鋼鐵工業(yè)綠色發(fā)展路徑探索

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【摘要】文章以鋼鐵工業(yè)為主導(dǎo)的資源型城市為研究對象，旨在解決資源密集型城市經(jīng)濟衰退和環(huán)境惡化的困境。從多維耦合機制的角度分析鋼鐵城市的轉(zhuǎn)型路徑，并引入3E系統(tǒng)動態(tài)模型使研究更加科學(xué)化、透明化與具有可操作性，為鋼鐵工業(yè)綠色轉(zhuǎn)型提供最優(yōu)發(fā)展路徑分析方法。實驗分析結(jié)果表明，所采用的方法可以提供最優(yōu)的綠色轉(zhuǎn)型路徑，為資源型城市轉(zhuǎn)型提供科學(xué)的決策依據(jù)，并指導(dǎo)其調(diào)整自己的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，引進技術(shù)投資，并在有效的區(qū)間內(nèi)降低技術(shù)成本，研究結(jié)果對其他資源型城市具有一定的借鑒意義。

【關(guān)鍵詞】鋼鐵工業(yè)；綠色發(fā)展；多維耦合機制；產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)；3E系統(tǒng)

0引言

作為國民經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè)，鋼鐵工業(yè)是一種高物耗、高能耗、高排放的行業(yè)，其發(fā)展不僅需要投入大量的礦產(chǎn)資源，還會排放大量的廢棄物[1]。只有實現(xiàn)鋼鐵工業(yè)綠色發(fā)展，徹底轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)發(fā)展模式，才能促進經(jīng)濟社會全面綠色轉(zhuǎn)型。如何有效推動鋼鐵工業(yè)持續(xù)性發(fā)展的戰(zhàn)略導(dǎo)向，建立綠色發(fā)展體系，是實現(xiàn)鋼鐵工業(yè)綠色發(fā)展亟待解決的重要問題。面對嚴峻的經(jīng)濟和環(huán)境壓力，各國政府實施了一系列的大氣污染控制政策，包括控制高污染產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)能力，培育綠色環(huán)保產(chǎn)業(yè)，以及更新下游處理技術(shù)（用于脫硫和脫硝等工藝）[2-3]。近年來，中國已經(jīng)在鋼鐵產(chǎn)業(yè)主導(dǎo)區(qū)域大力實施環(huán)境治理措施，開展鋼鐵行業(yè)環(huán)保技術(shù)升級，并綠色轉(zhuǎn)型相關(guān)政策。目前，這些措施的實施對控制大氣污染起到了重要作用，但是受到生產(chǎn)能力的限制，鋼鐵工業(yè)的經(jīng)濟產(chǎn)出負擔(dān)增大，鋼鐵領(lǐng)域的失業(yè)率及其相關(guān)問題相應(yīng)增加。這就使得政策導(dǎo)向與技術(shù)措施的實施并沒有充分解決鋼鐵城市存在的經(jīng)濟與環(huán)境發(fā)展不平衡問題[4]。為了實現(xiàn)經(jīng)濟增長和環(huán)境改善的雙重目標，需要對資源型城市的經(jīng)濟數(shù)據(jù)進行動態(tài)評估，用于制定產(chǎn)業(yè)發(fā)展路線，并驗證現(xiàn)行政策的可行性，為鋼鐵工業(yè)綠色轉(zhuǎn)型提供一條最優(yōu)的發(fā)展路徑。本文以鋼鐵工業(yè)為主導(dǎo)的資源型城市經(jīng)濟轉(zhuǎn)型為研究對象，對工業(yè)發(fā)展與環(huán)境的耦合機制進行了深入且系統(tǒng)的分析，對產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化和技術(shù)投資的激勵性社會效益和經(jīng)濟效益進行了探討。通過動態(tài)模擬發(fā)展路線，分析基于技術(shù)升級的環(huán)境效益和經(jīng)濟效益的趨勢，探索鋼鐵工業(yè)綠色轉(zhuǎn)型的最優(yōu)路徑。

1研究方法

本文首先對3E系統(tǒng)中存在的主要問題、矛盾和變量進行了識別和評價；然后對系統(tǒng)的反饋機制進行了分析，確定了系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)、變量之間的關(guān)系及系統(tǒng)之間的反饋機制，并在此基礎(chǔ)上建立了模型；最后進行了模型仿真與實證分析。投入-產(chǎn)出理論是經(jīng)濟系統(tǒng)的核心驅(qū)動力，通過將經(jīng)濟、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、技術(shù)等因素連接在一個系統(tǒng)中，系統(tǒng)地描述了經(jīng)濟運行、社會生活、技術(shù)投入、能耗等過程中的平衡，確定了系統(tǒng)邊界和變量關(guān)系[5]。值得注意的是，該模型的研究結(jié)果會利用輸出數(shù)據(jù)自適應(yīng)地調(diào)整模型，以確定最優(yōu)路徑。眾所周知，生產(chǎn)與生活將消耗能源，并向大氣排放污染物。作為經(jīng)濟發(fā)展的基礎(chǔ)，工業(yè)生產(chǎn)提升了地區(qū)生產(chǎn)總值，但它受投入-產(chǎn)出的約束[6]。當(dāng)工業(yè)和居民活動消耗能源時，廢氣就會排放到大氣中，但排放總量受到環(huán)境承載力的制約。產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化調(diào)整和技術(shù)成本的降低，可以擴大環(huán)境容量，促進社會經(jīng)濟的發(fā)展。因此，本文的分析中將地區(qū)生產(chǎn)總值GRP作為衡量經(jīng)濟增長的指標。隨著經(jīng)濟發(fā)展與污染防治沖突加劇、經(jīng)濟放緩等，需要綜合考慮經(jīng)濟發(fā)展、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、技術(shù)升級、污染防治等多維變量，因此本文應(yīng)用了文獻［7］提出的目標函數(shù)，并把“經(jīng)濟最大化”和“污染物排放總量最小化”作為研究目標，其改進的目標函數(shù)如下：F（t）=MaxtΣ1（1+ρ）t-1GRP（t）（1）公式（1）中，GRP（t）為第t年的地區(qū)生產(chǎn)總值（En）；ρ為社會折現(xiàn)率，一般設(shè)置為0.05，是中國2006—2015年貸款利率平均值。En是一種內(nèi)生變量（EndogenousVari-ables，En），表明該模型所要決定的變量。與之相對應(yīng)的是外生變量（ExogenousVariables，Ex），表明模型以外的因素所決定的已知變量[8]。為了描述為t年內(nèi)資源型城市NOX和SO2的排放總量，本文采用內(nèi)生變量EpNOX（t）和EpSO2（t）進行描述。受社會經(jīng)濟、能源和環(huán)境等因素的相互制約，資源型城市的各工業(yè)增加值等于總產(chǎn)值乘以增加值率的乘積，其描述模型如下：GRP（t）=10i=1Σgrt（i，t）=10i=1ΣIVA（i）×xn（i，t）（2）其中，grt（i，t）是第i類工業(yè)第t年的增長值；xn（i，t）是第t年的產(chǎn)出值；IVA（i）是第i類工業(yè)的增加率，其中i表示資源型城市的主要工業(yè)。由于社會經(jīng)濟的生產(chǎn)和消費必須滿足投入-產(chǎn)出平衡，所以第t年的產(chǎn)出值應(yīng)該不小于總投入。xn（i，t）≥A×xn（i，t）+tc（i，t）+gcf（i，t）+ex（i，t）-im（i，t）（3）其中，xn（i，t）是第i類工業(yè)第t年的總產(chǎn)值（en）。A是輸入系數(shù)（ex）；tc（i，t）為第t年消費總量（en）；gcf（i，t）是第i類工業(yè)第t年的資本形成總量（en）；ex（i，t）是第i類工業(yè)第t年出口總額（en）；ix（i，t）是第t年資源型城市工業(yè)總進口量（en）。投入-產(chǎn)出系數(shù)和增加值率見文獻［9］。雖然所有行業(yè)在發(fā)展過程中都要消耗能源，但是各行業(yè)的能源消耗強度卻不盡相同。本文將能源消耗強度與工業(yè)產(chǎn)值相結(jié)合，計算出總能源需求。能源總需求是受能源供應(yīng)總量限制的，所有工業(yè)類別可以統(tǒng)計出能源總需求：ED（i）=ec（i）xn（i，t）（4）其中，ec（i）是第i類工業(yè)的能源消耗強度。廢氣的產(chǎn)生主要是工業(yè)生產(chǎn)和居民生活造成的，本文通過統(tǒng)計大氣污染物中最主要的兩個指標獲取排放總量。由于工業(yè)之間的差異，不同工業(yè)單位產(chǎn)值的污染物排放強度不同，因此利用總產(chǎn)值與單位產(chǎn)值污染物排放強度之間的關(guān)系，即污染物排放系數(shù)，可以計算各生產(chǎn)部門污染物排放總量。由于居民產(chǎn)生的污染物與人口有關(guān)，所以利用居民污染物排放總量乘以單位人口污染物質(zhì)量能夠近似模擬相應(yīng)變量。為了便于對資源型城市的經(jīng)濟數(shù)據(jù)進行分析，政府的經(jīng)濟數(shù)據(jù)以統(tǒng)計年鑒作為外生變量，以此獲取模型的內(nèi)生變量，最終該模型可以計算出各行業(yè)直接消費系數(shù)矩陣和增加值率。各行業(yè)污染物排放系數(shù)按NOX和SO2總排放量除以各行業(yè)總產(chǎn)值計算，最終得出了技術(shù)投資和運營成本數(shù)據(jù)。最終將這些值作為外生變量引入模型，進而探討技術(shù)對經(jīng)濟和環(huán)境的影響程度。

2仿真分析與討論

在構(gòu)建綠色經(jīng)濟轉(zhuǎn)型決策模型的基礎(chǔ)上，本文采用美國LINDO系統(tǒng)公司開發(fā)的交互式的線性和通用優(yōu)化求解器（LINGO）對資源型城市的經(jīng)濟與環(huán)境的動態(tài)發(fā)展進行了仿真，分析比較了不同情景下經(jīng)濟發(fā)展和環(huán)境改善的演變規(guī)律，提出了政策的發(fā)展方向和實施路徑。

2.1資源型城市轉(zhuǎn)型實例

眾所周知，資源型城市的生命周期不可避免地將經(jīng)歷投入期—成長期—成熟期—衰退期4個階段。據(jù)國家發(fā)展改革委2018年統(tǒng)計的數(shù)據(jù)顯示，我國資源型城市多達262個，大部分城市屬于成長型和成熟型城市。為了避免資源型城市出現(xiàn)高污染、礦竭城衰等問題，大部分城市都在選擇轉(zhuǎn)型，加快推動持續(xù)性發(fā)展的戰(zhàn)略導(dǎo)向，建立綠色發(fā)展體系。六盤水市坐落在中國西南地區(qū)的貴州省，是南方重要戰(zhàn)略資源支撐基地、資源深加工基地及全國能源基地。依靠煤炭工業(yè)發(fā)展起來的六盤水，以煤炭、鋼鐵和電力為經(jīng)濟支柱，是中國最重要的資源型城市。2020年全年地區(qū)生產(chǎn)總值實現(xiàn)1330億元左右、增長達4.5%以上，規(guī)上工業(yè)增加值增長4.5%左右，固定資產(chǎn)投資增長6%左右。煤炭行業(yè)工業(yè)總產(chǎn)值為821.48億元，占據(jù)了52.96％的全市規(guī)模以上工業(yè)產(chǎn)值，煤炭工業(yè)增加值為326.5億元，占規(guī)模以上企業(yè)工業(yè)增加值的66.53％，占GDP的比重為27％。隨著國家將發(fā)展綠色產(chǎn)業(yè)作為推動經(jīng)濟結(jié)構(gòu)調(diào)整的重要舉措，六盤水市的工業(yè)已經(jīng)面臨產(chǎn)業(yè)發(fā)展困境，一大批高污染產(chǎn)業(yè)發(fā)展受到影響，經(jīng)濟形勢也持續(xù)受到較大影響。2011年以來，經(jīng)濟增速放緩；2014年，全市經(jīng)濟增長為5.1%，低于全國平均水平；2019年負增長0.8%。受經(jīng)濟衰退和環(huán)境壓力的限制，鋼鐵工業(yè)的發(fā)展也受到了影響。一些工廠被迫重組或關(guān)閉，反過來又造成了其他社會問題。六盤水市統(tǒng)籌推進污染防治、轉(zhuǎn)型升級和經(jīng)濟社會發(fā)展，立足自身情況和對實際的考量，通過引進盤江新光燃煤發(fā)電項目、威箐焦化200萬t/年異地搬遷技改項目、天能焦化氫氣提純（一期）項目等一批引領(lǐng)性重大產(chǎn)業(yè)項目，加快綠色發(fā)展步伐，持續(xù)改善環(huán)境質(zhì)量，加緊實現(xiàn)鋼鐵工業(yè)綠色轉(zhuǎn)型。然而，與六盤水市資源型工業(yè)轉(zhuǎn)型升級類似，大多數(shù)資源型城市轉(zhuǎn)型都是政策導(dǎo)向與技術(shù)措施的并措，并根據(jù)不同地區(qū)的資源特點與發(fā)展趨勢，實現(xiàn)經(jīng)濟增長和環(huán)境改善的雙重目標。

2.2實證分析

雖然大多數(shù)資源型城市轉(zhuǎn)型都是政策導(dǎo)向與技術(shù)措施的并措進行綠色轉(zhuǎn)型，但是并沒有完善的模型進行系統(tǒng)性分析，本文借鑒系統(tǒng)動力學(xué)理論描述3E系統(tǒng)的多維耦合機制，在保持當(dāng)前經(jīng)濟發(fā)展水平、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和污染控制水平的情況下，采用業(yè)務(wù)照常情景（Business-As-Usual，BAU）進行了動態(tài)模擬，以驗證模型的敏感性。六盤水2019年和2020年的生產(chǎn)總值分別為1265.97與1339.62億元。為了便于分析，實驗采用2018年第四次經(jīng)濟普查資料公布的實際數(shù)據(jù)進行詳細模擬，生產(chǎn)總值為1195億元與1311億元，其結(jié)果與真實結(jié)果相似，除第一產(chǎn)業(yè)具有差距，第二產(chǎn)業(yè)和第三產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)總值都非常接近實際，與總的生產(chǎn)總值差距不到3%（見表1）。由于模擬結(jié)果與實際數(shù)據(jù)高度一致，所以驗證了綠色經(jīng)濟轉(zhuǎn)型決策模型的準確性，以及BAU模擬預(yù)測值的可靠性。在BAU情景基礎(chǔ)上，通過引入技術(shù)投資參數(shù)到目標模型中，尤其是針對六盤水傳統(tǒng)的三大支柱產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，其經(jīng)濟模擬結(jié)果表明：創(chuàng)新驅(qū)動、技術(shù)升級等技術(shù)投資在促進資源型城市鋼鐵工業(yè)經(jīng)濟增長和污染整治的協(xié)調(diào)發(fā)展方面發(fā)揮著重要作用。如果保持目前的經(jīng)濟發(fā)展水平，到2030年，六盤水生產(chǎn)總值僅為1810億元，比2019年增長30.28%，年均增長率不到2%，難以實現(xiàn)《六盤水市城市總體規(guī)劃（2013—2030年）》批復(fù)的經(jīng)濟增長目標（如圖1所示）。如果在當(dāng)前經(jīng)濟發(fā)展水平、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和污染控制水平中增加新的減排技術(shù)，到2030年，六盤水地區(qū)生產(chǎn)總值可達到2106.5億元，比2019年增長39.94%，經(jīng)濟發(fā)展水平將得到明顯的提高。本文在圖2中進一步比較了不同前景下廢氣排放情況?？梢娍闯?，引進技術(shù)投資既能實現(xiàn)經(jīng)濟增長，又能有效控制污染物排放。這一點可以用實際數(shù)據(jù)和以往研究結(jié)論進行驗證。與2019年的排放量相比，兩種情景下的污染物排放量從2021年開始減少，但不同產(chǎn)業(yè)的污染物排放值更低。預(yù)計到2030年，不同情境下的SO2排放量分別為9.025萬t和8.183萬t，NOX排放量分別為7.56萬t和6.48萬t。因此，引進技術(shù)投資可使這些污染物的排放總量分別減少9.32%和14.28%，因此新技術(shù)的引進明顯對污染物減排起到了積極作用。要確保資源型城市能夠?qū)崿F(xiàn)目前的綠色轉(zhuǎn)型的目標，就必須對產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)進行大幅度調(diào)整，煤炭、鋼鐵和電力的產(chǎn)量預(yù)計將在10年內(nèi)分別下降29.3%、4.6%和66.4%。同時，裝備制造業(yè)、交通運輸業(yè)、倉儲業(yè)、服務(wù)業(yè)等排放系數(shù)較低的工業(yè)會保持積極發(fā)展態(tài)勢，其中旅游業(yè)增速超過了110%。通過對不同前景下產(chǎn)值結(jié)果的比較可以看出，新技術(shù)的引進使不同行業(yè)的發(fā)展都有不同程度的提高。這一變化在重工業(yè)領(lǐng)域尤為明顯。從2020年開始，鋼鐵工業(yè)可實現(xiàn)5.5%的年增長率，這反映出技術(shù)引進后，技術(shù)資源將相對傾向于向?qū)︿撹F工業(yè)的配置。同時，在投入-產(chǎn)出平衡的約束下，其他產(chǎn)業(yè)將會同步發(fā)展。這驗證了鋼鐵工業(yè)可以進一步發(fā)展，通過對產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)進行調(diào)整，完善污染控制技術(shù)，追求鋼鐵工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。為了便于分析鋼鐵工業(yè)中技術(shù)升級對未來經(jīng)濟發(fā)展的趨勢影響，試驗?zāi)M了脫硫脫硝技術(shù)對不同成本的影響，以及后續(xù)經(jīng)濟發(fā)展情況。圖3展示的曲線表明了成本變化對技術(shù)升級投入的影響，其中Y軸代表成本削減效應(yīng)彈性，彈性越大，意味著整體經(jīng)濟效益越大或污染物削減效果越好。曲線初端的彈性值隨著成本下降而增加，當(dāng)成本下降15%時達到峰值。經(jīng)濟和污染物減排的經(jīng)濟效應(yīng)彈性和環(huán)境效應(yīng)彈性均呈倒“U”形趨勢，說明技術(shù)成本的降低對經(jīng)濟發(fā)展具有積極作用，當(dāng)成本降低15%左右時，出現(xiàn)最優(yōu)拐點。污染密集型工業(yè)的生產(chǎn)激勵效應(yīng)如圖3所示。隨著技術(shù)成本的降低，2030年高污染系數(shù)工業(yè)產(chǎn)值將有所增加，尤其是煤炭與鋼鐵產(chǎn)業(yè)。對于非金屬礦產(chǎn)品，如水泥行業(yè)，當(dāng)成本降低到15%時，其產(chǎn)值開始增加。LINGO軟件對目標函數(shù)的求解結(jié)果表明：產(chǎn)業(yè)升級可以促進鋼鐵工業(yè)的發(fā)展，提高最終工業(yè)產(chǎn)值。當(dāng)成本降低率為15%時，能獲得最優(yōu)目標值，對整個行業(yè)的帶動作用最明顯。因此，將總成本控制目標定為15%，符合創(chuàng)新升級與研發(fā)投入比例。隨著升級技術(shù)的成本得到控制，就能在投入與產(chǎn)出之間實現(xiàn)平衡，最終改善資源型城市各行業(yè)的發(fā)展前景。

3結(jié)論

本文以六盤水市為例，定量分析了經(jīng)濟綠色轉(zhuǎn)型的優(yōu)化路徑。研究結(jié)果表明，在當(dāng)前形勢下，污染物減排目標的實現(xiàn)會致使經(jīng)濟停滯，阻礙大多數(shù)行業(yè)的發(fā)展。改善經(jīng)濟和環(huán)境，促進清潔生產(chǎn)，提供技術(shù)改進補貼，改變產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)至關(guān)重要。鋼鐵工業(yè)在調(diào)整過程中仍然可以實現(xiàn)產(chǎn)量的增長。與以往的研究相比，本文采用多維耦合機制分析鋼鐵城市的轉(zhuǎn)型路徑，并引入3E系統(tǒng)動態(tài)模型，使研究更加科學(xué)化、透明化且更具有可操作性，全面地展示了各種因素變化所帶來的具體影響和行業(yè)的未來發(fā)展趨勢。該研究可以提供最優(yōu)的綠色轉(zhuǎn)型路徑，為資源型城市轉(zhuǎn)型提供科學(xué)的決策依據(jù)，指導(dǎo)其調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，引進技術(shù)投資，并在有效的區(qū)間內(nèi)降低技術(shù)成本，其結(jié)果對其他資源型城市具有一定的借鑒意義。然而，本文僅對社會經(jīng)濟、能源和環(huán)境等主要因素進行分析，并沒有提出具體的技術(shù)選擇方案，或給出能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化措施。若能將所有的因素都加以統(tǒng)計，必將獲得最優(yōu)的預(yù)測模型。

作者:何孟超 單位:貴州瑞泰實業(yè)有限公司