基于環境保護視角的北京市工業產業升級路徑研究

任繼勤,祁士偉,殷 悅(北京化工大學 經濟管理學院,北京 100029)

基于環境保護視角的北京市工業產業升級路徑研究

任繼勤,祁士偉,殷 悅
(北京化工大學 經濟管理學院,北京 100029)

通過建立北京市各工業行業與大氣環境和GDP的灰色關聯度模型,進行關聯度分析。結果表明:工業行業能源消費量在一定程度上與經濟發展相輔相承、相互影響。據此，提出具體轉移升級路徑:①將橡膠塑料制品業和化學原料化學制品制造業轉移到河北,與河北省形成產業集群效應;②保留石油加工煉焦核燃料加工業、電力熱力生產供應業和黑色金屬冶煉壓延加工業;③對非金屬礦物制品業、金屬制品業、汽車制造業和計算機通訊等電子設備制造業采取半保留半轉移措施;④對化學纖維制造業采取就地轉型升級的措施。

環境污染;能源消費;GDP;灰色關聯度

隨著我國社會經濟平穩快速發展,資源與環境的約束問題日益凸顯,環境質量對人們身心健康的影響受到越來越多的關注。環境質量日益惡化來源于環境污染,與能源消費結構密切相關。長期以來,我國工業能源消費量占能源消費總量的70%左右,在三產之中占比最高[1]。北京市是我國的政治文化中心,資源高度依賴外省市供應，隨著需求的不斷增加,其可持續發展將面臨嚴峻的挑戰[2]。因此,關于產業結構升級、優化能源消費結構、減少環境污染等問題一直以來都受到各個方面的密切關注。

20世紀60年代以來,歐美日等國家采取一系列環境治理系統的措施,用了30多年治理污染問題。如英國1956年頒布的《清潔空氣法案》促成了煙控區建立；聯合國歐洲經濟委員會的長距離運輸空氣污染物條約(CLRTAP)和歐盟國家排放最高限定指示(NECD)對可吸入顆粒物進行了限制[3]；歐洲綠色城市指數詳細規定了CO2排放、能源、土地利用、空氣質量等指標。

我國從1980年開始出臺了一系列環境污染治理的政策和措施。國家層面上,發布了《中華人民共和國大氣污染防治法》、《大氣污染防治行動計劃》、《環境保護法》等法規,規定了污染物的濃度限值,實施排污總量控制和許可證制度;區域層面上,制定了《關于推進大氣污染聯防聯控工作改善區域空氣質量的指導意見》、《重點區域大氣污染防治“十二五”規劃》等,加強推進區域大氣污染聯防聯控工作。北京市印發了《北京市“十二五”時期節能降耗與應對氣候變化綜合性工作方案的通知》,闡明為應對氣候變化,在節能降耗方面強調“深入貫徹可持續發展理念,積極推動經濟、社會和環境協調發展”[4]。

能源、經濟與環境的關系研究:當社會經濟發展到一定程度,會涉及到環境和污染問題,環境庫茲涅茨曲線是在資源—經濟模型中加入環境因素,形成3E大系統[5]。在不同的環境下,資源、經濟和環境具有不同的演化規律。我國提出單位GDP的CO2排放降低目標,促進可再生能源等清潔能源的使用[6]。通過庫茲涅茨曲線回歸模型研究,發現環境污染與能源消費結構、產業結構密切相關[7]。在資源受限的城市發展綠色經濟,對促進社會經濟的協調發展非常重要。

產業結構和環境污染的關系研究:在構建經濟增長、產業結構和環境污染空間計量模型的基礎上,得出在人均GDP不變的情況下,第二產業與環境污染呈負相關關系，其比重每變化1%,環境污染綜合指數就會隨之變化0.00286[8]。采用2004—2013年我國的省際面板數據,對產業結構和環境污染的關系進行實證檢驗,得出當產業結構以第二產業為主導時,污染物排放總量將不斷增加[9]。通過構建Copeland-Taylor產業聚集與環境污染模型,得出產業聚集對環境污染具有顯著的門檻特征[10]。產業聚集達到一定程度時,對環境污染有顯著的改善作用。龔健健等則運用環境污染與高耗能產業回歸模型,得到高耗能產業聚集有利于節能減排的結論[11]。

這些學者基于宏觀角度得出工業能源消費是環境污染的主要源頭,產業的結構優化和轉移升級是環境治理的重要手段。鮮少有學者基于微觀層面,從地區和產業內部結構入手,對工業中具體行業與環境質量的關系進行研究。產業內部結構的變動,會對環境污染產生不同的影響。因此,本文在前人理論分析的基礎上,運用計量研究方法,選取具有代表性的產業結構和環境污染的指標,對北京市產業結構和環境污染進行實證研究,以期能為北京市經濟持續發展提供借鑒和參考。

圖1 2010—2014年北京市大氣環境狀況

1 北京市大氣環境污染現狀分析

近年來,北京市采取多項措施治理環境污染,環境質量雖然有間斷性改善,但整體大氣環境質量并未得到太大改善。2014年北京市可吸收顆粒物、PM2.5、二氧化氮的年均濃度整體上升,只有二氧化硫年均濃度持續走低,但遠未達到優良水平(圖1)。其中,北京市PM2.5的平均濃度嚴重超過世界衛生組織建議的上限,極大地影響到人們的身心健康。因此,要加快環境治理步伐,提高環境問題解決效率。

2 北京市工業能源消費量與GDP發展現狀

2010—2014年,北京市地區萬元生產總值能耗和工業萬元生產總值能耗均呈下降趨勢。單位GDP能耗是評價消費水平和節能降耗狀況的主要指標,可說明一個區域經濟活動對能源的依賴程度,反映經濟結構和能源利用效率的變化。萬元生產總值能耗下降,表明北京市經濟結構在向資源集約型轉變,能源利用效率正逐漸提升。但工業單位GDP能耗下降低于北京市地區的單位GDP能耗,反映工業能源消費效率比其他行業低。

從北京市能源消費總量來看,2013年由于受到有力控制,能源消費量大幅度下降，但2014年北京市的能源消費總量呈現小幅上升。北京市的工業能源消費量則逐年減少,表現出穩定的發展趨勢。能源消費總量增長率和工業能源消費增長率呈波動狀態,2014年整體回升(圖2)。

圖2 2010—2014年北京市能源消費情況

北京市地區生產總值增長率和工業生產總值增長率曲線表明,北京市經濟已經由快速發展轉向持續健康平穩發展,受整體經濟運行狀況的影響,其工業產值增長速度也趨于平穩。同時,由于北京市近年來加快了產業結構調整,工業產值占總產值的比例逐年下降(圖3)。

圖3 2010—2014年北京市工業生產總值及其增長率

綜上所述,北京市工業產值增長較緩慢,能源消費總量趨于下降,但單位GDP能耗仍然較高。這一方面反映了北京市工業發展受到產業結構調整的影響,另一方面反映了北京市工業結構不合理及能源利用效率低下。《京津冀協同發展規劃綱要》中對北京市的功能進行了定位,要求其將高耗能高污染的產業進行轉移升級。因此,本文將北京市的工業行業作為研究對象,找出對環境污染嚴重且對經濟發展貢獻小的行業,然后對這些行業采取相應的措施,促進北京市經濟環境協同發展。

3 評價指標體系的構建和模型的選取

本文以北京市典型工業行業為對象,建立灰色關聯度模型,探究北京市能源消費與大氣環境、經濟增長之間的關系,找出對大氣環境和經濟增長作用最大的行業。

3.1 評價指標體系構建

為了準確反映北京市能源消費的實際情況,在選擇評價指標時要盡可能利用或借鑒現有的各個社會經濟指標。指標選擇的原則包括:可操作性原則、科學性原則、可評價性原則、簡明性原則[12]。根據指標的選取原則和環境污染與能源消費的關系,本文選取北京市具有代表性的工業行業和大氣環境指標構建評價指標體系。

能源消費指標的選取:北京市的能源消費總量是指在北京地區內的一定時期,國民經濟各行業的能源消費量,如工業、農業、建筑行業等居民家庭的能源消費總和,主要由能源運輸、能源加工轉換和管理過程的損失量、終端能源消費量三部分組成。本文著重研究了北京市工業行業能源消費對環境的影響,并依據統計年鑒選取指標。基于“二八原則”,研究選取10個有代表性的工業行業:金屬制品業、汽車制造業、計算機通訊和其他電子設備制造業、電力熱力生產和供應業、化學纖維制造業、石油加工煉焦和核燃料加工業、橡膠和塑料制品業、非金屬礦物制品業、化學原料和化學制品制造業、黑色金屬冶煉及壓延加工業,其能源消費量約占工業能源消費總量的80%[1]。

大氣環境指標的選取：在進行空氣質量監測時,一般根據當地具體情況,將區域內的主要污染物作為評價指標,常用的指標有SO2、TSP、NO2、CO、PM10等。根據國家環境空氣質量標準,鑒于數據的可獲取性與相關性,結合北京市的環境污染特征,研究選取PM10年日均值、SO2年日均值、NO2年日均值作為大氣環境評價指標[12]。

3.2 評價模型選取

在研究能源消費與環境污染、經濟增長之間的關系時,不同學者采用的研究方法和模型有所不同。部分學者采用主成因分析法[13],部分學者運用格蘭杰因果檢驗法[14],還有學者通過建立復雜的模型進行研究,如CGE模型[15]等。上述方法和模型雖然對變量之間的統計規律有很好的反映效果,但是對樣本量的要求較嚴格,而灰色關聯分析法要求較低,因此對北京市有限且灰度較大的統計數據選擇灰色關聯分析法是十分合理的。

4 灰色關聯度模型建立步驟

分別設置參考數列X0(k)和比較數列Xi(k),其表達式為:

X0(k)={x0(1),x0(2)，…,x0(k)} (k=1,2,…,m)

(1)

Xi(k)={xi(1),xi(2)，…,xi(k)} (i=1,2,…,n)

(2)

式中,k為時間;m為時間的最大值;i為比較數列的個數;n為比較數列的總數。

原始數據無量綱化處理:無量綱化處理需要依據數據的穩定性進行,對具有穩定增長趨勢的數據,一般采用初值化變換;對升降趨勢不明顯的數據,則采用均值化變換。

絕對初值化:

Y0(k)={x0(1)-x0(1),x0(2)-x0(1),…,x0(n)-x0(1)}

(3)

Yi(k)={xi(1)-xi(1),xi(2)-xi(1),…,xi(n)-xi(1)}

={yi(1),yi(2),…,yi(n)}(i=1,2,…,m)

(4)

相對初值化:

Y0(k)={x0(1)/x0(1),x0(2)/x0(1),…,x0(n)/x0(1)}

={y0(1),y0(2),…,y0(k)}(k=1,2,…,m)

(5)

yi(k)={xi(1)/xi(1),xi(2)/xi(1),…,xi(n)/xi(1)}

={yi(1),yi(2),…,yi(k)}(i=1,2,…,n)

(6)

式中,Y0(k)為X0(k)初始化處理后的參數序列;Yi(k)為Xi(k)為初始化后的比較序列。

均值化:均值化有兩種方式：一是絕對均值化,即先求出各個原始數列的平均數,再用數列的所有數據減去該數列的平均數,由此得到一個差數數列;二是相對均值化,即用數列的所有數據除以該數列的平均數,得到一個倍數數列[12]。

求絕對差Δi(k)并分別找出絕對差的最大值Δmax、最小值Δmin:

Δi(k)=|Yi(k)-Y0(k)| (i=1,2,…,n)

(7)

計算關聯系數ri、關聯度ρi和綜合關聯度ρ:

ri=(Δmin+θΔmax)/(Δi(k)+θΔmax)

(8)

(9)

ρ=θη+(1-θ)λ

(10)

式中,η代表絕對關聯度;λ代表相對關聯度;θ∈[0,1]是用來調節絕對關聯度和相對關聯度對綜合關聯度影響程度的分辨系數,θ越小,表明絕對關聯度和相對關聯度對綜合關聯度的影響程度差別越大,一般取θ=0.5。當比較數列與參考數列的關聯度大于0.6,便認為其關聯性顯著。

5 實證研究及相關分析

對2005—2014年北京市大氣環境指標、GDP和10個工業行業能源消費量的統計數據進行整理,見表1。本文以變量X0(k)表示北京市大氣環境和GDP指標的參考序列,以變量Xi(k)表示10個工業行業能源消費量的比較數列,建立四個灰色關聯模型,分別考察北京市不同工業行業的能源消費量與大氣環境、GDP之間的關聯度。

表1 北京市2005—2014年能源消費總量、GDP、大氣環境與各工業行業能源消費量

注:數據來源于2006—2015年的《北京市統計年鑒》。

5.1 各行業能源消費量與大氣環境的關聯度分析

由于大氣環境三個指標并無顯著增長趨勢,首先將大氣環境三個指標數據均值化。根據灰色關聯度模型和表1的數據計算出北京市各工業行業能源消費量與PM10年日均值、SO2年日均值、NO2年日均值的灰色綜合關聯度。在此基礎上,對綜合關聯度進行加權平均,得到各行業與大氣環境的綜合關聯度。根據測定結果可見，影響北京市大氣環境和PM10前四個主要因素是橡膠和塑料制品業、非金屬礦物制品業、化學纖維制造業和金屬制品業。SO2的第四大影響因素是化學原料和化學制品制造業,金屬制品業排放濃度為第五位。在NO2排序中,金屬制品業是NO2排放濃度的第二大影響因素,非金屬礦物制品業排在第四位(表2)。

表2 各工業行業與大氣環境的關聯度排序

5.2 各工業行業與大氣環境的綜合關聯度分析

主要是:①橡膠和塑料制品業。橡膠制品業在原材料加工和配料、塑料和熱煉、混煉、壓延擠出、成形和硫化工藝過程中,產生大量的粉(煙)塵和廢氣;塑料制品業的生產工藝,如擠塑、注塑、吹塑、壓延、層壓等也是空氣中粉(煙)塵和廢氣的主要來源,因此橡膠和塑料制品業對大氣環境具有顯著影響。②非金屬礦物制品業。主要包括水泥石灰和石膏制造、石膏水泥制品及類似制品制造、磚瓦石材等建筑材料制造、玻璃及陶瓷制品制造等。根據《工業污染源產排污系數手冊》,這些制品在生產過程中會造成嚴重的粉(煙)塵污染和廢氣排放。③化學纖維制造業。在生產過程中，化學纖維主要產生廢水、化學需氧量和固體廢棄物—污泥(含水80%)等污染物,但由于處理不當,使固體廢棄物—污泥在干涸后造成大氣環境中粉(煙)塵、氮化物和硫化物的增加。④金屬制品業。主要包含眾多的小類行業,雖然各小類行業在生產過程中采取的工藝有所不同,但排放的污染物都以粉(煙)塵、廢氣和廢水為主。與其他行業相比,金屬制品業排放的NO2量相對較高,因此對大氣環境中NO2的影響更加顯著。⑤黑色金屬冶煉及壓延加工業。該行業本身屬于重污染企業,但對北京市大氣環境的影響較弱,排在第十位。該行業的能源消費量從2009年的449.57萬t標煤降到2010年的27.88萬t標煤,對環境的影響大幅度減小(表1)。究其原因，主要是2008年北京奧運會的籌辦,當時北京市政府采取了北京首鋼轉移升級的政策。

5.3 各行業能源消費量與GDP的關聯度分析

根據灰色關聯分析模型和表1的數據,采用上述公式進行一系列運算,得到各行業能源消費量與GDP綜合關聯度的數值(圖4)。主要是:①綜合關聯度均大于0.65,包括橡膠和塑料制品業、非金屬礦物制品業、化學纖維制造業、汽車制造業、計算機通訊和其他電子設備制造業、電力熱力生產和供應業、金屬制品業等,與北京市GDP均呈顯著相關性。②綜合關聯度小于0.6,黑色金屬冶煉及壓延加工業與北京市GDP的關聯性最小。主要原因是：由于北京市不斷進行產業結構優化,向外轉移污染較嚴重的鋼鐵、金屬冶煉、煤炭等重工業,重點發展輕工業、商業、高新技術產業,減輕了環境污染,并保持了GDP平穩增長。

圖4 各工業行業與北京市GDP的關聯度

5.4 相關分析

基于能源消費和北京市工業行業與大氣環境關聯度兩方面分析:高耗能不意味著高污染,低耗能不代表污染小。由表1和表2可知,高耗能工業行業與北京市大氣環境沒有表現出絕對的顯著關聯性。雖然非金屬制品業對環境影響嚴重,但比能耗更多的電力熱力生產和供應業、石油加工煉焦和核燃料加工業,對環境卻沒有產生很大影響;而橡膠和塑料制品業和化學纖維制造業雖然屬于低耗能行業,但對環境的綜合關聯度卻位于前三,是主要的環境污染源。能源消費量會在一定程度上影響環境質量,但不是影響環境質量的全部原因。當行業能源利用效率低時,采取一定的節能措施,可減少能源消費量和污染物排放量。但當能源利用效率高而能源結構不合理時,控制總量對污染治理已沒有太大作用,反而會阻礙經濟發展。此時,對能源結構進行合理調整、減少煤炭等污染嚴重的能源產品消費量,是減少污染物排放量的有力措施。對能源利用效率較高、能源結構合理但生產工藝落后的行業,提高科研創新能力、加快清潔生產工藝的研發是污染減排的重要手段。因此，減少工業行業污染物排放的途徑主要有提高能源利用效率、優化能源結構、采用清潔生產工藝三種。

基于能源消費和北京市工業行業與GDP關聯度兩方面分析:工業行業的能源消費量在一定程度上與其對經濟的貢獻相輔相承、相互影響。經濟發展擴大了市場需求,進一步推動工業行業發展,因此能源消費量有所增加；而能源消費量的增加反過來作用于市場,促進經濟發展，但這不意味著能耗越高對經濟的影響就越大。如在計算機通訊和其他電子設備制造業、石油加工煉焦核燃料加工業中，計算機通訊和其他電子設備制造業的能源消費量雖然小,但對北京市的GDP具有顯著性影響。石油加工煉焦核燃料加工業的能源消費量遠超于計算機通訊和其他電子設備制造業,但對經濟發展的影響相對較弱。

6 產業轉移升級的路徑選擇

本文基于上述關聯性分析,為協調北京市經濟環境共同發展,選擇以下轉移升級路徑:①將橡膠塑料制品業和化學原料化學制品制造業轉移到河北,在河北省形成產業集群效應,提高污染治理效率。橡膠塑料制品業和化學原料化學制品制造業與北京市經濟發展關系不大,但卻是環境污染的重要源頭。河北省是制造業聚集區,《京津冀協同發展規劃綱要》將河北省定位為產業轉型升級試驗區,因此考慮將河北作為產業承接地。②保留石油加工煉焦核燃料加工業、電力熱力生產供應業和黑色金屬冶煉壓延加工業。在控制能源消費總量的基礎上,提高能源利用效率,優化能源消費結構,采用清潔生產工藝。石油加工煉焦核燃料加工業、電力熱力生產供應業和黑色金屬冶煉壓延加工業對北京市大氣環境影響較弱,且對北京市經濟發展有顯著的推動作用。③對非金屬礦物制品業、金屬制品業、汽車制造業和計算機通訊等電子設備制造業采取“半保留半轉移”措施,保留部分先進企業,轉移升級部分落后企業。這不僅是與大氣環境和GDP的關聯度所決定的,還與北京市豐富的礦產資源有關。④對化學纖維制造業采取就地轉型升級的措施,推動研發化學纖維制造業清潔生產工藝及污染物處理方法。化學纖維雖然能源消費量較小,但與大氣環境具有顯著關聯性,又由于其對經濟發展具有明顯作用,因此采取就地轉型升級的措施。

7 結語

本文在進行研究時,結合整體與局部的思想,采用灰色關聯分析法,通過對北京市各工業行業能源消費量與其能源消費總量、GDP和大氣環境關聯度的研究,發現高耗能不意味著高污染,耗能低不代表污染小，工業行業能源消費量在一定程度上與經濟發展相輔相承、相互影響。因此，基于環境污染的視角,對北京市工業行業的轉移路徑做出選擇,為北京市產業結構調整提供參考,同時為津冀地區產業承接工作提供參考。本文基于北京市的特殊功能性,僅對其工業行業進行了探討,拓展了該領域的研究視角和方法。為了京津冀區域環境治理的更好更快發展,未來可對整個京津冀的工業行業展開研究,促進區域的協同發展,以期為政府決策者提供參考。

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ResearchonPathofIndustrialUpgradinginBeijingBasedonEnvironmentalProtection

REN Ji-qin,QI Shi-wei,YIN Yue
(School of Economics and Management,Beijing University of Chemical Technology,Beijing 100029,China)

This paper constructed a grey correlation degree model among Beijing′s each industry,the atmospheric environment and the GDP,and obtained the following conclusions by performing correlation analysis,drew the conclusion:Industrial energy consumption and economic development influence and complement each other in a certain extent.Countermeasures and suggestions were proposed as follows:①Transforming the rubber plastic products industry and chemical raw materials,chemical products manufacturing industry to Hebei Province,forming the industrial cluster effects.②Retaining the petroleum processing coking nuclear fuel processing industry,electricity and heat production and supply industry and ferrous metal smelting and rolling processing industry.③Taking measures of “half retained half transferred” on the non-metallic mineral products,metal products manufacturing,automobile manufacturing and computer communications and other electronic equipment manufacturing industry.④Taking measures to upgrade local chemical fiber manufacturing.

environmental pollution;energy consumption;GDP;grey correlation degree

10.3969/j.issn.1005-8141.2017.04.010

X196；F427

A

1005-8141(2017)04-0436-06

2017-02-13；

2017-03-22

國家社會科學基金面上項目“碳排放視角下超大城市綠色低碳發展路徑研究”(編號:16BGL007)。

及通訊作者簡介：任繼勤(1963-),女,黑龍江省哈爾濱人,管理學博士,副教授,碩士生導師,研究方向為資源與環境管理、能源政策與節能減排。