能源利用的大气载荷指数构建与减载路径研究

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中国经济正在从高速发展向高质量发展转变,包括大气、水、土壤等在内的污染防治是重要关口之一。能源开发利用是经济发展的动力,也是CO2、SO2等大气污染载荷的重要来源。因此,高质量发展视阈下,研究能源利用带来的大气载荷以及探索多视角下的减载路径具有重要现实意义。目前,研究者在考察能源开发利用的环境污染时存在不同视角:以单一污染物或以综合指标描述环境污染。单一指标如大气中颗粒物含量,综合指标如生态足迹。首先,现有研究成果在指导环境治理时可能会出现目标错位。其次,各类污染物对大气非常复杂,如SO2既具有酸化效应又有人体毒害效应,因此在评估污染物的环境影响时需要综合考虑。第三,在探索大气环境治理路径时,除了要对大气污染污环境影响有准确把握外,还要考察影响因素的滞后效应、区域差异、行业需求等。故提出如下研究目标:根据生命周期理论,考虑主要能源形式和主要大气污染物排放,构建具有本土化和时效性的能源利用大气载荷指数,并以此为基础从不同视角探索环境治理路径。据此组织以下研究内容:(1)对中国能源利用的总体、单类、行业能源结构情况进行统计分析,把握能源利用的数量和结构特征。(2)基于生命周期理论框架构建能源利用的大气载荷指数。(3)以大气载荷指数为基础开展减载路径实证研究,探索减载路径。主要结论有:第一,通过对中国能源利用情况统计,发现中国能源利用还具有持续增长的特征,化石能源利用占比在交通、家庭、商业等行业的驱动下虽有下降趋势,但总量依然增长,特别是煤炭占比依然较大,天然气有望以更快的速度增加,电力消费量快速增加。新能源增长明显但总量小,减载压力短期内难以缓解。但近年来中国可再生能源和新能源势头旺盛,预期能在大气减载和环境治理中发挥较大作用。第二,通过构建大气载荷指数,发现CO2是能源利用过程中最大的污染排放物且其造成的大气载荷也最大,其次是粉尘和CH4;绝大部分CO2是在能源消费阶段排放出来,但开采和运输阶段造成的大气载荷非常明显;粉尘、CH4排放主要集中在煤炭的开采阶段,运输过程中运输距离部分远高于排放因子造成的大气载荷。每消费一万吨标准煤的煤炭、石油、天然气、电力,造成的大气载荷值分别为5.12E+04标准人当量(Person Equivalent,PE),1.65E+04 PE,3.24+03 PE,4.73+04 PE。与国外相关研究对比发现,中国能源消费的污染物排放比较高,节能减载存在较大技术空间。大气载荷指数的模型和构建方法可推广于评估其它能源利用对环境的影响,为类似研究提供借鉴。文中数据信息可以为能源利用导致的大气污染治理提供数据借鉴。第三,以大气载荷指数作为被解释变量构建ARDL模型,从宏观因素方面探索减载路径。发现以大气载荷为指标和以生态足迹为指标的模型得出的结果比较类似,从新的角度验证了大气载荷指数的有效性。大气载荷与宏观经济变量之间具有长期均衡关系,长期来看:经济增长、城镇化、自然资源和大气载荷之间是正向关系,人力资源、“人力资源和城镇化的混合因素”和大气载荷之间是负向关系。短期来看,经济增长、城镇化和大气载荷之间是正向关系,自然资源、人力资源和大气载荷之间的关系不显著,但“人力资源和城镇化的混合因素”与大气载荷之间关系显著。拒绝大气载荷指数下EKC假设,支持生态足迹下EKC假设。自然资源、经济增长、城镇化是大气载荷的格兰杰原因,经济增长和城镇化之间具有双向因果关系。结论和数据能够为宏观视角下的减载路径提供支持。第四,构建省级动态面板模型和面板阈值回归模型,探索减载路径的区域异质性和能源消费结构与大气载荷之间的非线性关系。研究结果表明大气载荷的一阶滞后对当期有正向作用,大气载荷存在“惯性”。全国来看,能源消耗结构在促进大气载荷中发挥正向作用。区域来看,东部省份的能源消费结构对大气载荷的影响是正向的,中部省份的能源消费结构抑制了大气载荷,而西部地区的系数不显著。全国来看,产业结构优化对大气载荷具有明显的抑制作用。区域来看,中部地区产业结构调整的减载效果明显。不同的能源消费结构对于大气载荷的影响具有非线性特征:全国来看三阈值显著,区域来看双阈值显著。不同区域的不同阈值,表明能源消费结构对大气载荷的影响存在差异,因此应有不同的减载措施。第五,从上述研究可以发现,能源利用量和排放因子是大气载荷两个内部重要影响因素,能源结构和产业结构是大气载荷的两个外部重要影响因素。本文最后构建“能源成本-大气载荷-能耗总量”多目标优化模型,从行业能源结构的角度探索减载路径。结果表明,通过能源结构优化可以实现大气载荷等目标变量的最小化,在此背景下,煤炭和石油占比进一步下降,而天然气和电力占比上升,工业行业能源消费总量显著下降。
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