基于节能减排的能源保障绿色风险分析

崔 巍，萧锦华，杨海峰，杨万清

(1． 大连海事大学交通运输管理学院，辽宁省大连市116026;2．重庆电力公司发展策划部，重庆市400041;3．大连供电公司，辽宁省大连市116001)

0 引 言

能源是国家发展的重要物质基础，随着城市经济发展，能源需求增加，特别是电力消费量不断加大［1-4］，陆续出现了一系列的环境问题，使得资源环境的约束日益突出。环境问题让城市居民意识到能源保障对环境的可能性损害，节能减排则受到全国民众的重点关注。如何缓解能源与环境的矛盾，实现国家节能减排目标，已经成为了亟待解决的能源管理问题。

目前，很多学者致力于研究城市能源与环境的协调问题，已有的研究大多从经济、能源和环境系统出发，分析三者之间的协调程度［5-8］。随着低碳经济和可持续发展愈加受到关注，对能源与环境的研究已经发展到测量低碳指数和可持续发展指数［9-10］，然而这些研究的理论与实际结合不够紧密，没有从能源对环境的潜在危险考虑，缺乏前瞻性。因此，本文提出能源保障绿色风险新概念，来衡量能源对环境造成的可能性损失程度，以期起到风险预警的作用，并应用于城市能源管理的实践当中。

大连是东北老工业基地重要城市，高耗能行业比重大，能源消耗的强度也大，导致生态环境的问题愈加突出。然而，近年来大连致力于解决电力生产结构问题，在整改火力发电厂的同时大力推广核电的使用，以实现国家“十二五”节能减排的规划目标。因此，其实践经验对于全国许多地区都有借鉴意义。本文以大连能源系统为研究对象，从节能减排的角度对大连能流图进行分析，识别出能源保障绿色风险因素，并对其进行量化与排序，得到处理能源保障绿色风险事件的优先级顺序，以便从风险源上实施控制措施。

1 相关理论

1.1 能源保障绿色风险

绿色风险［11］的核心是“绿色”，其内涵是实现可持续发展目标。本文提出的能源保障绿色风险的含义是研究能源保障过程中出现的资源、能源消耗与环境污染等破坏环境承载力，对实现可持续发展造成威胁的风险，以期能够协调好能源发展与环境保护的关系。

能源保障绿色风险衡量了能源保障给环境带来的不稳定因素及可能性损害，对地区的发展起到预警的作用。绿色风险的减少能够实现生态环境的可持续发展，使其以稳定、高质量的发展环境吸引更多的外来劳动力和商业投资，并促进旅游业等服务性行业得到进一步的开拓，实现能源环境与经济的共同发展。

1.2 节能减排

节能减排就是节约能源、降低能源消耗、减少污染物排放。节能减排包括节能和减排两大技术领域，二者有联系，又有区别。一般地讲，节能必定减排，而减排却未必节能，所以减排项目必须加强节能技术的应用，以避免因片面追求减排结果而造成的能耗激增，注重社会效益和环境效益均衡。

1.3 能流图

能流图［12-13］是描述能源物质在能源供应系统内的流动数量、流向和状态的网状流程图，可以反映出不同时期能源供应过程中，诸如供给、配送、加工转换和消费等环节的能源流动的特点和变化，是能源系统研究的有效工具。

2 大连市能源保障绿色风险因子识别

能源消费与经济增长之间存在长期均衡关系［14］，所以在经济快速发展的同时，为了保障能源的供应，必定需要持续增加能源投入［15］，这就会导致环境压力加大，使环境承受着损害的风险，在一定程度上破坏了环境承载力。为了更好地了解能源供应与环境之间的关系，绘制出大连市的能流图(如图1 所示)，以便更加形象和直观地表现出能源流动的全过程，从而通过分析能流图中能源供应、加工转换、终端能源消费，以及能源消费对环境影响等各个环节，从节能减排的角度寻找每个环节中能源保障对区域的可持续发展带来的风险因子，以达到风险识别的目的。

由图1 可知，能源流动过程包括3个环节:能源供给、能源转换和能源消费［16］，每个环节都可能存在着一些影响城市环境的因素，因此可以从中识别出能源保障带来的绿色风险。大连市主要供应的一次能源是原煤、原油、天然气以及其他能源，包括风能、核能、生物质能等等。经过加工转换，一次能源可以转化为煤制品、油制品、电力和热力。虽然大连和其他城市一样，主要以火力发电为主，但是目前也应用风电、核电和生物质发电等技术，多种能源用于电力的生产以发展低碳电力供应［17-18］。最后能源的供应是为了能源的消费，能源用于各个行业的生产建设当中，成为能源终端消费品，并且在转换和消费环节中会将一部分废料排放到环境之中。

通过综合分析以上能源流动全过程，可以得到如表1 所示的能源保障绿色风险体系［19］，表中的风险因子都是通过风险源分析得出，用来对能源保障绿色风险进行衡量评估。表中 GDP (gross domestic product)为国内生产总值。

3 大连市能源保障绿色风险分析

3.1 指标风险基准值的分析

对能源保障绿色风险的研究是以实现区域环境承载力的可持续发展为最终目标，环境承载力就成为了能源保障绿色风险评估的一个重要标准，也是每个绿色风险因子风险度的衡量依据。在众多综合评价的研究中，一般都是采用观测值直接进行处理，但是这样的处理方法不能体现出每个风险因子对城市环境承载力的影响程度。因此，本文以节能减排目标为依据，设定每个因子的风险基准值，因子观测值与基准值的差距越大，其绿色风险的变化就越大，也就意味着该因子对环境承载力的影响越大。

图1 大连市能流图Fig.1 Dalian energy flow chart

表1 大连市能源保障绿色风险因子Tab.1 Dalian energy security green risk

为了形象地表示各个指标的绿色风险程度，本文利用原始数据与风险基准值的差距做了数据的调整，数据调整的公式为

以风险基准值对指标数据进行处理，能够得到该指标对环境承载力的影响程度。然而所有指标的影响效果并不是一样的，有些指标，如绿色能源供应比例、能源加工转换率、绿色技术创新程度和环保投资占GDP 比重等，其数值的增大会减少能源保障的绿色风险，起到逆向的作用，在分析时就应该将其区分开来，即可以将指标体系分为正向指标和逆向指标，然后以风险基准值为划分界线，分析不同情况下指标对绿色风险和环境承载力的影响。正向指标与逆向指标的具体影响效果分析如下。

(1)正向指标。x*ij＞0 表示指标值大于风险基准值，这时能源保障体系会带来绿色风险，增大破坏环境承载力的可能性;而x*ij＜0 表示指标值低于基准水平，绿色风险会相对减少，不会对环境承载力造成负面影响。

(2)逆向指标。x*ij＞0 表示指标值大于风险基准值，会减少该指标产生的绿色风险，保持区域的环境承载力;而x*ij＜0 表示指标值没有达到基准水平，加大了能源保障的绿色风险，对环境承载力带来负面效果。

3.2 能源保障绿色风险量化模型分析

根据能源保障绿色风险的特点，本文考虑了风险事件发生的重要性与危害程度，采用层次分析法［20］和基准值调整的数据处理方法相结合，计算得到的权重和风险值作为风险量化与排序的依据。因此，绿色风险因子的量化模型可以用以下公式表示。

式中:Ri表示绿色风险因子的风险值，即对环境的危险性;Wi表示绿色风险因子的重要性;Hi表示绿色风险因子引发的环境损失程度。根据量化的风险值，可以对因子进行风险排序，整个绿色风险量化与排序模型如图2 所示。

图2 能源保障绿色风险量化与排序模型Fig.2 Quantification and sequencing model of energy security green risk

(1)采用层次分析法计算绿色风险因子的重要程度。层次分析法是定性和定量相结合的决策分析方法，其思想是在系统层次化的基础上逐层比较各种关联因素的重要性来为分析以及最终决策提供定量的依据。本文采用专家评分法对各层次的不同因素进行两两比较，并通过对判断矩阵的特征向量和最大特征根的计算，在一致性检验通过的情况下最终得出各个绿色风险要素的权重，以此作为因子重要性的衡量。权重计算公式为式中:Wi表示归一化处理后的能源保障绿色风险因子的相对重要度;则表示判断矩阵的特征向量;aij表示因素之间两两比较的重要性判断值。

(2)为每个绿色风险因子设定风险基准值。根据对指标风险基准值的分析，可以得知绿色风险因子在基准值影响下对环境承载力的影响。在此基础上，以大连市能源环境情况为背景，结合国家“十二五”节能减排目标的规划，通过相关专家咨询为每个绿色风险因子设定其风险基准值。

(3)根据风险基准值进行数据处理，衡量每个风险因子引发的环境损失程度。对于绿色风险因子的相关数据，由于其量纲不同，在计算之前必须先进行数据处理。结合设定的风险基准值，可以利用均值化处理方法得到每个风险因子的计算公式:

式中:Hi表示绿色风险因子引发的环境损失程度;xi表示观测值;表示风险基准值;表示因子平均值;表示正向指标和逆向指标的处理。从中可以看出表示绿色风险因子引发的环境损害距离环境承载力可持续目标的偏离程度。

(4)对能源保障绿色风险的每个要素进行量化与排序。根据式(2)可以计算每个绿色风险因子的风险值，体现因子对环境的危险性，然后根据潜在危险的大小对因子进行排序，得出需要优先处理的风险事件，从而根据排序结果进行能源保障绿色风险的有效管理。

3.3 实例计算与分析

本文以大连市相关能源数据为依据，根据量化模型计算出每个风险要素的风险值，并进行风险优先级排序，识别出需要优先处理的风险事件，为大连市能源部门提供能源保障绿色风险管理的科学依据。

3.3.1 确定风险因子重要性

根据大连能源保障绿色风险体系，可以将其分解为目标层、准则层和指标层，从而构造出递阶层次结构模型，如图3 所示。

图3 风险指标递阶层次结构Fig.3 Hierarchical structure of risk indicators

然后根据能源部门的相关专家对风险指标进行两两比较，构造判断矩阵。以准则层为例，判断矩阵为

一致性为0.0688 ＜0.1，通过一致性检验。同理可求得指标层的判断矩阵。以判断矩阵的特征向量为依据，根据式(3)、(4)计算出每个绿色风险指标的权重，如表2 所示。

表2 能源保障绿色风险指标的权重Tab.2 Weights of energy security green risk indexes

由表2 可知，绿色能源供应水平和可吸入颗粒浓度的权重最大，表明其对于能源保障绿色风险具有较大影响。就大连市而言，目前大连市积极开发和推广新能源技术，重点发展核电和天然气等清洁能源，以求提高绿色能源的供应量，逐步减少传统化石能源的消耗。

另外，大连市近年受到雾霾天气的严重侵袭，可吸入颗粒物的浓度，特别是PM2.5 的浓度亟需降低，以改善生态环境质量。因此，这2个指标重要性较符合大连市的实际情况。

3.3.2 计算风险因子环境损失程度

为了有效解决能源与环境的矛盾，国家发布了“十二五”规划节能减排目标。本文则以此为基础，结合大连市的实际情况，根据相关的专家咨询为能源保障绿色风险因子设定了风险基准值，并应用式(5)计算得出大连能源保障绿色风险因子引发的环境损失程度。具体的计算结果如表3 所示。

表3 风险基准值与环境损失程度Tab.3 Baseline values of risk and degrees of environmental damage

3.3.3 能源保障绿色风险量化与排序

根据绿色风险因子的重要性和引发的环境损失程度，可以根据式(2)将两者结合起来，为每个能源保障绿色风险因子的风险值进行计算，并根据结果大小进行风险排序，从而得出风险事件处理的优先级。量化与排序结果如表4 所示。

表4 大连能源保障绿色风险量化与排序结果Tab.4 Quantify and sort results of Dalian energy security green risk

根据风险排序的结果可以得知，目前绿色能源供应水平和可吸入颗粒物浓度的风险较其他绿色风险因子大很多，表明了大连市的绿色能源供应水平还有待提高，且需要采取必要的措施控制可吸入颗粒物的浓度，减少雾霾天气的发生。大连市在近年来也从能源结构方面进行调整改善，加大核电、风电等新能源技术的开发，推广使用液化天然气能源汽车，争取以清洁能源逐步降低传统能源的比重，以实现节能减排的目标。这对于避免能源保障绿色风险的发生是一项重要的预防措施，对其他地区的风险预防有着极大的借鉴意义。

4 结 论

(1)能源保障绿色风险关系到城市环境的稳定发展，以节能减排为核心对城市能源保障绿色风险进行分析，评估能源对环境带来的可能性损害以及处理能源与环境关系的重要基础和主要内容，有助于针对风险源采取规避措施，降低可能发生的环境损失，对于保持城市环境承载力，实现地区可持续发展有着重要的意义。

(2)本文以大连市为例，从城市能流图出发识别能源保障绿色风险因子，并运用层次分析法和风险基准值调整的数据处理方法，对各个风险因子进行量化与排序，从而得到处理风险源的优先级顺序。结果表明，绿色能源供应水平和可吸入颗粒物浓度对于能源保障绿色风险的影响程度最大。

(3)对于城市能源系统来说，电力供应是不可缺少的部分，以火电为主的电力生产结构影响着整个能源与环境的关系，特别是大连市以重化工业为主，电力需求成为能源保障体系的重中之重，其环境损害也愈加明显。因此，大连市应从绿色能源供应水平和可吸入颗粒物浓度这2个风险源着手，调整电力生产结构，大力发展核电、风电等清洁能源发电技术，在满足城市用电需求的同时减少火力发电产生的大气污染物，并借鉴美国等发达国家对于PM2.5 的完善监控体系，实行有效的空气质量指数监控管理，以节能减排的手段预防地区能源保障绿色风险的发生，并通过风险预警作用为居民提供一个稳定、高质量的生态环境。

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