王 先,靳赟昊,夏 鈺
(河南省資源環(huán)境調查三院,河南 鄭州 450000)
煤炭工業(yè)是典型的高碳能源產(chǎn)業(yè),發(fā)展以煤為基礎的產(chǎn)業(yè)鏈是充分挖掘資源利用價值,促進節(jié)能減排,實現(xiàn)低碳經(jīng)濟發(fā)展的重要途徑之一。因此,如何綜合反映煤炭產(chǎn)業(yè)鏈低碳經(jīng)濟的效率和成效,以便及時修正、優(yōu)化產(chǎn)業(yè)鏈,對于煤炭產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)低碳發(fā)展有著重要促進作用。其中煤—電—化產(chǎn)業(yè)鏈在煤炭產(chǎn)業(yè)鏈中占有較大比重,且是我國煤炭工業(yè)“十三五”規(guī)劃中政府關注的重點發(fā)展產(chǎn)業(yè)鏈之一,同時也是煤炭工業(yè)中能源消耗和碳排放較多的產(chǎn)業(yè)鏈。因此,如何運用運用適當?shù)难芯糠椒ê脱芯抗ぞ?,實現(xiàn)對煤—電—化產(chǎn)業(yè)鏈低碳經(jīng)濟發(fā)展狀況的進行科學的刻畫和測量,以推動我國煤—電—化產(chǎn)業(yè)鏈乃至其他煤炭產(chǎn)業(yè)鏈的低碳可持續(xù)發(fā)展具有重要的研究意義[1-2]。
對煤—電—化產(chǎn)業(yè)鏈或類似產(chǎn)業(yè)的低碳水平評價,目前學者主要從以下幾個方面進行了探索和研究:①運用包絡分析方法(DEA)等方法,對產(chǎn)業(yè)鏈能源效率進行評價。王志宏等[3]籍數(shù)據(jù)包絡分析法構建了煤炭產(chǎn)業(yè)鏈效率評價方法;郭曉玲等[4]提出了行業(yè)完全能源效率的概念,綜合投入產(chǎn)出模型和數(shù)據(jù)包絡方法建立了能源效率評價模型。②建立相關評價指標體系,對系統(tǒng)進行低碳綜合評價。吳玉萍等[5]構建了煤炭產(chǎn)業(yè)鏈低碳評價指標體系,并以煤—電—化產(chǎn)業(yè)鏈為例對其低碳發(fā)展模式進行了深入分析;李朋林等[6]構建了包括低碳開采、低碳文化等5個方面的評價指標體系,運用AHP-熵權組合方法對典型煤炭企業(yè)低碳經(jīng)濟發(fā)展水平進行了分析。③運用物質流分析法或生命周期法,對產(chǎn)業(yè)鏈碳排放或碳足跡情形進行分析。王曉琳等[7]運用碳足跡分析方法和過程分析法對盤江集團碳排放情形進行了分析;劉韻等[8]采用生命周期法對某燃煤電廠的碳足跡分步進行了評估;李金克等[9]利用生命周期法核算了煤炭循環(huán)經(jīng)濟工業(yè)園區(qū)的碳排放足跡,并對碳減排潛力進行了估計。④從生態(tài)文明的角度出發(fā),對整個系統(tǒng)的生態(tài)或環(huán)境狀況進行評估。王幫俊等[10]構建了基于GEM的雙因素評價模型,對煤炭產(chǎn)業(yè)鏈延伸的環(huán)境影響因素進行了評估;母愛英等[11]從循環(huán)經(jīng)濟視角,對煤炭生態(tài)產(chǎn)業(yè)鏈等若干區(qū)域生態(tài)產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展進行了評估。
從前人研究的成果來看,針對煤炭具體產(chǎn)業(yè)鏈低碳發(fā)展模式的研究不多,且在研究內(nèi)容上有待于進一步深化。為此,論文借鑒相關研究的基礎上,從局部和整體2個角度著手,對煤—電—化這一典型煤炭產(chǎn)業(yè)鏈的碳排放情形和產(chǎn)業(yè)鏈整體碳排放水平進行評價,以科學反映煤—電—化產(chǎn)業(yè)鏈低碳經(jīng)濟現(xiàn)狀并提出相應優(yōu)化改進措施。
煤—電—化產(chǎn)業(yè)鏈是在煤炭產(chǎn)品深加工過程中以發(fā)展煉焦和煤化工產(chǎn)業(yè)為主要方向的產(chǎn)業(yè)鏈模式,煤—電—化產(chǎn)業(yè)鏈的一般生產(chǎn)流程如圖1所示。
圖1 煤—電—化產(chǎn)業(yè)鏈一般生產(chǎn)流程Fig.1 General production flow chart of coal-electric-chemical industry chain
目前進行碳足跡分析主要使用的方法有2種,①自下而上的基于生命周期的過程分析法;②自上而下的投入產(chǎn)出分析法[12-13]。盡管方法有不同,但二者建立的基礎都是生命周期評價基本原理。鑒于煤—電—化產(chǎn)業(yè)鏈產(chǎn)品結構較簡單,生產(chǎn)流程明確,屬于中微觀系統(tǒng),使用過程分析法即能清楚地得知產(chǎn)業(yè)鏈的不同環(huán)節(jié)及其整體的碳足跡情形,且詳細的過程分析能明確能源流、物料流及碳流的確切流向。因此,本文選用基于生命周期的過程分析法進行煤炭產(chǎn)業(yè)鏈的碳足跡評價。
本文對煤—電—化產(chǎn)業(yè)鏈的低碳評價指標的選取,采取縱向和橫向2條路徑相結合的辦法:①結合產(chǎn)業(yè)鏈的一般生產(chǎn)流程選取與產(chǎn)業(yè)鏈生產(chǎn)規(guī)模和綜合利用過程有關的低碳評價指標并加以篩選,此即縱向路徑;②根據(jù)產(chǎn)業(yè)鏈運轉的橫向擴散,對與產(chǎn)業(yè)鏈的所有生產(chǎn)環(huán)節(jié)相關的低碳理念、低碳制度、資金和技術支持等指標進行確定,此即橫向路徑。
在指標選取過程中,考慮到數(shù)據(jù)可等性和指標與研究目標的關聯(lián)度并結煤炭企業(yè)區(qū)位現(xiàn)狀,可酌情對部分指標進行處理。以河南焦煤集團為例,由于焦作地下水資源比較豐富,焦煤集團用水均為地下抽取,幾乎不存在成本問題,可將產(chǎn)業(yè)鏈綜合水耗指標忽略不計;又如粉煤灰等固體廢棄物的綜合利用情況不屬于煤—電—化產(chǎn)業(yè)鏈的生產(chǎn)范疇,因此亦可不考慮在內(nèi)。最終建立的煤—電—化產(chǎn)業(yè)鏈低碳評價指標體系(表1)。
表1 煤—電—化產(chǎn)業(yè)鏈低碳評價指標體系Tab.1 Low carbon evaluation index system of coal-electric-chemical industry chain
在上述指標體系中,有幾個指標的含義和計算需要特別做出說明和解釋:①產(chǎn)業(yè)鏈總產(chǎn)值。指單位生命周期內(nèi)(一般為1年)某生產(chǎn)單位或產(chǎn)業(yè)鏈所產(chǎn)出的產(chǎn)值總額。本文指產(chǎn)業(yè)鏈產(chǎn)出的精煤和燒堿2種產(chǎn)品的產(chǎn)值之和,電力產(chǎn)品因其同時又是鹽化工環(huán)節(jié)的能源投入,故不計在內(nèi)。②產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展成熟度。指產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展具體處于哪一個成長階段,可從產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展時長、生產(chǎn)流程流暢程度、技術熟練程度等幾個方面衡量,目的是衡量產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展水平。該指標是一個定性指標,可分為5個等級:“優(yōu)秀”、“良好”、“一般”、“ 差”和“極差”。③產(chǎn)業(yè)鏈能耗總量。指單位生命周期內(nèi)某生產(chǎn)單位或產(chǎn)業(yè)鏈生產(chǎn)活動消耗的能源總和。本文產(chǎn)業(yè)鏈消耗能源主要是外購電力,且鹽化工產(chǎn)業(yè)鏈能耗主要來自綜合發(fā)電環(huán)節(jié)的自供給電力,可忽略不計,本文中該指標具體指產(chǎn)業(yè)鏈煤炭生產(chǎn)和電力生產(chǎn)所使用的電力總和。④低碳意識認同度。指單位生命周期內(nèi)我國煤—電—化產(chǎn)業(yè)鏈相關從業(yè)人員對低碳意識、低碳理念的認可程度,是一個定性指標,可分為5個等級:“優(yōu)秀”、“良好”、“一般”、“ 差”和“極差”。⑤低碳技術使用狀況。指單位生命周期內(nèi)某生產(chǎn)單位或產(chǎn)業(yè)鏈低碳技術的使用情況,是一個定性指標,可分為5個等級:“優(yōu)秀”、“良好”、“一般”、“ 差”和“極差”。⑥低碳制度完善程度,指單位生命周期內(nèi)我國煤—電—化產(chǎn)業(yè)鏈低碳相關制度的建立和完善情況,為定性指標,可分為5個級別:“優(yōu)秀”、“良好”、“一般”、“ 差”和“極差”。⑦政府低碳監(jiān)管水平,指單位生命周期內(nèi)國家對煤—電—化產(chǎn)業(yè)鏈低碳發(fā)展的監(jiān)督情況,是一個定性指標,可分為5個等級:“優(yōu)秀”、“良好”、“一般”、“ 差”和“極差”。⑧低碳環(huán)保補貼率。指單位生命周期內(nèi)某生產(chǎn)單位或產(chǎn)業(yè)鏈所獲得的國家低碳環(huán)保補貼數(shù)額與產(chǎn)業(yè)鏈總投資額的比重。
主要進行煤—電—化產(chǎn)業(yè)鏈的低碳水平評價,將研究對象落實到明確的產(chǎn)業(yè)鏈,但研究對象仍然是中微觀系統(tǒng),具有一定程度的不確定性和模糊性,因此本文主要選擇模糊方法進行評價;同時為了避免權數(shù)確定過程中的不一致性問題,選取群組決策特征根法(GEM)進行賦權。故本文選用與GEM相結合的模糊綜合評價方法對我國煤炭產(chǎn)業(yè)鏈的低碳發(fā)展模式進行綜合評價。建立的基于模糊綜合評價方法的煤—電—化產(chǎn)業(yè)鏈低碳評價模型,其具體內(nèi)容包括以下幾個方面。
2.2.1 確定評語集
根據(jù)煤炭企業(yè)煤—電—化產(chǎn)業(yè)鏈低碳經(jīng)濟的特征,將評價等級定為5個,即強低碳、較低碳、中低碳、弱低碳、不低碳,5個等級相對應的評語集為V={V1,V2,V3,V4,V5}。本文對評語集的范圍界定細則見表2。
表2 煤—電—化產(chǎn)業(yè)鏈低碳經(jīng)濟模糊評價等級設定Tab.2 Setting of fuzzy evaluation grade of low-carbon economy in the coal-electric-chemical industrial chain
2.2.2 確定模糊評價矩陣
模糊綜合評價矩陣即評價指標集I與評語集V的模糊關系,它表示的是量化后的評價指標與評語的隸屬度關系。設模糊綜合評價矩陣表示為R,則:
(1)
式中,rij為評價指標It對評價等級Vij的隸屬度;(R|It)=(rt1,rt2,…,rt5),即用以形象刻畫評價對象在指標It方面水平的模糊向量。
2.2.3 指標權重的確定
本文綜合各方因素和實際情況,決定采用一種優(yōu)化了的專家評分法即群組決策特征根法(GEM)進行指標權重的確定。該方法簡捷明了,操作便易,且可繞開不一致性問題。
(1)構建專家評分矩陣X。選擇產(chǎn)業(yè)鏈低碳發(fā)展相關領域的m個專家對前文已設定的n個指標進行評分,以xij表示第j個專家對第i個指標的評分,則可得出評分矩陣:
(2)
(2)計算指標權重。GEM算法的具體操作是將評分矩陣轉置自乘得到矩陣F,求得其最大特征根ρmax和特征向量X*,則該向量歸一化后的向量各分量即相應指標的單一權重,也就是該指標對上一級指標層的貢獻率或重要程度。在得到各級指標單一權重的基礎上可以合成得到基礎指標對總目標層的權重,以I1指標下的I12為例,若I1單一權重為λ1,I12單一權重為λ2,則I12對產(chǎn)業(yè)鏈低碳水平的貢獻率即綜合權重λ12=λ1×λ2。
(3)
2.2.4 產(chǎn)業(yè)鏈低碳經(jīng)濟水平的綜合評價
根據(jù)前文已確定的權系數(shù)Q=(λ11,λ12,…,λ41,λ42,λ43}和隸屬度關系矩陣R,可得出加權計量結果為:
C=Q×R
(4)
式中,C=(c1,c2,…,ck),0≤ck≤1,ck即為對評價等級Vk的隸屬度,由此可進行產(chǎn)業(yè)鏈的最終模糊綜合評價。
目前焦煤集團煤—電—化產(chǎn)業(yè)鏈主要發(fā)展的是鹽化工產(chǎn)業(yè),它涵蓋煤炭生產(chǎn)、電力生產(chǎn)和化工生產(chǎn)3個主要環(huán)節(jié),其化工主要以鹽化工為主,以原鹽和鹵水為主要原料,利用離子膜電解技術,生產(chǎn)產(chǎn)品以燒堿為主。本文以河南焦作煤業(yè)集團為例,以其2015和2016年產(chǎn)業(yè)鏈數(shù)據(jù)為主要數(shù)據(jù)來源,對其煤—電—化產(chǎn)業(yè)鏈的低碳發(fā)展水平進行計算分析。
3.1.1 數(shù)據(jù)需求清單的確定
碳足跡的計量主要是對碳排放量的計量,物質碳排放量即其數(shù)量與碳排放系數(shù)的乘積,數(shù)據(jù)需求應包括2類:①各類能源及物料的碳排放系數(shù);②各環(huán)節(jié)能源及物料的活動水平數(shù)據(jù)。
(1)碳排放系數(shù)。碳排放系數(shù)一般指每一種能源燃燒或使用過程中單位能源所產(chǎn)生的碳排放數(shù)量,以噸為單位計量,其含義可引申為單位數(shù)量的某種物質因其生產(chǎn)、使用或自然產(chǎn)生的二氧化碳排放量,由前文對產(chǎn)業(yè)鏈的過程分析和碳源分析,可知本文需查碳排放系數(shù)的物質應包外購部分的電力和瓦斯、洗矸石煤泥、及其他固廢碳排放系數(shù)。其中其他固廢和洗矸因沒有固定標準,可統(tǒng)一以煤矸石碳排放系數(shù)來計量。根據(jù)國家發(fā)改委能源研究所推薦的噸標準煤碳排放系數(shù)2.456 7 t/t和相關能源、燃料折標準煤系數(shù),可知各類物質的具體碳排放系數(shù)(表3)。
表3 不同物質的碳排放系數(shù)Tab.3 Carbon emission coefficients of different substances
(2)活動水平數(shù)據(jù)?;顒铀綌?shù)據(jù)即產(chǎn)業(yè)鏈生命周期內(nèi)參與產(chǎn)業(yè)鏈運作的各類物資的數(shù)量數(shù)據(jù),它包括各類能源、產(chǎn)品、再產(chǎn)品的消耗及產(chǎn)出的數(shù)量和各項參數(shù)。以焦煤集團2014年作為碳足跡研究的生命周期,根據(jù)前文對產(chǎn)業(yè)鏈的過程分析和碳源分析,可知碳足跡計算需查各項物質名稱及相應數(shù)據(jù)見表4。
表4 碳排放相關物資數(shù)據(jù)需求Tab.4 Data demand for carbon emission related materials
3.1.2 碳足跡計量模型的建立
根據(jù)IPCC國家溫室氣體排放指南可知,能源消費碳排放量可通過活動水平與排放因子的乘積計算得到。根據(jù)已搜集的各類物料及能源的碳排放因子和各環(huán)節(jié)的活動水平數(shù)據(jù),即可計算出產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)碳足跡、各產(chǎn)品碳足跡以及產(chǎn)業(yè)鏈整體的碳足跡情形。本文運用矩陣來簡化碳足跡計量的計算過程,活動水平數(shù)據(jù)見表5。
令:θ=[θ1,θ2,…,θ5],Xj=[x1j,x2j,…,x5j]T
其中,θ為碳排放系數(shù)矩陣;X為活動水平數(shù)據(jù)矩陣;Xj為X矩陣第j列,又表示產(chǎn)業(yè)鏈第j環(huán)節(jié)的活動水平數(shù)據(jù),i=1~5,j=1~3。
表5 活動水平數(shù)據(jù)Tab.5 Activity level data
則根據(jù)碳排放定義可知,矩陣θ與X的乘積即產(chǎn)業(yè)鏈碳排放量,令其為矩陣Y,則:
Y=θ·Xj=[Y1Y2Y3]
(5)
同時,各產(chǎn)品碳足跡可根據(jù)該產(chǎn)品生產(chǎn)涉及的環(huán)節(jié)加總得到,產(chǎn)業(yè)鏈整體的碳足跡則為各環(huán)節(jié)碳足跡之和。
3.1.3 計算結果與分析
根據(jù)前文已建立的產(chǎn)業(yè)鏈的碳足跡計量模型,輸入焦煤集團的相關數(shù)據(jù),則可計算出產(chǎn)業(yè)鏈生命周期內(nèi)各環(huán)節(jié)和產(chǎn)業(yè)鏈整體的碳足跡情形,焦煤集團煤—電—化產(chǎn)業(yè)鏈的整體碳足跡為72 251.901 6萬t。其中,各生產(chǎn)環(huán)節(jié)的碳足跡分別為:煤炭生產(chǎn)環(huán)節(jié)為72 222.252 7萬t(能源消費排放),占比99.96%;火力發(fā)電環(huán)節(jié)為29.648 9萬t(能源消費排放4.881 1萬t+燃燒排放24.767 8萬t),占比0.04%;鹽化工生產(chǎn)環(huán)節(jié)為0。
3.2.1 原始數(shù)據(jù)
搜集整理2015年、2016年焦煤集團煤—電—化產(chǎn)業(yè)鏈評價原始數(shù)據(jù)見表6。此外,對數(shù)據(jù)還應進行規(guī)范化處理。數(shù)據(jù)規(guī)范化主要包括指標的正向化和無量綱化兩部分內(nèi)容,其中正向化即是將逆向指標進行一定處理轉化為正向指標,數(shù)據(jù)無量綱化是將原來的度量值轉換為無量綱的值。考慮到本文數(shù)據(jù)特性,且前文中已擬定評價等級值在0~100,選擇的標準化公式為:當指標屬性為正時,x′=x/樣本數(shù)據(jù)最大值*100;反之,當指標屬性為負時,x′=樣本數(shù)據(jù)最小值/x*100。其中,x為樣本數(shù)據(jù)值,x′為標準化值。
表6 焦煤煤—電—化產(chǎn)業(yè)鏈2015、2016年低碳評價指標值及權重 Tab.6 Low carbon evaluation index value and weight of coking coal coal-electric-chemical industry chain in 2015 and 2016
3.2.2 指標權重
根據(jù)GEM賦權方法,首先按重要、稍微重要、一般重要、相當重要、極重要5個等級,對指標重要程度進行等級劃分,并依次賦予1、2、3、4、5五個分值,制成問卷調查表見附錄1,并對專家進行咨詢。筆者發(fā)放調查問卷35份,收回30份,根據(jù)其評分值運用matlab軟件計算,得到各指標權數(shù)的最終評分值見表6。
3.2.3 綜合評價分析
(1)指標值的加權計算。根據(jù)前文已得各指標評價值和相應權重,可計算得焦煤集團煤—電—化產(chǎn)業(yè)鏈的低碳發(fā)展綜合水平值:L2015=77.6,L2016=93.3。
(2)評價結果論述。根據(jù)前文的分析研究,我們可以得到焦煤集團煤—電—化產(chǎn)業(yè)鏈的低碳發(fā)展情形具體情況。
2015年和2016年焦煤集團煤—電—化產(chǎn)業(yè)鏈低碳發(fā)展水平綜合評價值依次為77.6和93.3,分屬較低碳和強低碳范疇,其低碳發(fā)展水平呈上升趨勢,增幅為20.3%??芍?015—2016年焦煤集團煤—電—化產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展模式是健康可持續(xù)的,符合低碳經(jīng)濟發(fā)展的訴求。
焦煤集團煤—電—化產(chǎn)業(yè)鏈低碳發(fā)展水平的影響因素中,貢獻最大的是低碳經(jīng)濟發(fā)展指標,其次為低碳發(fā)展支撐指標、回收和治理指標、政府低碳引導指標,其貢獻率依次為0.333 3、0.285 1、0.213 8、0.167 8。可見經(jīng)濟基礎決定上層建筑,產(chǎn)業(yè)鏈的低碳發(fā)展水平最終還要歸結于其經(jīng)濟發(fā)展水平,經(jīng)濟發(fā)展是產(chǎn)業(yè)鏈低碳發(fā)展的先決條件。
各準則層中,不同指標對其貢獻率也不盡相同。對低碳經(jīng)濟發(fā)展指標貢獻最大的是產(chǎn)業(yè)鏈能耗總量指標,貢獻率為0.351 5;對低碳發(fā)展支撐指標貢獻最大的是低碳意識認同度指標,貢獻率為0.234 9;對回收和治理指標貢獻最大的是廢水排放達標率指標,貢獻率為0.274 4;對政府低碳引導指標貢獻最大的是低碳制度完善程度和政府低碳監(jiān)管水平指標,二者貢獻率均為0.354 3。
整體來看,焦煤集團煤—電—化產(chǎn)業(yè)鏈低碳發(fā)展水平的主要影響指標排名前4的依次為:產(chǎn)業(yè)鏈能耗總量指標、產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展成熟度指標、產(chǎn)業(yè)鏈總產(chǎn)值指標、低碳意識認同度指標,其貢獻率依次為:0.117 2、0.080 3、0.073 9、0.067 0。這些指標分別涉及產(chǎn)業(yè)鏈的能源投入、發(fā)展規(guī)模以及低碳理念層面,是產(chǎn)業(yè)鏈實現(xiàn)低碳發(fā)展的重要切入點。
使用焦煤煤—電—化產(chǎn)業(yè)鏈2015—2016年的數(shù)據(jù)對其低碳發(fā)展水平進行實證分析評價。實證分析可知:產(chǎn)業(yè)鏈直接碳排放主要分布于煤炭生產(chǎn)環(huán)節(jié),其次是電力生產(chǎn)環(huán)節(jié),鹽化工環(huán)節(jié)基本不產(chǎn)生直接碳排放;焦煤煤—電—化產(chǎn)業(yè)鏈2014—2015年的低碳發(fā)展水平有一定提高,增長幅度為20.3%;其中影響產(chǎn)業(yè)鏈低碳發(fā)展水平的主要因素,排名前4的依次為產(chǎn)業(yè)鏈能耗總量、產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展成熟度、產(chǎn)業(yè)鏈總產(chǎn)值、低碳意識認同度,可見經(jīng)濟發(fā)展是產(chǎn)業(yè)鏈實現(xiàn)低碳發(fā)展模式的主要決定層面。
我國煤—電—化產(chǎn)業(yè)鏈實現(xiàn)低碳發(fā)展方面,筆者認為未來可就以下若干方面進行深入研究:對煤—電—化產(chǎn)業(yè)鏈的內(nèi)涵可進行進一步延伸和界定,以便進行更加細致而深入的探討;影響產(chǎn)業(yè)鏈低碳發(fā)展的因素繁多,可根據(jù)產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展的實際情況和現(xiàn)實背景,對產(chǎn)業(yè)鏈低碳評價指標體系進行一步補充和擴展;由于目前煤炭企業(yè)普遍管理機制較少從產(chǎn)業(yè)鏈的角度出發(fā),本文以產(chǎn)業(yè)鏈為研究對象時數(shù)據(jù)取得比較困難,不利于研究進展,未來研究中可在數(shù)據(jù)可得性和指標的選取上進行協(xié)調。