基于PM2.5全面達標的廣東省產業結構調整策略研究*

廖程浩 張 暉 李 楠 李敏輝 常樹誠 唐喜斌 梁 賽

(1.廣東省環境科學研究院，廣東 廣州 510045；2.廣東省環境保護大氣環境管理與政策模擬重點實驗室，廣東 廣州 510045；3.北京師范大學環境學院，北京 100875)

近年來產業結構調整的節能減排效應和環境治理對產業結構調整的影響日漸成為關注的重點[1-4]。文揚等[5]利用對數平均迪氏指數(LMDI)分析了京津冀及周邊地區工業大氣污染排放因素，張同斌等[6]基于時變參數向量自回歸(VAR)模型研究了經濟結構、增長方式與環境污染的關聯，秦炳濤等[7]和石磊等[8]分別采用VAR模型分析了上海市和京津冀地區產業結構與大氣污染的關系，HUO等[9]和OU等[10]利用投入產出模型分別研究了全國和珠三角地區大氣污染的結構問題，其他一些學者也對調整產業結構推動環境質量改善的策略進行了探索[11-13]。產業結構調整作為促進污染減排的有效手段[14]，已成為2018年國家《打贏藍天保衛戰三年行動計劃》中明確提出的一項重點任務。但前期的大氣污染防治政策難以明確產業結構優化調整的任務要求，特別是該領域工作需要力爭達到的污染減排目標，導致產業結構調整的力度地區間差異很大，污染減排效果未能充分發揮[15]。基于大氣環境質量改善需求和單位產出污染物排放強度研究產業結構調整策略，提出產業結構調整的工作需求和建議，對打好藍天保衛戰具有重要意義。

廣東省經濟發達、產業門類眾多，通過多年治理在國內各重點防控區中率先實現了區域PM2.5年均濃度達到《國家環境空氣質量標準》(GB 3095—2012)二級標準。但面對全面實現區域和城市空氣質量達標，加快對標國際先進水平的更高空氣質量改善目標，廣東省還需深入推進各領域的污染協同治理，科學推動經濟、產業與生態環境協調發展。

本研究以廣東省為研究對象，利用空氣質量數值模擬計算廣東省實現全省各城市空氣質量達標的污染減排總需求，通過對污染治理和能源、交通結構調整等既定措施的減排潛力測算和需求差距比較，分析需要通過產業結構調整達到的污染減排需求，并結合各重點行業單位經濟產出的污染物排放強度，提出基于區域大氣環境質量改善需求和行業污染物排放強度的產業結構調整重點方向和對策建議，以期為廣東省協調推動產業轉型升級和空氣質量改善，加快綠色發展提供科學參考和建議。

1 研究方法

1.1 研究思路

根據《廣東省“十三五”環境保護規劃》和《廣東省打好污染防治攻堅戰三年行動計劃(2018—2020年)》的要求，到2020年廣東省各地級以上城市PM2.5濃度應達到GB 3095—2012二級標準，即PM2.5年均質量濃度低于35 μg/m3。以此為目標約束，本研究的技術思路如下：(1)利用空氣質量數值模型迭代試算方法計算廣東省21個地級市PM2.5低于35 μg/m3的空氣質量改善目標約束下的大氣環境容量，并對比基準年的大氣污染物排放量，將兩者之間的差值作為需要達到的污染減排總目標；(2)依據基準年的大氣污染物排放清單及既定規劃、方案的污染治理、能源結構調整和交通結構調整等產業結構調整以外的政策措施，測算可以實現的最大污染減排潛力；(3)對比產業結構調整以外的政策措施可實現的最大污染減排潛力與污染減排的總需求，其間的差距為負值時，差值即是產業結構調整需要達到的最低減排量貢獻，若差距為正值則表示此階段不一定需要產業結構調整的直接減排貢獻；(4)結合廣東省主要工業行業的污染排放強度的分析結果，篩選應優先進行產業結構調整的重點行業并提出產業結構調整的措施建議。

1.2 分析方法

1.2.1 大氣環境容量和減排總需求計算方法

本研究采用李敏輝等[16]以廣東省為研究對象建立的基于區域傳輸矩陣的大氣容量計算方法，以《大氣污染防治行動計劃》實施的最后1年(2017年)為基準年，以廣東省21個地級市互為PM2.5的源和匯，模擬分析各地市的相互傳輸影響貢獻，以模型計算的區域內城市間相互傳輸影響貢獻作為每次迭代試算時為改善PM2.5濃度超標城市環境空氣質量所需的區域各地市減排分攤比例。又以2017年基準情景的全省PM2.5均值模擬結果與監測值的比值作為校正系數，校正基準情景模擬結果的PM2.5、硫酸鹽、硝酸鹽的濃度作為基準濃度，隨后進行多次減排迭代試算并逐次比較各地市模擬的PM2.5、硫酸鹽、硝酸鹽濃度與標準限值和基準濃度的差距。因每次減排的比例幅度較小，近似認為前體物排放量與對應PM2.5的成分濃度結果接近線性關系。當迭代試算結果顯示廣東省各城市的PM2.5濃度均達到標準限值要求且硫酸鹽、硝酸鹽濃度低于基準濃度時，得到的減排情景即為實現各城市PM2.5全面達標目標約束下的SO2、NOx的大氣環境容量。而揮發性有機物(VOCs)的容量則在NOx容量確定后，再進行減排迭代，當模擬結果的臭氧最大8小時質量濃度第90百分位數(O3-8h_90th)≤ 160 μg/m3，即可認為此時的VOCs排放情景為VOCs環境容量。廣東省2017年的污染排放基數減去計算得到的大氣環境容量，所得結果即為SO2、NOx、VOCs等污染物的減排總需求。

本研究空氣質量模擬體系采用三重嵌套網格，投影方式使用蘭伯特正形投影，中心經緯度為114°E、28.5°N，兩條真緯線為15°N、40°N。第1層網格的分辨率為27 km×27 km，包括整個中國和東南亞等地區，第2層網格的分辨率為9 km×9 km，范圍囊括華南地區，第3層網格的分辨率為3 km×3 km，區域包括整個廣東省及鄰近地區。垂直為23層，本次研究目標取模式底層(近地層)，其中心高度約18 m。

氣象輸入選用氣象研究與預報模式(WRF)，微物理方案使用Morrison-2moment，近地面方案使用Pleim-Xiu，邊界層方案使用ACM2。空氣質量模型用區域多尺度空氣質量模型系統的綜合來源分析模塊(CMAQ-ISAM)，氣相化學機制CB05，氣溶膠化學機制AE6。

1.2.2 污染物減排潛力定量表征方法

本研究參考生態環境部發布的《大氣揮發性有機物源排放清單編制技術指南(試行)》《大氣可吸入顆粒物一次源排放清單編制技術指南(試行)》《道路機動車大氣污染物排放清單編制技術指南(試行)》《生物質燃燒源大氣污染物排放清單編制技術指南(試行)》等技術指南和排放系數法對能源結構調整和污染治理的減排潛力進行估算。減排潛力的定量表征主要采用基于所需淘汰、替代、治理升級的活動水平和相應排放源的排放系數進行測算。

能源、交通結構調整減排潛力的基本計算公式如式(1)所示：

(1)

式中：Ei,j,k,m為i種污染物j城市k類污染源m類燃料或原料類型的能源、交通結構調整減排潛力，t；Aj,k,m,n為j城市k類污染源m類燃料或原料類型n類污染控制技術狀態下的排放源所需淘汰、替代的活動水平，如煤炭消耗量(萬t)、天然氣消耗量(萬m3)、產品產量(萬t)，或機動車數量(萬輛)；EFi,j,k,m為i種污染物j城市k類污染源m類燃料或原料類型的排放系數，t/萬t或t/萬輛；ηi,n為i種污染物n類污染控制技術目前的污染物平均去除效率，%。

SO2減排潛力的估算采用物料衡算法，計算方式見式(2)：

(2)

式中：ESO2為SO2減排潛力，t；Mm為m類燃料或原料類型所需淘汰、替代的消耗量，萬t；Sm為m類燃料或原料類型的平均硫分，%；α為SO2釋放系數，t/萬t，燃煤設備取1.7 t/萬t，燃油設備取2.0 t/萬t；ηm為m類燃料或原料類型的綜合脫硫效率，%。

污染治理減排潛力的基本計算公式見式(3)：

(3)

1.2.3 行業污染物排放強度表征方法

為衡量產業經濟活動與大氣污染物排放的關系，采用行業的單位增加值污染物排放量作為行業污染物排放強度的表征，數值越小表明該行業創造單位價值的污染物排放量越小，經濟活動與大氣環境的協調性越高，計算公式見式(4)：

EPi,k=Ti,k/Qk

(4)

式中：EPi,k為i種污染物k類污染源行業的單位產值污染物排放量，kg/萬元，本研究重點針對SO2、NOx、VOCs 3類大氣污染物進行分析；Ti,k為i種污染物k類污染源行業的污染物年排放量，kg；Qk為k類污染源行業的年工業增加值，萬元。

1.3 數據來源

1.3.1 大氣污染源排放清單數據

空氣質量模型外兩層模擬區域所使用大氣污染物排放清單輸入數據為清華大學研發的中國多尺度排放清單(MEIC)與歐盟聯合研究中心開發的全球大氣研究排放數據庫的大氣污染排放半球輸送清單(EDGAR-HTAP)構成的耦合清單，其中中國大陸部分采用MEIC清單，其余部分采用EDGAR-HTAP清單。第3層使用楊柳林等編制的2014年廣東省大氣污染源清單[17]，并根據廣東省環境統計數據和廣東省統計年鑒數據將污染源排放信息更新至2017年。清單更新調整后，廣東省SO2、NOx、CO、PM10、PM2.5、VOCs和NH3的排放總量分別約48.1、142.8、580.8、87.2、37.3、161.7、49.7萬t。

1.3.2 其他基礎數據

污染治理減排工作和能源結構調整的工作任務依據《廣東省環境保護“十三五”規劃》《廣東省打好污染防治攻堅戰三年行動計劃(2018—2020年)》《廣東省揮發性有機物整治與減排工作方案(2018—2020年)》《廣東省“十三五”能源結構調整實施方案》等廣東省印發的規劃方案確定，其中主要的量化減排措施見表1。2017年廣東省各行業的工業增加值來源于《廣東統計年鑒(2018)》。

2 結果與討論

2.1 滿足城市空氣質量全面達標的減排總需求

盡管廣東省在2017年區域空氣質量平均水平已經達標，但轄區內仍有廣州、佛山、韶關等10個城市存在PM2.5超標現象。通過基于各城市相互傳輸影響貢獻進行減排比例分配的大氣環境容量迭代計算，以2017年的氣象條件為基礎的前提下，要確保實現廣東省各城市PM2.5濃度全面達標的減排總需求還需要進一步削減區域SO2、NOx和VOCs等大氣污染物排放約15.0、27.0、32.0萬t。

表1 2018—2020年廣東省污染治理和能源、交通結構調整領域主要措施

2.2 污染治理和能源、交通領域的減排潛力

按照廣東省相關規劃方案的任務措施及2017年底相關行業的污染治理水平，能源、交通結構調整及污染深度治理的減排潛力計算結果匯總如表2。到2020年各類污染源的深度治理以及能源、交通領域的結構調整措施最多可以合計減排SO2、NOx、VOCs約14.1、21.8、28.6萬t。

表2 2018—2020年廣東省污染治理和能源、交通結構調整既定措施的減排潛力

2.3 產業結構調整的減排需求分析

基于減排總需求和其他領域政策措施的減排潛力測算結果，3年內產業結構調整以外的其他措施最多可滿足SO2、NOx、VOCs減排總需求的89%、81%和89%(見圖1)，主要污染物減排量仍無法滿足廣東省21個地級以上城市PM2.5濃度全面達標的需求。產業結構調整領域至少還需要貢獻SO2、NOx、VOCs減排總需求的11%、19%和11%。產業結構調整措施的實施，對推動當前廣東省空氣質量改善和藍天保衛戰攻堅目標的實現具有不可替代的重要作用。

圖1 污染治理和能源、產業結構調整減排潛力及其在總減排需求中的貢獻占比Fig.1 Potential pollutant reduction and contribution proportion of pollution control and energy/industry structure adjustment

2.4 各行業的大氣污染物排放強度

以行業在全省工業增加值中的占比為橫坐標、行業污染物排放強度為縱坐標，繪制廣東省主要工業行業的大氣污染物排放強度分布圖(見圖2)，越靠近圖形右下角表示該行業經濟貢獻越高、污染排放強度越低；反之越靠近圖形左上角表示該行業經濟貢獻越低、污染排放強度越高。結果顯示，非金屬礦物制品、電力熱力生產和供應、黑色金屬冶煉和壓延加工、造紙、紡織印染等行業的SO2、NOx排放強度較高，化學纖維制造、化學原料和化學制品制造、木材加工和木竹藤棕草制品、皮革毛皮羽毛及其制品和制鞋、印刷等行業VOCs排放強度較高。而電氣機械和器材制造、通用設備制造、汽車制造、運輸設備制造等現代加工制造業的污染物排放強度較低。

2.5 產業轉型升級的對策措施建議

根據上述分析，考慮打贏藍天保衛戰的現實需求，廣東省近期應切實加強產業結構調整，推動污染源頭減排，重點考慮以下幾個方面：

注：圖中序號為國民經濟行業代碼，C13農副食品加工業，C17為紡織印染業，C19為皮革、毛皮、羽毛及其制品和制鞋業，C20為木材加工和木、竹、藤、棕、草制品業，C21為家具制造業，C22為造紙業，C23為印刷和記錄媒介復制業，C25為石油加工、煉焦和核燃料加工業，C26為化學原料和化學制品制造業，C28為化學纖維制造業，C29為橡膠和塑料制造業，C30為非金屬礦物制品業，C31為黑色金屬冶煉和壓延加工業，C32為有色金屬冶煉和壓延加工業，C34為通用設備制造業，C36為汽車制造業，C37為鐵路、船舶、航空航天和其他運輸設備制造業，C38為電氣機械和器材制造業，C44為電力熱力生產和供應業。

圖2 2017年廣東省主要行業單位工業增加值
大氣污染物排放強度
Fig.2 Air pollutant emission performance per unit output
value of major industries in Guangdong Province in 2017

(1) 全面排查清理“散亂污”企業，積極清理城市建成區等重點地區的非金屬礦物制品、黑色金屬冶煉和壓延加工、造紙、紡織印染、化學纖維制造等排放強度較高的行業企業，通過搬遷、升級等手段，在短期內加快實現城市建成區的污染源頭削減。

(2) 加強對非金屬礦物制品、電力熱力生產和供應、黑色金屬冶煉和壓延加工、造紙、紡織印染、化學纖維制造等排放強度較高行業的規模總量控制和落后產能淘汰。通過多部門的協同管控，促使環保、能耗不能穩定達標和技術落后的一批水泥、玻璃、陶瓷、鋼鐵、造紙、印染、化工企業關停退出。同時淘汰服役期滿的燃煤火電機組，積極推進老舊煤電機組提前退役。可根據上述行業的企業實際排放水平及減排需求，排查確定淘汰退出或升級改造企業名單。

(3) 以上述排放強度較高的行業為重點，嚴格控制行業新增產能、提高行業項目準入要求。特別是對于經濟相對發達、空氣污染問題相對突出的珠三角地區應繼續禁止新建燃煤燃油火電機組及企業自備電站，嚴格限制鋼鐵、水泥、玻璃、陶瓷、有色金屬冶煉、造紙、紡織印染等行業及生產、使用高VOCs含量溶劑性涂料油墨的新建項目。

(4) 從長期來看，還應該重點加快推動電氣機械和器材制造、通用設備制造、汽車制造、運輸設備制造等清潔高效行業的發展，借助工藝技術進步對非金屬礦物制品、黑色金屬冶煉和壓延加工、造紙、紡織印染、化學纖維制造等行業具有一定規模和技術水平的企業進行技術升級和深度治理，加快推動產業轉型升級和污染物源頭減排。

3 結 論

(1) 雖然廣東省已經實現區域空氣質量平均水平達標，但實現區域內所有城市PM2.5濃度全面達標還需要進一步深化污染防治，大幅削減大氣污染物排放量。

(2) 當前的大氣污染防治和空氣質量改善，迫切需要通過推動產業結構調整從源頭削減污染排放。廣東省要實現2020年全省21個地級以上市PM2.5濃度全面達標的空氣質量改善目標，至少需要產業結構調整貢獻11%～19%的污染物削減量。產業結構調整對推動廣東省藍天保衛戰攻堅目標的實現具有不可替代的重要作用。

(3) 從廣東省2017年的產業結構和行業大氣污染物排放強度來看，近期重點應該以非金屬礦物制品、電力熱力生產和供應、黑色金屬冶煉和壓延加工、造紙、紡織印染、化學纖維制造等排放強度較高行業為重點調控對象，嚴格控制上述行業發展規模，加快推動產業結構調整升級。