经济发展技术进步与二氧化硫排放强度关系研究.docx
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经济发展技术进步与二氧化硫排放强度关系研究
研究领域：
资源与环境经济学
经济发展、技术进步与污染物排放
赵晓丽杨娟
华北电力大学工商管理学院，，102206
摘要：
能源消费往往伴随着经济增长，而这易造成污染物排放量的增加。
中国“十五”期间，年均GDP增长在9%以上，同期二氧化硫排放量比2000年增加了27.8%，未完成削减10%的控制目标。
因此，如何控制污染物的排放，尤其是如何控制二氧化硫的排放，是一个需要研究的紧迫问题。
在保证经济一定增长速度的同时，如何通过技术进步的手段达到减少污染物的排放的目的显得尤为重要。
即经济、技术与污染物排放具有紧密的关联关系。
火电厂二氧化硫排放是构成二氧化硫排放总量的主体，针对火电厂的二氧化硫排放的研究对如何减少二氧化硫总的排放量具有重要的现实意义。
本文将二氧化硫排放强度的影响因素分解为经济发展、燃料强度、技术进步、发电量，选取了市2个火力发电厂8台燃煤机组作为算例，运用LMDI法分解分析了2002~2006年上述4个效应与二氧化硫排放强度的关系，认为燃料使用效率的逐步提高，经济的不断增长是推动市二氧化硫排放强度下降的主要影响因素（这是由于市经济的增长主要来自于第三产业的增长）。
此外，我们还认为发电量通过燃料强度间接影响二氧化硫排放强度。
最后，针对上述结论本文给出了相应的政策建议。
关键词：
二氧化硫排放强度经济发展燃料强度，技术进步
Abstract:
Economygrowthalwaysgowithenergyconsumptionwhichbroughtgreatincreaseincontaminationemission.ThegrowthrateofgrossdomesticproductinChinabetween“thetenthfive-yearplan”isabove9%;atthesametime,grossSO2emissionincreased27.8%pareyear2000whichdidnotfinishtheemissiondecreasetarget10%.Therefore,howtocontrolcontaminationemissionespeciallytheSO2emissionbeeanurgentproblemshouldbeputmoreattention.Itisquiteimportantthathowtoreducecontaminationemissionthroughtechnologicaladvancementwhenkeepingtheeconomygrowthatacertainrange.Accordingly,economy,technologyandcontaminationemissionarejoinedtightly.SO2emissionofpowersectoristhemainbodyofgrossSO2emissionforanarea,studiesaimatSO2emissionofpowersectorwhichinordertoreduceSO2emissionareofgreatrealisticsignificance.Thispaperreviewstheliteratureswhichrelatingtotherelationshipamongeconomicdevelopment,technologicaladvancementandcontaminationemission,takestheresearchmethodwhichbineseconomicdevelopment,technologicaladvancementandcontaminationemissionastheeffectivemethodwhenstudyingcontaminationemission.BasedonLMDImethod,8unitsfrom2powersectorinBeijingwereselectedasanalysissample,andtheimpactfactorsofSO2emissionintensityweredeposedintofourparts:
economicdevelopment,fuelintensity,technologicaladvancement,powergeneration.Thepaperanalyzedtherelationshipbetween4effectmentionedaboveandSO2emissionintensityfromyear2002to2006,theresultsshowedthatthemodifyingfuelutilizationandincreasingofeconomyweredrivingtheSO2emissionintensityreductioninBeijing（thismaybecausetheeconomygrowthofBeijingaremainlypromotedbythe）.Besidesthat,theSO2emissionintensityalsoimpactedbypowergenerationviafuelintensityindirectly.Finally,correspondingsuggestionsareputforwardattheendofthepaper.
Keywords:
SO2emissionintensityeconomicdevelopmentfuelintensitytechnologicaladvancement
1引言
改革开放以来，中国GDP以10%左右（修正后数据）年均增长率快速增长，同期能源消费也呈现出快速增长态势，2003年中国就已成为煤炭、钢铁与铜的世界第一消费大国，石油与电力的第二消费大国。
这也意味着环境的进一步恶化：
中国的二氧化硫和二氧化碳排放量分别居世界第一位和第二位。
从环境容量看，要使二氧化硫排放量处在生态系统能承受的降解能力之内，全国最多能容纳1620万吨左右标准煤（在此仅考虑了基于酸雨控制的二氧化硫容量）；氮氧化物的环境容量也不会高于1880万吨标准煤，这些标准应是“环境小康”的最低要求。
但是，目前已经存在着环境“透支”，到2020年，即使按照污染物产生量最少情景计算，二氧化硫、氮氧化物产生量也远远超过环境容量所承受的X围[20]。
在二氧化硫的排放总量中，电力行业的二氧化硫排放占有大部分比例。
例如，2006年全国工业二氧化硫排放量达到了2235万吨，比上年增加1.5%，其中电力行业二氧化硫排放量1350万吨，比上年增加3.8%。
二氧化硫的大量排放对环境最直接的损害在于形成酸雨，它是导致土壤和水体酸化，农作物减产，人体健康受到严重威胁的重要祸因。
目前，中国已经成为继欧洲、美国之后的世界第三大酸雨区，酸雨的发展速度呈逐年加重趋势。
酸雨主要源自于石油、煤炭等的燃烧，而电力工业一直是中国主要的耗煤大户，电煤消费比重占总煤炭消费量的50%以上。
中国的能源生产和资源储量构成决定了中国以煤炭为主导的能源消费结构长期以内不会改变。
因此，如何通过技术进步的作用在保证经济一定增长速度的同时，控制二氧化硫的排放量，是一个值得研究的课题。
通过技术进步控制二氧化硫排放有两种途径：
一是安装脱硫装置。
2007年中国五大电源集团公司：
中国华能集团公司，中国大唐集团公司，中国华电集团公司，中国国电集团公司，中国电力投资集团公司的脱硫机组装机容量分别占火电装机总容量的56.40%，71.60%，67.76%，63.70和44.25%。
二是改进火电机组的技术进步水平，降低煤炭燃烧过程中产生的二氧化硫量。
按照技术进步水平的不同，火电机组可以分为蒸汽轮机组（SteamTurbineTechnology），燃气轮机组（GasTurbineTechnology），联合循环机组（binedCycleTechnology），内部燃烧机组（InternalbustionEngine）[11]。
中国的火电机组类型主要分为汽轮机组、燃气轮机组、柴油机组；其中汽轮机组又分为超高压机组、高温高压机组、中温中压机组、低温低压机组。
不同机组类型代表着技术水平不同，燃料类型不同，燃料的发电效率不同，污染物的排放程度不同。
本文主要以市为例，从火电机组的类型差异角度研究技术进步与二氧化硫排放的关系，同时考虑了经济发展的影响。
全文共包括五个部分：
第一部分为引言，第二部分是文献综述，第三部分是研究方法分析，第四部分是实证分析，第五部分是结论及政策建议。
2文献综述
二氧化硫的减排问题不仅仅是一个大气环境治理的问题，还是一个环境-经济-社会的问题，其核心问题是经济问题，因为减少排放的任何政策都会涉及到经济发展，因此，应该从不同角度出发力求既可以实现节能减排，又能最大限度的减少对经济的负面影响，在研究包括二氧化硫在内的污染物排放与经济发展的国内外文献中主要包括三个方面。
2.1经济发展与污染物排放关系研究
在污染物排放与经济发展关系的探讨中，应用较多的工具是美国普林斯顿大学的经济学家格鲁斯曼（GeneGrossman）和克鲁格（AlanKrueger）自90年代以来提出的环境库兹涅茨曲线假设（EKC），即在经济发展的初级阶段环境污染的程度较低，工业化过程中伴随着资源的消费超过再生和环境恶化的问题，工业化过程完成后开始恢复环境，形象地说，经济发展与某些大气或水污染物呈“倒U型”关系。
此后，学者们根据环境库兹涅茨曲线假说开展的经济发展与环境污染问题的研究文献层出不穷。
以大气环境为例，格鲁斯曼和克鲁格估计大气中SO2浓度的转折点在人均GDP（1985年美元）4000-5000美元[3]；Selden和Song考察了四种重要的大气污染物（SO2、CO2、NO2、SPM）排放问题，发现他们与收入之间都存在倒U型关系[4]；但是从目前的研究结果来看，对于一些污染物的排放与经济发展之间是否存在EKC曲线，还没有得到实证分析的证据[1]。
中国学者陆虹考察了中国人均GDP和人均二氧化碳排放量的关系，通过插值法扩展数据和利用状态空间模型分析，表明人均GDP和人均二氧化碳排放量的当前值和前期值之间存在交互影响作用，而不是呈简单的倒U型关系[18];包群、彭水军运用中国1996~2002年30个省市的面板数据对经济增长与水污染、大气污染等六类环境污染指标之间的关系进行了检验发现倒U型EKC关系大多取决于污染指标以及估计方法的选取，相比发达国家，发展中国家可以利用后发优势来引导EKC转折点使得在较低的经济发展水平越过转折点成为可能[19]。
由此可见，经济发展与污染物排放的研究中并没有绝对的对应关系，使用库兹涅茨曲线这种确定两两关系变动的工具来研究经济发展与污染物排放的关系时需要综合考虑经济结构、需求因素、技术进步、规模效应等因素的影响，这就增加了运用库兹涅茨曲线方法分析经济增长与污染物排放关系的难度。
2.2技术进步与污染物排放关系的研究
技术进步与人类的知识结构相联系，主要通过新技术的应用提高能源的利用效率，从而达到减少污染物排放的目的，如火力发电厂的主蒸汽参数对发电厂的热经济性有很大影响，从亚临界机组提高至超临界机组（SC）可以节约燃料12%~15%，再提高至超超临界机组（USC）就可以再节约燃料8%；整体煤气化联合循环发电技术（IGCC）的环保性能好，烟气脱硫可达98%~99%，NOX排放量等同于使用天然气的燃气轮机。
LifengZhao,KellySimsGallagher[5]和LifengZhao,YunhanXiao[8]中从技术可应用性、环境影响程度、政策支持等角度分析了洁净煤发电技术的发展前景，分别分析了目前几种能显著改善环境质量的洁净煤发电技术-安装了烟气脱硫装置的SC和USC、IGCC、循环流化床发电技术（CFB），上述发电技术整体效率高、污染物排放均能达到环保要求，是长期能源优化发展的技术目标。
文献[11]研究了火电机组的类型、燃料消耗与污染物排放的关系，但是研究中没有考虑经济发展对能源消费的影响。
中国的IGCC开展较晚，1999年国家计委批准了在XXXX发电厂建设了第一座IGCC示X电站，规划建设两台400MW的IGCC机组，但是还是由于造价偏高，市场竞争力不强，目前该项目进展缓慢[17]。
目前，国内对于发电机组类型与污染物排放的关系的研究还不多。
2.3污染物排放的影响因素分解分析的研究
上述关于经济发展、技术进步与污染物排放的关系研究主要从各自的角度对污染物排放产生的影响进行了分析，而随着经济的发展，上述三者已经不是单一的对应关系了，需要三位一体的进行分析，在这方面的研究中主要采用的是因数分解法。
RamM.Shrestha,GovindaR.,Timilsina[9]将影响CO2排放强度的因素分解为碳转换系数、燃料碳含量、燃料强度和燃料发电比率，用迪氏因素指数因素分解法分解分析了上述四个因素对中国等12个亚洲国家和地区的电力行业1980-1990年间CO2排放强度的影响程度，结果表明燃料强度是上述国家和地区CO2排放强度的主要影响因素。
RamM.Shrestha,GovindaR.,Timilsina[10]分析了中国等12个亚洲国家和地区的电力行业1980-1994年间SO2排放强度的变动情况，并用迪氏分解法分析了燃料强度和发电燃料比率对SO2排放强度的影响程度，结果表明发电燃料比率是中国、泰国、韩国SO2排放量变动的主要影响因素；燃料强度是印度、日本、XXSO2排放量变动的主要影响因素；发电燃料比率和燃料强度同时是XX、印尼、马来西亚、菲律宾、巴基斯坦、新加坡SO2排放量变动的主要影响因素。
CanWang,JiningChen,JiZou[12]运用LMDI法分解分析了中国1957~2007年CO2总排放量变动趋势，将CO2排放量分解为能源强度、含碳元素燃料占总能源消耗比率、CO2排放系数、人均GDP、人口规模五个变量，结果表明能源强度是CO2排放量下降的主要影响因素，同时含碳元素燃料比率变动和可再生能源的应用也是CO2排放下降的积极推动因素。
Lan-cuiLiu,YingFan,GangWu,Yi-mingWei[13]运用LMDI法分解分析了1998~2005年中国工业CO2排放强度的变动情况，将CO2排放量分解为能源强度、工业总产值、CO2排放系数、工业产值结构、终端能源燃料消耗占总能源消耗比率五个变量，并定量分析了它们对CO2排放的影响程度，结果表明工业总产值、能源强度变动是工业CO2排放强度的变动的主要影响因素，相应地作者提出了应对措施。
上述运用因素分解法分解分析污染物排放影响因素的文献，其研究对象大多是国家整体或是工业总体[12]、[13]，研究结论是一个国家的污染物（主要指CO2、SO2、NOX的排放）主要是火力发电厂的燃料燃烧所形成。
但目前的文献中缺乏专门针对火力发电厂的污染物排放影响因素的研究，尤其是缺乏综合考虑经济发展、技术进步与燃料替代等火力发电厂污染物排放的主要影响因素的研究。
因此，本文将定量分析影响火力发电厂SO2排放的几种主要因素（经济发展、技术进步、燃料强度），以期揭示经济发展、技术进步对SO2排放的影响，并提出减少SO2排放的政策建议。
3研究方法
3.1研究方法
在经济系统中，很多变量都受到多个因素的影响，在这种情况下,把各个因素的影响区分开来是非常有意义的,所谓因素分解法,就是通过数学恒等式变换的方法，把分析对象分解成几个部分,与每个影响因素一一对应，从而能定量得出各个影响因素的影响程度。
Ang和Choi[14]针对指数因素分解结果的余值和数据处理的零值问题，首先提出了对数均值迪氏指数因素分解II法（LMDIII），该方法通过定义一种新的函数克服了分解法的余值问题，但是该法的一个困难在于分解形式复杂。
Ang[15]进一步提出了对数均值迪氏指数因素分解I法（LMDII），LMDII法能满足分解不产生余值的要求且分解形式更为简单。
Ang[16]对两种方法提出了一致性的比较问题，即在对研究对象进行分解的过程中，采用的分解方法要能够保证分解的各个层次间的结果的一致性，该文对LMDII和LMDIII法进行了检验，认为只有LMDII法保证了一致性，因此在本文中采用LMDII法进行分解分析。
3.2二氧化硫排放强度的因素分解分析
本文主要研究的是火力发电厂二氧化硫排放强度与经济发展、技术进步的相互关系，因此有必要对火力发电的技术类型加以说明。
火力发电主要有蒸汽动力发电、内燃机发电、燃气轮机发电、燃气-蒸汽联合循环发电，而蒸汽动力发电是中国火力发电的主体，从蒸汽轮机锅炉的出口蒸汽压力可以得到蒸汽动力发电机组的如下分类：
针对图1的分类，定义火力发电厂二氧化硫的排放强度为
即二氧化硫的排放量与GDP比值，
的分解形式如下：
（1）
（2）
（1）式中
代表第
台机组第
年二氧化硫的排放量，
代表第
台机组第
年燃料消费量（本文中主要是燃煤），
代表第
台机组二氧化硫排放系数，由于机组技术参数在短期内一般为恒定值故
在短期内可看做常数，
代表第
台机组第
年的发电量，
代表所有机组第
年的发电量，
代表机组所在地区第
年的经济发展水平；
（2）式中
表示燃料强度效应，；
表示技术效应，其值取决于火力发电厂的不同的发电技术的选择（如图1）；
表示的该地区的经济发展水平的，
越小表示经济越发达。
对公式
（2）中的各项分解如下：
（3）代表第
年的燃料强度
（4）代表第
年的技术效应
（5）代表第
年的经济发展水平变动效应
（6）代表第
年的总体发电量变动效应
定义
则
（7）代表第
年的二氧化硫排放强度的变动值
当
时
称为加法分解形式，其中
是分解余值，由于LMDI法是完全分解法，可知此式中
，其中（3）~（7）式中各效应的分解值的表示含义如下表1。
表1因数分解值所示含义
因素分解值
含义
效应的因数分解值为正值
造成二氧化硫排放强度上升，负效应
效应的因数分解值为负值
促使二氧化硫排放强度下降，正效应
3.3火电厂二氧化硫排放系数的估算
本文研究的机组中大多数的燃料主要是煤炭，且燃煤机组二氧化硫的排放主要来源于煤炭的燃烧，因此要计算出
（2）式中的机组的燃料强度
需要知道机组的二氧化硫排放系数
。
煤中各种形态的硫中，能转化成SO2的部分主要来源中煤中的可燃硫，对于大多数煤种，可燃硫大约占全硫含量的90%。
燃煤的二氧化硫排放系数可以计算如下：
（8）
其中
表示煤中的全硫含量，单位：
%（火力发电厂燃煤含硫量一般处于1%~5%，均值为1.35%[2]）；
表示煤中硫转化成二氧化硫的转化率（火力发电厂锅炉一般取0.90），本文中
。
若机组安装了脱硫装置，则（8）式应为
（9）
表示机组的脱硫效率，单位：
%，若未采用脱硫装置，
4实证分析
4.1数据来源及描述
根据图1，本文所需要的数据为一个地区的地区生产总值、火力发电厂发电机组的发电量、技术参数、燃料消耗品种及消耗量、二氧化硫排放量，上述数据由于统计的复杂性及XX性一般很难直接获得，因此本文采用抽样调查的方式对市两家装机容量较大的火力发电厂进行了问卷调查分析，统计了2001～2006年市两家火力发电厂（以下简称A和B电厂）8台火力发电机组（A厂4台超高压机组、B厂4台高温高压机组）的年末机组发电量、当年发电耗用原煤量、当年机组二氧化硫排放量、当年机组脱硫装置投运情况、当年机组脱硫装置绩效数据，数据来源于调查问卷，没有给出二氧化硫排放量的机组按照3.3中给出的方法计算二氧化硫的排放量；地区国内生产总值的数据来源于《2002～2007年中国统计年鉴》，按照2001年不变价格计算。
2006年市年末火力发电机组设备容量为3833500千瓦，本文选取的A和B电厂的设备容量为950000千瓦，约占市火力发电机组设备容量的25%，且市的火力发电机组以高温高压、超高压机组为主，A和B电厂均包括了上述两种机组技术类型，因此本文选取的A和B电厂能在一定程度上反映出市火力发电机组的二氧化硫排放情况。
本文实证分析中所需要的数据主要来源于调查问卷，机组的基本情况如下表2：
表2机组基本情况
机组编号
机组技术类型
机组容量（万千瓦）
A电厂
1
超高压
20
2
超高压
20
3
超高压
20
4
超高压
20
B电厂
5
高温高压
5
6
高温高压
10
7
高温高压
20
8
高温高压
20
4.2实证分析结果及讨论
根据3.2、3.3的分析及4.1的数据，我们可以得到以下（图1）2002~2006年市A和B电厂的二氧化硫排放强度的指数因数分解结果
图12002~2006年A和B电厂二氧化硫排放强度及其影响因素的因素分解结果
4.2.1二氧化硫排放强度与燃料强度效应
如图1可以看出，2002~2006年的燃料强度效应与总效应（即二氧化硫排放强度效应的变动值）的变动趋势基本一致。
其中，2002、2004、2005年的燃料强度效应分解值是四个效应分解值中变动最大的，且均是正值（2004年分解值变动列第二位），是当年二氧化硫排放强度的主要影响因素，说明2002、2004、2005年燃料的使用效率最高。
2003年、2006年燃料强度效应的分解值为负值，说明其在2003、2006年对二氧化硫排放强度的下降起到了推动作用。
目前中国的火力发电机组的主要燃料是燃煤，而二氧化硫的主要来源在于燃煤的燃烧，所以燃煤的强度即单位发电量所需要消耗的燃煤量即是关系到二氧化硫排放的主要影响因素。
4.2.2二氧化硫排放强度与技术效应
2004、2006年技术效应的分解值为负，说明2004、2006年技术效应是二氧化硫排放强下降的影响因素。
而技术效应的分解值在整个分析期内基本在零值附近，分解值变动幅度不大，说明所分析电厂的机组技术水平变动对二氧化硫排放强度的影响不大；一般地，燃煤机组蒸汽参数越高，热经济性越高即高参数的机组提高至超高参数的机组可节约燃料（一般节约8%~10%）。
但是在本文的实证分析中并没有看到这一趋势，原因可能在于本文分析样本数量较小，高温高压机组和超高压机组的发电机组的技术参数较为接近（4台20万千瓦的超高压机组，2台20万千瓦的高温高压的机组），并没有体现出发电技术上的实质区别。
4.2.3二氧化硫排放强度与经济发展
从图1可以看出，经济发展效应的分解值在分析期内一直为负值，说明其对二氧化硫排放强度的下降起到了有效的推动作用，且从公式（5）可知，分解值的绝对值越小说明其对总效应下降的影响越大，而经济发展效应的分解值除了在2004年上升外其他年份均呈现下降趋势。
这也证明了在市经济发展与促进二氧化硫的减排并不矛盾，这是由于市2001年以来经济发展中第三产业的贡献率呈逐渐增长的态势，2001年第三产业的产值比重为67.09%，2006年这一比例
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