基于物质流和能量流分析的典型工业园区循环经济发展评价

解蕾，姚扬*，但智钢，毕莹莹，董莉，钱玉

1.国家环境保护生态工业重点实验室，中国环境科学研究院 2.江阴高新技术产业开发区管委会

工业园区发展是我国经济发展的重要支撑，也是我国进行循环经济改造的重点对象[1]。近年来，我国经济技术开发区、高新技术产业开发区等各级各类工业园区在数量和规模上持续扩大。据统计，截至2019年我国省级以上工业园区2 000多家[2]，有80%以上工业企业进入园区，园区经济总量占全国国民生产总值(GDP)的60%以上。在快速发展的同时，园区也成为资源能源消耗的集中区域，大多数园区存在粗放的生产模式和布局、能源消耗大、资源利用率低、污染物排放严重等问题[3-4]。解决这一问题的关键在于改变产业结构，进而进入循环经济模式[5]。循环经济在遵循减量化、再利用、再循环原则的基础上，更强调源头减量的方法来达到降耗、提效、减排的最终效果。

近年来，物质流分析方法已广泛应用在循环经济领域，该方法可追溯到Ayres[6]对社会新陈代谢的研究，至20世纪90年代初得到持续完善。如日本环境厅[7]、德国伍珀塔尔学会[8]和奥地利社会生态学院[9]分别编制了以国家尺度为研究区的物质流账户，此后逐步扩展到城市和地区[10]。国内有关物质流分析起步较晚。宋永昌等[11-13]分别通过不同的研究视角对国家、省份和城市的不同生态系统物质流动情况进行分析，为循环经济发展提供相应建议；张音波等[14-15]分别结合IPAT分析和生态足迹模型，从时间等多元指标体系的角度对可持续发展水平进行度量分析。但是大多数以物质流分析为基础的循环经济研究忽略了生态系统的能量流动情况，对于物质流分析和能量流分析的结合更是相对较少，因此以物质流分析和能量流分析为技术支撑的工业园区循环经济研究是解决园区循环发展的重要探索。笔者以江阴高新技术产业开发区(简称江阴高新区)为研究对象，引入物质流分析和能量流分析方法，构建园区循环经济评价体系，核算园区内各产业资源、能源投入和污染排放情况，明晰各物质输入与输出的互馈效应，在此基础上分析园区循环经济发展限制因素，探索循环化改造有效途径，以期在提升园区经济、资源和环境效益的同时为其他工业园区循环经济的发展、规划和评价提供借鉴。

1 评价指标及方法

1.1 基于物质流和能量流的评价指标体系

物质流分析是产业生态学的核心分析方法，作为研究经济活动中物质资源新陈代谢的一种方法，以质量为衡量单位，克服了度量单位不统一的分析困境，并对社会经济系统与外界自然环境之间的各种物质流进行核算分析，定量测度进入社会经济系统的自然资源(输入部分)以及排入到环境的废物(输出部分)，以客观反映社会经济系统的代谢规模和对自然环境造成的压力[16]。笔者从产业物质投入、产出、交换的角度出发，建立园区的物质流账户，分析各产业物质流动情况。

能量流分析是用来评估能源使用效率的方法，对环境-经济系统中能量的投入和产出进行量化分析，同时通过能量统计，对能源的初级输入、能源转换、最终能源使用、能源输出等过程进行结算[17]。笔者通过建立能量流账户，分析园区综合能源消耗及利用效率情况。

参考《园区循环化改造实施方案编制指南》、GB/T 33567—2017《工业园区循环经济评价规范》[18]，结合江阴高新区实际经济和社会情况及资料数据特点，构建基于物质流分析和能量流分析的江阴高新区循环经济评价指标体系，包括资源产出、资源消耗、资源循环利用、废物排放4类一级指标15个二级指标(图1)。指标基准值参考GB/T 33567—2017，能源产出率基准值为3万元/t(以标准煤当量计)，水资源产出率基准值为1 500元/m3，土地产出率基准值为15亿元/km2，工业固体废物综合利用率基准值为95%，工业用水重复利用率基准值为90%。

图1 基于物质流分析和能量流分析的循环经济评价指标体系Fig.1 Evaluation indexes system of circular economy based on material flow analysis and energy flow analysis

1.2 研究对象及数据来源

江阴高新区成立于1992年，2013年升级为国家生态工业示范园区，是苏南国家自主创新示范区，截至2018年，拥有规模以上企业135家，实现工业总产值960亿元。江阴高新区作为以大型钢铁企业为主要产业的工业园区，遵循循环经济理念为指导，形成以特钢新材料及制品、微电子集成电路、智能机械及装备、现代中药和生物医药等四大主导产业及现代服务业为主的产业格局，辅以纺织服装业，正在布局的产业为新能源汽车及关键零部件产业。

基础数据来自江阴高新区管理委员会2018年统计数据，结合实地调研，调查各行业中规模以上重点企业的生产、消费情况和废物排放、利用情况等，调查时间为2018年。

2 结果与分析

2.1 园区物质流账户

通过对江阴高新区各行业规模以上重点企业的调查，统计园区物质流动情况，结果见图2。园区物质投入可分为工业生物质、能源和水，由图2可知，2018年园区主要物质投入最多的为新鲜用水3 269万t，占总投入的55.2%。在不考虑水资源投入情况下，物质总投入为2 663.45万t，其中矿石2 523万t、钢铁9.95万t，其是钢铁制造的主要原料，占物质总投入的95.1%，说明以钢铁为主导产业的江阴高新区，目前投入以第二产业为主；棉纱投入为15.7万t，为纺织服装产业提供大量原料；主要能源投入为108.4万t(以标准煤当量计)。

图2 江阴高新区物质流Fig.2 Material flow in Jiangyin High-tech Industrial Park

园区物质输出的主要产品中特种钢产品产量1 577万t，是园区最主要的产品；金属制品15万t，为其他产业提供原料；布匹产量3.1万t，服装产量1.1万t，二者为纺织服装产业的主要输出产品。物质输出的主要废物总量2 452.96万t，包括废水、化学需氧量、氨氮、二氧化硫、氮氧化物、二氧化碳、工业固体废物等。其中废水2 020万t，占废物排放总量的82.35%，这些废水经污水处理厂集中处理，达标后排放；气体污染物和固体污染物分别占16.93%和0.71%。

2.2 园区能量流账户

根据统计计算园区能源消耗情况，结果见图3。由图3可知，2018年园区能源消费总量为136.22万t(以标准煤当量计)，主要以煤炭、电力和天然气为主。其中，消耗煤炭932 861.51 t(以标准煤当量计)，耗电206 902.78 t(以标准煤当量计)，消耗天然气124 732.05 t(以标准煤当量计)、油类29 601.26 t(以标准煤当量计)。煤炭主要用于特钢新材料及制品产业和纺织服装产业，油类主要消耗于特钢新材料及制品产业，天然气主要消耗于特钢新材料及制品产业、微电子集成电路产业、纺织服装产业，电力主要用于特钢新材料及制品产业、纺织服装产业和微电子集成电路产业。能源消耗最多的为特钢新材料及制品产业，纺织服装产业次之，2个产业能源消耗量占比分别达到66.66%和29.12%，智能机械及装备产业能源消耗量最少。

注：图中数字单位为t(以标准煤当量计)。图3 江阴高新区能源消耗情况Fig.3 Energy consumption in Jiangyin High-tech Industrial Park

2.3 循环经济发展评价

通过计算园区循环经济评价指标数值(表1)，结合物质流和能量流分析方法对园区循环经济发展进行评价，分析园区循环经济发展限制因素。

(1)资源产出率有进一步提升空间

资源产出率可以直接度量生态经济系统物质生产效率，是循环经济发展的重要指标[19]。由表1可知，园区在能源、水资源、土地资源投入产出效率上相对较低，能源产出率为3.02万元/t(以标准煤当量计)，满足3万元/t(以标准煤当量计)的基准值；水资源产出率为1 257元/m3，未达到1 500元/m3的基准值；土地产出率为11.75亿元/km2，未达到15亿元/km2的基准值。园区单位工业增加值取水量为7.95 m3/万元，单位工业增加值能耗达到0.33 t/万元(以标准煤当量计)，园区指标与主要发达国家相比[20-21]，处于下游水平，提升空间很大。

(2)园区产业发展不均衡

目前园区通用设备制造和纺织等传统制造业企业数量较多，主导产业结构不完善，以第二产业为主，经济总量大、地均产出值高的企业主要是大型钢铁企业。由表1可以看出，2018年园区循环经济产业链关联度达到87.4%，说明园区循环经济总体发展程度较高，但产业集聚度不高，各企业规模不均且多为分散布局，企业之间上下游联动性较弱。

表1 江阴高新区循环经济发展评价指标Table 1 Evaluation indexes of circular economy development in Jiangyin High-tech Industrial Park

(3)资源能源综合利用率有待提高

园区工业用水重复利用率为94.96%，高于90%的基准值，处于较高水平，但工业固体废物综合利用率为88.59%，未达到95%的基准值，工业固体废物利用率有待提升。由图3可知，园区内各产业能耗比例不均，特钢新材料产业占总能耗的66.66%，节能压力较大。2014年工业和信息化部统计数据显示，我国吨钢综合能耗高出国际先进水平的10%～15%[22]，鉴于钢铁企业在园区经济中的重要地位及对能源的依赖程度，如何提高园区内钢铁企业能源利用率成为降耗的重点。

(4)污染集中防治水平有待提高

园区有2个污水处理厂，企业工业废水已全面按纳管标准接入，2018年前出水水质均执行GB 18918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级B标准；园区雨污分流管网尚不完善，随着污水处理量的增长，污水处理厂扩容及提标改造工程迫在眉睫。固体废物采用综合利用、固化、填埋、焚烧等方式处置，综合利用率为88.59%，有待提高；危险废物委托有资质单位进行无害化处理，处置率均达100%。废气主要包括二氧化硫、氮氧化物、烟尘等，主要来自钢铁行业，目前兴澄特钢已采用先进技术实现超低排放，二氧化硫去除率达95%以上。虽然园区已对重点污染源、重点污染企业采取有效措施，减少三废排放，但废水、废气排放总量依然不少，形势依然严峻。

2.4 循环化改造有效路径建议

(1)优化产业结构。鉴于目前园区第二产业占比较大，主导产业结构不完善，控制纺织服装业等传统产业发展规模，改造升级第二产业中金属及新材料、装备制造等向高端智能化发展；调整产业结构，发展现代中药和生物医药业，培育新能源汽车等新兴产业；发展现代服务业和科研创新能力，提高第三产业占比。

(2)完善循环经济产业链。发展产业集群，促进产业链循环化，完善特钢新材料及制品产业链、微电子集成电路产业链、智能机械及装备产业链、现代中药和生物医药产业链、新能源汽车及关键零部件产业链(图4)。

图4 江阴高新区主导产业循环经济产业链Fig.4 Circular economy industrial chain of leading industries in Jiangyin High-tech Industrial Park

(3)推进资源能源高效利用。减少原生资源开采，推进兴澄特钢钢渣、除尘灰和炉渣的综合利用、热电厂粉煤灰循环利用等项目；优化能源结构向多元化发展，淘汰煤电落后产能，明确年度煤炭消费总量消减目标，在钢铁行业推动“兰碳技术”试点，扩大天然气利用，推进光伏发电应用等项目，提高非化石能源占比；建立金属制品、机械和纺织服装等产业的主要废物和副产品的回收处理系统，实现废物减量化；制定高新区综合资源能源一体化解决方案，实现园区能源梯级利用、水资源循环利用、废物交换利用，提升资源能源利用整体效率。

(4)推进环境综合整治。为改善环境污染现状，加强环境治理。废水治理方面，推进水循环利用和水环境治理，管网建设和改造项目建设；废气治理方面，重点推进脱硫脱硝、除尘升级改造、料燃气锅炉低氮燃烧改造等项目，微电子、纺织等产业的VOCs治理工程；固体废物治理方面，对园区辖区内固体废物进行收集、分类、贮存、综合利用等集中治理，减少固体废物排放量。

3 结语

物质流分析方法已成为园区循环经济评价的重要工具，综合能量流分析方法，能更好地核算园区产业资源、能源投入和污染排放情况。以江阴高新区为研究对象进行循环经济发展评价，建立了基于物质流和能量流分析的循环经济发展评价指标体系，该方法对其他工业园区循环经济的发展、规划和评价有一定的借鉴意义。目前，江阴高新区能源、水资源、土地资源投入产出率较低，能耗总量136.22万t(以标准煤当量计)、单位工业增加值能耗0.33 t/万元(以标准煤当量计)，工业固体废物综合利用率为88.59%，资源能源综合利用率不高，循环经济产业链关联度为87.4%，但园区产业发展不均衡，主导产业结构不完善，第二产业占比较大，且以钢铁产业为主，污染集中防治水平待提高，以上是限制园区循环经济发展的主要因素。

开展循环化改造是园区实现绿色、低碳、循环发展的有效途径，从优化产业结构、完善循环经济产业链、推进资源能源高效利用、推进环境综合整治4个方面提出江阴高新区循环化改造的有效路径，以提高园区资源能源利用率，减少废物排放，推动可持续发展，提升园区经济、资源和环境效益。