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甘肃省经济增长、电力消费与二氧化硫排放量间的关系研究

摘要：电力已成为现代化工业国家的基础性产业。甘肃省经济正处在工业化进程之中，电力行业的发展一直受到政府的高度重视。大量的理论研究及实践发现，电力消费与国民经济发展以及与环境保护之间存在高度关联性和矛盾性。发电行业中煤炭燃烧产生的二氧化硫排放，是空气中二氧化硫超标的重要因素。本文以2003~2012年的甘肃省全社会用电量、二氧化硫排放量以及GDP数据为样本，运用spss、Excel等软件，研究甘肃省经济增长、电力消费与污染物二氧化硫排放量之间的关系，得出以下结论：甘肃省经济增长促进电力消费；电力消费的增加，又促进了污染物二氧化硫的排放（但在不同区域以及不同年份，由于天气和环保措施等多种原因，存在一定的差异）。要想解决好经济发展、电力消费和环境保护之间的矛盾，就必须大力进行电力行业和工业的设备改造和产业升级，以及政府对相关行业的宏观调控和合理布局。
关键词：电力消费、经济增长、二氧化硫排放量、工业及电力行业改革。
1 引言
1.1 中国经济的快速发展，拉动了电力消费的快速增长。电力工业作为发展国民经济和改善人民生活水平的基础产业，对国民经济发展和社会进步起到了举足轻重的作用，提高了人们的生活效率。电力需求不断增长的同时也带动了电力业发展步伐的加快。但当前我国发电结构仍以火电为主，发电量的增长也使得煤炭消费量增加，进而产生了大量的污染物，对环境造成了严重的负面影响。能源消费与环境保护问题越来越受到世界共同的关注。伴随着经济增长和工业化进程的推进，也催生了诸多相关研究领域。
1.2 我国城市大气污染严重,这是因为我国的能源结构目前是以煤为主。城市大气污染中的烟尘和二氧化硫都是煤烟型污染。长期以来以煤为主的能源结构、不成熟的脱硫技术以及排污收费标准偏低等一系列原因造成二氧化硫污染严重的事实，对社会环境产生很大压力。
1.3常规气态污染物。主要包括二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳、臭氧、氟化物、氯化烃和挥发性有机物（VOCS）等。二氧化硫是一种常见的和重要的大气污染物，是一种无色有强烈刺激性气味的气体。由于煤和石油通常都含有硫化合物，许多工厂在生产过程中都会产生二氧化硫。其主要排放源为以煤或油为燃料的发电厂、有色金属冶炼厂和硫酸厂等。当二氧化硫溶于水中时，会形成亚硫酸。由于二氧化硫不仅对动植物、农作物危害严重，对建筑也有很强的危害性，我国的环境保护法中对其排放量和排放浓度均有严格限制。
正因为二氧化硫是一种刺激性的有毒气体，所以空气中二氧化硫的浓度达1PPM时，人体会感动胸部有一种被压迫的不适感；当浓度达到8PPM时，人就会感到呼吸困难；当浓度达到10PPM时，咽喉纤毛就会排出粘液。二氧化硫浓度为10～15ppm时，呼吸道纤毛运动和粘膜的分泌功能均能受到抑制。浓度达20ppm时，引起咳嗽并刺激眼睛。若每天吸入浓度为100ppm8小时，支气管和肺部出现明显的刺激症状，使肺组织受损。浓度达400ppm时可使人产生呼吸困难。二氧化硫的危害性还在于经常会与飘尘一起被吸入，飘尘气溶胶微粒可把二氧化硫带到肺部使毒性增加3～4倍。若飘尘表面吸附金属微粒，在其催化作用下，使二氧化硫氧化为硫酸雾，其刺激作用比二氧化硫增强约1倍。长期生活在大气污染的环境中，由于二氧化硫和飘尘的联合作用，可促使肺泡纤维增生。如果增生范围波及广泛，形成纤维性病变，发展下去可使纤维断裂形成肺气肿。二氧化硫可以加强致癌物苯并（a）芘的致癌作用（注：苯并a芘（Benzoapyrene），化学式：C20H12，是一种五环多环芳香烃类。结晶为黄色固体。这种物质是在300到600°C之间的不完全燃烧状态下产生。苯并芘存在于煤焦油中，而煤焦油可见于汽车废气（尤其是柴油引擎）、烟草与木材燃烧产生的烟，以及炭烤食物中。苯并芘为一种突变原和致癌物质，从18世纪以来，便发现与许多癌症有关。其在体内的代谢物二羟环氧苯并芘，是产生致癌性的物质）。据动物试验，在二氧化硫和苯并（a）芘的联合作用下，动物肺癌的发病率高于单个因子的发病率，在短期内即可诱发肺部扁平细胞癌。二氧化硫进入呼吸道后，因其易溶于水，故大部分被阻滞在上呼吸道，在湿润的粘膜上生成具有腐蚀性的亚硫酸、硫酸和硫酸盐，使刺激作用增强。上呼吸道的平滑肌因有末梢神经感受器，遇刺激就会产生窄缩反应，使气管和支气管的管腔缩小，气道阻力增加。上呼吸道对二氧化硫的这种阻留作用，在一定程度上可减轻二氧化硫对肺部的刺激。但进入血液的二氧化硫仍可通过血液循环抵达肺部产生刺激作用。二氧化硫可被吸收进入血液，对全身产生毒副作用，它能破坏酶的活力，从而明显地影响碳水化合物及蛋白质的代谢，对肝脏有一定的损害。动物试验证明，二氧化硫慢性中毒后，机体的免疫受到明显抑制。
1.4 火电一直是煤炭消费大户，其耗煤量占煤炭消耗总量的50%左右，也是大气污染物排放大户。二氧化硫和氮氧化物排放量均占排放总量的30%～40%。经过“十一五”前后十多年的不懈努力，电力行业减排取得显著成果，二氧化硫、氮氧化物下降幅度均高于全国平均水平，其排放标准也日益严格，但公众的感受却是环境空气质量在逐渐变差。出现这种反差的原因何在？究其原因，还是减排的思路和方法不够全面。根据《中国能源统计年鉴2011》中分行业煤炭消费总量数据，我国电煤消费从2005年的10.63亿吨增长至2010年的15.12亿吨，年增长率约为8.45%。在2005～2010年期间，电煤占煤炭消费总量的比例基本稳定，波动不大，平均为48.06%。根据美国能源信息局（EIA）提供的数据，在2005～2010年期间，美国电煤消费从2005年的10.65亿吨增长至2010年的10.69亿吨，基本保持不变。在2005～2010年期间，美国电煤占煤炭消费总量的比例从2005年的90.19%稳步增长为2010年的99.12%。从排放绝对值而言，2005～2010年期间，我国电力二氧化硫排放量从2005年的1350万吨，降低到2010年的926万吨，电力行业二氧化硫减排了424万吨，下降约31.41%。从我国电力行业二氧化硫排放量占全国二氧化硫排放量的比例而言，从2005年的52.96%下降到2010年的42.38%，降低了10.58%。根据美国环保署提供的统计材料，2005～2010年期间，电力二氧化硫排放量从2005年的1034万吨降低到2010年的540万吨，电力行业二氧化硫减排了494万吨，下降约47.78%。从电力行业二氧化硫排放量占全国二氧化硫排放量的比例而言，呈波动式发展，从2005年的70.87%到2010年的68.10%，基本在70%上下。
1.5 实际上电力消费的主要影响因素是经济增长，这也是众多学者公认的观点。而污染物排放和经济增长之间也是相互影响的，对三者之间的关系进行研究具有十分重要的意义。仅对经济增长和电力消费的关系进行研究，而忽略了环境这一主要因素，就忽视了科学发展观。而单纯研究环境问题，不考虑经济发展因素和其他重要因素，也是不客观和不现实的。因此，本文把经济增长、电力消费和大气主要污染物二氧化硫排放量纳入同一框架下来研究三者之间的关系。
1.6 甘肃省经济运行总体平稳，经济发展稳中有进、稳中向好，经济增长保持在较快区间。转方式调结构取得新成效，传统产业改造提升步伐加快，能源产业发展跃上新台阶。战略性新兴产业持续发展，积极组织实施国家和省级战略性新兴产业项目，加快推进国家和省级产业创新平台创新能力建设。同时循环经济加快发展，项目建设和基础设施扎实推进。骨干输电网架建设稳步推进。总体来说，甘肃省近年来的经济高速发展，对甘肃省的电力消费能力增大，同时环境污染问题也引起了政府的高度重视。在经济发展、电力消费和二氧化硫排放方面，甘肃省与全国其他省份有相同点，但也有所区别。对甘肃省经济增长、电力消费和污染物排放之间的关系进行实证研究，不仅能够为甘肃省制定相应的政策提供一定的参考作用，且能为我国其他地区提供借鉴作用。
2 甘肃省经济增长、电力消费与二氧化硫排放关系的实证分析
2.1 研究方法
本文的研究主要2003-2012年的甘肃省全社会用电量、二氧化硫排放量以及GDP数据为样本，运用spss、Excel等软件，进行实证分析研究甘肃省经济增长、电力消费与污染物二氧化硫排放量之间的关系。
2.2 实证分析
2.2.1随着甘肃省经济增长步伐的加快，电力消费量也呈现高速增长的趋势。
甘肃省GDP由2003年的13,998,300万元，增长到2012年的56,502,000万元；全社会用电量由2003年的398.33万千瓦小时增长到2012年的994.56万千瓦小时，均呈现出较高的增长率（表1）（图1）。

表1：甘肃省全社会用电量、二氧化硫排放量以及GDP数据（2003—2012年）

年份 全社会用电量（万千瓦） 二氧化硫（万吨） GDP(万元)

2003 398.33 49.39 13,998,300
2004 452 48.4 16,884,900
2005 489.48 56 19,339,800
2006 536.33 55 22,773,500
2007 614.74 52 27,039,800
2008 677.76 50.15 31,668,200
2009 705.51 50.03 33,875,600
2010 804.43 55.18 41,207,500
2011 923.45 62.39 50,203,700
2012 994.56 57.25 56,502,000

图1：甘肃省全社会用电量、二氧化硫排放量以及GDP数据示意图（2003—2012年）

2.2.2 从甘肃省GDP和全社会用电量的趋势对比可以看出，随着GDP的增加，社会用电量也呈现出明显的增加趋势（图3）。
图3：2003-2012年甘肃省GDP和全社会用电量数据关系图

（图3：此处加入spss软件分析2003-2012年甘肃省GDP和全社会用电量数据关系图）

2.2.3 从甘肃省全社会用电量和二氧化硫排放量的趋势对比可以看出，随着社会用电量的增加，二氧化硫的排放也总体呈现出增加的趋势（图4）（图5）。但不同的年份，受天气、环保措施等多种因素，二氧化硫排放量呈现出不同的增减。

图4甘肃省全社会用电量、二氧化硫排放量散点图（2003年-2012年）

数据为2003-2012年的时间列数据。

（图5：此处加入spss软件分析2003-2012年甘肃省全社会用电量和二氧化硫排放数据关系图）

图5： 2003-2012年甘肃省全社会用电量和二氧化硫排放数据关系图

2.2.4 从甘肃省GDP和二氧化硫排放的数据对比可以看出，随着GDP的增加，二氧化硫的排放也呈现出增加的趋势（图6）

（图6：此处加入spss软件分析2003-2012年甘肃省GDP和二氧化硫排放数据关系图）

图6：2003-2012年GDP和二氧化硫排放数据关系图

2.2.5 工业仍是电力消费的主力。1990～2008年工业电力消费占全社会电力消费量的比重年均为74.55%。由于我国发电结构仍以煤电为主，电力需求量的增长也加快了电力业煤炭消费量的增长，1990～2009年电力业煤炭消费量占煤炭消费总量的比重年均为39.76%，远远高于其它行业部门。从电力业煤炭消费量与电力消费量的散点图（图2）可以看出，两者呈现显著的正相关关系，电力消费量每增加一单位，电力业将多消耗3.84%的煤炭资源。要满足不断增长的电力需求，需要消耗更多的煤炭资源，从而带来了更大的环境保护压力。
图2：电力业煤炭消费量与电力消费量散点图

2.2.6 工业和发电行业对甘肃省大气污染及二氧化硫排放影响较大。
兰州市是甘肃省的省会城市，也是甘肃省主要的大型工业聚集地。我们来看一个真实的案例：据兰州晚报报道，2010年1月5日，兰州市出现二氧化硫浓度超过国家标准，发生较为严重的二氧化硫为首要污染物的天气。空气污染指数为122，属轻微污染。西固兰苑宾馆自动监测点位测得二氧化硫浓度日均值为0.268毫克/立方米，城关生物制品研究自动监测点位测得的二氧化硫浓度日均值为0.277毫克/立方米，均超过国家空气质量三级标准。市环保局环境监测、监察人员连夜分组排查污染源。经过现场检查和监测综合分析，市环保局认为西固热电厂、兰石化化肥厂脱硫设施因故障停运是导致1月5日兰州市空气中二氧化硫超标的重要原因。在西固热电厂现场检查中发现，该厂两台33万千瓦机组（各1050吨）于1月１日起因故障脱硫设施停运，1月4日，２号机组停运。经监测，二氧化硫排放浓度在1400毫克/立方米至2800毫克/立方米之间，属超标排放。该厂采用靖远、新疆、宁夏和阿干的燃煤，硫份约为1%，日耗煤量在11800吨至13700吨之间。在兰石化化肥厂锅炉房检查中发现，脱硫沉降池2009年12月28日发生故障，造成大部分烟气未经脱硫直接排放，兰石化化肥厂锅炉房有2台145吨和1台220吨锅炉，采用靖远、窑街的燃煤，硫份0.45%，每天耗煤量800吨至900吨。
耗煤量增加成污染原因之一。通过甘肃省相关部门的检查和监测综合分析，大气中有93.9％的二氧化硫来自煤燃烧，兰州市环保局认为造成1月5日二氧化硫浓度升高成为首要污染物的主要原因是燃煤造成的二氧化硫排放。一方面是全市燃煤进入高峰期，由于气温降低，全市供暖锅炉满负荷运行，增加了燃煤量；电厂发电进入高发期，用煤量增幅较大。另一方面是由于西固热电、兰石化化肥厂锅炉烟气脱硫设施因故障停运，造成二氧化硫未经处理直接排放，对全市二氧化硫排放量影响较大；位于兰州上风向的榆中钢厂排放的二氧化硫通过河谷风扩散也会对城关生物制品研究自动监测点位产生影响。与此同时，由于我市冬季静风频率高，污染物扩散条件差，产生了累积效应，而燃煤大户使用的煤质差也是加重二氧化硫污染的原因之一。从以上案例和数据来看，两家大型生产企业脱硫设备故障加上其他一些因素，就可导致一座大城市中的二氧化硫含量超标，可见工业对大气污染具有很强的影响。
2.2.7 甘肃省经济发展与二氧化硫排放密切相关。
2009-2011年，甘肃省的GDP相比往年增长更加迅速。2008年，甘肃省的GDP为3166.82亿元，2009年为3387.56亿元，2010年为4120.75亿元，2011年为5020.37，2012年为5650.2亿元。2009-2011年连续三年增幅均大幅超过往年，到2012年，增幅有一个小幅的回落。社会用电量方面，2008年，甘肃省的社会用电量为677.76万千瓦，2009年为705.51万千瓦，2010年为804.43万千瓦，2011年为923.45万千瓦，2012年为994.56万千瓦。二氧化硫排放方面，2008年，甘肃省的二氧化硫排放量为50.15万吨，2009年为50.03万吨，2010年为55.18万吨，2011年为62.39万吨，2012年为57.25万吨。从以上数据我们看到，甘肃省经济发展的趋势，和社会用电量和二氧化硫的排放量的趋势基本保持一致（图7）。所以，目前以传统工业为重要力量的经济增长方式，会直接影响空气中的二氧化硫含量。
图7：甘肃省GDP、社会用电量和二氧化硫排放增长量对比图。

3 结论与分析
3.1 电力发展环境影响的理论分析。
电力行业在生产时消耗大量的资源，所以在对资源环境保护上应该承担非常重要的责任，在节能与节水方面电力行业取得了很大的成绩，也有很大的差距，在环境保护上问题比较突出，努力降低二氧化硫的排放量是电力行业的一个重要任务。电力系统对环境的污染主要是在发电过程中产生的。我国电力结构主要是以火电为主、水电为辅，核电等其他类型是辅助手段，电力工业的发展水平和以火电为主的电源结构决定了电力行业将会对我国的大气环境产生很大的影响。二氧化硫的排放是我国大气污染的主要因素之一，而其是我国电力发电的主要排放物。同时在电力工业快速发展过程中应用的新技术，也对环境带来了很大的压力。发电量的增加的前提是自然资源的更快消耗，也对环境带来了更为严重的污染问题。所以要积极研究解决能源消耗的问题，要提高煤炭能源转换为电力能源的技术水平，调整火电机组结构，积极研究清洁的发电技术，同时要改善电网结构，控制二氧化硫的排放。
3.2 经济——电力——环境系统耦合互动分析。
在经济可持续发展的目标下，地区经济、电力消费与环境是一个复合系统。整个系统的目标是通过协调电力、经济和环境的关系，满足社会经济发展的需求，并且最大限度地减小对环境的污染。三者之间是耦合的关系，只有通过三者的协调发展，电力发展才能够在真正意义上促进社会进步。但是以煤炭为主的能源结构又注定了将会对环境排放污染物，所以应该在保证经济发展的同时严格控制电力行业的环境污染是整个系统协调发展的关键和核心所在。
3.3 电力消费量与经济发展的关系分析。
3.3.1经济发展过程中的电力消费。电力消费量与经济发展趋势相同，会随着经济波动而呈现波动现象。总之我国经济增长与电力消费量间存在密切的关系。电力消费量不但与国民生产总之间存在正相关联的关系，而且也会受到工业结构、人口数量的影响。
3.3.2 电力消费的行业结构变化。随着国民经济快速增长，电力消费旺盛，全社会用电量保持较快增长，但是拉动电力消费增长的最主要动力仍然是工业用电，特别是重化工业用电需求的快速增长。到2006年，电力消费结构重型化趋势更加突出。第一产业中的用电主要是农业用电，占整个比重的90%左右，但是随着气候和现代化农业的发展，农业生产用电量的比重呈现下降的趋势。第二产业用电是全社会用电的主要组成部分，主要包括工业用电和建筑业用电，占全社会用电的70%以上，所以其变化决定着整个社会电力需求的变化。在电量消费上，随着社会的发展，电力消费也在快速的增长，在增长份额上，第一产业增长较慢，第二产业、第三产业和城乡居民增长较快。改革开发以后，我国的产业结构实现了从第一产业为主体到第二产业为主体的跨越，使第二产业的比重在整个电力消费中占据到了很大的比重，第一产业的电力消费比重在逐渐下降，在经济发展和社会进步下，随着城市化水平的提高和人们生活水平的改善，第三产业和城乡居民的电力消耗的比重在逐渐上涨。
3.4 电力工业发展中的环境影响
3.4.1 电力工业发展中的资源消耗与废物排放。电力工业以火电为主，电力生产主要燃料是煤炭，不仅消耗了大量的化石原料，也对大气排放了大量的二氧化硫、一氧化氮和二氧化碳等，对环境造成了极大的压力。同时电力工业也是温室气体和污染物排放最多的行业之一。所以如何在满足电力建设需求的同时控制二氧化硫等排放是当前面临的重要问题，也是保护大气环境的重要前提。因此为满足经济发展需求提高发电效率不仅仅是节能的重要措施，也是减少环境污染的重要措施。
3.4.2 污染物排放的地域差异。污染物的排放主要集中在电力产业比较发达的地区。我国电力主要集中在东部发达地区，甘肃省由于地处西部地区，经济发展水平低其电力行业的发展也相对落后，所以电力行业的二氧化硫排放量整体也低于东部地区，这也是甘肃省对相关行业改革的机会点。电力生产过程中的能耗和二氧化硫的排放量也是密切相关的，能耗越大，二氧化硫的排放量也就越大。同电力消费一样，二氧化硫的排放量不仅仅与能耗有关，也会受到其他很多因素的影响，例如地区的经济发展水平、城市化水平、煤炭资源消耗量等，不过在我国，经济增长明显带动电力消费的增长，同时也对环境造成了巨大的压力，环境负荷在这种形势下不断加大，因为在经济的快速发展下电力工业和交通工具排放的二氧化硫也出现了一定的地域差异。在甘肃省这样的经济相对落后的地区，由于人均GDP很小，但是由于受到节能技术落后等原因的影响，也有着相对大的二氧化硫排放量。在发达地区主要是对用电量的需求加大能源的消耗，虽然有一定的节能技术，不过在大的能源消耗下也对环境排放了大量的有害气体。
3.5 措施分析
3.5.1电力耗煤占比越大，是否需要越紧控制？一直以来，电力行业是煤炭消费大户，其消费量占全国煤炭消费总量的50%左右，在节能减排工作中也承担着重要任务，这是否意味着需要对电力行业耗煤进行严格控制？反观美国的经验，其电力耗煤一直保持在90%以上，甚至达到99%，环境质量却明显优于我国。这充分说明，电力耗煤总量的多少，并不是造成环境空气质量问题的绝对因素或主要因素。
3.5.2 电力二氧化硫排放占比越大，是否需要越紧控制？作为排放大户，我国电力行业二氧化硫排放量占总排放量的42%左右。但在美国，电力二氧化硫排放一直保持在总量的70%左右，环境质量却没有因此受到影响。这是因为美国电力耗煤的绝对集中，解决了非电力行业耗煤排放的问题。在我国，除了48%的电煤消耗之外，52%的非电力煤炭消耗所排放的二氧化硫并没有得到有效治理，这也是当前影响环境质量的重要因素。也充分说明，在电力二氧化硫排放总量下降的前提下，为改善我国环境空气质量，应进一步重视煤炭消费向发电集中，其余行业所需能源由电力提供这一现象。
3.5.3 电力行业煤炭消费评价体系是否需要优化？从美国的环境质量实际以及电力煤炭消费、电力二氧化硫排放来看，将这二者协同考虑，电力煤炭消费与电力二氧化硫占比却是越大越好，而且是在电力煤炭消费占比绝对集中的前提下，进一步对电力脱硫设施进行严格要求，从而实现电力二氧化硫逐步降低，以及电力二氧化硫占比在高水平的前提下，实现逐步下降。所以，电力行业煤炭消费评价体系需要进一步优化。
3.5.4 电力行业煤炭消费评价体系引入新概念。
考虑以上原因，笔者认为，需要对电力行业煤炭消费及排放评价引入新的概念——“二次再比”，把“二次再比”作为重要指标来进行评价。“二次再比”即电力行业二氧化硫排放占比与电力行业煤炭消费占比之比值。
3.6 结论
电力工业是国民经济发展的支柱产业，它的生产运营与其他行业诸如煤炭、运输、设备制造等行业有着千丝万缕的联系。电力消费量与经济发展水平息息相关，也存在较大的行业和地区分异，工业用电是电力消费的主体，但比重正逐步下降，居民生活用电和第三产业用电的比重正逐渐提高。电力消费量的不断增大，对资源、环境等方面的制约也随之增大。所以，在注重生态和环境保护的前提下，要以科学发展观审视电力工业的发展未来，转变经济增长方式，积极探索从传统工业走向生态工业，实现电力工业可持续发展的新途径。
综上所述，经济发展，用电消费类和污染物排放三者的关系，是具有矛盾性的。就目前而言，甘肃省社会的发展和经济实力的提高，还是需要工业作为重要基础的，这一点不可回避。只有通过政府在经济发展的整体布局上进行指导和宏观调控，加上企业设备和相关产业升级等系统工程的全方位实施，才能解决好社会经济发展、全社会用电量和污染物排放之间的关系，从而达到社会的和谐发展、科学发展和人类文明的进步。

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