鋼鐵工業(yè)生態(tài)效率分析范文

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《環(huán)境科學(xué)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(duì)象為我國(guó)鋼鐵工業(yè)，所以應(yīng)用該模型時(shí)考察對(duì)象是含有鐵元素的各股物流，不含其他物流．由圖1可見(jiàn)，模型中穿過(guò)社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)邊界的物流屬于直接流，在投入端包括進(jìn)口資源量和國(guó)內(nèi)開(kāi)采量;在產(chǎn)出端包括出口資源量和國(guó)內(nèi)排放量;在社會(huì)經(jīng)濟(jì)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(kāi)展鋼鐵工業(yè)的總物流分析為例，各項(xiàng)物流所代表的含義:DEU(國(guó)內(nèi)開(kāi)采量):每年從自然界中獲取的用于投入到社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)生產(chǎn)過(guò)程中的鐵礦資源量．PI和PE(進(jìn)、出口資源量):通過(guò)進(jìn)、出口貿(mào)易進(jìn)口到國(guó)內(nèi)或出口到國(guó)外的含鐵資源和產(chǎn)品．NAS(存量?jī)粼隽?:用于衡量經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的“物質(zhì)增長(zhǎng)(physicalgrowthoftheeconomy)”，是建筑物、基礎(chǔ)設(shè)施、機(jī)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(guó)內(nèi)排放量):指國(guó)內(nèi)開(kāi)采的鐵礦資源或進(jìn)口含鐵資源經(jīng)過(guò)生產(chǎn)、加工和消費(fèi)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(kāi)采過(guò)程中必須開(kāi)挖的，但又沒(méi)有進(jìn)入市場(chǎng)和產(chǎn)品制造過(guò)程的開(kāi)挖量．如為了開(kāi)采鐵礦石而必須剝離的大量巖石，后者并未直接進(jìn)入鋼鐵產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程，更沒(méi)有作為商品進(jìn)入消費(fèi)過(guò)程．隱藏流包含國(guó)內(nèi)隱藏流(DHF)和國(guó)外隱藏流(FHF)．國(guó)內(nèi)隱藏流會(huì)對(duì)本國(guó)的環(huán)境造成影響，國(guó)外隱藏流由于是國(guó)外在開(kāi)采礦石時(shí)剝離的巖石，留在了國(guó)外，所以并不對(duì)本國(guó)環(huán)境造成影響，但對(duì)進(jìn)口國(guó)的環(huán)境會(huì)造成影響．這些剝離的巖石等會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成較大沖擊，所以要盡可能降低鐵礦石開(kāi)采過(guò)程中的隱藏流．DMI(直接物質(zhì)投入量):代表直接進(jìn)入經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)供人類(lèi)使用的資源量，DMI為國(guó)內(nèi)開(kāi)采量與進(jìn)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(jìn)入經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)供人類(lèi)使用的物質(zhì)，還包括沒(méi)有直接進(jìn)入經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的隱藏流．TMR為直接物質(zhì)投入量與國(guó)內(nèi)隱藏流、國(guó)外隱藏流之和，即TMR=DMI+DHF+FHF．根據(jù)圖1，對(duì)1995—2011年我國(guó)鋼鐵系統(tǒng)總物流進(jìn)行分析，同時(shí)結(jié)合鋼鐵系統(tǒng)的總物流分析過(guò)程數(shù)據(jù)，分別從資源(經(jīng)濟(jì))效率、能源(經(jīng)濟(jì))效率以及脫鉤情況3個(gè)方面進(jìn)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(jì))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(guān)系，能源(經(jīng)濟(jì))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(guān)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(guān)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(hù)工作效率的提升．

2資源與能源效率分析

2.1相關(guān)數(shù)據(jù)收集根據(jù)文獻(xiàn)［2，23-25］，獲得1995—2011年我國(guó)鋼鐵工業(yè)的相關(guān)數(shù)據(jù)，如表1所示。由表1可見(jiàn)，2003年以來(lái)國(guó)內(nèi)開(kāi)采的鐵礦原礦產(chǎn)量快速增長(zhǎng)，2011年產(chǎn)量已突破13.00×108t．而據(jù)國(guó)土資源部公布，2011年我國(guó)查明鐵礦資源量743.90×108t，其中儲(chǔ)量56.67×108t，基礎(chǔ)儲(chǔ)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(guó)資源儲(chǔ)量的1.2%［26］．可見(jiàn)，我國(guó)鐵礦石供應(yīng)非常緊張．

2.2鋼鐵工業(yè)總物流分析1995年和2011年我國(guó)鋼鐵系統(tǒng)的總物流分析917結(jié)果如表2所示．1995年進(jìn)口資源量與國(guó)內(nèi)開(kāi)采量的比值為1∶4.69，金屬流出社會(huì)存量與流入社會(huì)存量的比值為1∶4.09．2011年鋼鐵系統(tǒng)的物流分析結(jié)果表明，雖然國(guó)內(nèi)開(kāi)采鐵礦石產(chǎn)量已突破13×108t，但進(jìn)口資源量與國(guó)內(nèi)開(kāi)采量的比值已經(jīng)達(dá)到1∶1.82;與1995年相比，2011年我國(guó)進(jìn)口各種含鐵資源量增幅很大，二者比值已達(dá)到13∶1．金屬流出社會(huì)存量與流入社會(huì)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(huì)存量的金屬是可供回收的折舊廢鋼的來(lái)源．表明隨著我國(guó)鋼產(chǎn)量和鋼鐵制品消費(fèi)量的增加，報(bào)廢的鋼鐵制品越來(lái)越短缺．對(duì)其他年份的鋼鐵系統(tǒng)總物流進(jìn)行類(lèi)似分析，得到1995—2011年我國(guó)鋼鐵工業(yè)含鐵資源投入及排放的相關(guān)指標(biāo)(見(jiàn)表3)．表3表明DEU、DMI、TMR和DPO的年均增長(zhǎng)率均超過(guò)了10%，其中TMR的年均增長(zhǎng)率最高，達(dá)12.61%．

2.3資源效率、能源效率指標(biāo)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(jiàn)，1995—2004年資源效率逐步攀升，至2004年達(dá)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(jì)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(jì)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(jì)效率越高越好．由圖2可見(jiàn)，資源經(jīng)濟(jì)效率在2004年達(dá)到最大值(827.66元t)。2005—2011年我國(guó)資源(經(jīng)濟(jì))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(lái)源于報(bào)廢的鋼鐵制品(折舊廢鋼)，而我國(guó)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(gè)“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(fèi)量與現(xiàn)在相比，只占到很小的份額．近年來(lái)我國(guó)鋼產(chǎn)量快速增長(zhǎng)，而廢鋼資源的增長(zhǎng)速度低于鋼產(chǎn)量的增長(zhǎng)速度，故廢鋼資源非常短缺，鋼鐵生產(chǎn)在很大程度上依賴(lài)于鐵礦石資源，所以鋼鐵工業(yè)的資源(經(jīng)濟(jì))效率有所下降．未來(lái)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(huì)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(yīng)地對(duì)環(huán)境排放(CO2、SO2和煙粉塵等)也較小．由圖3可見(jiàn)，1995年以來(lái)能源效率一直在逐步攀升，2011年達(dá)到最大值(1.53tt)．能源經(jīng)濟(jì)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(jì)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(jì)效率越高越好．由圖3可見(jiàn)，能源經(jīng)濟(jì)效率從1999年開(kāi)始一直在逐步攀升，2011年達(dá)到最大值(2976.65元t)．綜上，我國(guó)鋼鐵企業(yè)的能源(經(jīng)濟(jì))效率逐步上升，這與近年來(lái)鋼鐵企業(yè)實(shí)施清潔生產(chǎn)和發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)等措施密切相關(guān)．由圖2、3可見(jiàn)，1995—1998年我國(guó)鋼鐵工業(yè)的資源經(jīng)濟(jì)效率和能源經(jīng)濟(jì)效率逐步降低，這是由該時(shí)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(guò)推演得到的一個(gè)重要指標(biāo)［27-28］，可用于衡量資源投入或廢物排放與經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的相互關(guān)系。式中:D為脫鉤指數(shù)，無(wú)量綱;d為單位經(jīng)濟(jì)指標(biāo)資源投入(或廢物排放)的年下降率，%;g為經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的年變化率，%．在經(jīng)濟(jì)指標(biāo)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(duì)脫鉤，0＜D＜1為相對(duì)脫鉤，D≤0為未脫鉤;在經(jīng)濟(jì)指標(biāo)下降(g為負(fù)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(duì)脫鉤，D≤0為絕對(duì)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(jiàn)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(shí)段內(nèi)國(guó)內(nèi)自產(chǎn)鐵礦石產(chǎn)量比較穩(wěn)定密切相關(guān);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(jiàn)，1999—2004年，DDEU相對(duì)較高，同時(shí)DDPO最大．這是由于該時(shí)段國(guó)內(nèi)開(kāi)采鐵礦石數(shù)量雖然有所增長(zhǎng)，但增幅并不大，國(guó)內(nèi)粗鋼生產(chǎn)很大程度上依賴(lài)于進(jìn)口鐵礦石和廢鋼(自產(chǎn)及進(jìn)口)．國(guó)內(nèi)鐵礦生產(chǎn)產(chǎn)生的尾礦等數(shù)量相對(duì)較少，所以DDPO較大;2005—2011年，DDEU相對(duì)較小，這是由于該時(shí)段內(nèi)鋼產(chǎn)量很高且增加較快，對(duì)于鐵礦石和廢鋼等資源的需求量很大，國(guó)內(nèi)廢鋼在鋼產(chǎn)量如此高速增長(zhǎng)的情況更加顯得相對(duì)不足，而進(jìn)口鐵礦和廢鋼的價(jià)格又很高，刺激了國(guó)內(nèi)的鐵礦石生產(chǎn)，鐵礦產(chǎn)量有了很大增長(zhǎng)，故DDEU降低．但應(yīng)指出，我國(guó)鐵礦資源不足的形勢(shì)很?chē)?yán)峻，國(guó)產(chǎn)礦增幅雖然很大，但仍不能滿(mǎn)足冶煉的要求，不得不大量進(jìn)口鐵礦石和廢鋼以補(bǔ)不足．國(guó)內(nèi)鐵礦生產(chǎn)產(chǎn)生的尾礦等數(shù)量相對(duì)較大，所以DDPO較小．我國(guó)鋼鐵行業(yè)的資源效率、能源效率及脫鉤分析結(jié)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(guó)要進(jìn)一步提高鋼鐵工業(yè)礦山開(kāi)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(duì)國(guó)外鐵礦資源的開(kāi)發(fā)利用．同時(shí)要重視對(duì)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(huì)減少礦山資源的消耗和鋼鐵生產(chǎn)的能源消耗;同時(shí)要通過(guò)能源的梯級(jí)利用及循環(huán)利用等措施進(jìn)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(guó)鋼鐵行業(yè)的資源效率、能源效率和脫鉤指標(biāo)．

4結(jié)論

a)1995—2011年，我國(guó)鋼鐵工業(yè)的資源效率和資源經(jīng)濟(jì)效率在2004年達(dá)到最大值，分別為0.54tt和827.66元t;能源效率和能源經(jīng)濟(jì)效率在1999年后逐步攀升，2011年達(dá)到最大值，分別為1.53tt和2976.65元t．b)1995—2011年我國(guó)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(guó)鐵礦石產(chǎn)量不足，鋼鐵生產(chǎn)更多依賴(lài)進(jìn)口資源密切相關(guān)．

作者：岳強(qiáng)王鶴鳴陸鐘武單位：東北大學(xué)材料與冶金學(xué)院國(guó)家環(huán)境保護(hù)生態(tài)工業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室