濟(jì)損失在1100億元人民幣左右(新華網(wǎng), 2004)。目前美、日、英、歐盟等在 SO2污染方面都得到了有效控制, 分析典型工業(yè)化國家的 SO2排放趨勢(shì), 總結(jié)有效的防控措施, 對(duì)中國的 SO2減排具有重要意義(王安建等, 2010; 王安建, 2010; 王高尚, 2010; 王高尚等, 2002; 劉占成等, 2010; 李曉明等, 2010)。

1992 年, 美國經(jīng)濟(jì)學(xué)家古斯曼(Grossman)和克魯格(Kureger)等提出了環(huán)境庫茲涅茨曲線 EKC (Environment Kuznets Curve)的假設(shè), 即環(huán)境污染會(huì)隨經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)而加重, 當(dāng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展到某一水平時(shí)環(huán)境污染程度達(dá)到最大, 之后隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展, 環(huán)境污染隨之下降, 環(huán)境質(zhì)量逐漸變好。近年來圍繞是否存在環(huán)境庫茲涅茨曲線展開了激烈的爭(zhēng)論(Stern, 1998, 2003; Stern et al., 2001; Moomaw et al., 1997; Kaufmann et al., 1998; Dijkgraaf et al., 1998; List et al., 1999; Bruyn, 1997)。一般認(rèn)為CO2排放與經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)呈線性關(guān)系, 不存在庫茲涅茨曲線(Shafik et al., 1992; Coondoo et al., 2002; Stern, 2003)。對(duì)于NOx、SO2, 許多人認(rèn)為是具有典型的倒 U 型結(jié)構(gòu), Shafik(1994), Selden et al. (1994), Panayotou(1993)等分析得出的曲線峰值分別為人均 GDP3700美元、8900美元和10700美元。而Grossman等(1992)利用世界衛(wèi)生組織和聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署的全球環(huán)境監(jiān)測(cè)體系中1977-1993年42個(gè)國家的二氧化硫數(shù)據(jù)分析了城市空氣污染與人均收入的關(guān)系, 發(fā)現(xiàn)兩者之間不存在倒U曲線關(guān)系, 而呈N型曲線關(guān)系, 其第一峰值和第二峰值點(diǎn)的人均收入分別為 4100美元和14000美元。

近年來國內(nèi)也對(duì)環(huán)境庫茲涅茨曲線開展了一些分析和驗(yàn)證, 主要集中在工業(yè)污染指標(biāo)上, 同樣也存在著很大爭(zhēng)議。馬樹才等(2006)認(rèn)為就中國而言,除了工業(yè)固體廢物以外, 工業(yè)廢水、廢棄物的 EKC關(guān)系并不存在。彭水軍等(2006)在對(duì)六類環(huán)境指標(biāo)進(jìn)行檢驗(yàn)認(rèn)為工業(yè)廢水排放、二氧化硫排放符合EKC,其他指標(biāo)不存在。之后楊萬平(2008)對(duì)這六類指標(biāo)建立了中國綜合環(huán)境污染模型, 認(rèn)為呈正“U”型。李周(2002)等則認(rèn)為中國處于EKC的上升階段?？偟膩碚f因采用樣本國家、地區(qū)、時(shí)間、樣本對(duì)象、數(shù)量的不同, 采用濃度數(shù)據(jù)和排放量數(shù)據(jù)的不同, 以及建立經(jīng)濟(jì)模型時(shí)選取的指標(biāo)不同, 造成了各家研究結(jié)果的分歧較大, 特別是中國, 由于統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)有限, 加上處于經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展階段, 很多環(huán)境指標(biāo)曲線的波動(dòng)容易產(chǎn)生一些誤解。

雖然環(huán)境庫茲涅茨曲線假說也還有待進(jìn)一步證實(shí), 但這些研究成果, 特別是完成工業(yè)化的發(fā)達(dá)國家無疑在某種程度上展現(xiàn)了工業(yè)化進(jìn)程中環(huán)境質(zhì)量變化的一些規(guī)律性特征, 對(duì)于正在進(jìn)行工業(yè)化的中國來說, 具有一定的啟示意義。本文選擇美國、英國、日本三個(gè)典型工業(yè)化國家, 分析其 SO2排放趨勢(shì), 探討其環(huán)境庫茲涅茨曲線的特點(diǎn), 結(jié)合美、日、英、歐盟減排經(jīng)驗(yàn), 分析經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)和能源結(jié)構(gòu)變化、政策制度的調(diào)整對(duì) SO2排放的影響, 力爭(zhēng)為中國SO2減排提供科學(xué)依據(jù)。

1 美、英、日SO2排放趨勢(shì)

經(jīng)過對(duì)美國環(huán)保局(EPA, www.epa.gov)、日本環(huán)保省(MOE)、聯(lián)合國氣候變化框架公約(UNFCCC, www.unfccc.int)、(英國國家大氣排放目錄, www.naei.org.uk)、美國經(jīng)濟(jì)咨商局(the Conference Board, www.conference-board.org)等網(wǎng)站大量有關(guān)數(shù)據(jù)的綜合分析處理, 作者繪制了相關(guān)趨勢(shì)曲線。

1.1 美國SO2排放趨勢(shì)

100年來美國SO2排放趨勢(shì)分兩個(gè)階段(圖1-1)。第一階段從 20世紀(jì)初至 70年代初的工業(yè)化階段,經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)、能源消費(fèi)、煤炭消費(fèi)、SO2排放量呈同步上升趨勢(shì), 隨經(jīng)濟(jì)發(fā)展的周期性波動(dòng), 能源消費(fèi)和SO2排放也有明顯的對(duì)應(yīng)關(guān)系, 在1973年SO2排放量達(dá)到峰值2882萬噸。第二階段從1973年之后, SO2排放量與經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)和能源消費(fèi)脫鉤, 呈持續(xù)下降趨勢(shì)。2008年SO2排放量下降到1037萬噸, 相比峰值下降達(dá)到 64%, 空氣中 SO2平均濃度僅為0.0034 ppm。

從美國SO2排放強(qiáng)度來看(圖1-2), SO2排放總量與人均 GDP呈典型的倒“U”型, 符合環(huán)境庫茲涅茨曲線(EKC)的假說。在工業(yè)化發(fā)展階段, SO2排放是隨經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)而加劇; 當(dāng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展達(dá)到一定水平后,進(jìn)入后工業(yè)化階段, 環(huán)境污染的程度逐漸減緩, 環(huán)境質(zhì)量逐漸得到改善。美國作為先期工業(yè)化國家的代表, SO2排放總量的環(huán)境拐點(diǎn)在人均GDP(GK美元)約為15000美元, 經(jīng)濟(jì)水平對(duì)應(yīng)的時(shí)間在70年代初,與早期工業(yè)化完成的時(shí)間吻合。而單位能耗的 SO2排放量與經(jīng)濟(jì)水平呈雙曲線關(guān)系, 隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展,排放強(qiáng)度快速下降, 當(dāng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展到一定階段, 排放強(qiáng)度下降趨勢(shì)減緩, 目前美國噸油當(dāng)量能耗排放SO2量約為4.5 kg。

圖1 美國能源—經(jīng)濟(jì)—環(huán)境排放相關(guān)趨勢(shì)Fig. 1 Energy-economy- SO2emission tendencies of USA

從人均 SO2的排放強(qiáng)度來看(圖 1-3), 與人均GDP呈倒勾型, 相對(duì)于總量與經(jīng)濟(jì)關(guān)系的曲線, 人均排放曲線上升期非常短, 拐點(diǎn)出現(xiàn)的更早。美國在人均GDP6000美元左右、人均SO2年排放量接近50 kg時(shí)出現(xiàn)拐點(diǎn), 2008年人均SO2排放量雖然下降到34.1 kg, 美國仍然是一個(gè)高能耗、人均排污較高的國家。單位GDP的排放強(qiáng)度曲線呈雙曲線型, 一直隨經(jīng)濟(jì)的發(fā)展在下降。而人均能耗與經(jīng)濟(jì)發(fā)展呈近線性,略有增長(zhǎng), 目前美國人均能耗約為7.1噸油當(dāng)量。

1.2 日本SO2排放趨勢(shì)

圖2 日本能源—經(jīng)濟(jì)—環(huán)境排放相關(guān)趨勢(shì)Fig. 2 Energy-economy- SO2emission tendencies of Japan

日本SO2排放在20世紀(jì)60年代以前與經(jīng)濟(jì)、能源消費(fèi)也呈一致上升趨勢(shì)(圖2-1), 在60年代中期達(dá)到峰值接近500萬噸, 之后經(jīng)歷了10年左右的平臺(tái)期, 開始與經(jīng)濟(jì)、能源消費(fèi)脫鉤出現(xiàn)下降, 目前日本 SO2排放量在 80萬噸左右, 相對(duì)峰值下降了約83%。

日本SO2排放量與人均GDP的曲線也呈明顯的倒“U”型(圖 2-2), 作為新興工業(yè)化國家的代表, 拐點(diǎn)在 9000～10000美元, 相比美國提前出現(xiàn)。而能源排放強(qiáng)度與美國類似, 呈雙曲線, 目前噸油當(dāng)量能耗排放SO2量約為1.6 kg, 遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于美國。

圖3 英國能源—經(jīng)濟(jì)—環(huán)境排放相關(guān)趨勢(shì)Fig. 3 Energy-economy- SO2emission tendencies of UK

人均 SO2的排放強(qiáng)度曲線也呈倒勾型(圖 2-3),拐點(diǎn)在7000美元左右, 人均SO2排放量在50 kg左右, 與美國接近。但隨后日本人均 SO2排放量快速下降, 目前僅有6 kg左右, 約為美國的1/6。日本人均能耗是隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展呈近線性上升的, 2008年為3.73噸油當(dāng)量, 約為美國的一半。

1.3 英國SO2排放趨勢(shì)

由于獲取英國 SO2排放數(shù)據(jù)有限, 僅能看到在完成工業(yè)化后60年代末期, SO2排放量已經(jīng)開始下降(圖 3-1)。而實(shí)際上英國在 60年代中期達(dá)到峰值超過 600萬噸, 之后開始與經(jīng)濟(jì)、能源消費(fèi)脫鉤出現(xiàn)下降, 2008年的排放量在512萬噸左右。

圖4 中國能源—經(jīng)濟(jì)—環(huán)境排放相關(guān)趨勢(shì)Fig. 4 Energy-economy- SO2emission tendencies of China

同樣由于數(shù)據(jù)有限, 圖3-2、3-3未能完整顯示,從趨勢(shì)規(guī)律推測(cè), 排放強(qiáng)度(圖 3-2)顯示了倒“U”后半段的下降部分, 拐點(diǎn)在 10000美元左右。能源排放強(qiáng)度與經(jīng)濟(jì)仍然是明顯的雙曲線關(guān)系, 目前噸油當(dāng)量能耗排放SO2量約為2.5 kg。人均SO2排放強(qiáng)度曲線也僅顯示了下降階段, 未能顯示拐點(diǎn), 目前人均SO2排放量約為8.4 kg, 比日本略高, 遠(yuǎn)低于美國。而人均能耗為 3.23噸油當(dāng)量, 為三個(gè)國家中最低的。

1.4 中國SO2排放趨勢(shì)

處于工業(yè)化階段的中國目前SO2排放世界第一,能源消耗2010年預(yù)計(jì)將超過美國成為第一, 污染物排放與能源消費(fèi)、經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)還處于一致的上升趨勢(shì)(圖4-1)。SO2排放量1991年為1622萬噸, 到2006年SO2排放量達(dá)到峰值2588.8萬噸, 近兩年為了達(dá)成“十一五”的環(huán)保目標(biāo), 在全國上下不懈努力下, SO2排放量出現(xiàn)下降, 2009年的排放量為2214.4萬噸。但仍然超過美、英、日三國排放總和, 也超過中國大氣環(huán)境容量近 1倍, 中國大氣環(huán)境形式依然嚴(yán)峻。

從與人均GDP的關(guān)系來看(圖4-2), SO2排放總量已經(jīng)具有出現(xiàn)拐點(diǎn)的趨勢(shì)。單位能耗排放 SO2與經(jīng)濟(jì)呈線性下降, 相對(duì)于發(fā)展階段和經(jīng)濟(jì)水平, 中國目前的排放量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于昔日的美、日、英, 但下降趨勢(shì)也一直很緩慢, 2007噸油當(dāng)量能源排放 SO2為12.6 kg, 這與美、英、日目前的4.5 kg、2.5 kg、1.6 kg的排放量還是有很大差距。

從圖4-3來看, 單位GDP的排放強(qiáng)度與美、英一致呈雙曲線形式。人均能耗的曲線呈近線性, 略有上升, 且目前 1.48噸油當(dāng)量的人均能耗, 遠(yuǎn)低于美、日、英。人均SO2排放強(qiáng)度曲線在人均GDP6000美元左右已經(jīng)出現(xiàn)拐點(diǎn), 相對(duì)日本更早出現(xiàn), 但目前我國人均SO2排放量約為16.6 kg, 雖然比美國低,仍高出英國1倍, 日本近2倍。

中國2008年的人均GDP為6075美元, 同美、日、英三國相比, 從經(jīng)濟(jì)狀況來說, 中國的環(huán)境拐點(diǎn)尚需一段時(shí)日, 但由于后工業(yè)化國家隨著社會(huì)發(fā)展、技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步、能效的提高, 環(huán)境拐點(diǎn)有提前的趨勢(shì), 日本相對(duì)美國提前了5000美元左右, 因此中國也可能進(jìn)一步提前實(shí)現(xiàn)環(huán)境拐點(diǎn)。人均排放和單位能耗的污染物排放也可以看出我們還存在很大差距, 要保證剛剛出現(xiàn)的拐點(diǎn)而不是轉(zhuǎn)變成繼續(xù)上升, 還需要做更大的努力。

2 SO2減排的影響因素分析

經(jīng)濟(jì)學(xué)家在對(duì)環(huán)境庫茲涅茨曲線中環(huán)境與人均收入的關(guān)系的解釋主要是圍繞三個(gè)方面: 經(jīng)濟(jì)規(guī)模效應(yīng)(scale effect)與結(jié)構(gòu)效應(yīng)(structure effect)、環(huán)境服務(wù)的需求和政府對(duì)環(huán)境污染的政策與規(guī)制。經(jīng)濟(jì)規(guī)模的不斷擴(kuò)大, 造成了經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)和資源的大量消耗, 廢棄物排放量也相應(yīng)增長(zhǎng), 使得環(huán)境質(zhì)量水平下降, 有人稱之為規(guī)模效應(yīng), 也就是EKC的上升階段。而當(dāng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展到更高的水平, 產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)進(jìn)一步升級(jí), 從能源密集型為主的重工業(yè)向服務(wù)業(yè)和技術(shù)密集型產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移時(shí), 環(huán)境污染減少, 這就是結(jié)構(gòu)變化對(duì)環(huán)境所產(chǎn)生的效應(yīng), 也就是結(jié)構(gòu)效應(yīng)。實(shí)際上,結(jié)構(gòu)效應(yīng)暗含著技術(shù)效應(yīng)結(jié)構(gòu)效應(yīng), 產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的升級(jí)需要有技術(shù)的支持。當(dāng)國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展到一定水平后, 民眾對(duì)環(huán)境質(zhì)量需求也在不斷提高, 隨著政府財(cái)力的增強(qiáng)和管理能力的加強(qiáng), 一系列環(huán)境法規(guī)的出臺(tái)與執(zhí)行, 單就政府對(duì)環(huán)境污染的治理能力而言,環(huán)境污染與收入水平的關(guān)系是單調(diào)遞減關(guān)系, 有人稱之為消除效應(yīng)。

下面通過分析美、日、英、歐盟減排過程中在結(jié)構(gòu)(包括了經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)、能源結(jié)構(gòu))、技術(shù)、政策的變化, 探討之間的關(guān)系與實(shí)際過程中的發(fā)揮的成效,剖析我國面臨的問題。

2.1 經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整

美國在20世紀(jì)60年代完成了經(jīng)典現(xiàn)代化。70年代以來, 美國發(fā)生信息革命和知識(shí)革命, 信息和高技術(shù)產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展, 率先進(jìn)入第二次現(xiàn)代化階段。羅斯托教授稱之為“追求生活質(zhì)量階段”, 貝爾教授稱之為“后工業(yè)社會(huì)階段”, 殷根哈特教授稱之為“后現(xiàn)代化階段”(或后現(xiàn)代社會(huì)), 新型服務(wù)業(yè)和信息處理業(yè)逐步取代傳統(tǒng)工業(yè)基礎(chǔ)中的舊支柱(中國現(xiàn)代化戰(zhàn)略研究課題組, 2004)。美國經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)也隨之發(fā)生重大改變, 制造業(yè)比重從五六十年的 40%以上下降到1970年的33% 和80年代的不足30%, 2000年下降到24%, 2000年的服務(wù)業(yè)增加到75%。經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變同時(shí), 得到了快速發(fā)展, 能源效率大大提高, 2000年 GDP可比價(jià)相對(duì) 1950年增長(zhǎng)448.7%, 而能源消費(fèi)量相對(duì)僅增長(zhǎng)185%。

日本在 1950年后的 20多年里, 經(jīng)濟(jì)持續(xù)高速增長(zhǎng), 但第二產(chǎn)業(yè)卻在 70年代初達(dá)到頂峰 43.1%,隨后才開始下降, 1999年下降到28.1%, 此時(shí)第三產(chǎn)業(yè)增長(zhǎng)到70.5%。從圖2我們也可以看出, 經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的調(diào)整發(fā)揮作用是在 70年代初期第二產(chǎn)業(yè)比例開始下降, 第三產(chǎn)業(yè)上升之后, SO2排放量也是在這一時(shí)期開始快速下降。相對(duì)于1970年, 2000年 GDP增長(zhǎng)了166%, 能源消費(fèi)量?jī)H增長(zhǎng)了99%。

圖5 日本、歐盟SO2減排影響因素分析(Larssen et al, 2003; Toshihiko, 2006)Fig. 5 Factor analysis for reduction of SO2emission in Japan and EU(after Larssen et al., 2003; Toshihiko, 2006)

英國同樣在完成工業(yè)化階段前后, 經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)發(fā)生了巨大改變。第二產(chǎn)業(yè)從1975年的42.3%下降到2002年的 23.3%, 同時(shí)第三產(chǎn)業(yè)從 54.9%增長(zhǎng)到70.9%。從1960到2000年GDP增長(zhǎng)237.7%, 能源消費(fèi)量?jī)H增長(zhǎng)了41%。

經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變, 使得單位能耗快速降低, 能源效率大大提高。工業(yè)化向后工業(yè)化的過渡是能源資源消費(fèi)趨緩, 環(huán)境壓力降低的一個(gè)客觀背景。

中國第二產(chǎn)業(yè)在80年代經(jīng)歷了短暫的下降, 90年代又開始上升, 2008年占到48.6%, 第三產(chǎn)業(yè)比重雖然一直在增加, 但 2008年僅有 40.1%, 中國仍處于工業(yè)化階段, 高能耗是本階段的特點(diǎn), 也是環(huán)境污染排放的快速增長(zhǎng)期, 這是一個(gè)對(duì)環(huán)境非常不利而暫時(shí)又無法克服的因素。

2.2 能源結(jié)構(gòu)調(diào)整、提高能效

二氧化硫主要源于含硫化石能源的燃燒, 尤其是含硫煤。經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展離不開能源的大量消耗,能源消耗必然導(dǎo)致大量 SO2的產(chǎn)生。因此在經(jīng)濟(jì)的發(fā)展過程中, 能源尤其是煤炭的使用量對(duì) SO2產(chǎn)生量起著關(guān)鍵作用, 特別是在大量消耗能源的工業(yè)化階段。能源結(jié)構(gòu)調(diào)整、能效的提高是降低環(huán)境壓力的關(guān)鍵因素。

美國是能源消費(fèi)量最大的國家, 也是歷史上煤炭消費(fèi)量曾經(jīng)最多的國家。在美國, 近 90%的 SO2的來自能源燃燒, 其中煤炭占到70%以上。20世紀(jì)50年代以前, 煤炭在美國能源結(jié)構(gòu)中的比例達(dá)50%～70%。五六十年代, 美國能源結(jié)構(gòu)發(fā)生快速調(diào)整。1960年, 煤炭比例降低到24%, 2009年為22.4%。與此同時(shí), 天然氣、石油、核能有很大的發(fā)展, 核電比重從1960 年的0.01%增至2009 年的9.9%(圖6)。經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變、以及能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整、能耗的降低, 使得美國經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的同時(shí), SO2排放得到控制。

日本在控制 SO2的排放過程中, 能源結(jié)構(gòu)也發(fā)生了巨大的改變(圖 6)。能源結(jié)構(gòu)中煤炭的比例從1955年的47.2%迅速下降到1975的16.4%, 而石油的比例從17.6%增加到73.4%。近些年更是大力發(fā)展核能、太陽能等清潔能源及可再生能源。2008年煤炭占的比例在21.5%, 石油下降到42.6%, 天然氣和其他清潔能源占到近 40%。從減排影響因素分析圖(圖 5)中可以看到, 上世紀(jì) 60-70年代的十幾年間,日本 SO2排放量幾乎沒有增長(zhǎng), 主要得益于能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整。在之后控制 SO2排放的過程中, 能源結(jié)構(gòu)調(diào)整也始終發(fā)揮著重要作用(Toshihiko, 2006)。英國能源結(jié)構(gòu)同樣也經(jīng)歷了巨大調(diào)整和能效的提高(圖6)。一次能源消費(fèi)中, 煤炭從1960占72%下降到 2009年的 15%。與此同時(shí), 清潔能源快速發(fā)展, 2009年核能占9%, 天然氣約40%, 水能和其它再生能源占 3.5%左右, 清潔能源比例超過一半。英國從1960到2008年GDP增長(zhǎng)了221%, 能源消費(fèi)量?jī)H增長(zhǎng)了31%, 而煤炭消費(fèi)量卻下降了69%。

2002年歐盟國家核能占總消費(fèi)能源的 33%(其中法國核能比例最高, 占 77%), 天然氣占 17%, 水能和其它和再生能源占 19%, 而對(duì)環(huán)境污染較大的煤炭和石油分別占 25%和 6%, 清潔能源比例占到69%。從影響因素分析(圖 5)中可以看出, 即使在近些年, 能源結(jié)構(gòu)比例中煤炭的比例已經(jīng)很低, 能源結(jié)構(gòu)調(diào)整以及新能源對(duì) SO2排放控制中仍發(fā)揮很大的作用(Larssen et al., 2003)。

圖6 中國和典型工業(yè)化國家能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)Fig. 6 Energy consumption structure of typical industrialized countries

2007年中國能源結(jié)構(gòu)中煤炭占到 65.7%, 原油18.2%, 清潔能源不足20%。我國能源結(jié)構(gòu)中煤炭比例不僅高, 絕對(duì)量也大, 2007年煤炭消費(fèi)量就達(dá)25.8億噸標(biāo)煤。目前我國單位能耗排放SO2量分別約為美、英、日的2.8倍、5.0倍、7.9倍, 以煤為主的能源結(jié)構(gòu), 能源效率不高, 成為制約我國大氣環(huán)境改善的根本因素。這成為我國必須克服的關(guān)鍵問題。

2.3 技術(shù)進(jìn)步

經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展以及政策的推動(dòng), 共同促進(jìn)了脫硫技術(shù)的進(jìn)步, 使其成為SO2減排的主要驅(qū)動(dòng)力。美國政府在1977年CAA修正案要求所有火電廠必須安裝脫硫設(shè)施, 促進(jìn)了干法氣體脫硫裝置和濕法氣體脫硫裝置等技術(shù)的發(fā)展, 近幾十年來還發(fā)展了半干法、催化還原法、自催化自氧化還原法、催化氧化法、電化學(xué)脫硫技術(shù)、等離子體技術(shù)、海水脫硫等新工藝、新技術(shù), 使得美國能單位能耗 SO2排放量不斷下降。另外美國要求ID級(jí)燃料含硫量標(biāo)準(zhǔn)從1985年的0.26%降到1994年的小于0.05%,促進(jìn)了煉油廠低硫柴油項(xiàng)目的研究。尤其是2000年高速公路用油標(biāo)準(zhǔn)含硫降到15 ppm, 煉油廠用新的技術(shù)提煉超低硫柴油, 這一措施的實(shí)施, 使用柴油的汽車 SO2排放降低了約 75%。另外隨著科技發(fā)展, 燃油機(jī)車和電力機(jī)車不斷更新, 在 1940年到 1970年間燃煤火車機(jī)車基本被替換, 使得這部分 SO2排放降低了99%。

在日本、英國以及歐盟, 技術(shù)進(jìn)步也在 SO2排放量控制過程中發(fā)揮了巨大作用。根據(jù)日本環(huán)保部門(MOE)對(duì)日本SO2減排因素分析(圖5), 除了經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整、能源結(jié)構(gòu)調(diào)整和能源效率的提高對(duì) SO2減排起到關(guān)鍵作用外, 煙氣脫硫設(shè)施(FGD)的采用也是重要影響因素之一。EEA對(duì)歐盟15個(gè)國家發(fā)電廠SO2排放量降低的因素分析(圖5), 1990年至1999年期間歐盟電力生產(chǎn)增長(zhǎng)了16%, SO2的排放量卻下降了 60%左右。除了能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化和效率的提高,以及核能和可再生能源起到一定作用外, FGD以及低硫能源的推廣對(duì) SO2減排的貢獻(xiàn)越來越大, 目前起到最主要的作用(李錚, 2002)。

由于我國在短期內(nèi)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、能源結(jié)構(gòu)難以實(shí)現(xiàn)大幅度調(diào)整。在后現(xiàn)代社會(huì), 技術(shù)進(jìn)步是實(shí)現(xiàn)環(huán)境拐點(diǎn)提前的關(guān)鍵因素之一, 因此要控制 SO2排放,必須在脫硫設(shè)施和技術(shù)上更下功夫。中國近年來脫硫技術(shù)有很大的改進(jìn), 有些技術(shù)達(dá)到國際領(lǐng)先水平,已經(jīng)顯示一些成效, SO2排放量近三年已經(jīng)持續(xù)下降。但目前存在兩個(gè)關(guān)鍵問題, 一是脫硫設(shè)施還不足, 如占我國 SO2排放量一半的火電行業(yè), 截至2008年底, 全國安裝煙氣脫硫機(jī)組總?cè)萘考s3.79億千瓦, 占全國煤電機(jī)組裝機(jī)容量的 66%。另一方面脫硫方面法律約束力不夠強(qiáng)等, 如 2007年約有38.1%的脫硫裝機(jī)容量沒有運(yùn)行或者沒有穩(wěn)定運(yùn)行(王圣等, 2010), 這些因素制約了脫硫技術(shù)在我國控制SO2方面的效果。

2.4 政策調(diào)控

雖然在各國 SO2減排影響因素圖中沒有直接的政策所帶來的影響, 但強(qiáng)有力的環(huán)保政策和機(jī)制體出現(xiàn)在每個(gè)影響因素中。沒有法律政策的宏觀調(diào)控以及法律強(qiáng)制力, 經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)和能源結(jié)構(gòu)難以快速轉(zhuǎn)變, 企業(yè)如不自主安裝并改進(jìn)脫硫設(shè)施, 脫硫技術(shù)難以快速發(fā)展, 強(qiáng)有力的環(huán)保政策是 SO2減排的最重要的保障。

以美國為例, 美國是環(huán)境法比較完善的國家之一, 從第一部關(guān)于空氣污染的法律——《1955年空氣污染控制法》開始, 先后又出臺(tái)了《1960年空氣污染控制法》、《1963年清潔空氣法》、《1965年機(jī)動(dòng)車空氣污染控制法》、《1967年空氣質(zhì)量法》。然而由于缺少法律強(qiáng)制力, 以及州政府和聯(lián)邦政府在標(biāo)準(zhǔn)和執(zhí)法等問題上存在較大的矛盾, 早期的上述各項(xiàng)立法都未能有效地控制和消除美國的空氣污染。1970年12月美國環(huán)保局(EPA)宣告成立, 31日通過了具有劃時(shí)代意義的《清潔空氣法》, 建立了“國家環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)”(NAAQS), 1971年又出臺(tái)了新污染源施 行標(biāo)準(zhǔn)(NSPS), 要求所有新的煤電電廠排放SO2量不得超過1.2 p/Btus, 當(dāng)時(shí)大部分新企業(yè)都采用低硫煤來應(yīng)對(duì)。1977年修正案加強(qiáng) 了對(duì)清潔區(qū)和未達(dá)標(biāo)地區(qū)的空氣污染控制, 火電廠的控制, 要求在滿足以前條件的同時(shí), 即使使用低硫煤也必須使用凈化設(shè)備。1990年見于美國 CAA第四部分修正案的酸雨計(jì)劃, 主要控制大型煤動(dòng)力及石油動(dòng)力的能源企業(yè)的 SO2排放, 要求發(fā)電廠 SO2排放量到2010年下降50%以上(相對(duì)于1980年排放量), 達(dá)到排放量 895萬噸的目標(biāo)。該計(jì)劃明確規(guī)定通過電力行業(yè)實(shí)施 SO2排放總量控制和交易政策, 通過市場(chǎng)機(jī)制來實(shí)現(xiàn) SO2的減排。這一措施強(qiáng)化各電廠的減排動(dòng)力, 在排污權(quán)交易激勵(lì)下, 所有受控電廠紛紛采用了各種各樣的減排手段, 在酸雨計(jì)劃實(shí)施的第一年, 這些企業(yè)SO2排放量就降低了40%, 從7.4百萬噸下降到 4.5百萬噸。美國東部地區(qū)雨水酸度也下降了10%～25%。在酸雨計(jì)劃實(shí)施的10年間, 發(fā)電企業(yè)SO2年排放量減少了5百萬噸, 下降了34%。

中國的《大氣污染防治法》于1987年正式實(shí)施。1995年第一次修訂案, 提出劃定酸雨控制區(qū)和二氧化硫污染控制區(qū)(即兩控區(qū))的要求。2000年再次修訂《大氣污染防治法》, 明確了排污收費(fèi)、超標(biāo)違法的原則。1996年修訂的《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》第一次提出二氧化硫排放濃度限值。2002發(fā)布《燃煤二氧化硫排放污染防治技術(shù)政策》, 第五部分專門提出火電廠鍋爐二氧化硫防治技術(shù)路線。2003新修訂的《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》, 煙塵、二氧化硫、氮氧化物排放限值都進(jìn)一步加嚴(yán)。2003年國務(wù)院發(fā)布《排污費(fèi)征收使用管理?xiàng)l例》。這個(gè)階段雖然法律法規(guī)數(shù)量并不少, 制定的標(biāo)準(zhǔn)與其他國家標(biāo)準(zhǔn)差不多, SO2一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)甚至更為嚴(yán)格,卻未達(dá)到預(yù)期的效果。主要原因在于我國環(huán)保法律對(duì)制定標(biāo)準(zhǔn)做了規(guī)定, 卻十分缺少如何實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)的法律規(guī)范。美國的環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)具有法規(guī)的地位, 而在我國將標(biāo)準(zhǔn)定義為“統(tǒng)一的技術(shù)要求”、“有關(guān)部門協(xié)商一致的產(chǎn)物”, 將環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)與一般產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)等同看待。當(dāng)然中國在環(huán)境法規(guī)政策方面也在不斷的提高和完善, 2009年環(huán)境保護(hù)部組織修訂《大氣污染防治法(修訂草案)》, 在總量控制、排污許可證管理、機(jī)動(dòng)車環(huán)境管理以及處罰力度上均有重大調(diào)整。

在排污權(quán)交易市場(chǎng)機(jī)制方面中國也進(jìn)行了不斷的探索, 1990年國家環(huán)境保護(hù)局在16個(gè)城市進(jìn)行了發(fā)放大氣排污許可證的試點(diǎn)工作。在此基礎(chǔ)上, 1991年選擇了 6個(gè)城市進(jìn)行大氣排污交易政策實(shí)施的試點(diǎn), 2002年國務(wù)院批準(zhǔn)實(shí)施的《兩控區(qū)酸雨和二氧化硫污染防治“十五”計(jì)劃》明確提出, 在兩控區(qū)內(nèi)實(shí)行二氧化硫排放總量控制和排污許可證制度。近些年還開展了與美國環(huán)保局合作, 在全國范圍內(nèi)進(jìn)行二氧化硫總量控制與排污權(quán)交易培訓(xùn)工作, 以及試點(diǎn)示范工作。但適應(yīng)國情的排污交易市場(chǎng)機(jī)制尚未真正建立, 還面臨著來自法律法規(guī)、行政、企業(yè)、環(huán)保觀念等多方面的阻力, 排放監(jiān)測(cè)和監(jiān)管能力不足、配套設(shè)施不健全等一系列問題, 還需要不斷的提高完善。

3 主要認(rèn)識(shí)與結(jié)論

(1) 美、日、英3個(gè)國家SO2排放量與人均GDP的曲線呈倒“U”型, 符合環(huán)境庫茲涅茨曲線, 當(dāng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展到一定水平, 經(jīng)濟(jì)與環(huán)境兩者的拐點(diǎn)才會(huì)出現(xiàn)。美國在人均GDP約15000美元, 日本、英國約在9000～10000美元。

(2) 能源結(jié)構(gòu)調(diào)整和能效的提高是減排 SO2的關(guān)鍵因素。能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整使煤炭在能源比例中的降低, 甚至絕對(duì)消費(fèi)量的減少, 直接決定著 SO2的產(chǎn)生量多少, 也是影響SO2減排的關(guān)鍵。

(3) 脫硫技術(shù)的進(jìn)步與脫硫設(shè)備的配套在 SO2排放量的控制中起著越來越重要的作用。在后工業(yè)化社會(huì), 經(jīng)濟(jì)、能源結(jié)構(gòu)調(diào)整余地很小, 脫硫技術(shù)就起到了最關(guān)鍵的作用。

(4) 環(huán)境政策的法律強(qiáng)制力是 SO2減排的有力保障。同樣法律的靈活性、激勵(lì)機(jī)制以及懲罰機(jī)制、特別是有效的市場(chǎng)機(jī)制同樣影響著控制 SO2排放的效果。

(5) 對(duì)于中國, 目前還處于工業(yè)化快速發(fā)展階段, 面臨著四個(gè)基本問題: 經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)模式、能源結(jié)構(gòu)、污染治理能力和環(huán)境管理能力。從發(fā)達(dá)國家的歷史經(jīng)驗(yàn)來看, 要實(shí)現(xiàn) SO2排放量降低的目標(biāo), 使環(huán)境拐點(diǎn)提前來臨, 一方面要提倡環(huán)保節(jié)能理念,努力降低能耗, 同時(shí)要加大資金投入, 提高脫硫技術(shù)水平和設(shè)施運(yùn)行效率, 不斷加強(qiáng)環(huán)境監(jiān)管能力,運(yùn)用市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的手段, 探索符合我國國情的行之有效的環(huán)境管理機(jī)制。另一方面要鼓勵(lì)初級(jí)產(chǎn)業(yè)外移,利用資源的全球配置, 促進(jìn)資源經(jīng)濟(jì)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展。最后還要加強(qiáng)NOx、PM、Hg等綜合污染防治工作。

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Factor Analysis of SO2Emission Trend in Typical Industrialized Countries and Its Revelation to China

LI Rui-ping1), WANG Gao-shang1), WANG An-jian1), LUO Jian-hua2), GENG Nuo1)
1) Institute of Mineral Resources, Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing 100037;
2) Environmental Protection & Resources Conservation Committee, National People’s Congress, Beijing 100034

Based on the data of sulfur dioxide emissions and economic development, this paper summarized the trend of pollutions in the USA, Japan, the UK and China. By analyzing the change of legislation on environmental protection and the development of Flue Gas Desulfurization(FGD) in the USA in comparison with the related data obtained from Japan, the United Kingdom and the European Union, the authors have found that SO2emissions are closely related to such factors as energy resource consumption, economic development, environment policy and progress of environment protection technology. Transformation of economic structure and energy structure are key factors responsible for the reduction of pollution, while innovation policies and technological progress are the driving force for reduction of SO2emissions. SO2emission intensity curves show typical inverted "U" shape in all three countries, and the turning points of GDP per capita are about $9000 to $10000 in Japan and the UK, and about $15,000 in the USA. The turning point of SO2emission intensity for GDP per capita is about $5000-7000. Therefore, China has surpassed the peak. At last, the authors put forward some proposals concerning the attaining of the environmental protection target in China.

sulfur dioxide; Environmental Kuznets Curves(EKC); economic structure; energy structure; environmental protection policy; desulfurization technology

X50; F113.4

A

1006-3021(2010)05-749-10

本文由發(fā)改委、財(cái)政部、國資委“中國環(huán)境污染零增長(zhǎng)戰(zhàn)略研究”課題、中央級(jí)公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)專項(xiàng)資金(編號(hào): K0905)聯(lián)合資助。

2010-07-20; 改回日期: 2010-08-30。

李瑞萍, 女, 1980年生。博士, 助研。主要從事礦山環(huán)境和資源環(huán)境戰(zhàn)略研究。通訊地址: 100037, 北京市西城區(qū)百萬莊大街26號(hào)中國地質(zhì)科學(xué)院戰(zhàn)略中心。E-mail: ruipinglee@gmail.com。

王安建, 男, 1953年生。教授。主要從事礦床學(xué)、資源經(jīng)濟(jì)與資源環(huán)境戰(zhàn)略研究。E-mail: ajwang@cags.ac.cn。