鋼鐵工業(yè)生態(tài)效率分析范文

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《環(huán)境科學研究雜志》2014年第九期

1研究方法

總物流分析模型如圖1所示［15-19］．由于研究對象為我國鋼鐵工業(yè)，所以應用該模型時考察對象是含有鐵元素的各股物流，不含其他物流．由圖1可見，模型中穿過社會經(jīng)濟系統(tǒng)邊界的物流屬于直接流，在投入端包括進口資源量和國內(nèi)開采量;在產(chǎn)出端包括出口資源量和國內(nèi)排放量;在社會經(jīng)濟系統(tǒng)內(nèi)包括存量中金屬的流入和流出，它們之間的凈值為存量的凈增量．以開展鋼鐵工業(yè)的總物流分析為例，各項物流所代表的含義:DEU(國內(nèi)開采量):每年從自然界中獲取的用于投入到社會經(jīng)濟系統(tǒng)生產(chǎn)過程中的鐵礦資源量．PI和PE(進、出口資源量):通過進、出口貿(mào)易進口到國內(nèi)或出口到國外的含鐵資源和產(chǎn)品．NAS(存量凈增量):用于衡量經(jīng)濟系統(tǒng)的“物質(zhì)增長(physicalgrowthoftheeconomy)”，是建筑物、基礎設施、機器和交通工具等各種物資的新增量與其淘汰量的差值．DPO(國內(nèi)排放量):指國內(nèi)開采的鐵礦資源或進口含鐵資源經(jīng)過生產(chǎn)、加工和消費等環(huán)節(jié)后排放到自然環(huán)境中的物質(zhì)量，主要包括排放到空氣、水和土地中的廢物和產(chǎn)品耗散排放．HF(隱藏流)［20-22］:是指在資源開采過程中必須開挖的，但又沒有進入市場和產(chǎn)品制造過程的開挖量．如為了開采鐵礦石而必須剝離的大量巖石，后者并未直接進入鋼鐵產(chǎn)品的生產(chǎn)過程，更沒有作為商品進入消費過程．隱藏流包含國內(nèi)隱藏流(DHF)和國外隱藏流(FHF)．國內(nèi)隱藏流會對本國的環(huán)境造成影響，國外隱藏流由于是國外在開采礦石時剝離的巖石，留在了國外，所以并不對本國環(huán)境造成影響，但對進口國的環(huán)境會造成影響．這些剝離的巖石等會對生態(tài)環(huán)境造成較大沖擊，所以要盡可能降低鐵礦石開采過程中的隱藏流．DMI(直接物質(zhì)投入量):代表直接進入經(jīng)濟系統(tǒng)供人類使用的資源量，DMI為國內(nèi)開采量與進口資源量之和，即DMI=DEU+PI．TMR(總物質(zhì)需求):其不僅包括直接進入經(jīng)濟系統(tǒng)供人類使用的物質(zhì)，還包括沒有直接進入經(jīng)濟系統(tǒng)的隱藏流．TMR為直接物質(zhì)投入量與國內(nèi)隱藏流、國外隱藏流之和，即TMR=DMI+DHF+FHF．根據(jù)圖1，對1995—2011年我國鋼鐵系統(tǒng)總物流進行分析，同時結合鋼鐵系統(tǒng)的總物流分析過程數(shù)據(jù)，分別從資源(經(jīng)濟)效率、能源(經(jīng)濟)效率以及脫鉤情況3個方面進行分析，三者分別從不同角度反映了鋼鐵工業(yè)的生態(tài)效率情況．其中，資源(經(jīng)濟)效率反映的是粗鋼產(chǎn)量(鋼鐵工業(yè)增加值)與鐵礦原礦消耗之間的相互關系，能源(經(jīng)濟)效率反映的是粗鋼產(chǎn)量(鋼鐵工業(yè)增加值)與鋼鐵工業(yè)能耗之間的相互關系，二者的提高反映了鋼鐵工業(yè)鐵礦石原礦以及能源等天然資源生產(chǎn)效率的提高;而脫鉤分析反映的是鋼鐵工業(yè)含鐵資源投入量、廢物排放量與鋼鐵工業(yè)增加值之間的變化關系，它們的提高反映了鋼鐵工業(yè)資源節(jié)約和環(huán)境保護工作效率的提升．

2資源與能源效率分析

2.1相關數(shù)據(jù)收集根據(jù)文獻［2，23-25］，獲得1995—2011年我國鋼鐵工業(yè)的相關數(shù)據(jù)，如表1所示。由表1可見，2003年以來國內(nèi)開采的鐵礦原礦產(chǎn)量快速增長，2011年產(chǎn)量已突破13.00×108t．而據(jù)國土資源部公布，2011年我國查明鐵礦資源量743.90×108t，其中儲量56.67×108t，基礎儲量192.76×108t，資源量551.14×108t，但大部分為貧礦，鐵品位20%～30%，富礦只有9.27×108t，占全國資源儲量的1.2%［26］．可見，我國鐵礦石供應非常緊張．

2.2鋼鐵工業(yè)總物流分析1995年和2011年我國鋼鐵系統(tǒng)的總物流分析917結果如表2所示．1995年進口資源量與國內(nèi)開采量的比值為1∶4.69，金屬流出社會存量與流入社會存量的比值為1∶4.09．2011年鋼鐵系統(tǒng)的物流分析結果表明，雖然國內(nèi)開采鐵礦石產(chǎn)量已突破13×108t，但進口資源量與國內(nèi)開采量的比值已經(jīng)達到1∶1.82;與1995年相比，2011年我國進口各種含鐵資源量增幅很大，二者比值已達到13∶1．金屬流出社會存量與流入社會存量的比值為1∶8.99，與1995年相比，該比值大幅下降，而流出社會存量的金屬是可供回收的折舊廢鋼的來源．表明隨著我國鋼產(chǎn)量和鋼鐵制品消費量的增加，報廢的鋼鐵制品越來越短缺．對其他年份的鋼鐵系統(tǒng)總物流進行類似分析，得到1995—2011年我國鋼鐵工業(yè)含鐵資源投入及排放的相關指標(見表3)．表3表明DEU、DMI、TMR和DPO的年均增長率均超過了10%，其中TMR的年均增長率最高，達12.61%．

2.3資源效率、能源效率指標分析

2.3.1資源效率資源效率定義為粗鋼產(chǎn)量與鐵礦原礦消耗的比值(tt)．資源效率愈大，單位鐵礦生產(chǎn)出的粗鋼量愈大，反之則愈小，即資源效率越高越好．由圖2可見，1995—2004年資源效率逐步攀升，至2004年達到最大值(0.54tt);之后隨著鋼產(chǎn)量的快速增加，鋼鐵工業(yè)的資源效率逐步下降．資源經(jīng)濟效率定義為鋼鐵工業(yè)增加值與鐵礦原礦消耗的比值(元t)．資源經(jīng)濟效率愈大，單位鐵礦產(chǎn)生的工業(yè)增加值愈大，反之則愈小，即資源經(jīng)濟效率越高越好．由圖2可見，資源經(jīng)濟效率在2004年達到最大值(827.66元t)。2005—2011年我國資源(經(jīng)濟)效率逐步下降．主要原因:在鋼鐵生產(chǎn)的原料(鐵礦石和廢鋼)中，很大一部分廢鋼資源來源于報廢的鋼鐵制品(折舊廢鋼)，而我國目前可供回收的折舊廢鋼量并不多．原因在于鋼鐵制品存在著一個“平均使用壽命”(約為20a)，而20a之前的鋼產(chǎn)量及鋼鐵制品消費量與現(xiàn)在相比，只占到很小的份額．近年來我國鋼產(chǎn)量快速增長，而廢鋼資源的增長速度低于鋼產(chǎn)量的增長速度，故廢鋼資源非常短缺，鋼鐵生產(chǎn)在很大程度上依賴于鐵礦石資源，所以鋼鐵工業(yè)的資源(經(jīng)濟)效率有所下降．未來在鋼產(chǎn)量保持基本平穩(wěn)或緩慢下降的情況下，廢鋼資源在鋼鐵生產(chǎn)中所占的比例將逐步上升，鋼鐵工業(yè)的資源效率也將會逐步有所提高．

2.3.2能源效率能源效率定義為粗鋼產(chǎn)量與鋼鐵工業(yè)能耗的比值(tt)．能源效率愈大，單位能源投入生產(chǎn)出的粗鋼量愈大，反之則愈小．能源效率越高，表明生產(chǎn)同樣的粗鋼量，投入的能源越少，相應地對環(huán)境排放(CO2、SO2和煙粉塵等)也較?。蓤D3可見，1995年以來能源效率一直在逐步攀升，2011年達到最大值(1.53tt)．能源經(jīng)濟效率定義為鋼鐵工業(yè)增加值與鋼鐵工業(yè)能耗的比值(元t)．能源經(jīng)濟效率愈大，單位能源投入產(chǎn)生的工業(yè)增加值愈大，反之則愈小，即能源經(jīng)濟效率越高越好．由圖3可見，能源經(jīng)濟效率從1999年開始一直在逐步攀升，2011年達到最大值(2976.65元t)．綜上，我國鋼鐵企業(yè)的能源(經(jīng)濟)效率逐步上升，這與近年來鋼鐵企業(yè)實施清潔生產(chǎn)和發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟等措施密切相關．由圖2、3可見，1995—1998年我國鋼鐵工業(yè)的資源經(jīng)濟效率和能源經(jīng)濟效率逐步降低，這是由該時段內(nèi)鋼鐵工業(yè)增加值逐步降低所致．

3脫鉤分析

脫鉤指數(shù)(decouplingindicator)是由控制方程(或主方程)經(jīng)過推演得到的一個重要指標［27-28］，可用于衡量資源投入或廢物排放與經(jīng)濟指標的相互關系。式中:D為脫鉤指數(shù)，無量綱;d為單位經(jīng)濟指標資源投入(或廢物排放)的年下降率，%;g為經(jīng)濟指標的年變化率，%．在經(jīng)濟指標上升(g為正值)的情況下，D值大，脫鉤程度越好，其中D≥1為絕對脫鉤，0＜D＜1為相對脫鉤，D≤0為未脫鉤;在經(jīng)濟指標下降(g為負值)的情況下，D值越小，脫鉤程度越好，其中D≥1為未脫鉤，0＜D＜1為相對脫鉤，D≤0為絕對脫鉤．根據(jù)表3及式(1)，得到1996—2011年DEU、DMI、TMR和DPO的脫鉤指數(shù)DDEU、DDMI、DTMR和DDPO(見表4)．1995—1998年工業(yè)增加值逐步下滑，DDEU最小，表明DEU的脫鉤程度最好，其余依次是DDMI、DTMR和DDPO．這與該時段內(nèi)國內(nèi)自產(chǎn)鐵礦石產(chǎn)量比較穩(wěn)定密切相關;1999—2011年工業(yè)增加值逐步上升，而DDEU最大，表明DEU的脫鉤程度最好，其余依次是DDMI、DTMR和DDPO．由表4可見，1999—2004年，DDEU相對較高，同時DDPO最大．這是由于該時段國內(nèi)開采鐵礦石數(shù)量雖然有所增長，但增幅并不大，國內(nèi)粗鋼生產(chǎn)很大程度上依賴于進口鐵礦石和廢鋼(自產(chǎn)及進口)．國內(nèi)鐵礦生產(chǎn)產(chǎn)生的尾礦等數(shù)量相對較少，所以DDPO較大;2005—2011年，DDEU相對較小，這是由于該時段內(nèi)鋼產(chǎn)量很高且增加較快，對于鐵礦石和廢鋼等資源的需求量很大，國內(nèi)廢鋼在鋼產(chǎn)量如此高速增長的情況更加顯得相對不足，而進口鐵礦和廢鋼的價格又很高，刺激了國內(nèi)的鐵礦石生產(chǎn)，鐵礦產(chǎn)量有了很大增長，故DDEU降低．但應指出，我國鐵礦資源不足的形勢很嚴峻，國產(chǎn)礦增幅雖然很大，但仍不能滿足冶煉的要求，不得不大量進口鐵礦石和廢鋼以補不足．國內(nèi)鐵礦生產(chǎn)產(chǎn)生的尾礦等數(shù)量相對較大，所以DDPO較?。覈撹F行業(yè)的資源效率、能源效率及脫鉤分析結果顯示，2004年資源效率最高，2005年之后一直下降，并且多次出現(xiàn)未脫鉤情況．所以，我國要進一步提高鋼鐵工業(yè)礦山開采回采率、選礦回收率，提高礦產(chǎn)資源綜合利用率，減少鐵礦資源的損失，并且加大對國外鐵礦資源的開發(fā)利用．同時要重視對鋼鐵工業(yè)廢鋼資源的回收利用，盡可能地提高廢鋼的回收率和使用率，這樣也會減少礦山資源的消耗和鋼鐵生產(chǎn)的能源消耗;同時要通過能源的梯級利用及循環(huán)利用等措施進一步提高能源利用效率，減少CO2、SO2、煙粉塵等的排放．上述舉措將有效提高我國鋼鐵行業(yè)的資源效率、能源效率和脫鉤指標．

4結論

a)1995—2011年，我國鋼鐵工業(yè)的資源效率和資源經(jīng)濟效率在2004年達到最大值，分別為0.54tt和827.66元t;能源效率和能源經(jīng)濟效率在1999年后逐步攀升，2011年達到最大值，分別為1.53tt和2976.65元t．b)1995—2011年我國DEU、DMI、TMR和DPO的脫鉤情況中，DDEU為0.189，脫鉤程度最好．這與我國鐵礦石產(chǎn)量不足，鋼鐵生產(chǎn)更多依賴進口資源密切相關．

作者：岳強王鶴鳴陸鐘武單位：東北大學材料與冶金學院國家環(huán)境保護生態(tài)工業(yè)重點實驗室