毛顯強 ,邢有凱,高玉冰 ,何 峰,曾 桉 ,蒯 鵬 ,胡 濤 (1.北京師范大學環(huán)境學院,全球環(huán)境政策研究中心,北京 10087；.交通運輸部規(guī)劃研究院,交通排放控制監(jiān)測技術實驗室,北京 10008；3.北京亞太展望環(huán)境發(fā)展咨詢中心,北京 100191；.中國科學院科技戰(zhàn)略咨詢研究院,北京 100190；.合肥工業(yè)大學經濟學院,安徽 合肥 30009；.湖石可持續(xù)發(fā)展研究院,廣東 深圳 18081)

伴生效益、次生效益、協(xié)同效益等概念指在實施溫室氣體減排措施時產生附帶的局地大氣污染物減排及其人群健康等效益,或者在實施局地大氣污染物減排時所產生的溫室氣體減排效益[1-9].國內外學者在不同地區(qū)、不同行業(yè),采用自下而上、自上而下、混合模型等多種方法,開展了協(xié)同效益評估研究,量化分析溫室氣體減排政策或大氣污染控制政策所帶來的局地大氣污染物與溫室氣體減排,以及大氣環(huán)境質量提升和人群健康改善協(xié)同效益[10-16].

盡管因溫室氣體和局地大氣污染物大多源自化石燃料燃燒,二者之間存在的“同根同源性”[17]直接導致協(xié)同效益的存在,但另一方面,溫室氣體與局地大氣污染物減排措施之間既有協(xié)同的方面,也存在非協(xié)同的情況.“協(xié)同控制”即試圖將二者的控制目標和控制措施有機結合,以減少資源的重復配置,達到事半功倍的效果[18-20].目前國內外協(xié)同控制研究的核心是:選取減排措施,評估減排措施的環(huán)境、經濟效益,再根據減排目標設計相應的協(xié)同控制路徑規(guī)劃[21-32].

自2013年以來,中國大氣污染防治取得顯著成效,主要大氣污染物排放量明顯下降[33].但是,多數城市PM2.5濃度相比世界衛(wèi)生組織(WHO)指導值依然有明顯差距,區(qū)域大氣污染問題依然突出.另一方面,中國的溫室氣體排放一直備受國際關注.2020年我國提出將提高國家自主貢獻力度,二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值,努力爭取2060年前實現碳中和目標[34].在局地大氣污染物與溫室氣體減排的雙重壓力下,協(xié)同控制策略的重要性越發(fā)凸顯,并已經融入中國的宏觀政策制定之中.此外,一系列法律、規(guī)劃,均提出協(xié)同控制局地大氣污染物和溫室氣體要求.

目前,實施協(xié)同控制的相關導則或指南尚未出臺,亟需構建協(xié)同控制評估方法體系,以科學評估不同減排措施(減排主體)的協(xié)同控制效果、篩選最優(yōu)措施組合、合理規(guī)劃協(xié)同減排路徑,以實現局地大氣污染物與溫室氣體減排的雙贏.因此,本文總結并提出協(xié)同控制效應評價和規(guī)劃方法體系,并通過多個行業(yè)和城市案例應用證實該方法體系的科學性和可行性.

1 協(xié)同控制評估與規(guī)劃方法

1.1 協(xié)同減排量核算方法

1.1.1 基于排放因子法的排放量(Q)核算 針對每項生產和消費活動,收集其相關活動水平數據和第 j種局地大氣污染物或第 k種溫室氣體排放系數,分別估算其排放量.計算公式如下:

式中:Qj為 第j種局地大氣污染物的排放量;Qk為第k種溫室氣體的排放量;A為生產或消費的活動水平;Cj為第j種局地大氣污染物的排放系數;Ck為第k種溫室氣體的排放系數.

1.1.2 綜合大氣污染物排放量(QIAP) 局地大氣污染物和溫室氣體的性質和環(huán)境影響差異較大,為了合理比較不同措施針對其綜合減排效果,本文將多種局地大氣污染物排放量和多種溫室氣體排放量折算為綜合大氣污染物(IAP)排放量(QIAP)(目前人類活動導致的溫室氣體排放已經過量,導致全球氣候變化,危及人類生存,因此本文將其界定為污染物[35]),其計算公式如下:

式中:QIAP為綜合大氣污染物排放量(以綜合大氣污染物當量(IAPeq)計);QLAP為局地大氣污染物(LAP)排放量(以局地大氣污染物當量(LAPeq)計):

式中:αi是將第j類局地大氣污染物(如 SO2、NOx、PM、CO等,當涉及相關性、同質性強的多個污染物指標,如顆粒物指標TSP、PM10、PM2.5時,應僅選擇其中一種參與評估,避免過高估計多污染物協(xié)同減排效應)折算為LAPeq的折算系數;

QGHG為溫室氣體(Greenhouse gases, GHGs)排放量(以二氧化碳當量(CO2eq)計);

式中:βk是將第 k 類溫室氣體(如 CO2、CH4、N2O 等)折算為 CO2eq的折算系數;WLAP、WGHG為將 QLAP與QGHG折算為QIAP的系數,可以反映二者的相對重要性.

折算系數的取值有多種方法,可以是基于污染物的化學、物理、生物、毒理等特性,即對人類健康、生態(tài)系統(tǒng)功能等影響的大小;也可以基于其外部性影響的貨幣化評估值;抑或是基于公眾和決策者對某一類污染物控制的緊迫性的認識和判斷等.

首先,本文以《中華人民共和國環(huán)境保護稅法》(簡稱《環(huán)境保護稅法》)規(guī)定的局地大氣污染物的污染當量值為依據,將各類局地大氣污染物折合為“局地大氣污染物當量(LAPeq)”;以 IPCC 發(fā)布的各類溫室氣體的全球增暖潛勢(或全球變暖潛勢)參數[36]為依據,將各類溫室氣體折合為“二氧化碳當量(CO2eq)”.

其次,本文仍基于《環(huán)境保護稅法》附表一“環(huán)境保護稅稅目稅額表”規(guī)定的局地大氣污染物當量的稅額,以及全國碳排放權交易試點平均二氧化碳當量價格參數,確定將局地大氣污染物當量(LAPeq)和二氧化碳當量(CO2eq)折算為綜合大氣污染物當量(IAPeq)的折算系數.《環(huán)境保護稅法》規(guī)定的環(huán)境保護稅稅額既反映出平均減排成本,也反映出全社會對局地大氣污染物的人類健康、生態(tài)系統(tǒng)功能影響的綜合評價值.我國雖然尚未開征碳稅,但碳排放權交易試點工作已開展多年,碳交易價格一方面可反映碳減排成本或碳排放權的機會成本,另一方面也反映了政府、企業(yè)、社會公眾對于溫室氣體排放及其氣候變化潛在影響的綜合評價值.

將各種局地大氣污染物和溫室氣體分別折算為局地大氣污染物當量(LAPeq)、二氧化碳當量(CO2eq)以及綜合大氣污染物當量(IAPeq)的折算系數見表1.

表1 局地大氣污染物當量、二氧化碳當量及綜合大氣污染物當量折算系數Table 1 Weight coefficient of LAPeq, CO2 eq and IAPeq

1.1.3 綜合大氣污染物協(xié)同減排量(ICER) 在測算某項節(jié)能減排措施或減排主體的綜合大氣污染物協(xié)同減排效果時,首先,分別計算該措施或減排主體對各類局地大氣污染物或各類溫室氣體的減排量,公式如下:

式中: ERi,j,ERi,k為i措施或主體對第j種局地大氣污染物或第k種溫室氣體的減排量;Qi,j,o為i措施實施前或i主體實施減排前,第j種局地大氣污染物的排放量(減排基線); Qi,j,1為i措施實施后或i主體實施減排后,第j種局地大氣污染物的排放量;Qi,k,o為i措施實施前或i主體實施減排后,第k種溫室氣體的排放量(減排基線); Qi,k,1為i措施實施后或i主體實施減排后,第k種溫室氣體的排放量.

然后,分別計算 i措施(或 i主體)的局地大氣污染物減排量(ERLAP)和溫室氣體減排量(ERGHG),公式如下:

式中:ERi,LAP為i措施或i主體的局地大氣污染物減排量(以LAPeq計);ERi,GHG為i措施或i主體的溫室氣體減排量(以CO2eq計);Qi,LAP,0為i措施實施前或i主體實施減排前的局地大氣污染物排放量(減排基線);Qi,LAP,1為i措施實施后或i主體實施減排后的局地大氣污染物排放量; Qi,GHG,0為i措施實施前或i主體實施減排前的溫室氣體排放量(減排基線);Qi,GHG,1為i措施實施后或i主體實施減排后的溫室氣體排放量.

最后,計算綜合大氣污染物協(xié)同減排量(ICER)的方式有2種,二者僅計算順序不同,計算結果一致:

(1)將 i措施實施前后(或 i主體實施減排前后)的綜合大氣污染物排放量(QIAP)值相減得到,公式如下:

式中:ICERi為i措施或i主體產生的綜合大氣污染物協(xié)同減排量;Qi,IAP,0為i措施實施前或i主體實施減排前的綜合大氣污染物排放量(減排基線); Qi,IAP,1為i措施實施后或i主體實施減排后的綜合大氣污染物排放量;三者均以綜合大氣污染物當量(IAPeq)計量.

(2)將局地大氣污染物減排量(ERLAP)與溫室氣體減排量(ERGHG)折算為ICER(以IAPeq計),公式如下:

所有N項減排措施(或N個減排主體)的綜合大氣污染物協(xié)同減排量為:

ICER指標可用于展示某項或多項措施、政策,某個或多個減排主體(企業(yè)、行業(yè)、行政單元等)的協(xié)同減排效果.須注意的是,在將各項措施的減排量(潛力)進行加總時,應考慮各項措施的相互關系,避免減排量(潛力)的重復或遺漏計算.

1.2 協(xié)同控制效應評估方法

1.2.1 協(xié)同控制效應坐標系 協(xié)同控制效應坐標系是在二維或多維歐氏空間坐標系中,以不同的坐標表達某減排措施(或某減排主體)對于不同局地大氣污染物或溫室氣體的減排效果.如圖 1所示,坐標系中的每個點分別對應某項減排措施(或某減排主體),各點的橫、縱坐標則直觀地表達了該措施(或減排主體)對局地大氣污染物和溫室氣體的減排效果及其“協(xié)同”狀況(表2).

圖1 減排措施(或減排主體)協(xié)同控制效應坐標系示意Fig.1 Co-control effects coordinate system of emission reduction measures (or entity)

表2 減排措施(減排主體)代表點位分布的含義Table 2 The meaning of points in the coordinate system

以第一象限為例,某點到原點連線與橫坐標的夾角越大,表明該點所代表的措施或主體在減排等量溫室氣體的同時,對局地大氣污染物的減排效果越好(如圖1中點E優(yōu)于點A);該連線與橫坐標夾角相同時,距原點越遠則表明該措施或主體對局地大氣污染物和溫室氣體的減排強度越大(如圖1中點N優(yōu)于點M).

1.2.2 協(xié)同控制交叉彈性 “協(xié)同控制交叉彈性”記為Elsj/k,j、k分別代表不同的局地大氣污染物或溫室氣體.這一指標也能夠反映某項措施(或主體)對于不同污染物是否具有協(xié)同控制效應及其“協(xié)同程度”.其計算公式如下:

式中:Elsj/k為第j種局地大氣污染物與第k種溫室氣體協(xié)同控制交叉彈性;ERj/Qj為第j種局地大氣污染物減排率,即第j種局地大氣污染物減排量與排放量之比;ERk/Qk為第 k種溫室氣體減排率,即第 k種溫室氣體減排量與排放量之比.

式中:ElsLAP/GHG為局地大氣污染物與溫室氣體協(xié)同控制交叉彈性;ERLAP/QLAP為局地大氣污染物減排率,即局地大氣污染物減排量與排放量之比;ERGHG/ QGHG為溫室氣體減排率,即溫室氣體減排量與排放量之比.

協(xié)同控制交叉彈性值的含義如表3所示.

表3 協(xié)同控制交叉彈性值的含義Table 3 The meaning of the co-control cross elasticity

1.2.3 單位污染物減排成本 綜合考慮措施的財務成本和環(huán)境效益,使用“單位污染物減排成本”(UCER)指標對減排措施或主體進行成本有效性評價,計算公式如下:

式中:UCERi,j為i措施或主體的單位j局地大氣污染物減排成本;UCERi,k為i措施或主體的單位k溫室氣體減排成本;UCERi,LAP為 i措施或主體的單位局地大氣污染物量減排成本;UCERi,GHG為i措施或主體的單位溫室氣體量減排成本; UCERi,IAP為i措施或主體的單位綜合大氣污染物減排成本;Ci為i措施或主體的年化成本(包括資本成本和運行維護成本,并減去收益);ACCi為 i措施或主體的年化資本成本;CCi為 i措施或主體的資本成本(假設初期即發(fā)生);OMi為i措施或主體的年化運行維護成本;Bi為i措施或主體的年化收益;N為固定資產折舊年限;r為社會折現率.

ACCi的計算除可按公式(21)計算外[23],也可參考資產折舊中的年限平均法進行折算[37].

單位污染物減排成本反映了減排單位量的局地大氣污染物或溫室氣體所必須付出的經濟代價.單位污染物減排成本較低的措施在制定協(xié)同控制方案和規(guī)劃時應優(yōu)先選用.

1.3 協(xié)同控制程度判斷

以綜合大氣污染物減排量、協(xié)同控制效應坐標系、協(xié)同控制交叉彈性等評估指標和方法,可比較、評估各減排措施或主體的協(xié)同控制程度和績效.判斷依據見表4.

表4 減排措施或主體的協(xié)同控制績效評估Table 4 Co-control performance evaluation of measures/entities

1.4 邊際減排成本曲線(MAC)與協(xié)同控制規(guī)劃

基于措施的減排量/減排潛力和單位污染物減排成本的排序結果,可以繪制污染物邊際減排成本曲線(MAC),如圖2所示.

圖2 不同減排措施的邊際減排成本曲線示意Fig.2 Skeleton map of marginal abatement cost curve of various abatement measures

依據MAC曲線,可以很方便地考慮如何在實現一定的減排量目標的同時取得成本最小化,或在一定的成本約束下實現減排量最大化.這與追求目標函數最優(yōu)的線性規(guī)劃方法完全一致,即:

式中:TC為總減排成本;Ai為i措施的活動水平(決策變量);Ci為 i措施的單位污染物減排成本(UCER);(Ai)max為措施 i的最大活動水平;N為措施個數;Ri,j為 i措施對第 j種局地大氣污染物的減排系數;TRj為第j種局地大氣污染物的總量減排目標;Jmax目標局地大氣污染物個數;Ri,k為i措施對第k種溫室氣體的減排系數;TRk為第k種溫室氣體的總量減排目標;Kmax為目標溫室氣體個數.

2 案例應用

上述協(xié)同控制效應評估方法已經在多個領域的研究中得到整體或部分應用,包括針對城市藍天保衛(wèi)戰(zhàn)措施的協(xié)同控制效應評價[28,38],針對鋼鐵[25,30-31,39-41]、交通[26-27,42-46]、電力[29,32]等重點行業(yè)減排措施的協(xié)同控制效應分析,針對城市開展協(xié)同控制評價與規(guī)劃研究[47-49],等等.

以亞洲開發(fā)銀行技術援助項目《中國交通行業(yè)大氣污染與碳排放協(xié)同控制戰(zhàn)略性政策研究(51027)》[50-51]為例,該項目基于協(xié)同控制交叉彈性、綜合大氣污染物協(xié)同減排量等概念以及減排成本評估,針對中國交通運輸部門開展電動汽車和燃料電池汽車,SCR和DPF減排技術,京津冀區(qū)域的“公轉鐵”結構調整,環(huán)境經濟政策等案例研究.研究認為,綠色協(xié)同愿景下,2025和2030年交通行業(yè)大氣污染物協(xié)同減排量將分別占到基準情景總排放量的8.61%和 11.83%.該研究向交通運輸主管部門提出建議:制定基于綜合大氣污染物協(xié)同減排量的交通運輸污染物和溫室氣體排放協(xié)同控制戰(zhàn)略,并納入“十四五綠色協(xié)同交通發(fā)展規(guī)劃”.該項目還產出了《交通行業(yè)協(xié)同控制導則》(草案),為相關領域從業(yè)人員開展協(xié)同控制工作提供指導.

《鋼鐵、水泥行業(yè)深度脫碳的協(xié)同控制效果評估與路徑設計(G-1809-28536)》項目[52],則采用協(xié)同控制效應坐標系分析、協(xié)同效應系數、污染物減排量交叉彈性分析、協(xié)同控制減排當量、單位污染物減排成本等評估指標和方法,針對中國鋼鐵、水泥行業(yè),按消費減量、結構調整、原(燃)料回收與替代、節(jié)能與能效提升、末端脫碳等類別的深度脫碳措施/技術,開展協(xié)同控制效果量化評估;通過繪制邊際減排成本曲線,設計中國鋼鐵、水泥行業(yè)協(xié)同控制路徑.研究發(fā)現,結構調整措施的協(xié)同控制效果顯著,減排潛力較大;鋼鐵行業(yè)的高溫高壓干熄焦技術協(xié)同控制效果評估綜合排序最為靠前,燒結余熱發(fā)電技術、燃氣輪機值班燃料替代、大型焦爐用新型高導熱高致密硅磚節(jié)能技術等次之;水泥行業(yè)方面,水泥企業(yè)可視化能源管理系統(tǒng)、低溫余熱發(fā)電技術協(xié)同控制效果評估綜合排序最為靠前,輥壓機半終粉磨系統(tǒng)、輥壓機終粉磨系統(tǒng)、外循環(huán)生料立磨技術等次之.

這2項工作的成果,可以為中國交通、鋼鐵、水泥行業(yè)/企業(yè)實施協(xié)同控制策略提供參考,為制定相關政策提供依據.

3 討論

本研究開發(fā)這一方法體系的目的,在于提供適應多個場景運用的具有科學性、簡明性和可操作性的協(xié)同控制評估與規(guī)劃工具.

在實際應用過程中應注意,將多種類型污染物減排量歸并為綜合計量單位,雖然便于對各項減排措施和減排主體進行綜合減排績效的比較排序,但在對不同污染物進行歸并的過程中會丟失部分單項污染物特征信息,因此,基于綜合指標的減排效果評估應結合單項污染物減排信息.另外, 在指標歸時,對溫室氣體與局地大氣污染物以及不同污染物之間的折算系數的選擇和決定,原則上應基于污染物的化學、物理、生物特性及其對人群健康、生態(tài)系統(tǒng)功能等影響的大小,也可以基于其他環(huán)境外部性影響的價格化評估值,甚至是公眾和決策者對控制不同類型污染物的緊迫性的認識和判斷.本文結合當前形勢和科學認知給出了系數推薦,未來可根據形勢發(fā)展和科學認知的進步逐步完善系數的確定方法和依據,增強其決策指導意義.

4 結論

4.1 構建了協(xié)同控制效應評估與規(guī)劃方法體系,該方法體系基于綜合大氣污染排放量和減排量,核算某減排措施(或減排主體)對局地和全球兩類污染物的綜合減排效果,通過協(xié)同控制效應坐標系、協(xié)同控制交叉彈性指標分析某減排措施(或減排主體)對兩類污染物減排的協(xié)同性,以單位污染物減排成本評估減排的經濟性,并以邊際減排成本曲線及線性規(guī)劃方法等開展行業(yè)或區(qū)域協(xié)同控制規(guī)劃.

4.2 應用此方法體系開展典型行業(yè)減排措施的協(xié)同控制評估,城市協(xié)同控制規(guī)劃,以及城市協(xié)同控制績效比較評估等結果表明,該方法體系可為政策制定者、行業(yè)和企業(yè)管理者開展協(xié)同控制評估和規(guī)劃工作提供方法論支持.未來可以此方法體系為基礎,結合相關領域研究成果,編制溫室氣體與局地大氣污染物協(xié)同控制評估與規(guī)劃方法指南或導則.同時,未來的協(xié)同控制工作應不局限于大氣環(huán)境領域,而應推廣至水環(huán)境、固廢、生態(tài)系統(tǒng)等更多要素或領域,在更廣大和豐富的層面上開展協(xié)同控制研究和實踐.