薛靜靜，周 揚，史 軍，葉芬梅，盧愿清，王 娜

(1.南京信息工程大學氣候變化與公共政策研究院，江蘇 南京 210044；2.南京信息工程大學法政學院，江蘇 南京 210044；3.湖南文理學院資源環(huán)境與旅游學院，湖南 常德 415000)

0 引 言

湖南省是中部地區(qū)崛起“十三五”規(guī)劃的重要省份之一，近年來經濟快速發(fā)展的同時，出現了日益嚴峻的資源環(huán)境問題，尤其是秋冬季節(jié)霧霾天氣頻發(fā)。2005年和2015年湖南省一次能源生產中原煤占比分別為84.20%和60.76%，能源消費總量中煤品燃料的占比分別為68.51%和59.92%，煤炭在一次能源產消中的占比高于全國平均水平。2016年初以來，去產能成為煤炭行業(yè)的重點，國務院及相關部委陸續(xù)出臺了多項相關政策，地方紛紛響應國家號召提出了各自去產能的目標。2017年5月湖南省提出力爭到2018年底，將全省煤礦總數控制在200處左右。從目前國家能源利用形勢來看，今后能源結構將逐漸向新能源傾斜，但短時間內煤炭的主要地位不會發(fā)生改變。煤炭消費對氣候變化和環(huán)境污染的影響巨大，在世界各國各地區(qū)大力倡導發(fā)展生態(tài)文明的背景下，湖南省煤炭產業(yè)必須由“三高”粗放型發(fā)展模式轉向集約型，走可持續(xù)發(fā)展之路，這對于湖南省經濟進步和環(huán)保具有重大戰(zhàn)略意義。那么湖南省煤炭利用是否可持續(xù)，與資源環(huán)境的協調關系如何，均需要合理有效的生態(tài)效率評價來給予解答。

生態(tài)效率由美國學者Schaltegger等[1]于1990年首次提出，其核心理念強調“經濟效率和環(huán)境效益統一”，追求以最少的原材料、能源、生態(tài)環(huán)境投入獲得最多的滿足人類需求的產品，對開展循環(huán)經濟和可持續(xù)發(fā)展應用研究具有積極進步意義，因此得到學術界和企業(yè)界的廣泛認可，成為相關政策制定的重要參考。目前中國關于煤炭產業(yè)效率研究多停留在經濟效率評價階段，僅有少數利用DEA模型、主成分分析的數據包絡(PCA-DEA)組合評價模型、非徑向和非角度的SBM模型，對中煤集團下屬的七家煤炭企業(yè)生態(tài)效率[2]、中國煤炭產業(yè)生態(tài)效率[3-4]、安徽省9個城市煤炭產業(yè)生態(tài)效率[5]進行了評價，對湖南省煤炭產業(yè)生態(tài)效率的研究更是未有涉及。因此，基于生態(tài)效率的基本理論和方法，評估湖南省煤炭利用生態(tài)效率，以期準確把握湖南省煤炭利用生態(tài)經濟的運行狀況，同時提出綠色發(fā)展對策建議，為湖南省煤炭產業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供支撐。

1 研究區(qū)概況

湖南省常規(guī)化石能源貧乏，但煤炭相對豐富且分布較為廣泛。2004年全省煤炭儲量20.26億t，2015年下降至6.6億t，全省除岳陽外，其他13個市州的86個縣市區(qū)均有煤炭資源。湖南省煤炭生產波動性比較強，2004年僅有2 168.72萬t標準煤，2005年突增至4 848.73萬t標準煤，之后至2009年相對穩(wěn)定，大約保持于4 800萬t標準煤，2010～2012年上升趨勢明顯，達到7 981.05萬t標準煤，之后開始下降，2015年下降至3 000.55萬t標準煤。湖南省煤炭消費量呈不斷上升趨勢，2004～2015年增長近一倍，由4 314.22萬t標準煤上升至7 958.92萬t標準煤，其中2011年達到峰值9 290.19萬t標準煤。煤炭燃燒是SO2、煙(粉)塵、工業(yè)廢氣、CO2排放的重要來源，導致煤煙型大氣污染和氣候變暖。2004～2005年湖南省工業(yè)SO2(燃料燃燒)和工業(yè)煙(粉)塵排放量有所上升，之后至2015年呈較為明顯的下降趨勢，分別由57.4萬t、122.2萬t下降至32.39萬t、41.24萬t；工業(yè)廢氣排放總量(燃料燃燒)呈波動上升趨勢，2004～2006年穩(wěn)定于2 800億m3左右，2008年上升至最高值7 308億m3，2009年回落至4 373億m3，之后至2015年呈小幅波動上升趨勢，大約保持在5 500億m3。除2008年略有下降以外，2004～2011年湖南省煤炭消費碳排放量由2 902.78萬t快速上升至6 250.81萬t，之后呈下降趨勢，2015年下降至5 355.08萬t。2004～2015年湖南省煤炭產量、消費量、CO2及污染物排放量見圖1。

2 模型與指標

2.1 模型

2.1.1 DEA模型

DEA模型由著名運籌學家Charnes A等[6]于1978年正式提出。作為根據一組關于輸入、輸出的觀察值來估計有效生產前沿面的一種統計分析方法，它可以用來評價多個決策單元的效率，也可以用來研究多種方案之間的相對有效性和預測一旦做出決策后相對效果如何，甚至可以用來進行政策評價，應用領域不斷擴大。由最初不考慮規(guī)模收益的CCR模型，到考慮規(guī)模收益的BCC模型， 以及之后的CCGSS模型、 CCW模型、CCWH模型， DEA方法的模型不斷的被完善和進一步發(fā)展。本文選用基于規(guī)模報酬可變的DEA-BCC模型[6]，湖南省煤炭利用的生態(tài)效率主要通過綜合效率、純技術效率和規(guī)模效率三項效率值得以反映。規(guī)模效率表示規(guī)模集聚水平，反映規(guī)模收益的變化情況，投入量偏大、偏小還是處在最適規(guī)模，規(guī)模過大或過小都將導致平均投入的增加；純技術效率表示要素資源的配置、利用水平，反映對所投入資源的利用是否有效，輸出相對輸入的效率情況；綜合效率反映要素資源的配置、利用水平和規(guī)模集聚水平，為以上兩者的值相乘所得，兩者共同決定了決策單元的綜合效率水平[7]。另外，通過煤炭利用生態(tài)效率評價優(yōu)化設計反映達到生態(tài)效率最優(yōu)可以增加或減少多少投入或產出。

圖1 2004～2015年湖南省煤炭產量、消費量、CO2及污染物排放量(資料來源：《湖南省統計年鑒》(2005～2016年);《中國統計年鑒》(2005～2016年);《中國環(huán)境統計年鑒》(2005～2016年))

2.1.2 CO2排放計算方法

CO2排放計算基本方法主要有3種：實測法、物料衡算法和經驗計算法。借鑒“物料衡算法”中“投入某系統或設備的物料質量必須等于該系統產出的物質質量”的原理，利用“經驗計算法”中通過碳排放系數測算CO2排放量的方法，同時考慮到能源消費和燃料燃燒的具體情況，來估算湖南省煤炭消費的CO2排放量[8]，見下式。

式中：EECO2表示能源消費導致的CO2排放量；EConi表示各類能源的消費量，i=1,2,3……，本文僅考慮煤炭的消費量；EFi表示各類能源的碳排放系數，其中煤炭為0.748 t碳/t標準煤[9]；Coi表示各類能源的碳氧化率，煤炭的碳氧化率為0.90[10]。

2.2 煤炭利用生態(tài)效率評價指標與數據

2.2.1 指標選取

一個地區(qū)某種資源的生態(tài)效率水平受多種因素的影響，如地理條件、氣候狀況、資源稟賦、經濟結構、發(fā)展狀態(tài)、科技和管理水平。就煤炭而言，其產業(yè)生態(tài)效率與其開發(fā)、加工、利用和消費的不同環(huán)節(jié)有關，本文將著重研究分析煤炭消費的生態(tài)效率，將其定義為煤炭高效利用下的經濟福利增長最大化與生態(tài)環(huán)境影響最小化。綜合考慮指標數據的可獲取性，投入指標選取煤炭消費量，環(huán)境產出指標選取工業(yè)SO2排放量(燃料燃燒)、工業(yè)煙(粉)塵排放量、工業(yè)廢氣排放總量(燃料燃燒)、煤炭消費碳排放量，經濟產出指標選取2004年基期區(qū)域不變價GDP。

2.2.2 數據

本研究以湖南省煤炭產業(yè)2004～2015年各年為評價單元，指標數據除CO2排放量外均來源于《中國統計年鑒》和《中國環(huán)境統計年鑒》。煤炭消費量數據來源于《中國統計年鑒》(2005～2016年)。名義GDP數據的縱向可比性不強，因此,根據《中國統計年鑒》(2005～2016年)的名義GDP數據，計算得出2004年基期區(qū)域不變價GDP作為經濟產出指標的DEA基礎輸入數據。環(huán)境產出指標的工業(yè)SO2排放量(燃料燃燒)、工業(yè)煙(粉)塵排放量、工業(yè)廢氣排放總量(燃料燃燒)數據來源于《中國環(huán)境統計年鑒》(2005～2016年)，煤炭消費的CO2排放量數據根據“經驗計算法”計算得出。生態(tài)效率追求環(huán)境有害物質排放的最小化，而DEA模型對決策單元開展效率評價是基于投入最小化或產出最大化，因此在輸入DEAP2.1軟件之前，先對環(huán)境產出指標數據取倒數值。

3 實證分析

3.1 生態(tài)效率分析

本文利用DEAP2.1軟件，計算得出湖南省2004～2015年各年份的煤炭利用生態(tài)效率(表1)。表1中綜合效率值即煤炭利用生態(tài)效率值，湖南省煤炭利用生態(tài)效率值介于0.636～1之間，2004年、2013年、2015年生態(tài)效率值為1，說明3個年份煤炭利用的生態(tài)效率DEA相對有效。煤炭利用生態(tài)效率DEA有效表明湖南省煤炭利用實現了煤炭消費投入水平下最小化了工業(yè)廢氣排放總量(燃料燃燒)等4個環(huán)境指標產出和最大化了GDP經濟指標產出，投入產出效果較好，同時規(guī)模報酬不變表明規(guī)模處在最佳水平，煤炭資源配置、利用水平和規(guī)模都達到最優(yōu)。除此之外的其他9個年份煤炭利用生態(tài)效率相對無效，說明煤炭資源配置、利用水平沒有達到最優(yōu)，或規(guī)模集聚水平偏低，需要通過改變其投入與產出才能達到煤炭利用生態(tài)效率的DEA有效。總體來看，湖南省煤炭利用生態(tài)效率值的變化相對平緩，生態(tài)效率最優(yōu)年份相對其他年份有一定優(yōu)勢，但并非異常凸顯，生態(tài)效率值的變化呈現先由大變小，后由小變大的特征。除2004年、2013年、2015年3個年份落在效率前緣面上， 其他9個年份都落在效率前緣面的右側，但大部分年份的煤炭利用生態(tài)效率集中于高效區(qū)，無煤炭利用生態(tài)效率極低的情況出現。

表1 2004～2015年湖南省煤炭利用生態(tài)效率

注：drs、-分別為規(guī)模報酬遞減和不變。

在生態(tài)效率無效的9個年份中，2012年實現純技術效率有效，說明2012年湖南省純技術績效維持在較高水平，煤炭資源配置比較合理、利用水平較高，而規(guī)模無效對生態(tài)效率相對無效的影響較大，規(guī)模報酬遞減更進一步表明，湖南省2012年生態(tài)效率無效的原因主要是煤炭利用規(guī)模過剩，存在投入冗余。其余8個年份的純技術效率和規(guī)模效率均無效，且規(guī)模報酬遞減，表明煤炭利用綠色化技術水平不高，煤炭資源配置存在不合理，如工業(yè)煤炭消費在煤炭消費總量中所占比重不斷上升，2010年高達88.69%，且集中于高能耗、高污染的部門，同時運輸中的污染、廢棄物的直接排放等非“綠色”行為也造成湖南省經濟發(fā)展與生態(tài)環(huán)境保護的失衡，并且存在煤炭利用規(guī)模過大，利用過程存在浪費。其中2005～2011年7個年份的生態(tài)效率值在湖南省煤炭利用生態(tài)效率值中最低，這與煤炭消費量的變化有重要關系，從圖1可以看出，2005～2011年湖南省煤炭消費量大幅持續(xù)攀升，而與此同時湖南省潔凈煤技術水平的提高和應用并不是特別顯著，煤炭消費量大幅上升加劇了煤炭資源在行業(yè)部門之間分配的不平衡和利用各環(huán)節(jié)中的浪費。此外，除了2008年、2012年、2014年，其他生態(tài)效率無效年份的規(guī)模效率都略低于其純技術效率，表明規(guī)模無效是湖南省煤炭利用生態(tài)效率無效的主要影響因素，且規(guī)模報酬遞減說明規(guī)模過剩，純技術效率無效的影響相對較低。規(guī)模無效說明湖南省煤炭產業(yè)在快速擴張的同時，資源利用浪費較為嚴重，規(guī)模無效擴張導致湖南省煤炭利用生態(tài)效率低下。

3.2 煤炭利用生態(tài)效率優(yōu)化設計

煤炭利用生態(tài)效率優(yōu)化遵循三條原則[11]：①DMU落在效率前緣面上是DEA有效的充分必要條件；②煤炭利用生態(tài)效率優(yōu)化優(yōu)先考慮污染物的排放控制與減少；③在實現DEA有效中，現實的客觀條件不約束煤炭利用過程中的投入產出與實現DEA有效的各項投入產出指標。以湖南省12個年份為例優(yōu)化每個DMU的松弛變量(煤炭消費減少量)和剩余變量(燃料燃燒的SO2、煙(粉)塵、工業(yè)廢氣排放減少量、煤炭消費碳排放減少量及2004年基期不變價GDP增加量)，結果見表2。與生態(tài)效率值相對應，湖南省煤炭生態(tài)利用的優(yōu)化值也主要集中于2005～2011年。

2004年、2013年、2015年湖南省煤炭消費投入的生態(tài)產出效果最好，若使其他9個DMU煤炭利用生態(tài)效率有效，則需要調整優(yōu)化他們的投入與產出方案。除2004年、2013年、2015年以外，其他9個年份都需要減少煤炭利用生態(tài)效率投入指標的量以實現DEA有效。其中7個年份都存在近1 000萬t或1 000萬t以上的煤炭消費節(jié)能潛力，2006年最高為2 870.27萬t，另外，2012年和2014年2個年份僅有30多萬t的節(jié)能潛力?？傮w來看，9個年份煤炭消費投入指標的松弛量呈下降的趨勢。除2004年、2013年、2015年3年外，其他9個年份都需要調整煤炭利用生態(tài)效率產出指標的量以實現DEA有效。其中2005～2010年6個年份需要調整2個指標的量，2011年、2012年、2014年3個年份需要調整1個指標的量。就各單項指標而言，煤炭消費碳排放量和工業(yè)廢氣排放總量(燃料燃燒)的值在各年份都為0，實現DEA有效僅需調整工業(yè)SO2排放(燃料燃燒)、工業(yè)煙(粉)塵排放、2004年基期區(qū)域不變價GDP3項指標的量。其中2005年、2006年、2012年、2014年需分別減少500萬t、1 000萬t、500萬t、1 000萬t的工業(yè)SO2排放量，2005～2010年各年份工業(yè)煙(粉)塵排放的減少量介于200萬～1 000萬t之間，2007～2011年各年份GDP的增加量差異較大，最高為2008年需增加3 784.83億元，最低為2011年需增加755.76億元。工業(yè)煙(粉)塵排放、2004年基期區(qū)域不變價GDP 2項指標的調整量也呈下降趨勢。

表2 2004～2015年湖南省煤炭利用生態(tài)效率評價優(yōu)化設計

3.3 對策建議

“十三五”是煤炭發(fā)展轉型的重要戰(zhàn)略機遇期，湖南省煤炭產業(yè)綠色化發(fā)展在取得一定成就的同時也存在不少問題，如煤炭產業(yè)綠色化管理水平不夠，綠色技術落后，政策實施效果差，專項資金不足與相關技術人才嚴重缺失等。應綜合制度、生產、消費等方面開展煤炭產業(yè)綠色化改革，發(fā)揮政策、市場、人文等方面的綜合作用致力于推動湖南省煤炭產業(yè)生態(tài)效率提升。

1) 建立綠色消費制度和樹立煤炭綠色消費觀念。嚴格執(zhí)行《商品煤質量管理暫行辦法》，推進供給側改革，引導劣質煤產能有序退出，加快建設群礦選煤廠洗選設施，增加原煤入洗率，提高商品煤質量和利用效率。嚴格執(zhí)行排污許可制度，加強細顆粒物排放控制，確保從價計征資源稅落實，積極推行環(huán)境補償稅。逐步提高電煤在煤炭消費中的比重，推進燃煤電廠和煤電節(jié)能減排升級改造，繼續(xù)加強對高能耗和產能嚴重過剩行業(yè)執(zhí)行差別電價、懲罰性電價和階梯電價政策，促進產業(yè)結構升級、化解過剩產能和淘汰落后產能。通過提高煤炭有效運輸量等措施減少運輸污染，提高煤炭綜合利用率。加強地區(qū)間的交流與合作，建立“產學研”一體的煤炭清潔高效利用技術研發(fā)與推廣平臺，加強技術示范引領。公眾綠色消費有利于促進煤炭企業(yè)進行綠色化生產，進而帶動整個煤炭產業(yè)的綠色化發(fā)展。發(fā)揮新聞媒體輿論引導和政府的導向作用，加大對煤炭產業(yè)綠色化發(fā)展的宣傳，促進公眾形成綠色消費理念和綠色消費模式，發(fā)揮消費者對煤炭產業(yè)的市場引領作用，為煤炭清潔高效利用創(chuàng)造良好的社會氛圍，進而促進煤炭企業(yè)走節(jié)約資源、高效清潔生產、循環(huán)經濟的道路，提高資源利用效率，降低污染物的排放量。

2) 推進煤炭綠色化技術創(chuàng)新和發(fā)展循環(huán)經濟。建立多元化資金支持方式，通過財政、稅收、優(yōu)惠信貸、綠色信貸、發(fā)債、專業(yè)化節(jié)能環(huán)保公司、民間資本設立股權基金、產業(yè)基金等融資政策，支持煤炭產業(yè)以技術創(chuàng)新為根本動力，大力發(fā)展?jié)崈裘杭夹g，縱向延伸煤炭產業(yè)鏈，從加工和利用環(huán)節(jié)提高煤炭消費效率，推動煤炭工業(yè)綠色低碳化發(fā)展。加強研發(fā)和推廣型煤、水煤漿、流化床燃燒和先進燃燒器、消煙除塵和可資源化的煙氣脫硫脫氮等直接燃燒潔凈技術和煤炭液化、氣化、煤氣化聯合循環(huán)發(fā)電等煤炭的潔凈燃料轉化技術。加強新突破的低階煤分級轉化技術的深化研究和推廣，開展多種污染物協同控制技術、燃煤鍋爐的高效燃燒和超低排放技術、高濃度CO2利用或封存技術研究及應用。發(fā)展煤炭產業(yè)循環(huán)經濟對于煤炭產業(yè)綠色化十分重要，強化煤炭資源綜合利用裝備技術、節(jié)能降耗技術、廢棄物再利用技術、減排技術、污染治理技術等方面的技術進步，鼓勵大中型企業(yè)積極參與研發(fā)和相關技術推廣應用，構建完善可行的煤炭產業(yè)循環(huán)經濟技術支撐體系。

4 結 語

本文運用DEA-BCC模型對2004～2015年湖南省煤炭利用的生態(tài)效率進行了評價。研究表明2004～2015年12年間湖南省煤炭利用僅有2004年、2013年、2015年3年實現生態(tài)效率DEA相對有效，大部分年份生態(tài)效率DEA無效；除了2008年、2012年、2014年，其他生態(tài)效率無效年份的規(guī)模效率都略低于其純技術效率，說明規(guī)模無效是湖南省煤炭利用生態(tài)效率無效的主要影響因素，除了煤炭資源配置存在不合理，煤炭綠色化利用技術水平有待提高以外，煤炭資源利用浪費也比較嚴重；湖南省煤炭生態(tài)利用的優(yōu)化主要集中于2005～2011年。最后建議建立綠色消費制度，樹立煤炭綠色消費觀念，推進煤炭綠色化技術創(chuàng)新，大力發(fā)展循環(huán)經濟，對湖南省煤炭利用綠色可持續(xù)發(fā)展具有現實指導意義。