許亞宣，李小敏*，于華通，段寧，胡炳清，馬建鋒，董林艷

（1.中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院，北京 100012；2.北京中環(huán)博宏環(huán)境資源科技有限公司，北京 100012）

中原經(jīng)濟(jì)區(qū)能源消費(fèi)視角下的大氣環(huán)境壓力評(píng)估

許亞宣1，李小敏1*，于華通2，段寧1，胡炳清1，馬建鋒1，董林艷1

（1.中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院，北京 100012；2.北京中環(huán)博宏環(huán)境資源科技有限公司，北京 100012）

研究以能源消費(fèi)模式為切入點(diǎn)，分析中原經(jīng)濟(jì)區(qū)能源消費(fèi)總量、消費(fèi)結(jié)構(gòu)和利用效率的現(xiàn)狀水平，并分析能源消費(fèi)引起的大氣環(huán)境壓力狀況。基于經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度調(diào)控及節(jié)能減排力度的不同，設(shè)置2020年三種能源消費(fèi)情景，使用區(qū)域能源消費(fèi)總量?jī)?yōu)化模型模擬預(yù)測(cè)不同情景下的能源消費(fèi)總量，并分析不同情景下的大氣環(huán)境壓力。結(jié)果表明，快速發(fā)展和適度發(fā)展Ⅰ情景下，2020年區(qū)域能源消費(fèi)總量將比2012年增加4.2×108tce和2.4×108tce，煤炭消費(fèi)總量將增加3.1×108tce和1.2×108tce，大氣污染物排放壓力增加30%和50%；適度發(fā)展Ⅱ情景下，能源消費(fèi)總量將增加0.2×108tce，煤炭消費(fèi)總量將下降0.3×108tce，大氣污染物排放壓力將降低20%。因此，要實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展穩(wěn)步增長(zhǎng)（年均增長(zhǎng)率7.7%）和大氣污染物排放總量削減10%目標(biāo)，重中之重是實(shí)現(xiàn)煤炭消費(fèi)總量“零增長(zhǎng)”或“負(fù)增長(zhǎng)”，同時(shí)力爭(zhēng)能源消費(fèi)總量控制在5×108～6×108tce，憑借煤炭占比大幅下降（降至65%左右）最大限度發(fā)揮能源供給領(lǐng)域節(jié)能效應(yīng)，依靠產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級(jí)節(jié)能效應(yīng)和技術(shù)節(jié)能拓展能源消費(fèi)領(lǐng)域節(jié)能空間，將能效水平提高至0.6tce/萬(wàn)元以下。

中原經(jīng)濟(jì)區(qū)；能源消費(fèi)；大氣環(huán)境壓力；情景模擬

引言

受經(jīng)濟(jì)發(fā)展和工業(yè)化進(jìn)程加快的驅(qū)動(dòng)，中國(guó)能源消費(fèi)總量持續(xù)攀升，巨大的能源消費(fèi)及煤炭比重過大的能源結(jié)構(gòu)，加之高投入、低效率、低產(chǎn)出，高污染、高排放的利用模式，已經(jīng)對(duì)中國(guó)大氣環(huán)境造成巨大壓力，已有研究顯示，工業(yè)大氣污染中，與能源消費(fèi)相關(guān)的大氣污染占62%［1］。

中原經(jīng)濟(jì)區(qū)由于長(zhǎng)期以來(lái)實(shí)施能源原材料基地的發(fā)展戰(zhàn)略，其能源消費(fèi)帶來(lái)的大氣環(huán)境問題不斷升級(jí)，因此，對(duì)中原經(jīng)濟(jì)區(qū)開展能源環(huán)境的深入研究具有更為直接的意義。目前3E系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展普遍采用國(guó)外一些權(quán)威機(jī)構(gòu)開發(fā)的典型能源模型，而我國(guó)現(xiàn)有的3E模型開發(fā)處于起步階段。由于國(guó)際上3E模型都是基于特定國(guó)家或區(qū)域的具體背景開發(fā)的［2］，每個(gè)模型都是在一些特定假設(shè)的前提下運(yùn)行的，適用范圍有限。同時(shí)3E模型的研究重點(diǎn)是隨著人們對(duì)能源-經(jīng)濟(jì)-環(huán)境領(lǐng)域不同關(guān)注焦點(diǎn)的變化而變化［3］，故根據(jù)本地區(qū)的能源系統(tǒng)實(shí)際情況，以及不同的情景設(shè)計(jì)需要，有必要在建模方法上進(jìn)行探索和積累實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

鑒于此，本研究試圖在分析中原經(jīng)濟(jì)區(qū)能源消費(fèi)總量、能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)和能源利用效率現(xiàn)狀水平的基礎(chǔ)上，根據(jù)已有研究和模型基礎(chǔ)，擬結(jié)合相關(guān)發(fā)展規(guī)劃通過設(shè)置不同約束條件的能源消費(fèi)情景，采用區(qū)域能源消費(fèi)總量預(yù)測(cè)模型探索經(jīng)濟(jì)發(fā)展-能源消費(fèi)-污染排放之間的關(guān)系，研究能源對(duì)大氣污染物總量減排的壓力。

1　數(shù)據(jù)與方法

1.1研究范圍

中原經(jīng)濟(jì)區(qū)是以全國(guó)主體功能區(qū)規(guī)劃明確的重點(diǎn)開發(fā)區(qū)域?yàn)榛A(chǔ)，以中原城市群為支撐，涵蓋河南全省、河北南部（邯鄲、邢臺(tái)）、山西東南部（長(zhǎng)治、晉城、運(yùn)城）、安徽西北部（宿州、淮北、阜陽(yáng)、亳州、蚌埠市和淮南市鳳臺(tái)縣、潘集區(qū)）、山東西南部（聊城、菏澤、泰安市東平縣），區(qū)域面積28.9萬(wàn)km2。

1.2數(shù)據(jù)來(lái)源

研究中現(xiàn)狀部分涉及的全國(guó)、東部、中部、西部的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、能源和環(huán)境數(shù)據(jù)主要來(lái)自于2005—2012年全國(guó)各省統(tǒng)計(jì)年鑒、《中國(guó)環(huán)境統(tǒng)計(jì)年鑒》、《中國(guó)能源統(tǒng)計(jì)年鑒》、《中國(guó)工業(yè)統(tǒng)計(jì)年鑒》、《中國(guó)環(huán)境狀況公報(bào)》，涉及的中原經(jīng)濟(jì)區(qū)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、能源和環(huán)境數(shù)據(jù)主要來(lái)自于其所轄的33市縣（含30市2縣1區(qū)）的統(tǒng)計(jì)年鑒、環(huán)境統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。

情景設(shè)計(jì)中的數(shù)據(jù)主要來(lái)自于“中原經(jīng)濟(jì)區(qū)戰(zhàn)略環(huán)境評(píng)價(jià)”項(xiàng)目中的產(chǎn)業(yè)專題、大氣專題，以及《能源發(fā)展“十二五”規(guī)劃》、《河南省藍(lán)天工程行動(dòng)計(jì)劃》等相關(guān)政策文件。

1.3研究方法與模型簡(jiǎn)介

1.3.1模型介紹

區(qū)域能源消費(fèi)總量預(yù)測(cè)模型是一非線性規(guī)劃模型，以能源消費(fèi)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展、能源利用效率之間的相互關(guān)系為基礎(chǔ)進(jìn)行預(yù)測(cè)，可以反映能源消費(fèi)與經(jīng)濟(jì)總量之間的相互關(guān)系——當(dāng)經(jīng)濟(jì)總量擴(kuò)大時(shí)，對(duì)能源要素的引致需求也會(huì)增加，同時(shí)也反映了能源利用效率的變化對(duì)能源需求變化的貢獻(xiàn)。

該研究中經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度、人口規(guī)模、城鎮(zhèn)化對(duì)能源消費(fèi)增長(zhǎng)的增速效應(yīng)主要以經(jīng)濟(jì)總量的增長(zhǎng)進(jìn)行表征。同時(shí)，根據(jù)相關(guān)研究，目前的經(jīng)濟(jì)存量中，節(jié)能潛力大體可通過技術(shù)進(jìn)步、經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型、提高經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的質(zhì)量來(lái)實(shí)現(xiàn)［4］。鑒于影響經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)有序演進(jìn)和技術(shù)進(jìn)步水平等經(jīng)濟(jì)存量中節(jié)能潛力的不確定因素難以把握，換言之，能源消費(fèi)領(lǐng)域節(jié)能空間本身非常復(fù)雜，該研究將上述因素對(duì)能源消費(fèi)增長(zhǎng)的減速效應(yīng)以能源消費(fèi)領(lǐng)域單位GDP能耗的下降進(jìn)行表征。

區(qū)域能源消費(fèi)總量預(yù)測(cè)模型的基本結(jié)構(gòu)如下：

目標(biāo)函數(shù)：

約束條件：

Ⅰ類約束：GDPt約束

Ⅱ類約束：EPGt約束

Ⅲ類約束：TGDP約束

Ⅳ類約束：TEPG約束

式中：Min Et——區(qū)域能源消費(fèi)總量控制目標(biāo)函數(shù)（能源消費(fèi)總量最?。?；

Et——預(yù)測(cè)年t區(qū)域的能源消費(fèi)總量（未考慮能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)調(diào)整的值），104tce；

GDPti——預(yù)測(cè)年t區(qū)域第i控制單元的GDP，億元（2012年不變價(jià)），決策變量；

N ——區(qū)域內(nèi)控制單元個(gè)數(shù)，即全部市縣個(gè)數(shù)，這里N =33；

EPGti——預(yù)測(cè)年t第i控制單元的單位GDP能耗，tce/萬(wàn)元GDP，決策變量；

TGDP——預(yù)測(cè)年t區(qū)域的GDP總量，億元（2012年不變價(jià)），約束值；

TEPG——預(yù)測(cè)年t區(qū)域總體單位GDP能耗，tce/萬(wàn)元GDP，約束值。

模型中，目標(biāo)函數(shù)表示希望獲得中原經(jīng)濟(jì)區(qū)最小的能源消費(fèi)總量。Ⅰ類約束是對(duì)各控制點(diǎn)（中原經(jīng)濟(jì)區(qū)所轄各市縣）GDP總量的約束，避免某個(gè)控制點(diǎn)出現(xiàn)過大或過小的經(jīng)濟(jì)總量，以保證各控制點(diǎn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要；Ⅱ類約束是對(duì)各控制點(diǎn)單位GDP能耗的約束，避免某個(gè)控制點(diǎn)出現(xiàn)過大或過小的能源利用效率值，以保證各控制點(diǎn)能效水平穩(wěn)步提高；Ⅲ類約束是對(duì)區(qū)域GDP總量的約束；Ⅳ類約束為區(qū)域總體單位GDP能耗的約束。

1.3.2能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)調(diào)整的引入

根據(jù)上述模型中能源消費(fèi)總量與經(jīng)濟(jì)總量、能源利用效率關(guān)系的設(shè)定，通過區(qū)域能源消費(fèi)總量?jī)?yōu)化模型得出的能源消費(fèi)總量，并不能反映改善能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)對(duì)于降低能源消費(fèi)總量的影響作用。鑒于能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)是影響能源消費(fèi)總量的一個(gè)重要因素［3，7］，該研究在模型預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)上，單獨(dú)考慮了能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)調(diào)整對(duì)能源消費(fèi)增長(zhǎng)的減速效應(yīng)。

能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)調(diào)整引入過程如下：利用以往關(guān)于能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)和能源消費(fèi)總量間的定量研究成果，霍宗杰、劉曉逸等從經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)和能源結(jié)構(gòu)與能源消費(fèi)的長(zhǎng)期均衡關(guān)系發(fā)現(xiàn)能源結(jié)構(gòu)（煤炭的消費(fèi)占比）每減少1%，能源消費(fèi)總量將下降1.415%～1.8%［5，6］，并根據(jù)情景方案設(shè)置中的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)優(yōu)化數(shù)據(jù)，對(duì)模型能源消費(fèi)總量預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行了修正。

1.4情景設(shè)計(jì)

該研究結(jié)合中原經(jīng)濟(jì)區(qū)戰(zhàn)略環(huán)境評(píng)價(jià)產(chǎn)業(yè)專題和大氣專題研究成果，采用情景分析方法，設(shè)定2012年為現(xiàn)狀年，設(shè)定2020年為預(yù)測(cè)年。同時(shí)，采用區(qū)域能源消費(fèi)總量?jī)?yōu)化模型，以經(jīng)濟(jì)區(qū)能源消費(fèi)總量最小化為目標(biāo)，將經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整與升級(jí)力度、能源績(jī)效水平、能源結(jié)構(gòu)調(diào)整、技術(shù)進(jìn)步、人口規(guī)模、城鎮(zhèn)化發(fā)展等作為能源消費(fèi)變化的主要驅(qū)動(dòng)因素。以不同情景下GDP總量預(yù)期值為約束，對(duì)2020年區(qū)域能源消費(fèi)總量發(fā)展趨勢(shì)設(shè)置了三種情景。

2020年三種情景分別代表不同含義，情景1（快速發(fā)展）：基于經(jīng)濟(jì)發(fā)展慣性和地方發(fā)展意愿的經(jīng)濟(jì)導(dǎo)向情景。中原經(jīng)濟(jì)區(qū)將保持經(jīng)濟(jì)持續(xù)、高速增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，各地市GDP年均增長(zhǎng)保持在12%以上的高速度；三次產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)從13：54：33調(diào)整到10：56：35；區(qū)域總體單位GDP能耗比2012年下降約20%；煤炭占比由2012年的77.3%下降到75.6%。

情景2（適度發(fā)展Ⅰ）：中原經(jīng)濟(jì)區(qū)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)速度適度放緩，各地市GDP年均增長(zhǎng)保持在11%左右的水平；有效推進(jìn)現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的演進(jìn)；區(qū)域總體單位GDP能耗下降約35%；煤炭占比由2012年的77.3%下降到67.3%。

情景3（適度發(fā)展Ⅱ）：基于空間和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整及技術(shù)進(jìn)步的效率導(dǎo)向情景。中原經(jīng)濟(jì)區(qū)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)速度在情景2的基礎(chǔ)上再放緩，各地市GDP年均增長(zhǎng)保持在8%左右的水平；進(jìn)一步加大調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的力度，三次產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整到11：53：36；區(qū)域總體單位GDP能耗比2012年下降約40%；煤炭占比由2012年的77.3%下降到66.6%（煤炭占比達(dá)到全國(guó)2012年平均水平）。

需強(qiáng)調(diào)指出：情景1～3中區(qū)域總體單位GDP能耗下降幅度包括能源消費(fèi)領(lǐng)域節(jié)能空間和能源供給領(lǐng)域節(jié)能空間兩方面的節(jié)能潛力。

在能源消費(fèi)領(lǐng)域節(jié)能中，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整與升級(jí)是單位GDP能耗下降的重要推動(dòng)力之一。作為中原經(jīng)濟(jì)區(qū)內(nèi)工業(yè)重點(diǎn)行業(yè)，同時(shí)面臨結(jié)構(gòu)調(diào)整和空間布局調(diào)整的鋼鐵、水泥、有色冶金行業(yè)，其調(diào)整升級(jí)力度將很大程度上影響單位GDP能耗強(qiáng)度。由于上述產(chǎn)業(yè)目前屬國(guó)家抑制發(fā)展及地方重點(diǎn)控制產(chǎn)業(yè)，且產(chǎn)品市場(chǎng)基本飽和，因而其發(fā)展趨勢(shì)總體下降?！笆濉逼陂g，在鋼鐵方面，區(qū)域內(nèi)的鋼鐵產(chǎn)能將主要進(jìn)行整合、集中式發(fā)展，主要向河北邯鄲、河南安陽(yáng)、山東東平和山西運(yùn)城、長(zhǎng)治地區(qū)等地集中，而新鄉(xiāng)、濟(jì)源、信陽(yáng)地的等小鋼廠將逐步趨于淘汰和轉(zhuǎn)型。在有色冶金方面，區(qū)域內(nèi)的電解鋁總體規(guī)模將不再擴(kuò)張，而是采取空間布局調(diào)整，逐步把產(chǎn)能向幾個(gè)主要產(chǎn)區(qū)集聚（運(yùn)城、聊城、洛陽(yáng)），其余地區(qū)則采取產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，延伸產(chǎn)業(yè)鏈，發(fā)展后續(xù)鋁材加工。在水泥方面，基本上每個(gè)地市都提出了水泥產(chǎn)能不再擴(kuò)張，處于總體控制生產(chǎn)能力、加快生產(chǎn)線改造階段。就具體工業(yè)比重而言，鋼鐵工業(yè)比重由2012年的11%下降至2020年的7%（情景3）至8%（情景1），有色冶金工業(yè)比重由9%下降至8%（三種情景一致），建材工業(yè)比重保持現(xiàn)有比重（情景1）或由10%下降至9%（情景3）。

1.5污染物排放量預(yù)測(cè)

基于區(qū)域能源消費(fèi)總量預(yù)測(cè)模型可獲得不同情景下33市縣的能源消費(fèi)總量和對(duì)應(yīng)的GDP總量，采用單位GDP大氣污染物排放作為環(huán)境績(jī)效指標(biāo)對(duì)大氣污染物排放量進(jìn)行預(yù)測(cè)。

式中：Et，k——第t年第k種大氣污染物的排放量，t；

GDPt——第t年國(guó)民生產(chǎn)總值，億元；

PPGt，k——第t年第k種大氣污染物的單位GDP排放量，即環(huán)境績(jī)效，t /億元。

PPGt，k由現(xiàn)狀環(huán)境績(jī)效與環(huán)境績(jī)效改善系數(shù)獲得，其計(jì)算公式如下：

式中：PPGo，k——現(xiàn)狀年第k種大氣污染物的單位GDP排放量，t /億元；

ak——現(xiàn)狀年到預(yù)測(cè)年t的第k種大氣污染物的單位GDP排放量的下降率，無(wú)量綱。

通過對(duì)中原經(jīng)濟(jì)區(qū)各市縣2006—2012年的三種污染物的單位GDP排放量的演變趨勢(shì)分析，得到各地區(qū)的SO2、NOx和煙粉塵三種污染物排放的平均下降率，預(yù)測(cè)2020年各市縣的單位GDP排放水平。并進(jìn)一步收集和分析了全國(guó)及31個(gè)省會(huì)城市2012年環(huán)境績(jī)效，以2012年全國(guó)平均環(huán)境績(jī)效作為中原經(jīng)濟(jì)區(qū)2020年各市縣必須達(dá)到的最低要求，以2012年1/4城市能夠達(dá)到的環(huán)境績(jī)效作為最高要求（若現(xiàn)狀好于該績(jī)效，則采用現(xiàn)狀值，下降率為0）。同時(shí)，為了進(jìn)一步體現(xiàn)大氣污染物排放控制水平提高，適度發(fā)展Ⅰ、適度發(fā)展Ⅱ情景下的單位GDP排放量分別比快速發(fā)展情景下降10%、25%。中原經(jīng)濟(jì)區(qū)不同情景下的環(huán)境績(jī)效指標(biāo)見表1。

表1　中原經(jīng)濟(jì)區(qū)不同情景下的環(huán)境績(jī)效指標(biāo)

2　結(jié)果與討論

2.1中原經(jīng)濟(jì)區(qū)現(xiàn)狀能源消費(fèi)與大氣環(huán)境壓力分析

2.1.1能源消費(fèi)總體特征

（1）全社會(huì)能源消費(fèi)總量

2012年中原經(jīng)濟(jì)區(qū)能源消費(fèi)總量4.5×108tce，占全國(guó)能源消費(fèi)總量的12.4%。其中，河南省能源消費(fèi)總量2.4×108tce，占中原經(jīng)濟(jì)區(qū)的53%，占全國(guó)能源消費(fèi)總量的6.5%，在全國(guó)31個(gè)?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）中位列第五名，僅次于山東、河北、廣東和江蘇。

（2）演變趨勢(shì)

由于中原經(jīng)濟(jì)區(qū)部分城市能源消費(fèi)歷史數(shù)據(jù)缺乏，同時(shí)鑒于中原經(jīng)濟(jì)區(qū)的主體是河南省，河南省的情況基本上與中原經(jīng)濟(jì)區(qū)一致，因此，本文關(guān)于能源消費(fèi)總量、結(jié)構(gòu)的演變趨勢(shì)利用河南省數(shù)據(jù)進(jìn)行分析研究。

河南省能源消費(fèi)總量的時(shí)序演變見圖1?？梢钥闯?，長(zhǎng)期以來(lái)，河南省的能源消費(fèi)始終保持旺盛的增長(zhǎng)需求，2000—2012年一次能源消費(fèi)總量增長(zhǎng)近2倍，其能源消費(fèi)總量自2000年的0.8×108tce增長(zhǎng)到2012年的2.4×108tce，平均每年的增幅超過1.3×108tce，期間的年遞增速達(dá)到9.5%，高于全國(guó)7.9%的年平均增速。其中，“十五”期間河南省能源消費(fèi)總量增速最快，年平均增速達(dá)到13.1%，“十一五”期間年平均增速為8.0%，“十二五”前兩年年平均增速為5.0%。

圖1　河南省能源消費(fèi)總量的時(shí)序演變

2.1.2能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)變化特征

（1）能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)

從中原經(jīng)濟(jì)區(qū)整體來(lái)看，2012年煤炭在能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中的比重為77.3%，遠(yuǎn)高于全國(guó)平均水平66.6%。

（2）演變趨勢(shì)

從中原經(jīng)濟(jì)區(qū)主體河南省歷年能源消費(fèi)構(gòu)成來(lái)看，其能源消費(fèi)主要是煤炭、石油、天然氣、水電。其中，煤炭在能源消費(fèi)中的比重一直處于高位，1978年煤炭消費(fèi)占能源消費(fèi)總量的比重為92.3%，到2000年，這一比重下降到87.6%，2000—2009年，河南省煤炭占比一直在87%左右，自2010年起煤炭占比才明顯下降。截至2012年，河南省煤炭占比為80.2%，仍舊保持在80%以上的較高水平。

此外，河南省石油所占比重呈波動(dòng)上升趨勢(shì)，2012年占比為10.3%，較2000年的9.6%增長(zhǎng)7個(gè)百分點(diǎn)。天然氣、水電等清潔能源在能源消費(fèi)總量中的比重雖然有所提升，2012年二者占比之和為9.5%，較2000年增長(zhǎng)2倍以上，但其總體利用水平明顯低于全國(guó)同期值，滯后全國(guó)平均水平約6年?？梢钥闯?，近年來(lái)石油、天然氣、水電等在能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中的比例上升，對(duì)煤炭起到了一定的替代作用，但其替代作用仍非常有限。

總體上，中原經(jīng)濟(jì)區(qū)能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)調(diào)整進(jìn)展緩慢，2000—2012年，一次能源消費(fèi)中，煤炭所占比重僅下降了7.4%。究其原因可能是由于其自身具有較豐富的煤炭?jī)?chǔ)量，而石油和天然氣對(duì)外依存程度高，同時(shí)受科技因素影響，新能源開發(fā)利用程度較低，使得經(jīng)濟(jì)區(qū)過度依賴煤炭能源消費(fèi)。因此，盡管該區(qū)域煤炭所占比重逐漸下降，但在短期內(nèi)以煤為主的能源結(jié)構(gòu)特征不會(huì)改變。2000—2012年河南省能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)的時(shí)序演變見圖2。

圖2　2000—2012年河南省能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)的時(shí)序演變

2.1.3能源利用效率

中原經(jīng)濟(jì)區(qū)能耗水平總體較差，滯后全國(guó)平均水平約4年，與東部地區(qū)仍有很大差距。

2012年中原經(jīng)濟(jì)區(qū)萬(wàn)元GDP能耗為0.97tce/萬(wàn)元，劣于全國(guó)平均水平（0.70tce/萬(wàn)元）40%、中部地區(qū)平均水平（0.83tce/萬(wàn)元）17%，與東部地區(qū)平均水平（0.63tce/萬(wàn)元）仍有很大差距，其單位GDP能耗約為同期東部水平的1.6倍。

中原經(jīng)濟(jì)區(qū)工業(yè)能耗明顯高于全國(guó)平均水平。2012年中原經(jīng)濟(jì)區(qū)萬(wàn)元工業(yè)生產(chǎn)總值能耗為0.46tce/萬(wàn)元，是同期全國(guó)平均值的1.6倍，滯后全國(guó)平均水平5年（表2）。因此，亟需加快技術(shù)進(jìn)步、產(chǎn)業(yè)調(diào)整升級(jí)，提升能源利用效率水平。

表2　2012年中原經(jīng)濟(jì)區(qū)萬(wàn)元工業(yè)生產(chǎn)總值資源環(huán)境績(jī)效

2.1.4現(xiàn)狀大氣環(huán)境壓力分析

（1）大氣污染物排放總量情況

2012年三種主要大氣污染物SO2、NOx和煙（粉）塵排放量分別為2.4×106t、2.9×106t和1.5×106t，分別占全國(guó)同期排放量的11.2%、12.4%和12.3%。

從常規(guī)污染物排放演變趨勢(shì)來(lái)看，由于自“十一五”以來(lái)，各地開展了大力度的污染物總量減排，經(jīng)濟(jì)區(qū)整體SO2和煙（粉）塵排放量呈波動(dòng)緩慢下降趨勢(shì)，但近兩年來(lái)NOx有較大幅度的增加。

從單位GDP下大氣污染物排放強(qiáng)度來(lái)看，2012年中原經(jīng)濟(jì)區(qū)單位GDP的SO2排放量為5.2kg/萬(wàn)元，NOx排放量為6.4kg/萬(wàn)元，煙粉塵排放量為3.3kg/萬(wàn)元?？傮w上，中原經(jīng)濟(jì)區(qū)單位GDP污染物排放強(qiáng)度高于全國(guó)以及東部、中部平均水平，相當(dāng)于全國(guó)2010年平均水平。

由于中原經(jīng)濟(jì)區(qū)是全國(guó)重要的能源原材料基地，傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)所占比重大，高資源依賴、高耗能、高污染產(chǎn)業(yè)導(dǎo)致大氣結(jié)構(gòu)性污染特征明顯。2012年中原經(jīng)濟(jì)區(qū)整個(gè)工業(yè)部門消耗了全社會(huì)83%的能源量，向大氣中排放了91%的SO2、75%的NOx和86%的煙（粉）塵，其中，七大資源型重工業(yè)（煤炭開采和洗選業(yè)，石油加工、煉焦及核燃料加工業(yè)，化學(xué)原料及化學(xué)制品制造業(yè)，非金屬礦物制品業(yè)，黑色金屬冶煉及壓延加工業(yè)，有色金屬冶煉及壓延加工業(yè)，電力、熱力生產(chǎn)和供應(yīng)業(yè)）消耗了全社會(huì)67%的能源量，向大氣中排放了72%的SO2、62%的NOx和66%的煙（粉）塵。

2012年萬(wàn)元工業(yè)生產(chǎn)總值下的大氣污染物排放情況見表2，可以看出，中原經(jīng)濟(jì)區(qū)工業(yè)污染物排放強(qiáng)度高于全國(guó)、東部和中部平均水平。以全國(guó)發(fā)展軌跡為參照，總體上中原經(jīng)濟(jì)區(qū)工業(yè)污染物排放效率滯后全國(guó)平均水平2年左右。

（2）現(xiàn)狀大氣環(huán)境壓力分析

2012年中原經(jīng)濟(jì)區(qū)以單位面積承載大氣污染物量表征的環(huán)境壓力是全國(guó)平均值的2倍左右。以地級(jí)市為評(píng)估單元，2012年中原經(jīng)濟(jì)區(qū)所有城市的PM10全面超載，其中，近半數(shù)城市嚴(yán)重超載，近1/4城市的NOx已經(jīng)飽和或超載，相當(dāng)一部分城市的SO2承載率進(jìn)入預(yù)警區(qū)域。2012年中原經(jīng)濟(jì)區(qū)大氣污染物排放現(xiàn)狀壓力見表3。

表3　中原經(jīng)濟(jì)區(qū)大氣污染物排放現(xiàn)狀壓力

城市環(huán)境空氣污染，尤其是以PM2.5污染為特征的環(huán)境空氣污染加劇，近年來(lái)爆發(fā)的區(qū)域性灰霾天氣呈頻發(fā)態(tài)勢(shì)，且覆蓋范圍越來(lái)越廣，持續(xù)時(shí)間越來(lái)越長(zhǎng)。已開展PM2.5監(jiān)測(cè)的鄭州、開封、晉城、運(yùn)城、邯鄲、邢臺(tái)，2012年的PM2.5日均濃度達(dá)標(biāo)率不足50%，均出現(xiàn)較為嚴(yán)重的超標(biāo)，其中邢臺(tái)超標(biāo)最為嚴(yán)重，全年超標(biāo)率達(dá)80%以上。

近年來(lái)重復(fù)出現(xiàn)的大面積重度化灰霾污染已在全國(guó)呈蔓延之勢(shì)，中原經(jīng)濟(jì)區(qū)也是灰霾污染的重災(zāi)區(qū)。從環(huán)保部公布的《2013年中國(guó)環(huán)境狀況公報(bào)》中全國(guó)灰霾日數(shù)分布圖可以看出，2013年中原經(jīng)濟(jì)區(qū)是全國(guó)灰霾污染天數(shù)最多的地區(qū)之一，灰霾污染程度不亞于毗鄰的京津冀地區(qū)。

2.2中原經(jīng)濟(jì)區(qū)能源消費(fèi)總量和大氣環(huán)境壓力預(yù)測(cè)分析

2.2.1能源消費(fèi)總量和GDP預(yù)測(cè)

按照引入能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)調(diào)整進(jìn)行修正后的能源消費(fèi)預(yù)測(cè)結(jié)果，2020年中原經(jīng)濟(jì)區(qū)能源消費(fèi)總量將比2012年增加8.5%～100.8%，增長(zhǎng)幅度取決于經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度調(diào)控、能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)和節(jié)能減排力度。不難看出，中原經(jīng)濟(jì)區(qū)未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)，經(jīng)濟(jì)的發(fā)展仍然依賴于能源驅(qū)動(dòng)，在實(shí)施能源發(fā)展戰(zhàn)略性調(diào)整和能源消費(fèi)模式的革命性轉(zhuǎn)變后，可實(shí)現(xiàn)能源消費(fèi)總量略有增長(zhǎng)或維持現(xiàn)狀的目標(biāo)。

但是，要實(shí)現(xiàn)能源消費(fèi)總量略有增長(zhǎng)或維持現(xiàn)狀的目標(biāo)，破解經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展和能源消費(fèi)總量控制矛盾，必須以節(jié)能為抓手，一方面要加快經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和深挖技術(shù)節(jié)能潛力，另一方面要優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，減少一次能源中煤炭的消費(fèi)占比。預(yù)測(cè)結(jié)果顯示，煤炭消費(fèi)比重每下降1%，中原經(jīng)濟(jì)區(qū)區(qū)域總體萬(wàn)元GDP能源將下降0.011tce，這與邱靈等在研究各因素對(duì)區(qū)域能源利用效率的影響程度中所得的結(jié)果相近［7］。中原經(jīng)濟(jì)區(qū)不同情景下的能源消費(fèi)總量與GDP預(yù)測(cè)見表4。

2020年，在區(qū)域GDP總量的不同預(yù)期下，可實(shí)現(xiàn)的單位GDP能耗水平在0.581～0.785 tce/萬(wàn)元之間。區(qū)域GDP總量達(dá)到11.1萬(wàn)億元預(yù)期，單位GDP能耗強(qiáng)度將落入圖3中的第I象限，表現(xiàn)出以高能耗為代價(jià)的增長(zhǎng)。

區(qū)域GDP總量達(dá)到8.1萬(wàn)億元和10.8萬(wàn)億元預(yù)期，單位GDP能耗強(qiáng)度均可進(jìn)入圖3中的第IV象限，依現(xiàn)有技術(shù)水平評(píng)估，可實(shí)現(xiàn)相對(duì)低能耗的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)。

按三種情景測(cè)算，適度發(fā)展Ⅰ和快速發(fā)展情景煤炭消費(fèi)總量將比2012年增加1.2×108t和3.1×108t；而在適度發(fā)展Ⅱ情景下，2020年中原經(jīng)濟(jì)區(qū)整體煤炭占比將由當(dāng)前的約80%降至66.6%（達(dá)到全國(guó)2012年平均水平），煤炭消費(fèi)總量將比2012年下降約0.3×108t。

表4　中原經(jīng)濟(jì)區(qū)不同情景下的能源消費(fèi)總量與GDP預(yù)測(cè)

圖3　中原經(jīng)濟(jì)區(qū)不同發(fā)展情景單位GDP能耗水平

2.2.2 大氣環(huán)境壓力預(yù)測(cè)分析

能源消費(fèi)與污染物排放之間的關(guān)系非常復(fù)雜，除能源消費(fèi)總量外，能源結(jié)構(gòu)、能源消費(fèi)方式及大氣污染物排放控制水平（污染物源頭和過程控制技術(shù)、末端治理技術(shù)等）等都是影響污染物排放的關(guān)鍵因素。鑒于能源消費(fèi)總量預(yù)測(cè)過程中已考慮了能源結(jié)構(gòu)（能源供需基本一致，現(xiàn)有能源消費(fèi)方式仍表現(xiàn)為供給約束型）和能源消費(fèi)方式（重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)含煤電行業(yè)增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)）因素，以下僅研究不同污染控制水平下的污染物排放壓力狀態(tài)。

按2020年三種情景測(cè)算，以當(dāng)前中原經(jīng)濟(jì)區(qū)的大氣污染物排放控制水平計(jì)（污染控制水平不變），SO2、NOx和煙粉塵的排放總量將比2012年增加4.4%（情景3）至93.1%（情景1），大氣污染物排放壓力將增加5%～95%。

在考慮大氣污染物排放控制水平提高的情況下，在區(qū)域GDP總量10.8萬(wàn)億元（能源消費(fèi)量6.9×108tce）和11.1萬(wàn)億元（能源消費(fèi)量8.7×108tce）預(yù)期下，2020年區(qū)域大氣污染物排放壓力將比2012年增加30%～50%；在區(qū)域GDP總量8.09萬(wàn)億元（能源消費(fèi)量4.7×108tce）預(yù)期下，2020年區(qū)域大氣污染物排放壓力將比2012年降低約20%。

以區(qū)域大氣污染物排放總量削減10%為約束，按區(qū)域GDP總量10.8萬(wàn)億元和11.1萬(wàn)億元預(yù)期，2020年單位GDP大氣污染物排放強(qiáng)度需要實(shí)現(xiàn)40%～60%的削減；而按區(qū)域GDP總量8.1萬(wàn)億元預(yù)期，單位GDP大氣污染物排放強(qiáng)度可實(shí)現(xiàn)削減目標(biāo)。

因此，如果完全按照地方發(fā)展愿景（快速發(fā)展情景）或經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)速度適度放緩情景（適度Ⅰ情景）發(fā)展，中原經(jīng)濟(jì)區(qū)能源消費(fèi)與資源環(huán)境承載之間的矛盾將面臨進(jìn)一步激化的態(tài)勢(shì)，大氣環(huán)境嚴(yán)重惡化的趨勢(shì)將難以逆轉(zhuǎn)。

在現(xiàn)有的能源資源稟賦和技術(shù)條件下，中原經(jīng)濟(jì)區(qū)應(yīng)選擇適度發(fā)展Ⅱ策略，2020年區(qū)域GDP總量為8萬(wàn)～9萬(wàn)億元水平，能源消費(fèi)總量控制在5×108～6×108tce，煤炭消費(fèi)總量實(shí)現(xiàn)“零增長(zhǎng)”或“負(fù)增長(zhǎng)”，即情景3為最優(yōu)情景。

3　結(jié)論

（1）在現(xiàn)狀年（2012年），中原經(jīng)濟(jì)區(qū)能源消費(fèi)總量為4.5×108tce，其中煤炭消費(fèi)總量為3.5×108tce，三種主要大氣污染物SO2、NOx和煙粉塵排放量分別為2.4×106t、2.9×106t和1.5×106t。區(qū)域煤煙型污染特征依舊突出，并呈現(xiàn)出復(fù)合型污染態(tài)勢(shì)，部分地區(qū)大氣環(huán)境承載能力已超出極限。

（2）在快速發(fā)展情景下，2020年中原經(jīng)濟(jì)區(qū)GDP可達(dá)11.1萬(wàn)億元預(yù)期，其能源消費(fèi)總量將達(dá)8.7×108tce，煤炭消費(fèi)總量將維持在6.6×108tce水平（較2012年增加3.1×108tce）。若以2012年中原經(jīng)濟(jì)區(qū)的大氣污染物排放控制水平計(jì)，其大氣污染物排放壓力將比2012年增加約95%，在考慮大氣污染物排放控制水平提高的情況下，其大氣污染物排放壓力也將比2012年增加50%。

（3）在適度Ⅰ情景下，2020年中原經(jīng)濟(jì)區(qū)GDP可達(dá)10.8萬(wàn)億元，其能源消費(fèi)總量將達(dá)6.9×108tce，煤炭消費(fèi)總量將維持在4.6×108tce水平（較2012年增加1.2×108tce）。若以當(dāng)前中原經(jīng)濟(jì)區(qū)的大氣污染物排放控制水平計(jì)，其大氣污染物排放壓力將比2012年增加約55%，在考慮大氣污染物排放控制水平提高的情況下，其大氣污染物排放壓力也將比2012年增加30%。

（4）在適度Ⅱ情景下，2020年中原經(jīng)濟(jì)區(qū)GDP可達(dá)8.1萬(wàn)億元，其能源消費(fèi)總量將達(dá)4.7×108tce，煤炭消費(fèi)總量將控制在3.1×108tce水平（將比2012年下降約0.3×108tce）。若以當(dāng)前中原經(jīng)濟(jì)區(qū)的大氣污染物排放控制水平計(jì)，其大氣污染物排放壓力將比2012年增加約5%，在考慮大氣污染物排放控制水平提高情況下，其大氣污染物排放壓力也將比2012年降低約10%。

（5）根據(jù)情景測(cè)算可知，中原經(jīng)濟(jì)區(qū)要實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境保護(hù)的“雙贏”，換言之，要實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展穩(wěn)步提高（年均增長(zhǎng)率7.7%）和區(qū)域大氣污染物排放總量削減10%的目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)重中之重是，以控制煤炭消費(fèi)總量為重點(diǎn)，積極推進(jìn)能源消費(fèi)總量和消費(fèi)強(qiáng)度“雙調(diào)控”，優(yōu)化能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)。因此，未來(lái)中原經(jīng)濟(jì)區(qū)緩解大氣環(huán)境壓力的關(guān)鍵在于實(shí)現(xiàn)煤炭消費(fèi)總量“零增長(zhǎng)”或“負(fù)增長(zhǎng)”，同時(shí)力爭(zhēng)2020年能源消費(fèi)總量控制在5×108～6×108tce，憑借煤炭占比大幅下降（降至65%左右）最大限度地發(fā)揮能源供給領(lǐng)域節(jié)能效應(yīng)，依靠產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級(jí)節(jié)能效應(yīng)和技術(shù)節(jié)能拓展能源消費(fèi)領(lǐng)域節(jié)能空間，將能效水平提高至0.6tce/萬(wàn)元以下。

［1］周新.中國(guó)的能源消費(fèi)和改善大氣環(huán)境質(zhì)量的戰(zhàn)略分析［J］.環(huán)境保護(hù)，2003（7）：47-51.

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Atmospheric Environmental Pressure Assessment under the Perspective of Energy Consumption in Central Plains Economic Region

XU Yaxuan1，LI Xiaomin1*，YU Huatong2，DUAN Ning1，HU Bingqing1，MA Jianfeng1，DONG Linyan1
（ 1.Chinese Research Academy of Environmental Sciences，Beijing 100012；2.China Environmental Resources Technology Co.，Ltd.，Beijing 100012）

Under the perspective of energy consumption mode，the total energy consumption，energy structure and energy utilization efficiency were investigated in Central Plains Economic Region（CPER）.Additionally，atmospheric environmental pressure induced by energy consumption was also analyzed.According to economic development speed regulation and energy conservation efforts，three energy consumption scenarios in 2020 were designed including rapid development，i and iimoderate development scenarios.Using the regional total energy consumption optimization model，the total energy consumption and atmospheric environmental pressure were evaluated and predicted under the three given scenarios.The results showed that under the rapid development and i moderate development scenarios，the total energy consumption in 2020 will increase 420 and 240 million tons of coal equivalents than that in 2012，the total coal consumption will increase 310 and 120 million tons，but the emission pressure of atmospheric pollutants will increase 30% and 50%.Under the ii moderate development scenario，the total energy consumption will increase 20 million tons of coal equivalents，the total coal consumption will reduce 30 million tons，and while the emission pressure of atmospheric pollutants will reduce 20%.Therefore，to achieve the steady growth in economic development （7.7% per year） and 10% reduction in emission pressure of atmospheric pollutants，the top priority was to realize “zero growth” or “negative growth” in the total coal consumption.Meanwhile，the total energy consumption should be controlled within 500-600 million tons of coal equivalents.According to a substantial decline of coal proportion （down to 65%） in the total energy consumption，the utmost energy-saving effect can be produced in energy supplyfield.Rely on energy-saving effect by upgrading the industrial structure and energy-saving technologies to expand the saving space in energy consumption field and to raise the energy efficiency under 0.06tce / thousand yuan.

Central Plains Economic Region（CPER）； energy consumption； atmospheric environmental pressure； scenarios simulation

F224；X32

1674-6252（2016）05-0063-007

A

10.16868/j.cnki.1674-6252.2016.05.063

許亞宣（1980—）女，工程師，碩士，主要從事大氣環(huán)境質(zhì)量模擬與環(huán)評(píng)技術(shù)研究，E-mail：xu_yaxuan@ 163.com。

*責(zé)任作者：李小敏（1971—）女，高級(jí)工程師，主要從事戰(zhàn)略環(huán)境影響評(píng)價(jià)與環(huán)評(píng)技術(shù)研究，E-mail：lxm1919@ 126.com。