西安市能源消費結構與大氣污染相關性分析

馬征

摘 要：以霾污染為代表的大氣污染問題在近年來成為了大眾關注的首要公共問題之一，如何通過優化能源消費結構來改善大氣污染問題成為各地政府積極探索話題之一。本文基于2008年至2015年西安市大氣污染數據和能源消費數據，分析了西安市近年來大氣污染和能源消費現狀，并對能源結構變化與大氣污染進行了相關性分析，最后我們根據研究結論，提出了相關的政策建議。

關鍵詞：能源消費結構；大氣污染；霾污染

一、引言

眾所周知，現代經濟的發展離不開能源消費，現代工業的發展更是需要消耗大量以煤炭、石油、天然氣為主的化石能源。而消耗化石能源發展經濟會不可避免地導致環境的污染，特別是大氣污染。而想要兼顧經濟發展與環境保護，就需要我們在經濟發展的過程中不斷提高能源使用效率，優化能源消費結構，并且盡可能用清潔能源來代替高污染能源。

西安市作為陜西省會城市，有著悠久的歷史文化，近年來，隨著國家發展中心向中西部傾斜，西安市的現代產業發展也突飛猛進，特別是以高端裝備制造為主的加工制造業已經成為西安市的支柱產業。隨著現代工業的發展，西安市對以煤炭為主的能源的消耗越來越多，這也使得城市空氣污染越來越嚴重，甚至被列為全國大氣污染最嚴重的城市之一。2013年全國性霾污染爆發以來，對大氣污染的治理變得迫在眉睫，如何采取有效措施治理空氣污染，也成為西安市城市管理者的當務之急，而西安市能源消耗與大氣污染的相關性分析，是有助于優化能源結構、治理大氣污染的必要理論研究之一。

二、文獻研究

能源一直是經濟研究一個十分重要的領域，隨著社會和科技的發展，風電、光伏等各種新能源愈發成熟，加上人們對煤炭、石油等傳統能源在可持續和環境方面的擔憂，社會各界越來越重設能源結構的優化，許多學者也開始研究能源結構的問題。其中大多數的研究關注于經濟發展與能源結構之間的動態問題，鄒璇（2010）認為能源是國民經濟持續發展的重要保證基礎之一，合理的能源結構能夠保證經濟持續穩定的增長，他通過研究發現，我國以煤炭為主的較為單一的能源結構是不合理的，應該進行充分的優化調整，以適應并促進經濟的進一步持續穩定發展?；糇诮芎椭懿试疲?010）通過分析1978年至2007年能源統計數據，發現我國存在單向的經濟增長到能源消費和能源結構的因果關系，短期與長期中能源結構對于能源消費的影響都要大于經濟增長對于能源消費的影響。此外，隨著低碳經濟的提出，林伯強、姚昕、劉希穎（2010）和何立華、楊盼、蒙雁琳、孔淵（2015）等眾多學者開始研究地毯約束下能源結構與碳排放的相關問題。

近幾年，大氣污染越來越引起人們的關注，尤其是2013年以后，針對以霾污染為主的大氣污染的研究呈現爆發式增長。李令軍、王英、李金香、辛連忠和金軍（2012）根據2000～2010北京大氣污染數據對北京市大氣重污染進行了系統分析，張宇和蔣殿春（2013）基于FDI的環境效應以大氣污染為切入點構造污染強度指標，并以此為基礎對外資進入與政府監管在地區大氣污染強度變化過程中所起到的作用進行了實證研究。由于近幾年的大氣污染主要以霾污染為主要特征，許多學者對華北平原、長江三角洲、珠江三角洲區域霾污染期間污染物主要成分進行了研究， Wang（2014）通過對上海2009年霧霾事件中氣溶膠化學成分的研究發現， 、 和 是氣溶膠中最主要的離子，而這些離子構成了細顆粒物（PM2.5）。

隨著對大氣霾污染研究的深入，不少的學者注意到能源結構在導致大氣霾污染和治理大氣污染方面的影響作用。趙延德和張慧（2007）利用灰色關聯度模型，通過分析1990～2002年間蘭州市能源消費與環境變量之間的關聯度，探討了能源消費結構變動的環境效應及其作用機理。蘭國棟（2007）通過定量分析烏魯木齊市的環境空氣質量變化，建立并驗證采暖季PM10與能源消費結構的多元回歸方程，得出了各個主要終端能源消費比例變化對采暖季PM10的影響效果。

三、數據分析

考慮到數據的可獲得性和適用性，本文大氣污染數據選取自西安市環保局2008年至2015年每月平均大氣數據，具體數據包括SO2、NO2和PM10月均濃度，單位為μg/m3。

通過構建大氣污染走勢圖可以發現，西安市大氣污染在2013年和2014年處于高度污染時期，并且主要大氣污染物的波動具有相似的周期性，在每年的冬季前后達到最高值，在每年的夏季達到最低值，導致這種現象的原因我們認為有兩點：一是冬季氣候特點，由于西安市的C形地形，冬季風向不利于城市空氣污染的散發；二是西安市冬季采暖期時的集中供熱，其主要采暖能源是煤炭，此外，農村小型取暖方式的低效率高污染也是導致冬季污染物上升的一個因素。

對于能源數據，考慮到數據的可獲得性、西安市在陜西省經濟所處的代表性作用以及西安市與全省能源消費的高度關聯性，本文選取陜西省統計年鑒中2008年至2015年全省煤炭、石油、天然氣、水電及其他能源四類能源消費數據，并按每年西安市GDP所占比重進一步核算西安市能源消費數據，最終可構建西安市近幾年能源消費量變化圖和能源消費結構變化圖。

從能源消耗量變化圖我們可以發現，西安市能源消費量呈持續上漲趨勢，煤炭、天然氣以及水電及其他能源消費量都在逐年增加，而石油消費量在2015年出現下降勢頭。從能源消費結構變化圖我們可以發現，近幾年煤炭消費比重基本穩定，略有增加，石油消費所占比重在逐漸下降，而天然氣、水電以其他等相對清潔的能源的消費所占比重在逐年增大。

四、能源結構與大氣污 染相關性分析

為了便于進行相關性分析，我們將月均大氣污染數據進一步計算為年均日濃度數據，然后對2008年至2015年的年度大氣污染數據和能源消費結構數據進行相關性分析。首先對所有原始數據取自然對數，以便消除潛在的干擾因素，使數據更具平穩性。然后我們將取對數后的煤炭比重LNCOALP、石油比重LNOILP、天然氣比重LNGASP、水電及其他比重LNOTHERP、二氧化硫濃度LNSO2、二氧化氮濃度LNNO2、PM10濃度LNPM10進行一般相關性檢驗，所得結果如下表1。

從表1中的結果，我們可以發現，SO2與煤炭、天然氣以及水電及其他能源的消費比重呈現負相關，而與石油消費比重呈現高度正相關關系，由此我們可發現，西安市SO2污染主要由于消耗石油導致，而燃煤與SO2的負相關性和近幾年西安市燃煤脫硫的有效實施有關，煤炭的燃燒不再產生大量硫化污染物。

PM10濃度與煤炭消費比重和其他消費能源比重呈現正相關，而與天然氣比重和石油比重呈負相關，PM10是霾污染的一個主要污染物，從其與煤炭比重的正相關性以及與天然氣所占比重的負相關性，我們可以發現，要對霾污染進行治理，就有必要控制煤炭的燃燒，推廣天然氣的使用。而其與水電以及其他能源消費比重的正相關性與我們的預期結果不相符，我們推測可能是因為水電及其它能源的使用會替代石油、天然氣等能源而不會替代煤炭，而表1中水電及其他能源消費比重與石油消費比重之間的高度負相關性從一定程度上可以證明我們這一推測，所以水電及其他能源比重的增加會減少大幅度減少石油的消費比重而增加了煤炭消費比重的增長空間，進而從側面促使PM10濃度的增加。

煤炭比重和水電及其他能源消費比重都與NO2濃度具有正相關性，而天然氣消費比重與NO2濃度具有負相關性。水電及其他能源消費比重與NO2濃度的正相關性再此偏離我們的預期結果，我們認為這和其與PM10濃度之間的正相關性具有相同的原因。

總體來看，石油是造成二氧化硫污染的主要因素，而煤炭則導致了PM10濃度的上升，所以霾污染的主要因素之一就是煤炭的燃燒，我們發現天然氣與SO2、NO2以及PM10三種主要污染物濃度都具有負相關性，因此我們認為，大力推廣天然氣能夠有效地控制和治理包括霾污染在內的大氣污染，而水電、風電等新能源的推廣則需要在合理科學的規劃下進行。

五、結論與建議

在本文中，我們通過觀察2008年至2015年的西安市能源結構和大氣污染數據，我們發現；西安市大氣污染具有周期性，在每年的冬季左右是污染高峰期，在夏季前后則為污染較低時期，西安冬季燃煤集中供暖是一個主要因素；西安市能源消費量逐年增加，除了石油消費量在2015年有所降低；能源消費結構變化中，煤炭穩中有增，天然氣和水電及其他能源占比則持續增加，石油消費占比逐年降低。而通過能源結構與大氣污染的相關性分析，我們發現煤炭燃燒是產生PM10等霧霾污染物的主要原因之一，而由于燃煤脫硫政策的實施，燃煤已不再引起二氧化硫污染，石油的使用是其主要因素。

對于通過優化能源結構來改善西安市大氣污染問題，依據本文結論，我們建議：（一）應該改變冬季燃煤集中供暖行為，采用遠程電力供暖，將產生污染物的供熱企業遷離市區沒，替換燃煤為天然氣、水電、風電、地熱等較為清潔的能源；（二）大力推廣天然氣的使用，鼓勵冬季供暖、家庭生活、汽車等采用傳統燃煤、煤氣、汽油等能源的地方該用天然氣；（三）進一步推動水電、風電等新能源的發展，并指定全面科學的發展規劃，推動合適的以燃煤為能源的行業、企業采用新能源。（作者單位：陜西師范大學國際商學院）

參考文獻：

[1] 鄒璇. 能源結構優化與經濟增長[J]. 經濟問題探索， 2010（7）：33-39.

[2] 李令軍， 王英， 李金香，等. 2000～2010北京大氣重污染研究[J]. 中國環境科學， 2012， 32（1）：23-30.

[3] 趙延德， 張慧. 城市能源消費結構變動的環境效應探析——以蘭州市為例[J]. 水土保持研究， 2007， 14（2）：327-329.