解蕾,姚揚(yáng)*,但智鋼,畢瑩瑩,董莉,錢玉
1.國(guó)家環(huán)境保護(hù)生態(tài)工業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院 2.江陰高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開(kāi)發(fā)區(qū)管委會(huì)
工業(yè)園區(qū)發(fā)展是我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支撐,也是我國(guó)進(jìn)行循環(huán)經(jīng)濟(jì)改造的重點(diǎn)對(duì)象[1]。近年來(lái),我國(guó)經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)、高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開(kāi)發(fā)區(qū)等各級(jí)各類工業(yè)園區(qū)在數(shù)量和規(guī)模上持續(xù)擴(kuò)大。據(jù)統(tǒng)計(jì),截至2019年我國(guó)省級(jí)以上工業(yè)園區(qū)2 000多家[2],有80%以上工業(yè)企業(yè)進(jìn)入園區(qū),園區(qū)經(jīng)濟(jì)總量占全國(guó)國(guó)民生產(chǎn)總值(GDP)的60%以上。在快速發(fā)展的同時(shí),園區(qū)也成為資源能源消耗的集中區(qū)域,大多數(shù)園區(qū)存在粗放的生產(chǎn)模式和布局、能源消耗大、資源利用率低、污染物排放嚴(yán)重等問(wèn)題[3-4]。解決這一問(wèn)題的關(guān)鍵在于改變產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu),進(jìn)而進(jìn)入循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式[5]。循環(huán)經(jīng)濟(jì)在遵循減量化、再利用、再循環(huán)原則的基礎(chǔ)上,更強(qiáng)調(diào)源頭減量的方法來(lái)達(dá)到降耗、提效、減排的最終效果。
近年來(lái),物質(zhì)流分析方法已廣泛應(yīng)用在循環(huán)經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域,該方法可追溯到Ayres[6]對(duì)社會(huì)新陳代謝的研究,至20世紀(jì)90年代初得到持續(xù)完善。如日本環(huán)境廳[7]、德國(guó)伍珀塔爾學(xué)會(huì)[8]和奧地利社會(huì)生態(tài)學(xué)院[9]分別編制了以國(guó)家尺度為研究區(qū)的物質(zhì)流賬戶,此后逐步擴(kuò)展到城市和地區(qū)[10]。國(guó)內(nèi)有關(guān)物質(zhì)流分析起步較晚。宋永昌等[11-13]分別通過(guò)不同的研究視角對(duì)國(guó)家、省份和城市的不同生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流動(dòng)情況進(jìn)行分析,為循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供相應(yīng)建議;張音波等[14-15]分別結(jié)合IPAT分析和生態(tài)足跡模型,從時(shí)間等多元指標(biāo)體系的角度對(duì)可持續(xù)發(fā)展水平進(jìn)行度量分析。但是大多數(shù)以物質(zhì)流分析為基礎(chǔ)的循環(huán)經(jīng)濟(jì)研究忽略了生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)情況,對(duì)于物質(zhì)流分析和能量流分析的結(jié)合更是相對(duì)較少,因此以物質(zhì)流分析和能量流分析為技術(shù)支撐的工業(yè)園區(qū)循環(huán)經(jīng)濟(jì)研究是解決園區(qū)循環(huán)發(fā)展的重要探索。筆者以江陰高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開(kāi)發(fā)區(qū)(簡(jiǎn)稱江陰高新區(qū))為研究對(duì)象,引入物質(zhì)流分析和能量流分析方法,構(gòu)建園區(qū)循環(huán)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)體系,核算園區(qū)內(nèi)各產(chǎn)業(yè)資源、能源投入和污染排放情況,明晰各物質(zhì)輸入與輸出的互饋效應(yīng),在此基礎(chǔ)上分析園區(qū)循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展限制因素,探索循環(huán)化改造有效途徑,以期在提升園區(qū)經(jīng)濟(jì)、資源和環(huán)境效益的同時(shí)為其他工業(yè)園區(qū)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、規(guī)劃和評(píng)價(jià)提供借鑒。
物質(zhì)流分析是產(chǎn)業(yè)生態(tài)學(xué)的核心分析方法,作為研究經(jīng)濟(jì)活動(dòng)中物質(zhì)資源新陳代謝的一種方法,以質(zhì)量為衡量單位,克服了度量單位不統(tǒng)一的分析困境,并對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)與外界自然環(huán)境之間的各種物質(zhì)流進(jìn)行核算分析,定量測(cè)度進(jìn)入社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的自然資源(輸入部分)以及排入到環(huán)境的廢物(輸出部分),以客觀反映社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的代謝規(guī)模和對(duì)自然環(huán)境造成的壓力[16]。筆者從產(chǎn)業(yè)物質(zhì)投入、產(chǎn)出、交換的角度出發(fā),建立園區(qū)的物質(zhì)流賬戶,分析各產(chǎn)業(yè)物質(zhì)流動(dòng)情況。
能量流分析是用來(lái)評(píng)估能源使用效率的方法,對(duì)環(huán)境-經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)中能量的投入和產(chǎn)出進(jìn)行量化分析,同時(shí)通過(guò)能量統(tǒng)計(jì),對(duì)能源的初級(jí)輸入、能源轉(zhuǎn)換、最終能源使用、能源輸出等過(guò)程進(jìn)行結(jié)算[17]。筆者通過(guò)建立能量流賬戶,分析園區(qū)綜合能源消耗及利用效率情況。
參考《園區(qū)循環(huán)化改造實(shí)施方案編制指南》、GB/T 33567—2017《工業(yè)園區(qū)循環(huán)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)規(guī)范》[18],結(jié)合江陰高新區(qū)實(shí)際經(jīng)濟(jì)和社會(huì)情況及資料數(shù)據(jù)特點(diǎn),構(gòu)建基于物質(zhì)流分析和能量流分析的江陰高新區(qū)循環(huán)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,包括資源產(chǎn)出、資源消耗、資源循環(huán)利用、廢物排放4類一級(jí)指標(biāo)15個(gè)二級(jí)指標(biāo)(圖1)。指標(biāo)基準(zhǔn)值參考GB/T 33567—2017,能源產(chǎn)出率基準(zhǔn)值為3萬(wàn)元/t(以標(biāo)準(zhǔn)煤當(dāng)量計(jì)),水資源產(chǎn)出率基準(zhǔn)值為1 500元/m3,土地產(chǎn)出率基準(zhǔn)值為15億元/km2,工業(yè)固體廢物綜合利用率基準(zhǔn)值為95%,工業(yè)用水重復(fù)利用率基準(zhǔn)值為90%。
圖1 基于物質(zhì)流分析和能量流分析的循環(huán)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系Fig.1 Evaluation indexes system of circular economy based on material flow analysis and energy flow analysis
江陰高新區(qū)成立于1992年,2013年升級(jí)為國(guó)家生態(tài)工業(yè)示范園區(qū),是蘇南國(guó)家自主創(chuàng)新示范區(qū),截至2018年,擁有規(guī)模以上企業(yè)135家,實(shí)現(xiàn)工業(yè)總產(chǎn)值960億元。江陰高新區(qū)作為以大型鋼鐵企業(yè)為主要產(chǎn)業(yè)的工業(yè)園區(qū),遵循循環(huán)經(jīng)濟(jì)理念為指導(dǎo),形成以特鋼新材料及制品、微電子集成電路、智能機(jī)械及裝備、現(xiàn)代中藥和生物醫(yī)藥等四大主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)及現(xiàn)代服務(wù)業(yè)為主的產(chǎn)業(yè)格局,輔以紡織服裝業(yè),正在布局的產(chǎn)業(yè)為新能源汽車及關(guān)鍵零部件產(chǎn)業(yè)。
基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來(lái)自江陰高新區(qū)管理委員會(huì)2018年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),結(jié)合實(shí)地調(diào)研,調(diào)查各行業(yè)中規(guī)模以上重點(diǎn)企業(yè)的生產(chǎn)、消費(fèi)情況和廢物排放、利用情況等,調(diào)查時(shí)間為2018年。
通過(guò)對(duì)江陰高新區(qū)各行業(yè)規(guī)模以上重點(diǎn)企業(yè)的調(diào)查,統(tǒng)計(jì)園區(qū)物質(zhì)流動(dòng)情況,結(jié)果見(jiàn)圖2。園區(qū)物質(zhì)投入可分為工業(yè)生物質(zhì)、能源和水,由圖2可知,2018年園區(qū)主要物質(zhì)投入最多的為新鮮用水3 269萬(wàn)t,占總投入的55.2%。在不考慮水資源投入情況下,物質(zhì)總投入為2 663.45萬(wàn)t,其中礦石2 523萬(wàn)t、鋼鐵9.95萬(wàn)t,其是鋼鐵制造的主要原料,占物質(zhì)總投入的95.1%,說(shuō)明以鋼鐵為主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)的江陰高新區(qū),目前投入以第二產(chǎn)業(yè)為主;棉紗投入為15.7萬(wàn)t,為紡織服裝產(chǎn)業(yè)提供大量原料;主要能源投入為108.4萬(wàn)t(以標(biāo)準(zhǔn)煤當(dāng)量計(jì))。
圖2 江陰高新區(qū)物質(zhì)流Fig.2 Material flow in Jiangyin High-tech Industrial Park
園區(qū)物質(zhì)輸出的主要產(chǎn)品中特種鋼產(chǎn)品產(chǎn)量1 577萬(wàn)t,是園區(qū)最主要的產(chǎn)品;金屬制品15萬(wàn)t,為其他產(chǎn)業(yè)提供原料;布匹產(chǎn)量3.1萬(wàn)t,服裝產(chǎn)量1.1萬(wàn)t,二者為紡織服裝產(chǎn)業(yè)的主要輸出產(chǎn)品。物質(zhì)輸出的主要廢物總量2 452.96萬(wàn)t,包括廢水、化學(xué)需氧量、氨氮、二氧化硫、氮氧化物、二氧化碳、工業(yè)固體廢物等。其中廢水2 020萬(wàn)t,占廢物排放總量的82.35%,這些廢水經(jīng)污水處理廠集中處理,達(dá)標(biāo)后排放;氣體污染物和固體污染物分別占16.93%和0.71%。
根據(jù)統(tǒng)計(jì)計(jì)算園區(qū)能源消耗情況,結(jié)果見(jiàn)圖3。由圖3可知,2018年園區(qū)能源消費(fèi)總量為136.22萬(wàn)t(以標(biāo)準(zhǔn)煤當(dāng)量計(jì)),主要以煤炭、電力和天然氣為主。其中,消耗煤炭932 861.51 t(以標(biāo)準(zhǔn)煤當(dāng)量計(jì)),耗電206 902.78 t(以標(biāo)準(zhǔn)煤當(dāng)量計(jì)),消耗天然氣124 732.05 t(以標(biāo)準(zhǔn)煤當(dāng)量計(jì))、油類29 601.26 t(以標(biāo)準(zhǔn)煤當(dāng)量計(jì))。煤炭主要用于特鋼新材料及制品產(chǎn)業(yè)和紡織服裝產(chǎn)業(yè),油類主要消耗于特鋼新材料及制品產(chǎn)業(yè),天然氣主要消耗于特鋼新材料及制品產(chǎn)業(yè)、微電子集成電路產(chǎn)業(yè)、紡織服裝產(chǎn)業(yè),電力主要用于特鋼新材料及制品產(chǎn)業(yè)、紡織服裝產(chǎn)業(yè)和微電子集成電路產(chǎn)業(yè)。能源消耗最多的為特鋼新材料及制品產(chǎn)業(yè),紡織服裝產(chǎn)業(yè)次之,2個(gè)產(chǎn)業(yè)能源消耗量占比分別達(dá)到66.66%和29.12%,智能機(jī)械及裝備產(chǎn)業(yè)能源消耗量最少。
注:圖中數(shù)字單位為t(以標(biāo)準(zhǔn)煤當(dāng)量計(jì))。圖3 江陰高新區(qū)能源消耗情況Fig.3 Energy consumption in Jiangyin High-tech Industrial Park
通過(guò)計(jì)算園區(qū)循環(huán)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)值(表1),結(jié)合物質(zhì)流和能量流分析方法對(duì)園區(qū)循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)行評(píng)價(jià),分析園區(qū)循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展限制因素。
(1)資源產(chǎn)出率有進(jìn)一步提升空間
資源產(chǎn)出率可以直接度量生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)物質(zhì)生產(chǎn)效率,是循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要指標(biāo)[19]。由表1可知,園區(qū)在能源、水資源、土地資源投入產(chǎn)出效率上相對(duì)較低,能源產(chǎn)出率為3.02萬(wàn)元/t(以標(biāo)準(zhǔn)煤當(dāng)量計(jì)),滿足3萬(wàn)元/t(以標(biāo)準(zhǔn)煤當(dāng)量計(jì))的基準(zhǔn)值;水資源產(chǎn)出率為1 257元/m3,未達(dá)到1 500元/m3的基準(zhǔn)值;土地產(chǎn)出率為11.75億元/km2,未達(dá)到15億元/km2的基準(zhǔn)值。園區(qū)單位工業(yè)增加值取水量為7.95 m3/萬(wàn)元,單位工業(yè)增加值能耗達(dá)到0.33 t/萬(wàn)元(以標(biāo)準(zhǔn)煤當(dāng)量計(jì)),園區(qū)指標(biāo)與主要發(fā)達(dá)國(guó)家相比[20-21],處于下游水平,提升空間很大。
(2)園區(qū)產(chǎn)業(yè)發(fā)展不均衡
目前園區(qū)通用設(shè)備制造和紡織等傳統(tǒng)制造業(yè)企業(yè)數(shù)量較多,主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不完善,以第二產(chǎn)業(yè)為主,經(jīng)濟(jì)總量大、地均產(chǎn)出值高的企業(yè)主要是大型鋼鐵企業(yè)。由表1可以看出,2018年園區(qū)循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)鏈關(guān)聯(lián)度達(dá)到87.4%,說(shuō)明園區(qū)循環(huán)經(jīng)濟(jì)總體發(fā)展程度較高,但產(chǎn)業(yè)集聚度不高,各企業(yè)規(guī)模不均且多為分散布局,企業(yè)之間上下游聯(lián)動(dòng)性較弱。
表1 江陰高新區(qū)循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展評(píng)價(jià)指標(biāo)Table 1 Evaluation indexes of circular economy development in Jiangyin High-tech Industrial Park
(3)資源能源綜合利用率有待提高
園區(qū)工業(yè)用水重復(fù)利用率為94.96%,高于90%的基準(zhǔn)值,處于較高水平,但工業(yè)固體廢物綜合利用率為88.59%,未達(dá)到95%的基準(zhǔn)值,工業(yè)固體廢物利用率有待提升。由圖3可知,園區(qū)內(nèi)各產(chǎn)業(yè)能耗比例不均,特鋼新材料產(chǎn)業(yè)占總能耗的66.66%,節(jié)能壓力較大。2014年工業(yè)和信息化部統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示,我國(guó)噸鋼綜合能耗高出國(guó)際先進(jìn)水平的10%~15%[22],鑒于鋼鐵企業(yè)在園區(qū)經(jīng)濟(jì)中的重要地位及對(duì)能源的依賴程度,如何提高園區(qū)內(nèi)鋼鐵企業(yè)能源利用率成為降耗的重點(diǎn)。
(4)污染集中防治水平有待提高
園區(qū)有2個(gè)污水處理廠,企業(yè)工業(yè)廢水已全面按納管標(biāo)準(zhǔn)接入,2018年前出水水質(zhì)均執(zhí)行GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn);園區(qū)雨污分流管網(wǎng)尚不完善,隨著污水處理量的增長(zhǎng),污水處理廠擴(kuò)容及提標(biāo)改造工程迫在眉睫。固體廢物采用綜合利用、固化、填埋、焚燒等方式處置,綜合利用率為88.59%,有待提高;危險(xiǎn)廢物委托有資質(zhì)單位進(jìn)行無(wú)害化處理,處置率均達(dá)100%。廢氣主要包括二氧化硫、氮氧化物、煙塵等,主要來(lái)自鋼鐵行業(yè),目前興澄特鋼已采用先進(jìn)技術(shù)實(shí)現(xiàn)超低排放,二氧化硫去除率達(dá)95%以上。雖然園區(qū)已對(duì)重點(diǎn)污染源、重點(diǎn)污染企業(yè)采取有效措施,減少三廢排放,但廢水、廢氣排放總量依然不少,形勢(shì)依然嚴(yán)峻。
(1)優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。鑒于目前園區(qū)第二產(chǎn)業(yè)占比較大,主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不完善,控制紡織服裝業(yè)等傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)模,改造升級(jí)第二產(chǎn)業(yè)中金屬及新材料、裝備制造等向高端智能化發(fā)展;調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu),發(fā)展現(xiàn)代中藥和生物醫(yī)藥業(yè),培育新能源汽車等新興產(chǎn)業(yè);發(fā)展現(xiàn)代服務(wù)業(yè)和科研創(chuàng)新能力,提高第三產(chǎn)業(yè)占比。
(2)完善循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)鏈。發(fā)展產(chǎn)業(yè)集群,促進(jìn)產(chǎn)業(yè)鏈循環(huán)化,完善特鋼新材料及制品產(chǎn)業(yè)鏈、微電子集成電路產(chǎn)業(yè)鏈、智能機(jī)械及裝備產(chǎn)業(yè)鏈、現(xiàn)代中藥和生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)鏈、新能源汽車及關(guān)鍵零部件產(chǎn)業(yè)鏈(圖4)。
圖4 江陰高新區(qū)主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)鏈Fig.4 Circular economy industrial chain of leading industries in Jiangyin High-tech Industrial Park
(3)推進(jìn)資源能源高效利用。減少原生資源開(kāi)采,推進(jìn)興澄特鋼鋼渣、除塵灰和爐渣的綜合利用、熱電廠粉煤灰循環(huán)利用等項(xiàng)目;優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)向多元化發(fā)展,淘汰煤電落后產(chǎn)能,明確年度煤炭消費(fèi)總量消減目標(biāo),在鋼鐵行業(yè)推動(dòng)“蘭碳技術(shù)”試點(diǎn),擴(kuò)大天然氣利用,推進(jìn)光伏發(fā)電應(yīng)用等項(xiàng)目,提高非化石能源占比;建立金屬制品、機(jī)械和紡織服裝等產(chǎn)業(yè)的主要廢物和副產(chǎn)品的回收處理系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)廢物減量化;制定高新區(qū)綜合資源能源一體化解決方案,實(shí)現(xiàn)園區(qū)能源梯級(jí)利用、水資源循環(huán)利用、廢物交換利用,提升資源能源利用整體效率。
(4)推進(jìn)環(huán)境綜合整治。為改善環(huán)境污染現(xiàn)狀,加強(qiáng)環(huán)境治理。廢水治理方面,推進(jìn)水循環(huán)利用和水環(huán)境治理,管網(wǎng)建設(shè)和改造項(xiàng)目建設(shè);廢氣治理方面,重點(diǎn)推進(jìn)脫硫脫硝、除塵升級(jí)改造、料燃?xì)忮仩t低氮燃燒改造等項(xiàng)目,微電子、紡織等產(chǎn)業(yè)的VOCs治理工程;固體廢物治理方面,對(duì)園區(qū)轄區(qū)內(nèi)固體廢物進(jìn)行收集、分類、貯存、綜合利用等集中治理,減少固體廢物排放量。
物質(zhì)流分析方法已成為園區(qū)循環(huán)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)的重要工具,綜合能量流分析方法,能更好地核算園區(qū)產(chǎn)業(yè)資源、能源投入和污染排放情況。以江陰高新區(qū)為研究對(duì)象進(jìn)行循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展評(píng)價(jià),建立了基于物質(zhì)流和能量流分析的循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,該方法對(duì)其他工業(yè)園區(qū)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、規(guī)劃和評(píng)價(jià)有一定的借鑒意義。目前,江陰高新區(qū)能源、水資源、土地資源投入產(chǎn)出率較低,能耗總量136.22萬(wàn)t(以標(biāo)準(zhǔn)煤當(dāng)量計(jì))、單位工業(yè)增加值能耗0.33 t/萬(wàn)元(以標(biāo)準(zhǔn)煤當(dāng)量計(jì)),工業(yè)固體廢物綜合利用率為88.59%,資源能源綜合利用率不高,循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)鏈關(guān)聯(lián)度為87.4%,但園區(qū)產(chǎn)業(yè)發(fā)展不均衡,主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不完善,第二產(chǎn)業(yè)占比較大,且以鋼鐵產(chǎn)業(yè)為主,污染集中防治水平待提高,以上是限制園區(qū)循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要因素。
開(kāi)展循環(huán)化改造是園區(qū)實(shí)現(xiàn)綠色、低碳、循環(huán)發(fā)展的有效途徑,從優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、完善循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)鏈、推進(jìn)資源能源高效利用、推進(jìn)環(huán)境綜合整治4個(gè)方面提出江陰高新區(qū)循環(huán)化改造的有效路徑,以提高園區(qū)資源能源利用率,減少?gòu)U物排放,推動(dòng)可持續(xù)發(fā)展,提升園區(qū)經(jīng)濟(jì)、資源和環(huán)境效益。