长江经济带中游典型工业园区污碳协同脱钩发展路径研究*

刘 洋 赵佳玲 钱依森 张永明 万 梅 田金平,4 陈吕军,,4#

(1.清华大学环境学院，北京 100084；2.上海师范大学环境与地理科学学院，上海 200234；3.浙江省水质科学与技术重点实验室，浙江清华长三角研究院，浙江 嘉兴 314006；4.清华大学生态文明研究中心，北京 100084)

长江经济带覆盖了我国约21.4%的土地，人口总量及地区生产总值均超过40%，是国家经济发展和人口集聚的核心区域。长江经济带沿江地区水运便捷，沿江布局的大量工业园区(以下简称园区)不仅是长江经济带制造业集聚的重要产业空间，也是长江经济带实施制造强国战略的主阵地[1]。可见，长江经济带作为中国经济实力最强、发展潜力最大的区域之一，是引领区域经济发展的重要增长极。然而长期以来的过度开发使长江经济带形成了重化工行业围江的局面。为推进长江大保护，国家出台了《长江经济带发展规划纲要》《长江经济带生态环境保护规划》《长江保护修复攻坚战行动计划》等系列顶层设计文件，积极推进长江生态系统保护修复，同时对长江经济带实施园区专项整治行动。园区除了资源能源使用及污染物排放集中外，还贡献了我国31%的CO2排放量[2]。园区兼有行业集中、产业成链、空间集聚、产业共生、集中设施共享、资源能源环境要素集中等复杂特征，其绿色发展因园而异、因产而变，需要平衡兼顾共性与特性、近期与远期、个体与整体等多重矛盾约束。园区深化减污降碳协同，实现绿色发展意义重大。

湖北省位于长江中游，近年来在生态文明建设和长江大保护等政策的推动下，环境治理能力持续提升。但与此同时，仍需要清醒地认识到推进沿江园区绿色转型任重道远，承上启下持续改善环境质量的挑战依然艰巨。荆州作为长江经济带中游重要节点城市，其制造业为主的产业结构在有力推动区域经济发展的同时，也成为当地环境污染和能源消耗的主要来源之一。本研究选择荆州经济技术开发区作为湖北省沿江重化工行业典型园区代表，进行资源能源环境要素约束驱动下的绿色发展策略研究，建立资源能源环境要素约束下区域产业结构优化调整模型[3]，以2019年为基准年，研究该园区在目标年(2025年)不同情景下的污染物与CO2排放量，以期为该园区优化产业结构提供决策依据和参考，实现减污降碳协同。该案例研究对湖北省以重化工业为特征的园区转变经济发展方式，实现污染物减排和环境改善具有积极借鉴意义。

1 研究方法

通过对园区现有产业结构进行分析，筛选出10类重点排放行业作为研究对象，搭建资源能源环境要素约束驱动的产业结构优化调整模型，并结合情景分析方法，提出园区未来产业结构调整方案建议。主要包括确定研究对象、数据收集与处理、产业结构优化调整模型搭建和情景分析4个部分。以下分别对其进行详细说明。

1.1 确定研究对象

产业结构调整研究对象是园区内重点排放行业，其分类依据为该行业COD、氨氮、SO2、氮氧化物(NOx)4种主要污染物及CO2的排放量。对照我国国民经济行业分类97个2位数字代码行业，将园区企业分为20类，通过对4种主要污染物及CO2排放量进行排序，筛选出园区中污染物排放总量之和占整个园区污染物排放量99%以上所覆盖的行业，并将这些行业定义为园区重点排放行业(见表1)，共有10类。

园区10类重点排放行业2019年工业总产值占当年园区规模以上工业总产值的70.56%，主要污染物与CO2均占工业行业总排放量的99%以上。因此，本研究进一步以园区10个重点排放行业进行产业结构优化调整路径研究。

表1 园区重点排放行业规模以上工业总产值及污染物与CO2排放情况Table 1 The gross industrial output value above designated size and main pollutant and CO2 emissions of heavy-pollution industries in the park

1.2 数据收集与处理

数据主要来源于园区管委会经济发展局以及园区环境统计表，对筛选出的园区10个重点排放行业的经济产出、资源消耗、污染物排放量及强度、CO2排放量及排放强度进行分析，将计算所得数据输入产业结构优化调整模型，探究不同情景下园区绿色转型发展路径。

1.3 搭建资源能源环境要素约束驱动的产业结构优化调整模型

1.3.1 时间范围、限制条件及产业结构优化调整目标

将产业结构优化调整时间跨度设定为2019—2025年，其中2019年为基准年，2025年为目标年。模型设计参考园区“十四五”规划提出的目标指标，对园区经济产出、资源消耗总量以及污染物排放量和排放强度设定约束条件。首先分析“十三五”期间各项指标的发展演变特征，并假定2020—2025年各行业资源消耗强度降幅、每种污染物排放强度降幅、经济增长幅度基本与“十三五”期间保持一致，通过模型运算求解，识别出园区在产业结构优化调整幅度最小化前提下，实现园区经济产出最大化、污染物排放量最小化目标的可行路径[4]。

1.3.2 主要参数核算方法

给定2019—2025年目标年均产值增速(r，%)，通过式(1)可得出基准情景下目标年总产值(Xh,BAU，亿元)。

(1)

在工业结构调整情景下，目标年和基准年相比，产业结构发生改变，此时，每个行业目标年总产值依据式(2)计算，另外两个情景以此类推。

(2)

所有行业污染物的排放量见式(3)。

(3)

这10个重点排放行业在工业生产过程中，利用的能源主要有原煤、天然气、电力、热力等，CO2排放量的核算方法参考文献[5]。

目标年CO2排放量基本计算公式见式(4)。

(4)

表2 各种能源的碳排放因子1)Table 2 Carbon emission factors for various fuels

在基准情景下，主要污染物和CO2排放量往往会超过排放限制目标。因此，需进一步引入工业结构调整情景，并在此情景下引入模型关键变量(Ki)。

Ki初始值设为1。Ki的取值有3类，分别对应不同的政策导向：Ki>1意味着目标年第i类行业增加值或产值占相应经济总量的比例与基准年相比会持续上升，这是鼓励发展的产业；Ki<1意味着第i类行业的发展会受到限制，即到目标年，该行业的经济总量可能会增加，但在总量中的贡献会下降；Ki=1意味着第i类行业不需要特别的政策干预。|Ki-1|的值越大，该产业受到的政策干预越强。

根据式(5)计算产业结构变动平稳性参数(T)。

(5)

Ki最优解应使得各产业增加值占比变动程度最小，即T可为0，此时意味着产业结构不发生任何变动；T越大，意味着产业结构变动程度越大。

4种污染物和CO2综合排放量的评分(S)依据式(6)计算。

(6)

S越大意味着该方案主要污染物和CO2综合排放量最少，方案更优。

1.4 情景分析

根据以上思路，搭建基于情景分析的产业结构优化调整模型，并输入经济、能源和环境保护约束条件，计算不同情景下的园区重点排放行业经济发展、资源消耗和污染物排放数据，选出其中产业结构变动最小且主要污染物和CO2综合排放量评分最高的方案。

1.4.1 情景分析约束条件

(1) 经济发展目标。结合园区“十三五”前4年工业总产值的增长趋势，设置园区工业总产值年均增长率保持14.87%左右，并将经济发展目标预期设置为2025年园区工业总产值不低于826亿元。

(2) 资源消耗约束条件。根据国家层面对园区绿色转型发展相关要求，园区亟需转变资源利用方式，确保水资源、能源消耗强度大幅降低，结合园区“十四五”规划纲要，园区单位产值水耗降幅目标设置为降低30%，单位产值能耗降低16%。

(3) 污染物排放约束条件。为满足园区绿色转型发展要求，园区目标年重污染工业行业污染物排放量必须在基准年基础上下降一定比例。本研究结合园区“十四五”规划对污染物排放量减排预期目标设置约束条件。

1.4.2 情景设置

情景设置以基准情景为基础，通过调整相关参数，进一步形成工业结构调整情景、清洁生产情景、可持续发展情景，各情景设置的具体说明见表3。

2 结果与讨论

4种情景的基础参数设置见表4。4种情景下目标年的重点排放行业COD、氨氮、SO2、NOx和CO2排放量分析结果见图1。

2.1 基准情景

表3 情景设置说明Table 3 Overview of scenario settings

表4 情景分析基本参数Table 4 Basic parameters of scenario analysis

图1 不同情景下主要污染物和CO2排放量Fig.1 Main pollutants and CO2 emissions of diverse scenarios

在基准情景下，园区“十四五”期间工业总产值保持年均14.87%增长率，到2025年达到826亿元。但园区CO2和4种污染物的排放量均将超过园区“十四五”规划的目标值。即如果园区保持目前的产业结构，资源能源效率保持现状惯性发展，在经济快速增长的同时，将无法达到园区绿色转型发展中减污降碳的规划目标。因此，需进一步进行园区工业结构调整，推进清洁生产等促进园区绿色发展转型的路径。

2.2 工业结构调整情景

在工业结构调整情景下，通过调控重点排放行业的发展、调整产业结构来缓解园区环境压力，虽然园区的能耗总量和强度以及CO2排放量均可达到园区“十四五”规划目标，但4种主要污染物的排放量仍将超出园区“十四五”规划的目标值较多，且达不到国家生态工业示范园区标准对污染物排放强度或弹性系数的要求。

2.3 清洁生产情景

在清洁生产情景下，园区引进清洁生产技术以提高能源利用效率、工业用水重复利用率，可使COD和氨氮排放量达到园区“十四五”规划目标值，但CO2、SO2和NOx排放量仍将超过目标值。这说明通过技术进步能较好地推动污染物排放量下降，但尚有瓶颈。

2.4 可持续发展情景

可持续发展情景在基准情景下，通过调整园区工业结构，采用清洁生产技术，综合施策实现园区经济增长与污染物、CO2排放量和强度双下降，即实现绝对脱钩。可持续发展情景可在重点排放行业经济持续增长的同时，实现节能减排目标。

对比表1和表5，在可持续发展情景下，园区农副食品加工业、纺织业、化学原料制品制造业、非金属矿物制品业、电气机械器材制造业、电力热力生产供应业的工业总产值占比将发生明显变化，其余行业的工业总产值占比变化较小。从整体变化趋势看，多数行业的工业总产值占比在目标年变化较大的是基准年产值本身就较大的产业。这意味着为了使园区向绿色发展转型，模型结果倾向于调整在经济系统中占比较大且污染物排放量大的行业，即解决好重点排放行业的绿色发展，对于提升园区绿色发展水平意义重大。

农副食品加工业、纺织业、化学原料制品制造业、非金属矿物制品业当前对园区经济贡献较小，但污染物排放量不可忽视，园区应在控制低效产品规模的同时，向产业链高附加值产品延伸；电力热力生产供应业虽然经济贡献小污染物、CO2排放量大，但作为园区公共基础设施，需要加大技术提升力度和超低排放改造；汽车制造业、电气机械器材制造业工业总产值占比较大，各类污染物排放强度相对较低，园区进一步发展中需要持续加大清洁生产力度，推动该类产业更高质量较快发展。以电气机械器材制造业为例，可在切削和磨削工艺过程中，寻求绿色清洁的切削液或通过严格控制切削液的使用量等方式，实现COD和氨氮排放强度在2019年基础上分别减少94.26%和94.49%的目标。

表5 可持续发展情景下重点排放行业目标年情况Table 5 Heavy-pollution industries development under sustainable development scenario in target year

3 结论与建议

以荆州经济技术开发区为例，研究长江经济带中游地区以制造业为主导的园区绿色发展转型策略，搭建产业结构优化调整模型并借助最优化模拟方法，揭示多种情景园区经济发展与资源环境之间相互影响关系，识别出农副食品加工业、纺织业、化学原料制品制造业、非金属矿物制品业、汽车制造业、电气机械器材制造业、电力热力生产供应业等行业的绿色化水平尚待大幅提升。

推动园区绿色发展水平整体跃升，需要全面深化清洁生产技术，大力推动高附加值产业发展，促进基础性低附加值产业转型；合理进行产业结构优化调整，限制农副食品加工业、纺织业、化学原料制品制造业、非金属矿物制品业等重点排放行业低效产能规模过快扩张；重点要解决好经济总量大排放量大的重点排放行业的绿色发展。