二氧化硫排污权交易比例系数的研究及应用

中国环境学会  2011年 03月31日


  作者简介:蒋秋静, 1967年8月出生,女,硕士,太原市环境科学研究设计院总工程师,高级工程师。
   
  摘要: 在二氧化硫排污交易中,考虑排污交易权比例系数是必要的。引入排污交易权比例系数后,将可以保证排污交易在等效环境影响的条件下进行,避免造成环境恶化,使排污交易健康可靠的进行下去。本文提出了排污权交易比例系数的概念,建立了排污权交易权比例系数计算模型,给出了太原市三大电力企业二氧化硫排污权交易权比例系数。研究成果对推动二氧化硫排污权交易政策在太原的顺利实施具有重要的现实意义,对全国其它城市开展二氧化硫排污权交易具有重要的指导意义。
  关键词: 二氧化硫, 排污权交易, 比例系数, 研究


  The Study and Application on the SO2 Emission Trading Scale Factor
  Abstract:It is necessary to consider the scale factor of emission trading in the SO2 emission trading. After the introduction of the emission trading scale factor, it can ensure that the emission trading is in progress healthily and reliably under the equivalent environmental effect condition, avoiding causing the environment to worsen. This paper put forward the concept of emission trading scale factor, set up the calculation model of emission trading scale factor, and provide the emission trading scale factor of the Taiyuan three big electric power enterprises. The result has a great practical significance in promoting the smooth implementation of SO2 emission trading in Taiyuan and provides an instructional model to the application of SO2 emission trading in other cities.
  Keywords:  SO2; emission trading; scale factor; Taiyuan
   
  前言


  随着我国经济的持续高速增长,我国电力工业也快速增长[1], 但火电厂排放的二氧化硫也不断增加,对我国的大气污染不断加剧。控制火电厂二氧化硫排放的有效途径之一就是排污权交易。二氧化硫排污权交易是当前受到各国关注同时也是我国正在进行试点的一项环境经济政策,它早在20世纪70年代由美国经济学家戴尔斯提出[2]。在国际上,美国二氧化硫排污权交易是最成功的,其二十多年的实践经验为其它国家实施二氧化硫排污权交易积累了宝贵财富[3,4]。
  通过实施排污权交易能够以最低的成本减少二氧化硫的排放,促进二氧化硫达标和新技术的开发利用、提高治理责任费用有效性、促进经济的发展。美国二氧化硫排污权交易的实践表明,排污权交易使二氧化硫削减总费用减少30%以上。二氧化硫排污权交易的实施,将以最低的成本实现太原市二氧化硫总量控制目标,实现经济与环境的协调发展。太原市是目前我国地方政府得到国际金融组织--亚洲开发银行支持的第一个排污权交易试点城市,也是国家确定的二氧化硫排污权交易示范城市[5]。在二氧化硫排污交易中,交易企业以何种比例进行交易是开展二氧化硫排污权交易急需解决的技术问题,该研究成果对推动二氧化硫排污权交易在太原的顺利实施,同时为全国其它城市开展二氧化硫排污权交易提供技术支持。


  1排污权交易比例系数的概念


  1.1排污权交易比例系数的研究意义
  二氧化硫属于非均匀混合吸收性污染物。根据排污权交易理论,非均匀混合吸收性污染物污染源的位置和污染物排放特性对污染控制目标至关重要。对于这一类污染物,政策目标是根据特定监测位置上测出的污染物环境浓度的最高允许值确定的。而环境浓度不仅受到排污量的影响,也受到污染源集中程度、平均风速、风向、污染源和监测点位置、烟囱高度等因素的影响。
  如果忽略地点与时间的差异而对二氧化硫污染源实行等量交易,将有可能使环境质量恶化。如销售源为多源排放,而购买源为等高烟囱单源排放,则同样的排放量在由销售源卖到购买源后,由于污染物集中在较小体积的空气中,将使环境污染浓度更大。同样,高架源销售给低架源、下风向污染源销售给上风向污染源等交易情况下,如果不考虑排污交易比例系数而进行等量交易,也会产生环境恶化的负面效应。
  可见,在二氧化硫排污交易中,考虑排污交易权比例系数是必要的。引入排污交易权比例系数后,将可以保证排污交易在等效环境影响的条件下进行,避免造成环境恶化,使排污交易健康可靠的进行下去。


  1.2排污权交易比例系数的概念
  二氧化硫排污权交易比例系数re是指污染源A向污染源B出售排放许可证QA时,考虑地点、时间及污染源的差异的影响而引入的比例系数。其值定义为污染源B可得到的排放许可证QB与污染源A出售的排放许可证QA的比值。即:
  为了将不同功能区、不同季节二氧化硫排污权交易比例系数纳入同一公式计算。这里将re定义为控制系数kc与污染源A转换系数aA和污染源B转换系数aB的比值的乘积,即:
  式中:aA——污染源A的转换系数,表示污染源A与周围环境浓度的响应关系;
  aB——污染源B的转换系数,表示污染源B与周围环境浓度的响应关系;
  ke——污染源A转换系数aA和污染源B转换系数aB的比值;
  kc——二氧化硫排污权交易控制系数。
 
  2排污权交易比例系数的计算模型
  污染源之间的交易主要包括点源与点源、点源与多源、面源与点源之间的交易。要确定排污权交易比例系数就要确定交易控制系数和转换系数比值。


  2.1交易控制系数的确定
  前面已经讨论过交易控制系数的确定问题,它的取值在不等于零时与转换系数比值密切相关;在等于零时,主要为以下几种情况:
  (1)当销售源位于空气质量要求较低的功能区,而购买源位于空气质量要求较高的功能区时,为了避免较高功能区排污总量增大,应使交易控制系数取零[7];
  (2)当销售源为点源,购买源为面源时,考虑到面源对附近环境影响大,而对远处的国控点可能影响不大,为了避免交易使环境恶化,应使交易控制系数取零。
  (3)当销售源为全年排放源,购买源为冬季排放源时,为了避免不利季节环境恶化,应使交易控制系数取零。


  2.2转换系数比值的确定
  污染源的转换系数反映了污染源与周围环境浓度的响应关系,如果将污染源看作为稳定排放的连续源,转换系数可以定义为污染源的长期平均浓度与二氧化硫排放强度的比值:
  CA——销售源对关心点的长期平均浓度;
  CB——购买源对关心点的长期平均浓度;
  qA——销售源二氧化硫排放强度;
  qB——购买源二氧化硫排放强度;


  3交易比例系数的应用


  以太原一电厂、二电厂、东山电厂三个电力企业为例,对不同企业间的二氧化硫排污交易比例系数进行研究。
  太原市市区1460平方公里,分为三个环境质量功能区。二氧化硫环境质量主要由涧河、尖草坪、金胜、南寨、桃园、坞城、小店、晋源八个点位的监测数据表征,上兰作为清洁对照点,不参加全市均值计算。太原市市区二氧化硫交易以上述八个点位作为关心点进行比例系数的计算分析。图1为太原市环境空气质量监测布点图。


  3.1长期平均浓度的计算
  单个污染源对第m 个监测点的长期(年、季)平均浓度贡献值用以下模式进行计算。


   3.2二氧化硫排污交易权比例系数影响因素分析
      以太原市三个电力企业2003年数据为例,进行排污交易权比例系数影响因素分析。表3-1太原市三个电力企业地理位置属性数据。
  表3-1  太原市三个电力企业地理位置表

                         企业名称

 属性

一电厂

二电厂

东山电厂

所属功能区

2

2

2

烟囱位置

横坐标(m

11800

15650

25000

纵坐标(m

538200

76500

64200

高度坐标(m

782

805

947


  (1)地理位置的影响
  在其他条件不变时,改变污染源位置,考虑地理位置对二氧化硫排污交易比例系数的影响。以太原市为例,将二电厂污染源放置到一电厂及东山电厂污染源位置,计算其交易比例系数。二电厂污染源污染源几何尺寸、排放参数见表3-2。表3-3为三电厂长期平均浓度及转换系数表,表3-4为地理位置对二氧化硫排污交易比例系数的影响。
  表3-2  二电厂污染源污染源参数表

  企业名称

烟囱几何高度(m

烟囱出口直径(m

烟囱出口烟气温度(0C)

排放速度

(m/s)

排放强度

(g/s)

二电厂

210

5.0

100

30.8

660

  表3-3  三电厂长期平均浓度及转换系数表

  一电厂

二电厂

东山电厂

长期平均浓度

(μg/m3)

转换系数

(10-10

s/m3)

长期平均浓度

(μg/m 3)

转换系数

(10-10

s/m3)

长期平均浓度

(μg/m 3)

转换系数

(10-10

s/m3)

0.239

3.6212

0.118

1.7879

0.137

2.076

  表3-4 地理位置对二氧化硫排污交易比例系数的影响

  销售源位置

购买源位置

转换系数比值

控制系数

交易比例系数

二电厂

一电厂

0.4937

1

0.4937

二电厂

东山电厂

0.8613

1

0.8613


  从表3-3可以看出,由于地理位置不同,一电厂、二电厂、东山电厂对关心点的影响不同,一电厂的长期平均浓度最大,其次是东山电厂和二电厂。
  从表3-4可以看出,在污染源相同,只是地理位置不同的情况下,交易比例系数主要受风向主导频率与关心点位置的影响,当二电厂为销售源,一电厂、东山电厂为购买源时,交易比例系数小于1,分别为0.4937和0.8613。
  (2)烟囱高度对交易比例系数的影响
  假设东山电厂污染源烟囱几何尺寸、出口烟气温度、排放速度、排放强度(g/s)等与二电厂相同,,改变东山电厂污染源烟囱高度,二电厂为销售源、东山电厂为购买源。计算烟囱高度对交易比例系数的影响,计算结果见表3-5为。
   表3-5  烟囱高度对交易比例系数的影响

  东山电厂

烟囱高度

m

东山电厂

控制系数

转换系数比值

交易比例系数

长期平均浓度

(μg/m 3)

转换系数

(10-10s/m3)

100

0185

28181

1

06378

06378

130

0174

26364

1

06782

06782

160

0163

24697

1

07239

07239

190

0147

22273

1

08027

08027

210

0137

2076

1

08613

08613


  从表3-5可以看出,随着东山电厂烟囱高度的增高,其交易比例系数在不断增大,这主要由于烟囱高度增高后,其对关心点的污染程度减小。
  (3)烟囱烟气释放量对交易比例系数的影响
  假设东山电厂污染源烟囱几何尺寸、出口烟气温度、排放速度等与二电厂相同,改变东山电厂污染源烟囱烟气释放量,二电厂为销售源、东山电厂为购买源,计算烟气释放量对交易比例系数的影响,计算结果见表3-6为。
    表3-6烟囱烟气释放量对交易比例系数的影响

  烟囱烟气

释放量

m3/s

东山电厂

控制系数

转换系数比值

交易比例系数

长期平均浓度

(μg/m 3)

转换系数

(10-10s/m3)

60

029

43939

1

04069

04069

260

0195

29545

1

06052

06052

460

0157

23788

1

07515

07515

660

0137

2076

1

08613

08613

860

0113

17121

09576

10442

1

  从表3-6可以看出,随着东山电厂污染源烟囱烟气释放量的增大,其交易比例系数在不断增大,且增长较大,这主要由于烟囱烟气释放量的增大后,有效源高增加,其污染程度减小。


  3.3太原市电力企业二氧化硫排污权交易比例系数
  根据二氧化硫排污权交易比例系数计算模型,对太原市各电力企业二氧化硫排污交易时应采用的比例系数进行了计算。表3-7是太原市电力企业二氧化硫排污交易权比例系数。
   表3-7 太原市电力企业二氧化硫排污交易权比例系数

  销售源

购买源

转换系数比值

控制系数

交易比例系数

一电厂

二电厂

2025

04938

1

一电厂

东山电厂

1745

05731

1

二电厂

一电厂

04937

1

04937

二电厂

东山电厂

08613

1

08613

东山电厂

一电厂

05732

1

05732

东山电厂

二电厂

11610

08613

1

 

  4、结论


  (1)影响交易比例系数的因素包括风向主导频率、关心点位置、污染源烟囱高度、污染源烟气释放量等。
  (2) 在污染源相同,只是地理位置不同的情况下,交易比例系数主要受风向主导频率与关心点位置的响。
  (3)污染源烟囱高度越高、烟囱烟气释放量越大,交易比例系数越大。当一电厂、东山电厂为购买源,与二电厂进行交易时,交易比例系数分别为0.4937、0.8613,当二电厂、东山电厂为购买源,与一电厂进行交易时,交易比例系数1,当一电厂、二电厂为购买源,与东山电厂进行交易时,交易比例系数分别为0.5732和1。


  参考文献
  [1] 王志轩,潘荔,彭俊. 电力行业二氧化硫排放控制现状、费用及对策分析[J].环境科学研究,2005(4):11—20.
  [2] Tietenberg, Tom. H. Emission trading: An exercise in Reforming Pollution Policy [M]. Washington DC: Resources for the Future, 1985, 65—73
  [3] David M W. Markets in licenses and efficient pollution control programs [J]. Journal of Economic Theory, 1972, 5 (3):395 - 418.
  [4] Cropper M L, Oates O W E. Environmental economics: A survey [J]. Journal of Economic Literature, 1992, 30: 675 - 740.
  [5] 王金南, 杨金田, 曹东.中国二氧化硫排污交易研究[R]. 中国利用市场机制削减二氧化硫的可行性报告, 2002:72—93.
  [6] 马中, 杜丹德. 总量控制与排污权交易[M]. 北京: 中国环境出版社, 1999. 52-55.
   
   
   

 
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