西安市能源消费结构与大气污染相关性分析

马征

摘 要：以霾污染为代表的大气污染问题在近年来成为了大众关注的首要公共问题之一，如何通过优化能源消费结构来改善大气污染问题成为各地政府积极探索话题之一。本文基于2008年至2015年西安市大气污染数据和能源消费数据，分析了西安市近年来大气污染和能源消费现状，并对能源结构变化与大气污染进行了相关性分析，最后我们根据研究结论，提出了相关的政策建议。

关键词：能源消费结构；大气污染；霾污染

一、引言

众所周知，现代经济的发展离不开能源消费，现代工业的发展更是需要消耗大量以煤炭、石油、天然气为主的化石能源。而消耗化石能源发展经济会不可避免地导致环境的污染，特别是大气污染。而想要兼顾经济发展与环境保护，就需要我们在经济发展的过程中不断提高能源使用效率，优化能源消费结构，并且尽可能用清洁能源来代替高污染能源。

西安市作为陕西省会城市，有着悠久的历史文化，近年来，随着国家发展中心向中西部倾斜，西安市的现代产业发展也突飞猛进，特别是以高端装备制造为主的加工制造业已经成为西安市的支柱产业。随着现代工业的发展，西安市对以煤炭为主的能源的消耗越来越多，这也使得城市空气污染越来越严重，甚至被列为全国大气污染最严重的城市之一。2013年全国性霾污染爆发以来，对大气污染的治理变得迫在眉睫，如何采取有效措施治理空气污染，也成为西安市城市管理者的当务之急，而西安市能源消耗与大气污染的相关性分析，是有助于优化能源结构、治理大气污染的必要理论研究之一。

二、文献研究

能源一直是经济研究一个十分重要的领域，随着社会和科技的发展，风电、光伏等各种新能源愈发成熟，加上人们对煤炭、石油等传统能源在可持续和环境方面的担忧，社会各界越来越重设能源结构的优化，许多学者也开始研究能源结构的问题。其中大多数的研究关注于经济发展与能源结构之间的动态问题，邹璇（2010）认为能源是国民经济持续发展的重要保证基础之一，合理的能源结构能够保证经济持续稳定的增长，他通过研究发现，我国以煤炭为主的较为单一的能源结构是不合理的，应该进行充分的优化调整，以适应并促进经济的进一步持续稳定发展。霍宗杰和周彩云（2010）通过分析1978年至2007年能源统计数据，发现我国存在单向的经济增长到能源消费和能源结构的因果关系，短期与长期中能源结构对于能源消费的影响都要大于经济增长对于能源消费的影响。此外，随着低碳经济的提出，林伯强、姚昕、刘希颖（2010）和何立华、杨盼、蒙雁琳、孔渊（2015）等众多学者开始研究地毯约束下能源结构与碳排放的相关问题。

近几年，大气污染越来越引起人们的关注，尤其是2013年以后，针对以霾污染为主的大气污染的研究呈现爆发式增长。李令军、王英、李金香、辛连忠和金军（2012）根据2000～2010北京大气污染数据对北京市大气重污染进行了系统分析，张宇和蒋殿春（2013）基于FDI的环境效应以大气污染为切入点构造污染强度指标，并以此为基础对外资进入与政府监管在地区大气污染强度变化过程中所起到的作用进行了实证研究。由于近几年的大气污染主要以霾污染为主要特征，许多学者对华北平原、长江三角洲、珠江三角洲区域霾污染期间污染物主要成分进行了研究， Wang（2014）通过对上海2009年雾霾事件中气溶胶化学成分的研究发现， 、 和 是气溶胶中最主要的离子，而这些离子构成了细颗粒物（PM2.5）。

随着对大气霾污染研究的深入，不少的学者注意到能源结构在导致大气霾污染和治理大气污染方面的影响作用。赵延德和张慧（2007）利用灰色关联度模型，通过分析1990～2002年间兰州市能源消费与环境变量之间的关联度，探讨了能源消费结构变动的环境效应及其作用机理。兰国栋（2007）通过定量分析乌鲁木齐市的环境空气质量变化，建立并验证采暖季PM10与能源消费结构的多元回归方程，得出了各个主要终端能源消费比例变化对采暖季PM10的影响效果。

三、数据分析

考虑到数据的可获得性和适用性，本文大气污染数据选取自西安市环保局2008年至2015年每月平均大气数据，具体数据包括SO2、NO2和PM10月均浓度，单位为μg/m3。

通过构建大气污染走势图可以发现，西安市大气污染在2013年和2014年处于高度污染时期，并且主要大气污染物的波动具有相似的周期性，在每年的冬季前后达到最高值，在每年的夏季达到最低值，导致这种现象的原因我们认为有两点：一是冬季气候特点，由于西安市的C形地形，冬季风向不利于城市空气污染的散发；二是西安市冬季采暖期时的集中供热，其主要采暖能源是煤炭，此外，农村小型取暖方式的低效率高污染也是导致冬季污染物上升的一个因素。

对于能源数据，考虑到数据的可获得性、西安市在陕西省经济所处的代表性作用以及西安市与全省能源消费的高度关联性，本文选取陕西省统计年鉴中2008年至2015年全省煤炭、石油、天然气、水电及其他能源四类能源消费数据，并按每年西安市GDP所占比重进一步核算西安市能源消费数据，最终可构建西安市近几年能源消费量变化图和能源消费结构变化图。

从能源消耗量变化图我们可以发现，西安市能源消费量呈持续上涨趋势，煤炭、天然气以及水电及其他能源消费量都在逐年增加，而石油消费量在2015年出现下降势头。从能源消费结构变化图我们可以发现，近几年煤炭消费比重基本稳定，略有增加，石油消费所占比重在逐渐下降，而天然气、水电以其他等相对清洁的能源的消费所占比重在逐年增大。

四、能源结构与大气污 染相关性分析

为了便于进行相关性分析，我们将月均大气污染数据进一步计算为年均日浓度数据，然后对2008年至2015年的年度大气污染数据和能源消费结构数据进行相关性分析。首先对所有原始数据取自然对数，以便消除潜在的干扰因素，使数据更具平稳性。然后我们将取对数后的煤炭比重LNCOALP、石油比重LNOILP、天然气比重LNGASP、水电及其他比重LNOTHERP、二氧化硫浓度LNSO2、二氧化氮浓度LNNO2、PM10浓度LNPM10进行一般相关性检验，所得结果如下表1。

从表1中的结果，我们可以发现，SO2与煤炭、天然气以及水电及其他能源的消费比重呈现负相关，而与石油消费比重呈现高度正相关关系，由此我们可发现，西安市SO2污染主要由于消耗石油导致，而燃煤与SO2的负相关性和近几年西安市燃煤脱硫的有效实施有关，煤炭的燃烧不再产生大量硫化污染物。

PM10浓度与煤炭消费比重和其他消费能源比重呈现正相关，而与天然气比重和石油比重呈负相关，PM10是霾污染的一个主要污染物，从其与煤炭比重的正相关性以及与天然气所占比重的负相关性，我们可以发现，要对霾污染进行治理，就有必要控制煤炭的燃烧，推广天然气的使用。而其与水电以及其他能源消费比重的正相关性与我们的预期结果不相符，我们推测可能是因为水电及其它能源的使用会替代石油、天然气等能源而不会替代煤炭，而表1中水电及其他能源消费比重与石油消费比重之间的高度负相关性从一定程度上可以证明我们这一推测，所以水电及其他能源比重的增加会减少大幅度减少石油的消费比重而增加了煤炭消费比重的增长空间，进而从侧面促使PM10浓度的增加。

煤炭比重和水电及其他能源消费比重都与NO2浓度具有正相关性，而天然气消费比重与NO2浓度具有负相关性。水电及其他能源消费比重与NO2浓度的正相关性再此偏离我们的预期结果，我们认为这和其与PM10浓度之间的正相关性具有相同的原因。

总体来看，石油是造成二氧化硫污染的主要因素，而煤炭则导致了PM10浓度的上升，所以霾污染的主要因素之一就是煤炭的燃烧，我们发现天然气与SO2、NO2以及PM10三种主要污染物浓度都具有负相关性，因此我们认为，大力推广天然气能够有效地控制和治理包括霾污染在内的大气污染，而水电、风电等新能源的推广则需要在合理科学的规划下进行。

五、结论与建议

在本文中，我们通过观察2008年至2015年的西安市能源结构和大气污染数据，我们发现；西安市大气污染具有周期性，在每年的冬季左右是污染高峰期，在夏季前后则为污染较低时期，西安冬季燃煤集中供暖是一个主要因素；西安市能源消费量逐年增加，除了石油消费量在2015年有所降低；能源消费结构变化中，煤炭稳中有增，天然气和水电及其他能源占比则持续增加，石油消费占比逐年降低。而通过能源结构与大气污染的相关性分析，我们发现煤炭燃烧是产生PM10等雾霾污染物的主要原因之一，而由于燃煤脱硫政策的实施，燃煤已不再引起二氧化硫污染，石油的使用是其主要因素。

对于通过优化能源结构来改善西安市大气污染问题，依据本文结论，我们建议：（一）应该改变冬季燃煤集中供暖行为，采用远程电力供暖，将产生污染物的供热企业迁离市区没，替换燃煤为天然气、水电、风电、地热等较为清洁的能源；（二）大力推广天然气的使用，鼓励冬季供暖、家庭生活、汽车等采用传统燃煤、煤气、汽油等能源的地方该用天然气；（三）进一步推动水电、风电等新能源的发展，并指定全面科学的发展规划，推动合适的以燃煤为能源的行业、企业采用新能源。（作者单位：陕西师范大学国际商学院）

参考文献：

[1] 邹璇. 能源结构优化与经济增长[J]. 经济问题探索， 2010（7）：33-39.

[2] 李令军， 王英， 李金香，等. 2000～2010北京大气重污染研究[J]. 中国环境科学， 2012， 32（1）：23-30.

[3] 赵延德， 张慧. 城市能源消费结构变动的环境效应探析——以兰州市为例[J]. 水土保持研究， 2007， 14（2）：327-329.