脱钩理论

脱钩理论（精选7篇）

脱钩理论 篇1

引言

我国自改革开放以来近40年的快速经济增长是以牺牲能源和环境为代价实现的。1978年我国能耗为5. 7亿吨标准煤,到2013年已增至37. 5亿吨标准煤,年均增长率达5. 53% 。能源供需缺口日益扩大,一次能源的对外依存度逐年增加, 目前石油已接近60% ( 2013年) ,天然气亦超过30% ( 2013年) 。从能源消费结构上来看,我国煤炭消费所占比例一直处于70% 上下,而煤炭利用过程中所排放的CO2、SO2等对环境产生了深度污染。能源稀缺、环境恶化已然成为我国经济健康平稳发展的两大桎梏。如何在不损害经济增长速度及质量的前提下实现经济增长与能源消耗、 碳排放间的脱钩,已然成了目前学界关注的热点问题。另外,我国地域宽广,各地区资源禀赋及经济发展程度等有很大的差别,因此,能源消费及碳排放也呈现明显的区域特征。有鉴于此,研究各省市经济增长、能源消耗及碳排放的脱钩情况,并从区域角度制定有区别的能源及碳排放政策,实现中国经济从粗放型增长向质量型增长有序转变及经济发展的区域平衡,极具现实意义。

1文献回顾

经济合作与发展组织在 《衡量经济增长对环境影响脱钩关系的指标》报告中首次提出了经济学意义的 “脱钩”概念,并提出了一个评价经济增长和环境脱钩的模式,用来探讨如何降低直至阻断经济发展与环境损坏之间的关联性[1]。随着脱钩理论的逐渐发展和完善,国内外对脱钩理论的应用也越来越多。Juknys ( 2003) 对立陶宛的经济脱钩情况进行了探讨[2]; Lu,etc ( 2007) 对比了1990 ~ 2002年这一时间段内的德国、日本、韩国及台湾等国家 ( 地区) 的经济增长与碳排放、能源消耗间的脱钩情况[3]; 仲云云、仲伟周 ( 2012) 利用Tapio脱钩模型研究了我国1995 ~ 2009年三大经济带及29个省份经济增长与CO2排放的脱钩关系[4]。 欧阳文喜等 ( 2013) 从区域视角研究认为2001 ~ 2012年我国经济增长与能耗间大多处于相对脱钩状态,且地区差异显著[5]; 王佳、杨俊 ( 2013) 从区域视角探讨了我国经济增长与CO2排放间的脱钩情况,认为二者之间并未实现脱钩[6]; 彭佳雯、 黄贤金 ( 2011) 从全国层面、地区层面、空间格局以及引入中间变量等方面研究了碳排放与经济增长的脱钩情况[7]; 王云等 ( 2011) 对山西省CO2脱钩情况进行了定量分析[8]; 国涓等 ( 2011) 研究认为我国工业增加值与工业部门的CO2排放二者之间处于 “弱脱钩”[9]; 李从欣等 ( 2012) 研究了我国3种污染物排放与经济增长的脱钩情况[10]。

从现有研究来看,学者们对我国经济增长、 能源、环境的脱钩问题进行了众多研究,给出了精辟的分析。但仍留有可探索空间:( 1) 利用IPCC的方法和能源消费数据,较精准地估算各地区的碳排放量; ( 2) 将能源及能源利用所引起的碳排放问题纳入一个分析框架,并度量经济增长与能源、碳排放间的脱钩程度; ( 3) 从省际层面探讨经济增长与能源利用、碳排放脱钩指数的区域差异性,依此制定有针对性的节能减排政策以构建区域低碳经济均衡发展模式。

2研究方法及实证分析

2.1研究方法

要准确衡量我国各省市地区的能源、碳排放脱钩情况,需确立科学可行的脱钩指数。目前较为常见的指标如下。

2.1.1脱钩因子

式 ( 1) 中Df是脱钩因子; EP是环境压力指标,一般用废物排放或者资源消耗来衡量; DF为驱动力指标,可以用GDP来表示。该指标自提出后,应用较为广泛,但由于其只区分脱钩、非脱钩两种情况,不能准确衡量脱钩的程度及判断脱钩的类别[11]。

2.1.2Tapio脱钩指数

Tapio脱钩指数[12]是由Tapio ( 2005) 针对交通容量与GDP的脱钩问题提出的弹性系数。即:

式 ( 2) 中E是弹性系数,% ΔVOL > 0是交通容量变化率,% ΔGDP是生产总值变化率。弹性分析法不仅考虑了总量变化,还兼顾了强度变化,并根据弹性值的不同区分了8类脱钩情况 ( 如表1所示) ,提高了衡量脱钩关系的准确性以及客观性。

2.1.3排放脱钩指数及资源脱钩指数

国内研究还较多从IPAT方程出发推演新的脱钩指数,如陆钟武等学者 ( 2011)[11,13]从IGT及Ie GTX方程推演的资源、排放脱钩指数 ( Dr) 为:

式 ( 3) 中Dr为碳排放脱钩指数,g指GDP的年增长率; t为单位GDP碳排放量的年下降率 ( 下降时,t为正值; 上升时,t为负值) 。根据脱钩指数值 ( Dr) 对碳排放与GDP的脱钩程度进行划分。

根据以上对3种方法的比较,为准确判断脱钩的程度及类别,本文选择Tapio脱钩指标及排放脱钩指数2个指标来衡量我国经济增长、能源以及环境间的脱钩情况。

2.2数据说明

本文脱钩研究将需要各省市GDP、能源消耗、碳排放总量及其年均增长率 ( 或年均下降率) 的数据。

关于GDP,本文选择地区生产总值,主要取值于国家、各省市历年 《统计年鉴》,为消除通货膨胀的影响,各地区生产总值以2000年不变价格进行换算。

关于能源消费,鉴于数据的可获得性和可比性,我们选取了1990年、1995 ~ 2012年的各省市能源数据,其中: 1996 ~1998年数据来自于 《1997 ~ 1999年中国能源统计年鉴》; 1999 ~ 2002年来自于 《2000 ~ 2002年中国能源统计年鉴》; 2003年、2004年来自于 《2007年中国能 源统计年 鉴》,其它年份来自于 《2013年中国能源统计年鉴》。由于缺少西藏、台湾、香港和澳门的相关统计数据及资料,因此没有估算在内; 另在测算过程中将重庆市并入四川省; 少数省份个别年份数据缺失的 ( 如湖南、四川缺少1985年、1991 ~ 1994年,海南缺少1986 ~ 1989年、2002年的能源数据) ,采用年均增长率进行核算,山东的缺失数据 ( 1985年、1991 ~ 1994年) 根据2012年 《山东统计年鉴》里的 “能源消费比上年增长率” 进行补充。这样我们共得到29个省市的各能源数据。

关于碳排放,由于我国并未公布碳排放量的数据及核算标准,尤其地方数据明显不足,因此目前国内关于碳排放方面的研究大多是集中于能耗的碳排放上,并且在碳排放系数的具体选择上存有较大差异[14,15,16,17,18,19,20,21,22,23],但研究显示IPCC清单法是国际上较为公认的碳排放量测算方法,具有普适性和数据可得性[17]。因此本文在核算碳排放总量时采用2006年 《清单指南》 中的碳排放核算因子。另外鉴于我国各统计年鉴中的能源数据均采用实物统计量,本文采用2008年 《能源统计年鉴》中给出的能源折算标准煤参考系数进行计量单位的转换和统一。为了避免一次能源划分 ( 即煤炭、石油和天然气) 导致较大的偏差,本文选择焦碳、煤炭、电力、原油、煤油、柴油、燃料油、汽油等进行碳排放的测算,由于山西、贵州两省缺少原油消费量,因此两省的碳排放测算总量不包括对原油的测算。 ( 限于篇幅,本文未列出数据表。)

2.3基于脱钩理论的实证分析

2.3.1Tapio脱钩模型

本文选择对我国29省市1990 ~ 2012年 ( 碳排放) 1985 ~ 2012年 ( 能源消费) 、2000 ~ 2012年、“十一五”期间、“十一五”以来4个区间的经济增长与碳排放、能源消费之间的脱钩情况进行分析,原因在于: ( 1) 1985 ~ 2012年、1990 ~ 2012年: 由于统计数据可获得性的限制,1985 ~ 2012年是目前能源数据所能核算的区间; 1990 ~ 2012年是目前碳排放数据所能核算的区间; ( 2 ) 2000 ~ 2012年: 1997年全国结构调整关闭了一批高耗能、高污染的 “五小”企业,在亚洲金融危机冲击叠加下,1997年、1998年我国能耗明显下降。2000年之后在高投资拉动下,我国出现明显的重化工业化特征,高耗能产品迅猛增加,引致能源对我国经济增长的约束日趋明显及碳排放的增加。( 3) “十一五”、“十一五”以来: 针对单位GDP能耗及主要污染物排放 “十一五”纲要中给出了约束性指标。因此本文选取十一五及十一五以来的区间进行研究,以期对我国节能减排约束指标提出以后的能源、碳排放与经济增长的关联程度进行分析。具体结果如表3、表4所示 ( 由于篇幅所限,各省市各年的脱钩数据未列出, 下同) :

2.3.2脱钩指数

为避免基期变化影响结果,本文继续以上一年为基期核算出1985 ~ 2012年29省市GDP增长率、能源消费增长率、1996 ~ 2012年各省市碳排放增长率,并依据陆钟武教授推导的脱钩指数得到各区间各省市能源以及碳排放脱钩情况。具体如表5、表6所示:

2.4研究结论

表5、表6的研究结果显示,我国各省市地区除北京 ( 1986 ~ 2012) 、黑龙江 ( 1986 ~ 2012) 及宁夏 ( 2000 ~ 2012) 的能源消耗与经济增长呈相对脱钩外,各省市经济增长与能源消费、碳排放之间均未呈现脱钩状态,当然这是一个较为模糊的界定,为进一步明确各省市地区的脱钩情况, 我们分析Tapio脱钩模型的研究结果,由表3、表4可知:

( 1) 全国大部分省份均处于增长负脱钩状态,这意味着我国大部分省份碳排放及能源消费的增长速度要远快于各地区经济的实际增长速度。

( 2) 各省市碳排放与经济增长的脱钩情况: 1990 ~ 2012年的辽宁、吉林、黑龙江、上海、江西、湖南,2006 ~ 2012年的贵州、湖南两省的经济增长与碳排放处于增长连结; 1990 ~ 2012年、 2000 ~ 2012年的北京,2006 ~ 2012年的山西、 2006 ~ 2010年贵州、北京、山西经济增长与碳排放之间呈弱脱钩状态; 2006 ~ 2012年北京碳排放与经济增长之间处于强脱钩状态。

( 3) 各省市能源利用与经济增长的脱钩情况: 1985 ~ 2012年辽宁、黑龙江、山西、吉林、 湖南、江西、四川、甘肃、陕西、宁夏,2000 ~ 2012年北京,2006 ~ 2010年北京、内蒙古,2006 ~ 2012年贵州、宁夏能源消费与经济增长之间处于增长连结状态; 1985 ~ 2012年、2006 ~ 2012年北京,2006 ~ 2010年贵州、宁夏能源消费与经济增长之间处于弱脱钩。

3结果分析及政策建议

本文研究显示,我国除了北京地区呈现较为明显的脱钩状态以外,其他大多省份在能源、碳排放与经济增长之间仍为未脱钩状态。尽管两种研究模式均有一定的局限性,但研究结果较为一致,研究所反映的问题值得我们深思:

( 1) 绝大部分省份仍处于增长负脱钩、增长连结状态,并没有到达所谓的拐点。这意味着尽管我国能源消耗强度以及碳排放强度呈不断下降趋势,但是经济发展与碳排放、能源消耗之间仍然存在较强的关联性,经济依然呈现粗放式增长, 经济增长对能源利用、碳排放仍具有强路径依赖。 而北京相较于其他省份呈现较为显著的脱钩状态则意味着北京节能减排工作成效显著。

( 2) 从具体研究数值来看,各省市的2006 ~ 2012年 ( “十一五” 以来) 能源及碳排放的脱钩弹性指数均低于2000 ~ 2012年的。这说明 “十一五”以来,尽管我国各地区经济与能源及碳排放之间没有实现脱钩,但是相较于其他研究区间, 这一时期的经济增长与能源、碳排放之间的关联性要弱一些,有较为明显的脱钩迹象。综合分析看来,这主要得益于这一时期我国将节能和减排作为约束性指标并明确提出节能减排任务有关。

( 3) 比对各省市的具体的脱钩数值可以发现这种碳排放及能源脱钩的差异呈现一定的规律性, 能源消耗脱钩指数高的省份碳排放脱钩指数也越高,能源消耗脱钩指数低的省份碳排放脱钩指数也较低,碳排放与能源消耗的脱钩指数呈较强的关联性。这意味着当前不合理的能源结构可能是导致经济增长与碳排放、能源之间未实现脱钩的重要因素,减排必须从节能入手。

( 4) 从各省市具体的脱钩数值来看,各省市碳排放脱钩和能源消耗脱钩指数值均有明显的差异。因此节能减排政策的制定应适当考虑区域经济发展水平、能源消耗及碳排放的差异性,制定 “共同但有区别”的节能减排政策。

脱钩理论 篇2

环境问题从某种程度上来说是经济和发展问题, 经济活动过程中由于发展模式粗放, 或者经济活动强度与环境保护力度不相协调, 都会导致污染物排放量增加, 环境质量下降, 给环境系统带来较大压力。西方发达国家通过上百年的发展, 逐步步入了工业化后期, 回顾西方国家的发展历程, 大多经历了环境质量由好转坏再逐步改善变好的过程, “先污染后治理”的发展路径在西方国家很常见。改革开放以来, 我国在不到四十年的时间里完成了西方国家上百年甚至几百年的工业化过程, 此过程带来的环境污染问题也不容忽视。如何吸取西方国家工业化发展过程的经验, 充分发挥“后发优势”, 尽量减缓工业化城镇化过程对环境的破坏十分必要。环境经济形势分析关注经济发展与环境污染之间联系, 脱钩分析与环境库兹涅茨曲线分析是环境经济形势分析的重要手段, 对探寻经济增长与环境污染内生联系和变化趋势具有积极作用。本文以湖南省为实例, 利用这两种方法对湖南省环境经济形势进行综合分析, 研究湖南省经济增长与环境压力关键指标的变化过程和趋势, 以期识别湖南省未来环境压力变化趋势, 为湖南省环境管理提供支撑, 为环境保护优化经济发展、推动供给侧结构性改革提供决策依据。

1 研究方法与数据来源

1.1 研究方法

1.1.1 脱钩理论

脱钩理论是来源于物理学科领域的专业名词, 表征两个物理量之间的耦合关系, 目前脱钩理论广泛应用到环境经济学领域, 其目的主要是研究环境与经济的协调发展问题。世界经济合作与发展组织 (DECD) 于2001年首次提出并将脱钩理论正式应用于环境问题研究领域, 研究经济发展和环境变化的脱钩状态, 探讨经济增长与资源消耗和环境污染如何脱离关系[1], 并在多个国家和地区的实证研究中取得了可信的成果。

脱钩分析的基本模型有两种, 即DECD脱钩指数模型和Tapio脱钩状态模型[2]。Tapio脱钩模型综合了总量变化和相对量变化两类指标, 采用以时期为时间尺度的弹性分析方法反映变量间的脱钩关系, 有效缓解了OECD指数模型期初期末值选定的高度敏感性或极端性而导致的计算偏差, 进一步提高了脱钩关系测度和分析的客观性和准确性。本文研究采取Tapio脱钩模型为基础, 计算公式见式 (1) [3]:

式中, ε为脱钩系数, dc为污染物排放量变化率, dg为GDP变化率, Δc为污染物排放变化量, Δg为GDP变化量, c为污染物排放量, g为GDP总量。

脱钩状态主要包括强脱钩也就是绝对脱钩状态、相对脱钩状态、复钩状态 (也就是负脱钩状态) 。其中相对脱钩状态按照脱钩的强弱程度划分为7种细分状态:弱脱钩、衰退性脱钩、增长连结、衰退连结、扩张负脱钩、弱负脱钩、强负脱钩[4]。具体指标参照表1所示。

1.1.2 环境库兹涅茨 (EKC) 曲线

环境库兹涅茨曲线最早由Grossman和Krueger (1991) 提出, 环境库兹涅茨曲线提出之后, 环境质量水平与经济发展水平之间关系的理论研究不断深人展开, 这丰富了对环境库兹涅茨曲线假说的解释[5]。环境库兹涅茨曲线试图说明, 在没有环境政策进行干预的前提下, 某一国家或地区的整体环境质量水平或者环境污染水平是伴随着经济发展水平的提高而呈现先恶化后改善的趋势。EKC曲线表示经济发展与环境污染之间脱钩的实现轨迹, 即随着经济的发展, 环境污染先恶化, 到达一个峰值后出现改善的趋势, 从而实现了经济发展与环境污染强脱钩的最佳状态[6]。

环境库兹涅茨曲线 (EKC) 的一般计量经济模型包括二次曲线模型、三次曲线模型、自然对数模型等[7~8] (式2~5) , 本文研究中采用三次曲线模型 (式3) :

上述模型中, y表示环境污染指标, x表示湖南省人均GDP。b4表示正常的误差项, b0为常数项, b1、b2、b3表示各次解释变量的系数。

具体到三次曲线模型, 不同参数表示经济增长与环境污染水平的7种典型关系[9]:

(1) b1>0, b2=0, b3=0, 表示伴随着经济增长, 环境压力急剧增加;

(2) b1<0, b2=0, b3=0表示经济增长与环境质量的关系是相互促进的和谐关系, 伴随着经济增长, 环境压力得到缓解;

(3) b1<0, b2>0, b3=0, 表示经济增长与环境质量之间存在着“U”形关系, 是与环境库兹涅茨曲线完全相反的关系;

(4) b1>0, b2<0, b3=0, 表示经济增长与环境质量之间存在着“倒U”形关系, 是典型的环境库兹涅茨曲线, 当经济发展到一定程度后, 经济增长将有利于环境质量的改善;

(5) b1>0, b2<0, b3>0, 表示经济增长与环境质量之间的关系为“N”形, 在经济增长的一段时间内与“倒U”形关系类似, 但当经济发展到一定程度时, 环境质量会恶化, 以后环境质量又会改善;

(6) b1<0, b2>0, b3<0, 表示经济增长与环境质量之间的关系为“倒N”形, 在经济增长的早期, 环境质量会改善, 但经济增长到一定程度时, 环境质量会恶化, 以后环境质量又会改善;

(7) b1=0, b2=0, b3=0, 表示经济增长与环境质量之间没有关系。

1.2 数据来源

本文研究过程中选取湖南省1995~2014共20年的经济和环境相关指标作为研究基础数据, 基础数据来源于《湖南省统计年鉴》、《中国环境年鉴》、《湖南省环境状况公报》等官方数据。研究指标选取人均GDP、工业废水排放量、工业废气排放量、工业烟粉尘排放量、工业固体废物产生量、工业COD排放量、工业SO2排放量、工业用水量、煤炭消费总量等经济环境领域关键指标。GDP使用历年GDP平减指数 (以1990年为基期) , 剔除物价上涨和通货膨胀因素影响换算成可比价格。

2 结果与讨论

2.1 脱钩状态分析

根据湖南省1995~2014年的经济、环境、能源统计数据, 结合2.1小节的计算方法, 对湖南省工业废水排放量、工业废气排放量、工业烟粉尘排放量、工业二氧化硫排放量、工业固体废物产生量、能源消费总量六项指标与经济发展水平的脱钩状态进行计算, 计算结果见表2。

由表2~3的脱钩系数计算结果和脱钩状态判断可知:

(1) 资源消耗方面, 湖南省工业用水总量近年来呈现增加的趋势, 但是随经济增长增加的速度逐渐变慢, 近年来总体上呈现脱钩状态。湖南省煤炭消费总量近年来总体呈现增长趋势, 尤其是“十五”期间, 煤炭消费总量增速较快, 五年时间消费量将近翻了一番, “十一五”以来增速放缓, “十二五”期间由于节能减排以及能源结构调整, 出现了消费总量下降现象。煤炭消费与经济增长总体上脱钩状态不明显, “十五”期间表现为扩张负脱钩状态, “十二五”以来有脱钩趋势。

(2) 工业废水排放量呈现较为明显的脱钩趋势, 除2003年出现增长连接状态之外, 近20年均为强脱钩或弱脱钩, 平均脱钩系数为-0.35。工业废水中COD排放量也呈现较为明显的脱钩趋势, 除1998年为扩张负脱钩之外, 其余年份均呈现强脱钩或者弱脱钩趋势, 近20年平均脱钩系数-0.20。

(3) 工业废气排放量近年来总体呈增加趋势, 与经济发展脱钩趋势不太明朗。1998、2000、2006、2012、2014年为强脱钩, 1995~1997、2002、2008年为弱脱钩, 1999、2004、2007、2009~2011年份为扩张负脱钩, 2001、2003、2005、2013年为增长连接。

(4) 工业二氧化硫总体呈现脱钩状态, 但在1995、1998、2003等少数年份出现短暂扩张负脱钩, 随后又表现出较为明显的脱钩, 2006年以来工业二氧化硫排放量呈现较为明显的下降趋势。工业烟粉尘1999~2013年呈现较为明显的脱钩状态, 但近2年排放量增加较快, 2014年表现为扩张负脱钩。

(5) 工业固体废物产生量与经济增长脱钩趋势不明显, 1995~1996年呈现较为明显的强脱钩态势, 1997、1998、2003、2004、2007、2011年均呈现扩张负脱钩状态。

综合来看, 湖南省经济发展与环境压力脱钩趋势尚不明朗, 工业废水、工业COD排放量近年呈现较为明显的脱钩状态, 工业烟粉尘排放量、工业二氧化硫排放量近年来也表现出一定的脱钩趋势, 但工业废气排放量、工业固体废物产生量、煤炭消费量与经济增长的脱钩趋势尚不明朗。

2.2 环境库兹涅茨曲线分析

使用三次曲线模型对工业废水排放量、工业废气排放量、工业烟粉尘排放量、工业固体废物产生量、工业二氧化硫排放量、工业用水量、煤炭消费总量与人均GDP进行分析, 相关回归参数见表4, 拟合曲线见图1。

从拟合曲线线形, 结合回归参数分析可知:

(1) 工业用水量、煤炭消费总量、工业废气排放量、工业固废产生量EKC曲线线型较为相似, 均呈现不明显的倒U型, 且跨过拐点的时间不长或者即将跨过拐点, 有反弹的可能性。这几项指标拐点的出现与我国经济社会发展进入新常态, 国家全面推进供给侧结构型改革, 产业结构逐步得到优化调整的时间节点相吻合。这几项指标仍需要通过采取进一步淘汰落后过剩产能, 优化产业结构, 优化调整能源消费结构, 控制煤炭消费总量, 节约利用水资源, 提高工业用水重复利用比率等政策措施加以控制, 防止其出现反弹。

(2) 工业废水排放量、工业COD、工业SO2排放量EKC曲线呈现明显的倒U型, 其中工业废水排放量曲线顶点在统计时间 (1995~2014年) 之前, 统计期内均呈现下降趋势, 但近年来下降速度有所放缓。工业COD、工业SO2排放量拐点均在统计期内, COD拐点为2005年, SO2拐点为2006年, 与主要污染物总量减排提升到国家战略, 纳入五年规划约束性指标的时间一致, 较工业用水量、煤炭消费总量、工业废气排放量、工业固废产生量指标拐点的时间提前。由此可见, 排放量出现拐点是环境规制的直接结果, 总量减排制度发挥了较为重要的作用。“十三五”期间, 在建立起污染物排放总量与环境质量之间的有机联系, 优化总量减排核算方法与考核机制, 并与排污许可证等制度进行衔接的基础上, 总量减排制度仍可以作为一项长期有效的环境管理制度推进。

(3) 工业烟粉尘排放量EKC曲线呈现明显的N型, 2005年之前总体上呈增加趋势, 2005年达到顶点后开始下降, 且下降速度较快, 最低点2012年排放量为2005年排放量的1/4, 但近年又呈现较为明显的增加趋势, 值得重点关注。环统数据显示, 湖南省工业烟粉尘排放行业主要集中在炼钢、水泥制造、火力发电、机制纸及纸板制造、铁合金冶炼、锑冶炼、铅锌冶炼、粘土砖瓦及建筑砌块制造等行业, 近年来炼钢、水泥制造、火力发电、机制纸及纸板制造等传统行业工业烟粉尘排放量总体上呈增加趋势。烟粉尘排放量增加的主要原因是工业产业结构不优, 同时“十一五”和“十二五”期间工业烟粉尘没有纳入总量控制, 加上“十二五”中后期以来通过投资、基础设施建设等拉动经济发展, 导致工业烟粉尘排放量近年来有所增加。

3 结论与建议

3.1 结论

湖南省工业用水量、工业废水排放量、工业COD排放量、工业二氧化硫排放量四项指标与经济增长之间近年来均表现出较为明显的脱钩趋势;工业烟粉尘脱钩状态较为明显的分为三个阶段, 1995~1998年之间表现为扩张负脱钩, 1999~2013年呈现脱钩状态, 2014年又表现为扩张负脱钩, 且近3年排放总量明显回升;煤炭消费总量、工业废气排放量、工业固体废物产生量脱钩状态变化较大, 没有明显的脱钩趋势。总体而言, 湖南省环境污染与经济发展尚未表现出稳定的脱钩趋势, 经济增长带来的环境压力在较长时间内仍然存在。

工业废水排放量EKC曲线呈现倒U型曲线右侧的变化趋势, 即在1995年之前就出现了拐点, 近年来随着经济增长, 工业废水排放总量下降。煤炭消费总量、工业废气排放量、工业固体废物产生量、工业COD排放量、工业二氧化硫排放量五项指标EKC曲线为倒U型, 且拐点在研究期内:工业COD排放量、工业二氧化硫排放量EKC曲线拐点为2006年前后, 煤炭消费总量、工业固体废物产生量EKC曲线拐点在2010年前后。工业用水量EKC曲线呈现倒U型曲线左侧的变化趋势, 即将跨过拐点。工业烟粉尘排放量EKC曲线呈现明显的N型, 在出现一段时间的下降之后, 又逐步上升。

工业COD排放量、工业二氧化硫排放量EKC曲线跨过拐点后, 与经济增长表现出持续强脱钩状态。工业用水量指标EKC呈现倒U型曲线左侧的变化趋势, 用水总量总体上升, 但该项指标近年来都表现出较为明显的脱钩趋势, 可以预计EKC曲线近期会出现拐点。

2006年是国家环境保护“十一五”规划的开篇之年, 也正是从“十一五”开始, COD、二氧化硫等污染物总量减排作为约束性指标进行控制, 各级政府、企业采取了一系列强有力措施推动总量减排, 而未纳入总量减排的工业烟粉尘排放量等则未出现明显拐点。由此可见, 环境规制是污染物排放总量与经济增长脱钩的主要因素, 由科技进步、经济转型等带来的污染减排效益尚不明显, 污染减排、环境质量改善的经济内生动力不足。

3.2 建议

(1) 污染物总量减排对环境保护工作意义重大, 在建立起污染物排放总量与环境质量之间的有机联系, 优化总量减排核算方法与考核机制, 并与排污许可证等制度进行衔接的基础上, 建议相关管理部门将总量减排制度作为一项长期有效的环境管理制度推进。

(2) “十一五”以来, 污染物总量持续减排的主要因素是环境规制;“十三五”期间, 在继续加强环境规制的同时, 建议从加大科技研发投入, 优化调整产业结构, 控制资源能源消费强度与总量, 大力发展循环经济等角度着手, 结构性系统性地解决环境问题。

(3) 城市环境空气质量近年来成为社会关注热点。空气污染成因复杂, 和气象、扩散条件、污染物排放等多种因素相关, 控制一次颗粒物的排放是改善大气环境质量的重要手段。工业烟粉尘排放量近年来有增加的趋势, 建议“十三五”期间将工业烟粉尘纳入总量控制指标。

(4) 工业用水量、煤炭消费总量、工业废气排放量、工业固废产生量EKC曲线均呈现不明显的倒U型, 且跨过拐点的时间不长, 有反弹的可能性。建议相关管理部门在“十三五”乃至更长时间对上述几项指标通过采取进一步淘汰落后过剩产能, 优化产业结构和调整能源消费结构, 控制煤炭消费总量, 节水节能, 提高工业用水重复利用比率等政策措施加以控制, 防止其出现反弹。

参考文献

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[2]杨嵘, 常烜钰.西部地区碳排放与经济增长关系的脱钩及驱动因素[J].经济地理, 2012, 32 (12) :34~39.

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[6]李红莉, 王艳, 葛虎.山东省环境库兹涅茨曲线的检验与分析[J].环境科学研究, 2008, 21 (4) :210~214.

[7]杨凯, 叶茂, 徐启新.上海城市废弃物增长的环境库兹涅茨特征研究[J].地理研究, 2003, 22 (1) :60~66.

[8]李忠民, 宋凯, 孙耀华.碳排放与经济增长脱钩指标的实证测度[J].统计与决策, 2011 (14) :86~88.

水下自动脱钩装置研究 篇3

水下机器人进行海中实验或作业时, 通常需要在码头或母船上对其进行吊放, 通过起重机械将其吊放到水面指定位置后进行释放, 之后水下机器人进行实验或作业[1]。使用传统的吊钩进行吊放和脱钩时, 需要有操作人员在水中近距离对水下机器人进行脱钩操作, 这种人工脱钩方式不仅费时费力, 还给水中操作人员带来危险。针对这一问题, 本文研究用于水下机器人释放和回收的水下自动脱钩装置。

陆上常用的自动脱钩装置主要有电控式和机械式两种。电控式自动脱钩装置在海水中应用时需要对其进行水密处理, 使得装置结构比较复杂[2], 并且在海水环境中工作容易出现漏电等问题。机械式自动脱钩装置大都采用弹簧蓄能, 多通过起吊物着地时载重的消失来实现自动脱钩[3,4,5]。这种脱钩方式无法对水下机器人的脱钩时间和位置进行精确的控制, 在脱钩时对水下机器人构成危险。

因此, 本文根据科研课题任务的要求, 研究一种机械式水下机器人用水中脱钩装置, 该装置无需人员在水中脱钩, 在岸上拉拽细绳即可进行自动脱钩。

1 水中自动脱钩装置结构组成及工作原理

本文根据水中自动脱钩装置需要远距离进行操作以及能够对脱钩时间和位置进行精确控制的要求, 对装置进行了构思与分析, 设计其总体结构, 研制小型原理样机并针对该装置实验中存在的不足进行了改进。

1.1 水中自动脱钩装置的构思与分析

本文设计的水中自动脱钩装置可由操作人员在岸上操作控制水下机器人在水中脱钩, 同时, 要求能够对脱钩时间和位置进行精确控制。根据这一设计要求, 对自动脱钩装置进行了构思与分析。

根据自动脱钩装置需要人员在岸上远距离操作的特点, 首先确定了本装置的脱钩方式。该装置的脱钩方式是采用人拉拽脱钩装置上的细绳使脱钩装置从吊耳中脱开, 如图1所示。该装置是将细绳置于移动销的末端, 并将移动销插入销孔中将装置锁死, 通过拉拽细绳使移动销从销孔中脱出。这种拉拽细绳的脱钩方式能够实现远距离的脱钩操作。

为实现对脱钩的时间和位置进行控制, 设计时需要保证每次在拉拽细绳的同时装置完成脱钩的操作。本装置是将移动销插入转动扳手上的销孔中将装置锁死, 如图2所示。通过拉拽细绳使移动销从销孔中脱出, 此时挡块转轴便在扭簧的作用下发生翻转, 使支撑在挡块转轴上的挡块掉落, 从而实现自动脱钩。这样就能保证每次拉拽细绳的同时完成脱钩操作, 从而可以人为地控制脱钩的时间和位置, 保证了水下机器人脱钩的准确性。

根据水中自动脱钩装置需要远距离进行操作以及能够对脱钩时间和位置进行精确控制的要求, 经过上述的分析和论证, 完成了水中自动脱钩装置的设计。

1.2 脱钩装置的结构组成及工作原理

本文设计的水中自动脱钩装置如图3所示。

脱钩装置的工作原理如下:在对水下机器人起吊时用吊机吊钩吊起脱钩装置的吊耳, 并将脱钩装置对准水下机器人的吊耳缓慢放下, 当水下机器人的吊耳触碰到挡块10时, 会使挡块10带动挡块转轴12一起转动, 挡块继续向上转动直至不再接触吊耳时, 挡块便在重力的作用下落在挡轴1上。此时吊耳便被锁入脱钩装置中, 可以进行起吊作业了。

1.挡轴2, 13.转动扳手3.移动销导向块4.弹簧5.移动销6.移动销盖7.钩体8.双向扭簧9.扭簧固定轴10.挡块11.扭簧12.挡块转轴

在对水下机器人进行脱钩操作时, 只需站在岸边或母船上的人员通过拉动细绳带动移动销5从转动扳手2的销孔中脱出, 此时挡轴1会在扭簧11的扭转力作用下发生翻转, 并不再给挡块10以支撑力, 挡块10就在自身重力作用下下垂。此时就可以向上吊起自动脱钩装置, 挡块10也会随之从水下机器人的吊耳中脱开, 使得整个装置从吊耳中脱出。

1.3 脱钩装置的改进

1.3.1 双向扭簧的增加

在脱钩装置设计完成后, 研制了该装置的原理样机, 进行相关实验。在进行实验中发现脱钩装置在起吊吊耳时, 存在挡块还没来得及落下的时候就已经向后翻转掉落的问题, 导致脱钩装置无法将水下机器人的吊耳锁紧, 从而无法进行起吊。于是针对挡块向后翻转的问题, 该装置在挡块的后部增加了双向扭簧环节, 如图4所示。

通过增加双向扭簧环节使得挡块每次在有向后翻转的趋势时, 都会触碰到双向扭簧的下端, 此时双向扭簧便阻止了挡块向后的自由翻转。在水中自动脱钩装置中加入双向扭簧环节后, 经过实验发现该装置每次都能够顺利地将吊耳锁入其中, 改进了之前起吊吊耳的时候挡块会向后掉落的缺点。

1.3.2 挡轴的改进

水中自动脱钩装置的挡轴在设计过程中发现虽然阶梯轴能够给挡块以支撑作用, 但其在脱钩释放过程中始终限制挡块向下掉落, 导致无法脱钩。于是针对这一问题, 便将挡轴在传统阶梯轴的基础上进行了改进, 将挡轴的中部做成了一个半轴, 如图5所示。

经过改进后的挡轴能够在其初始位置时有效地阻止挡块向下掉落, 对挡块起到限制作用;而当需要释放脱钩时, 挡轴就会在扭簧的作用下旋转90°, 于是此时挡轴就可以解除对挡块的阻挡, 使其脱出吊钩。

1.3.3 移动销盖开孔的改进

在对自动脱钩装置进行不断的实验中, 发现细绳在移动销盖的开孔处磨损也比较严重。因为细绳在拉拽过程中并不是处于完全拉直状态, 而是与移动销盖的开孔处呈一定的夹角。所以细绳与移动销盖的开孔处接触的地方就会在每次拉拽的时候不停地磨损, 长期使用便会导致细绳断裂, 严重影响了水中脱钩装置的正常使用。于是, 针对细绳磨损严重的问题, 对移动销盖的开孔处也进行了改进, 将移动销盖开孔的出口处加工成了一个弧面, 如图6所示。

在改进后的结构中, 当每次拉拽细绳时, 细绳便会贴着圆弧面而向外伸展, 减小了绳与开孔处的磨损。在对移动销盖的开孔处进行改进后, 通过不断地拉拽细绳实验, 发现经过改进后的开孔可以大大减小与细绳的磨损, 延长了使用寿命, 同时拉拽细绳也变得更加轻便。

2 计算与校核

本文根据水中自动脱钩装置的工作环境选取了相应的材料, 并对弹簧进行了相关计算。又由于自动脱钩装置在起吊水下机器人的过程中承受着比较大的载荷, 为了保证装置的可靠性和安全性, 所以还对其主要受力部件进行了强度校核。

2.1 材料的选取

由于水中自动脱钩装置需要长期在海水等腐蚀性环境中使用, 所以该装置的材料选取316L不锈钢。316L的Mo含量使得该钢种拥有优异的抗点蚀能力, 其抗氯化物侵蚀的性能也更加优越[6]。同时, 316L不锈钢的力学性能也同样出色, 能够满足水下机器人在起吊过程中的受力要求。所以本装置最后确定使用316L不锈钢作为其主要零部件的材料。

2.2 弹簧的计算

本装置中压缩弹簧既需要给移动销提供一定的预紧力并且还要克服摩擦力等因素影响, 所以对其弹簧的劲度系数有一定的要求, 不能太小;但同时由于操作人员拉拽细绳时需要克服弹簧力, 为了使拉拽细绳比较轻便, 弹簧的劲度系数又不能过大。于是, 弹簧劲度系数的选取对于装置的性能有着重要的影响, 所以需要对弹簧进行计算与校核。

由于移动销盖的尺寸一定, 于是确定弹簧的高度为H0=35 mm。通过反复的计算和验证, 最后选取弹簧的参数为弹簧中径D=9 mm, 簧丝直径d=0.7 mm, 有效圈数n=15。弹簧劲度系数的计算公式为[7]

式中:G为弹簧的切变模量;D为弹簧中径;n为弹簧的有效圈数;d为弹簧的簧丝直径。

根据式 (1) 计算得到弹簧的劲度系数为k=79×103×0.74/ (8×15×94) ≈0.22 N/mm。

此时弹簧力的大小为F=kx=0.22×12.5=2.75 N。

此时, 弹簧既有足够的恢复力使移动销插入销孔中, 又能使拉拽细绳时的拉力不致于太大。此外, 为防止弹簧可能发生侧向弯曲而失去稳定性, 还需对弹簧的稳定性进行验算。一般规定, 对两端固定支承的弹簧, 要求b≤5.2, 验算弹簧的高径比为[7]

所以弹簧是稳定的。

2.3 强度校核

水中自动脱钩装置在起吊水下机器人的过程中承受着比较大的载荷, 所以需要对其主要受力部件进行强度校核, 以确定其安全性要求。本文采用了ANSYS软件对水中脱钩装置最为危险的挡块和挡轴进行了校核, 得出其等效应力云图, 并根据云图的最大应力验证了挡块和挡轴的强度满足要求。

2.3.1 挡块的校核

由于Pro/E具有很好的建模造型能力, 并且能够快速生成圆角等特征, 所以本文使用Pro/E完成对挡块的三维建模, 并将三维模型导入ANSYS软件中进行有限元分析[8]。完成挡块的模型导入后, 需选择其单元类型及网格划分方式。本文选用的单元模型为具有20个节点的186单元, 并采用了自由网格划分, 其共计10 533个单元, 17 643个节点。

划分完挡块网格后, 对挡块的X轴和Z轴施加约束, 施加载荷时假设起吊的水下机器人质量为1 t, 所以每个挂钩上承受的质量为500 kg。对挡块加载后得到其等效应力云图, 如图7所示。

挡块材料316L的条件屈服强度为205 MPa, 取其安全系数1.5, 则许用应力为136.7 MPa。从图7挡块的等效应力云图中可以看出, 挡块的最大等效应力值为67 MPa, 小于许用应力136.7MPa, 所以挡块的强度符合要求。

2.3.2 挡轴的校核

对挡轴的分析和校核与挡块相同。挡轴采用了具有8个节点的185单元, 自由网格划分, 其中共计28 198个单元, 5621个节点。

同样, 对挡轴划分完网格后, 再对其施加约束和载荷后得到其等效应力云图, 如图8所示。

同样, 挡轴材料316L的条件屈服强度为205 MPa, 取其安全系数1.5, 则许用应力为136.7 MPa。从图8挡轴的等效应力云图中可以看出, 挡轴的最大等效应力值为121 MPa, 同样小于许用应力136.7 MPa, 所以挡轴的强度符合要求。

3 实验验证

为了验证本文研制的水下自动脱钩装置的可行性和可靠性, 对自动脱钩装置分别进行了吊装实验和脱钩实验, 装置实物如图9所示。

对水下自动脱钩装置的吊装实验是将自动脱钩装置对准水下机器人的吊耳缓慢放下, 待自动脱钩装置的挡块落入吊耳中时完成吊装, 如图10所示。本文一共用自动脱钩装置进行了30次吊装实验, 吊装成功30次。通过实验验证了自动脱钩装置能够很好地对水下机器人实现吊装。

对水下机器人完成吊装实验后, 为了验证脱钩装置能够实现远距离操作并能够人为地对脱钩时间和位置进行控制, 又对其进行了自动脱钩实验。在进行实验时, 操作人员在距脱钩装置10 m远的地方拉拽细绳, 此时可以看到, 在拉拽细绳后装置的挡块也随即向下掉落, 脱钩装置也顺利地从吊耳中脱开, 完成了脱钩操作, 如图11所示。本文一共进行了50次脱钩实验, 并且成功脱钩50次, 成功率达到100%。通过实验验证了自动脱钩装置可以人为地在远距离进行操作, 并且每次拉拽细绳的同时脱钩装置都能从吊耳中脱开, 完成释放脱钩。实验结果验证了自动脱钩装置满足了远距离操作及能够对脱钩时间和位置进行精确控制的要求。

4 结语

针对目前水下机器人在起吊与释放过程中采用人工水中脱钩所带来的安全隐患以及工作效率低下的问题, 本文研究了一种水下机器人用水下自动脱钩装置。并且针对该装置在起吊吊耳时存在的挡块向后翻转导致无法起吊的问题, 本文提出了增加双向扭簧环节来限制挡块向后翻转的改进方法, 实验结果验证了本文改进方法的有效性;还针对该装置在脱钩过程中挡轴始终限制挡块向下掉落的问题, 本文提出了改进挡轴的结构形式的方法, 通过实验验证了该改进方法的有效性;针对装置的细绳磨损严重的问题, 本文提出了改进移动销盖开孔方式的方法, 实验结果验证了该改进方法能有效地减小细绳的磨损。此外, 还对水中脱钩装置的重要零部件进行了计算, 并对危险零件通过ANSYS进行了强度校核。本文通过使用水中脱钩装置对水下机器人进行不断地吊装和脱钩实验, 验证了该装置的可行性和可靠性。

摘要：目前水下机器人在起吊与释放过程中一般采用人工水中脱钩, 这不仅带来安全隐患, 同时也影响工作效率, 针对这一问题, 研究一种水下机器人用水下自动脱钩装置。传统的自动脱钩装置一般不能在远距离对水下机器人的脱钩时间和位置进行精确的控制, 文中研制的自动脱钩装置采用拉绳方式实现远距离自动脱钩, 并且针对该装置在起吊吊耳时存在挡块向后翻转导致无法起吊的问题, 提出增加双向扭簧环节来限制挡块向后翻转的改进方法;针对在脱钩过程中挡轴始终限制挡块向下掉落的问题, 改进了挡轴的结构形式;针对细绳磨损严重的问题, 改进了移动销盖的开孔方式。实验结果表明该装置操作方便、可靠性好、工作效率高。

关键词：水下机器人,起吊与释放,拉绳式,自动脱钩

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水资源脱钩指数初探 篇4

中国水资源相对于世界平均水平还处于匮乏的水平, 但单位水产值却远远低于世界平均水平, 我国的水资源分布不均, 呈现南方多水, 西部缺水的特点, 与此同时, 国家在大力提倡西部大开发的战略口号, 随着口号的提出, 建设大西北的步伐紧随其后, 近十年的开发建设, 西部的经济建设已取得了显著的发展成果。然而, 大力发展经济的同时环境问题也随之而来, 工业化进程的加快导致环境问题的显现, 尤其对于水资源匮乏的西部, 其生态环境尤其令人堪忧。随着可持续发展观的提出, 人们的环保意识逐渐提升, 对自己的生活家园也多了一份关注, 各企业的社会责任感也逐渐完善, 政府也积极出台了一系列相关环保政策, 证监会也出台了针对上市公司环保责任而制定的相关要求, 对于各项环保政策的提出及证监会的监督力度加大, 企业披露的环境信息是否与当地的经济增长对环境的依赖程度有关?企业披露的环境信息是否会对当地经济产生影响及其与水资源的脱钩情况如何?

二、脱钩理论的发展

脱钩指数这一概念最早出现在德国研究所机构学者weizssacker在20世纪对全球经济发达国家提出的脱钩目标, 即将利用效率提高4~10倍, 以实现资源消耗与经济增长的脱钩, 并建立了脱钩评价指标。并根据脱钩指数值, 将资源消耗及废物排放与GDP的脱钩程度分为3个等级:绝对脱钩、相对脱钩和未脱钩。脱钩理论最早被运用于农策与市场均衡的相互关系, 后来被引入了环境资源领域。现在脱钩指数已经被广泛运用于环境保护、能源和生态等领域。本文所希望探讨的是企业环境信息披露是否与当地经济增长对水资源的依赖程度有联系, 而脱钩指数正是可用于衡量经济增长与水资源关系的指标。没有直接用于微观层面的脱钩指数研究, 作者回顾前人的研究成果, 为脱钩指数在本文的运用奠定基础。研究脱钩问题的先行者是德国Wuppertal研究所的Weizs cker和SchmidtBleek, 他们在20世纪末就分别针对全球和发达国家提出了脱钩目标——全球和发达国家资源利用效率在50年内分别提高4倍和10倍, 以实现资源消耗与经济增长的脱钩。陆钟武、王鹤鸣根据IGT方程和Ie GTX方程, 分别导出资源脱钩指数和排放脱钩指数, 并分成绝对脱钩、相对脱钩和未脱钩, 描绘出资源脱钩曲线图, 在对中美两国的能源消耗和SO2描绘曲线图后, 得出经济增长较快的国家很难达到较高的脱钩指数的结论。单位GDP环境负荷下降率与GDP年增长率的合理匹配, 是建设资源节约型、环境友好型社会的关键。

脱钩指数根据OECD相关报告, 以下概念得到比较广泛的认同:在一定时期内, 当某种资源消耗的速度或者某环境指标恶化的速度或某种环境压力指标的变化速度小于经济增长的速度, 则认为是相对脱钩或者弱脱钩;在经济增长过程中, 资源消耗总量在减少、环境质量在改善、环境压力在降低时, 则表现为强脱钩, 本文运用此概念构建脱钩指数公式为:

DI=EPIn/DFIn

其中, DI为脱钩指数, EPI为对应年度污水排放增长指数, DFI为对应年度GDP增长指数。当DI大于或等于1时, 表明经济增长对水资源的污染依赖程度很高, 经济增长要付出的环境代价较高, 即未发生脱钩, 处于耦合状态。当DI大于0且小于1时, 表明污水排放量增速低于经济增长速度, 处于相对脱钩的状态。

三、案例分析

以新疆为例, 探究其经济发展与水资源的脱钩程度。通过脱钩指数的定义, 可以根据水污染排放量与经济总产值的数据计算出新疆各年水资源脱钩指数, 首先以2004年为基期, 计算出各年度增长指数, 将各年度污水排放量增长指数除以GDP增长指数即可得出水资源的脱钩指数, 结果如表1。 (表1)

通过表1可以看出, 新疆污水排放量呈现出逐年增长的态势, GDP指数也是呈现上升的趋势, 这符合我国经济发展的趋势, 随着经济的增长, 水资源的消耗量逐渐增大, 同时污水排放量会相应增大, 经济的发展离不开水资源的消耗, 但是新疆的经济发展在多大程度上是以水资源污染为代价的?2005年水资源脱钩指数为0.9112, 在2006年有了较大的下降幅度, 下降至0.7758。通过表1可以看出水资源的脱钩指数在逐年下降, 下降幅度在不断增大, 自2008年以来, 脱钩指数处于一个较低的水平, 这说明新疆在取得经济发展的同时, 也意识到了水资源环境的重要性, 政府加大了环保力度, 提倡企业绿色生产, 各行各业对环境的日益重视, 使得水资源的利用更加合理高效, 新疆在经济发展的同时也注重水资源的保护与高效利用, 从而水资源的脱钩呈现出相对脱钩状态, 即新疆的经济增长对污染水资源的依赖程度在逐渐下降, 在一定程度摆脱了依靠牺牲水资源环境为代价的发展模式。这与我国提出的经济转变发展方式是离不开的, 国家提出的绿色生产, 建设资源节约型、环境友好型社会的政策深入各行各业, 环保部门的监督、企业污染行为的自我约束, 民众环保意识的提高, 使得新疆的经济发展朝着又好又快的健康可持续发展道路迈进。

四、结论

新疆经济产业多元化, 以消耗环境资源为主的能源结构在一段时间里继续保持, 需求压力导致资源压力, 资源压力加剧环境压力.目前我国面临继续出现扩张性复钩的危机, 以及未来更大的资源、环境压力, 必须采用“节能优先, 效率为主”的能源政策, 加强可再生能源的开发利用, 对高新技术产业进行扶持, 高耗水、高污染产业进行严查, 并帮助其向清洁高效绿色产业转型。经济增长与脱钩指数的关系在不同的情况下会产生不同的结果, 因为研究范围和所研究地区的经济增长水平, 主要支柱产业以及政府政策、区域居民环保意识等多种因素影响。水资源因其公共物品的特性, 经济社会中的理性人在无约束的情况下考虑的是如何使自身利益最大化, 就此出现环境的外部性。因此, 政府出台相关环保政策、规章制度等都会有利于水资源发生脱钩。脱钩指数为经济增长与环境之间建立了一条可见的桥梁, 能够定量的刻画出环境与经济之间相互依托的关系。通过水资源的脱钩指数可以为当地水资源管理部门提供建议, 为今后的相关脱钩理论提供参考。

参考文献

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[3]张蕾, 陈雯等.长江三角洲地区环境污染与经济增长的脱钩时空分析[J].中国人口·资源与环境, 2011.3.

一种实用型起重机吊钩防脱钩装置 篇5

1 现有吊钩防脱钩特点

图2为防脱钩装置, 是目前最为普遍的防脱钩装置。该装置首先将封板的轴铰接于吊钩的钩颈处, 然后靠弹簧的扭力将封板紧靠于吊钩, 达到防脱钩的作用。当需要取出索具时, 人为压下封板使封板与吊钩产生一定的间距, 将索具取出即可。这种防脱钩装置的优点是结构简单, 成本低廉, 但也存在一些缺点, 如当取出索具时要人为克服弹簧的扭力, 尤其是大吨位的吊钩, 比较费力[2] (见图1) 。

2 一种实用型吊钩防脱钩装置

1) 该装置采用重力杠杆原理, 以长杆的重力将封板与吊钩封闭, 正常情况下封板与吊钩是永远闭合的, 打开时只需逆时针方向克服长杆与封闭之间的重力差即可 (见第88页图3) 。这样打开封板的力远小于现有吊钩防脱钩装置克服弹簧的扭力。

2) 市场上的防脱钩封板多数采用1 mm的铁板冲压而成。由于起重机在使用过程中经常碰撞, 封板容易变形、脱落, 失去原有的作用。该实用型防脱钩装置采用2 mm的铁板, 不易变形, 而且封板与长杆之间互相独立, 需更换时只更换封板即可。

3 结束语

综上所述, 经过改进的吊钩防脱钩装置, 结构简单, 制作方便, 又符合起重机吊钩的防脱钩要求。经过试验, 起重机使用单位反映效果良好, 强度高, 经久耐用, 值得推广。

参考文献

[1]国家质量监督检验检疫总局.TSG Q7015—2008起重机定期检验规则[S].北京:新华出版社, 2009.

脱钩理论 篇6

目前, 广大学者以脱钩分析工具研究经济增长与资源环境消耗之间的关系, 开展了卓有成效的研究[1—5]。在“脱钩”概念出现之前, 人们研究经济增长与资源环境关系主要是从环境库兹涅茨曲线入手的, 在研究方法上, 经典环境库兹涅茨方法仅能够识别经济增长速度与环境污染速度之间的关系, 难以有效识别环境与经济矛盾所处的具体阶段。而脱钩分析工具则能够在众多复杂的关系现象中识别环境矛盾的主要方面[5], 从而提供生态与经济脱钩的实时动态指标。为系统分析近10年来南京市经济发展与大气环境污染的脱钩关系, 应用脱钩分析工具, 评价了2003—2012年南京市工业增长与大气环境污染的脱钩状态, 提出了实现工业增长与大气环境污染脱钩的对策措施, 以期对南京城市可持续发展提供借鉴。

1 脱钩分析工具

脱钩 (decoupling) 一词源于物理学领域, 表示具有相应关系的两个或多个物理量之间的相互关系不再存在。在资源环境领域, 目前较为广泛引用的是经济合作与发展组织 (OECD) 提出的脱钩概念, 即经济增长时物质消耗和环境污染并不同步增长, 而是略低甚至开始呈下降趋势。脱钩理论认为, 经济发展与资源利用、环境压力之间的关系表现为两种:其一是对资源利用和环境压力随着经济的发展而增加;其二是对资源利用和环境压力并没有随着经济的发展而增加, 甚至还会减小。第一种关系称之为“耦合关系”, 第二种关系称之为“脱钩 (解耦) 关系”[6]。

芬兰未来研究中心教授 (Petri Tapio) 在一项有关交通与GDP脱钩分析中提出弹性分析方法[7], 根据“环境库兹涅茨”假说的相关理论基础, 引入弹性概念构建脱钩指标, 提出了“脱

钩弹性”概念, 推动了脱钩指标体系的完善, 将脱钩指标细分为连接、脱钩和负脱钩三种状态。再根据不同脱钩弹性值, 即以某一弹性值作为脱钩状态界定, 进一步细分为弱脱钩、强脱钩、弱负脱钩、强负脱钩、增长负脱钩、增长连接、衰退负脱钩、衰退连接八种类型, 完善了脱钩体系。Tapio脱钩模型是目前研究经济与环境脱钩关系的最主要研究方法[5], 克服了OECD脱钩模型在基期选择上的困境, 采用弹性模型动态地反映变量间脱钩关系, 公式如下

式 (1) 中, Rj为第j年经济增长与污染排放的脱钩指数, ΔD为污染排放的变化率, ΔG为经济增长的变化率, Dj和Di分别为考察期年末和年初污染排放量, Gj和Gi分别为考察期年末和年初经济增长量。

根据Tapio定义的8种状态含义, 经济增长与环境污染的脱钩状态, 可归纳为表1。

2 脱钩实证分析

2.1 研究区概况

南京市地处长江中下游东部苏、皖两省的交界处, 江苏省西南部, 地理位置在31°14'N~32°37'N, 118°22'E~119°14'E, 是江苏省省会, 长江三角洲的副主城市, 辐射带动中西部地区发展的重要门户。南京市下辖11区, 全市总面积6 582.13 km2, 2012年末, 全市常住人口为816万, 地区生产总值为7 202亿元, 第一、第二和第三次产业比重为1.9∶42.6∶55.5, 目前已形成以电子信息、石油化工、汽车制造、钢铁四大产业为支柱的工业产业结构体系, 重化工业产值占全市规模以上工业产值的34.9%。2012年, 在工业总产值中, 石化和钢铁两大产业合计占比达41.4%, 两大产业耗煤占工业煤炭消耗总量54.6%, 两大产业排放的SO2占工业SO2排放总量的61.2%。南京市主要大气污染物排放量及排放强度在全国副省级城市中均居于前列, 按照最新颁布的《环境空气质量标准 (GB3095—2012) 》评价, 2012年, 南京市空气优良天数为203 d, 大气环境形势十分严峻。

2.2 数据来源

本研究数据来源于2003~2012年《南京市统计年鉴》、《南京市环境统计》和《南京市环境质量报告书》。考虑评价因子的科学性、代表性和可获取性, 并结合南京市特点, 研究中经济增长因子使用工业增加值而不使用文献中使用较多的GDP, 避免因经济增长被放大而导致工业污染物脱钩状态信息失真;支撑经济发展和影响大气环境污染的指标选取工业煤炭消费量, 大气环境污染因子选取废气、工业二氧化硫和工业烟尘排放量以及SO2、NO2的排放浓度。由于氮氧化物“十一五”之前未列入环境统计, 而且氮氧化物排放量受工业产业和机动车排放双重影响, 因此本研究未将其纳入评价因子。

2.3 结果与分析

利用南京市近10年工业经济增长和大气环境污染统计数据, 根据式 (1) 和表1, 计算了工业经济增长分别相对工业燃煤消费量、废气排放量、工业二氧化硫和工业烟尘排放量以及二氧化硫、二氧化氮浓度的脱钩弹性指数, 如表2、表3、图1所示。

由表2、表3和图1可见, 近10年南京市工业增长与大气环境污染脱钩状态呈现以下特征。

(1) 南京市工业经济增长与大气环境污染的脱钩关系只有强正脱钩 (A) 、增长弱脱钩 (B) 、增长连接 (D) 、增长强连接 (F) 四种情形, 说明近10年南京工业经济增长处于持续增长状态, 平均增幅达14.8%, 未出现衰退现象, 表现出工业经济良好的发展势头。

(2) 从各项大气环境污染因子脱钩状态来看:工业煤炭消费量2009年之前均为增长弱脱钩, 但在2010年和2012年分别出现增长强连接和增长强连状态, 工业煤炭支撑工业经济增长明显, 可能的原因是2008年全球金融危机, 2009年中国政府出台四万亿的财政刺激政策, 对全国各地经济增长影响较大;废气排放量2008年后出现增长连接和增长强连接, 2008年前均为增长弱脱钩;工业SO2排放量处于强正脱钩和增长若脱钩状态;工业烟尘排放量总体处于强正脱钩和增长弱脱钩状态, 2011年出现增长强连接状态;SO2浓度总体处于强正脱钩和增长弱脱钩状态, 但在2004年和2006年出现增长强连接状态, 可能与SO2减排刚起步, 减排效果尚未显现;NO2浓度总体处于强正脱钩和增长弱脱钩状态。

(3) 从“十五”末 (2003~2005年) 、“十一五” (2006~2010年) 和“十二五”初 (2011~2012年) 三个时期来看, 南京工业经济增长与煤炭消费及污染物排放的脱钩状态评价显示, “十一五”时期最好, “十二五”时期次之, “十五”期间较差。可能的原因是“十一五”期间, 国家提出污染物减排的刚性要求, 南京市大力实施大气污染物的工程减排、结构减排和管理减排, 顺利完成了污染减排目标, SO2和COD排放总量分别在2005年的基础上削减9.2%和17.2%。而“十五”期间, 南京市工业发展较为粗放, 污染控制水平较低, 尚未进行污染减排考核。进入“十二五”期间, 工业增加值持续攀升, 南京市提出煤炭总量控制战略目标, 要求到2015年煤炭消费总量控制在3240万吨以内, 但是由于重化工业发展路径依赖较强, 导致近两年煤炭消费量居高不下, 煤炭消费和废气排放量尚未完成与工业经济增长的脱钩。虽然大气主要污染物排放已基本实现脱钩, 但是, 从横向对比来看, 2012年南京市空气优良率与15个副省级城市和4个直辖市比较, 南京处于第15位;与13个省辖市比较, 南京处于第12位, 大气环境形势依然非常严峻。

3 结论与讨论

应用脱钩分析工具, 评价了2003~2012年南京市工业增长与工业煤炭消费量、废气排放量、工业二氧化硫和工业烟尘排放量以及SO2、NO2浓度的脱钩弹性状态。结果显示, 近10年来, 南京市工业经济增长与SO2和工业烟尘污染排放和SO2、NO2浓度基本实现脱钩, 但与工业煤炭消费和废气排放量尚未完全脱钩;从最近3个五年规划时期工业经济增长与大气环境污染的脱钩状态来看, “十一五”时期最好, “十二五”时期次之, “十五”期间较差。

为了更好的实现南京经济发展与大气环境污染脱钩, 提出建议如下。

(1) 坚持走绿色、低碳、环保的产业发展之路, 优化调整产业结构, 大力发展循环经济、低碳经济, 促进产业生态化、生态产业化, 加快建设绿色低碳环保的现代产业体系, 实现产业绿色转型。把化工、钢铁、水泥等传统产业作为提速转型升级的突破口, 瞄准高端化、绿色化的产业定位, 在技术、节能、效益上, 在产品、市场、服务上, 在环保、安全、和谐上追求国内领先, 使南京逐步由生产基地向服务基地转型。

(2) 严控煤炭增量, 建立健全能源消耗强度与能源消费总量“双控”制度。建立煤炭消费总量预测预警机制, 对煤炭消费总量增长较快的重点行业和企业进行预警调控。电力、钢铁、水泥不再新增产能, 不再批准新建增加煤炭用量的项目。实施区域集中供热, 关停集中供热覆盖范围内的生活和工业锅炉, 推进集中供热覆盖范围外的燃煤锅炉清洁能源改造。到2020年, 煤炭消费量控制在3240万吨以内, 煤炭消费量占一次能源消费的比重下降至50%。

(3) 大力实施蓝天计划。全面整治工业废气、工地扬尘、机动车尾气、三产油烟、秸秆焚烧等大气污染。加强工业废气污染治理, 对重点工业集中区, 采取集中治污、关停并转、搬迁置换、生态防护等措施进行综合治理。坚持推行“绿色施工”标准, 大力提高道路机扫率, 实现扬尘的有效控制。深入治理机动车污染, 深化区域限行和高污车辆淘汰更新措施, 发展绿色公交和推广清洁燃料。实现大气污染物排放总量的显著下降, 灰霾减少、蓝天增加、空气清新、群众满意的目标。

经济发展与环境污染脱钩分析工具需要进一步完善, 脱钩评价因子的选择以及脱钩状态的界定的科学性有待进一步探讨。大气环境污染是一个复杂的过程, 并非由GDP增长单一因素引起, 因此如何有效地量化剔除其他因素值得进一步研究。在不同脱钩临界值下, 同一时期的脱钩状态可能不一样, 具有相对性、动态性, 须合理界定脱钩弹性临界值, 划分脱钩状态。在今后的研究中, 需要精确确定大气环境污染的驱动因素, 合理界定脱钩的不同状态及临界值, 以便更加科学测度经济增长与大气环境污染的脱钩状态及关系, 为使经济增长与大气环境质量改善“双赢”提供理论指导与方法实践。

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脱钩理论 篇7

为了积极应对气候变化以及在经济发展中出现的环境问题，中国政府制定出了相关的政策和目标，在《中华人民共和国国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要》提出了“十三五”期间能源消费总量要控制在50亿吨标准煤以内，单位国内生产总值能耗、二氧化碳排放量分别下降15%、18%，完成对国际承诺的减排任务。尽管中国在能源消耗降低、能源效率提高等方面有了一定的成果，但是由于中国经济迅猛发展，能源消费和二氧化碳排放总量仍在上升(1)。

在全球积极应对气候变化的大背景下，中国国内也开展了大量的相关研究。孙耀华、李忠民(2011)对1999—2008年各省区的碳排放与经济增长之间的脱钩关系进行了研究，认为这10年我国绝大部分省区经济增长与碳排放之间呈现弱脱钩状态(2)。张晓燕（2014）基于脱钩理论对西北地区能源消费、碳排放与经济发展的关系，发现能源消耗的GDP弹性与碳排放的GDP弹性的趋势基本一致，且大部分年份都属于弱脱钩(3)。郝丽（2014）根据IPCC提供的碳排放的计算方法，统计得出陕西省能源消耗碳排放量、不同产业的碳排放量，运用Tapio模型，分析碳排放与经济发展的脱钩状态总体呈现出弱脱钩状态，第二产业碳排放量占碳排放总量的65%左右(4)。苗睿等（2014）分析1990—2012年经济增长与能源消耗的脱钩程度，发现能源强度呈现倒“U”趋势，得出结论：要实现绝对脱钩，就要做到提高能源的利用率，转变经济发展方式，调整产业结构(5)。

云南省是全国首批低碳试点省份，虽然水能、煤炭资源比较丰富，但是由于处于工业化发展时期，因此，对以煤炭为主的能源消费需求将持续增加，从而将导致云南省碳排放量的不断上升。本文基于区域层面，通过对云南省1980—2014年的经济增长与能源消费碳排放之间的关系进行分析，以期为制定合理的减排政策和措施提供参考。

二、研究方法与数据处理

（一）脱钩研究方法

脱钩的类型划分方法有很多，根据OECD的分类方法，可以把经济增长与碳排放的脱钩状态分为绝对脱钩、相对脱钩和未脱钩3种类型(图1)。其中，相对脱钩是指经济增长的同时，能源消耗碳排放量是保持不变或是下降的；相对脱钩是指经济增长率和碳排放的增长率均为正值且碳排放的增长率小于经济增长率的情形。

目前脱钩分析的基本模型主要有2种，分别为基于期初值和期末值的OECD脱钩模型和基于增长弹性变化的Tapio脱钩分析模型。Tapio脱钩模型克服了OECD脱钩模型期初期末值选定的敏感性或极端性的数值而导致计算偏差，提高了脱钩关系测量精度的准确性。因此，该研究采用Tapio脱钩模型分析能源消耗碳排放与经济发展的脱钩状态。根据GDP增长变化（△GDP）、碳排放变化（△C）和能源消耗碳排放的GDP弹性三个指标，分析云南省2003—2014年能源消耗碳排放与经济发展的脱钩情况。计算方法为：

式中，E(E,GDP)为能源消费的GDP弹性，与能源利用率、能源结构等因素相关；E(C,E)为碳排放的能源消费弹性，与产业结构、减排技术生产效率有关；E(C,GDP)为能源消耗碳排放的GDP弹性，△GDP、△E、△C分别表示GDP增长率、能源消费总量的增长率、碳排放增长率。关于能源消耗碳排放的计算，本文采用的IPCC提出的计算方法。碳排放系数通过《省级温室气体排放清单》计算得出。

（二）数据处理

中国实行的是五年规划，因此本文以五年为一个时间段来进行分析，选取了云南省1980年、1985年、1990年、1995年、2000年、2005年、2010年、2014年八年的相关数据。能源消费量、GDP等指标的数据来源于《云南省统计年鉴》，其中生产总值是以2005年为不变价格。

三、Tapio脱钩研究分析

云南省能源消耗碳排放量总体上是不断上升的，从1980年的2007.1705万t CO2增长到2010年的16367.4104万t CO2，但是在2014年下降为15720.0963万t CO2。在脱钩方面，从表2可以看出，除2000—2005年的能源消耗碳排放与经济增长呈现的是未脱钩状态，即碳排放的增长幅度高于经济增长的幅度，其余年份均表现为相对脱钩，甚至2010—2014年呈现的是绝对脱钩状态（见表1、表2）。

注：生产总值以2005年为不变价格。

1980—2000年的经济发展与能源消耗碳排放表现为相对脱钩状态，即经济增长的速度高于碳排放的增幅。改革开放以后，云南省进入了一个新的发展时期，在1980—2000年，特别是“八五”期间，经济发展与能源消耗碳排放脱钩最为显著，其碳排放的GDP弹性值为0.3796，经济增长的速度明显高于碳排放的增速。在这期间，云南省出台了相关政策，对经济体制进行改革，促使产业结构升级，用先进的科学技术指导国民经济的战略产业，从而使经济快速增长的同时，减少了对环境的压力。

2000—2005年碳排放的GDP弹性是1.4896，是1980—2010年期间出现的最大值。虽然经济增长率较上一时期增加了1.67%，达到了53.6%，但是能源消耗和碳排放却大幅度增长，能源消耗增长率较上一时期增加了42.54%，达到了73.69%，碳排放的增长率增加了54.42%，达到了79.84%，导致了经济发展与碳排放呈现未脱钩状态。出现这种情况的原因是房地产市场的迅猛发展，2004年是云南省房地产业自99世博会以来增长最快的一年，各月投资增幅（2月份除外）均超过35%，而建筑业是一个高耗能、高排放的产业，导致能源消耗和碳排放量的急速增长，使得这几年的碳排放与经济增长表现为未脱钩状态。

2005—2010年云南省的碳排放与经济发展出现相对脱钩，相较于2000—2005年，碳排放的GDP弹性大幅度降低，由弹性值1.4896下降到0.5077。为全面落实科学发展观，加强和改善宏观调控，引导社会投资，促进工业产业结构优化升级，2007年云南省政府出台了《云南省人民政府关于印发云南省促进工业产业结构调整实施意见的通知》，为云南省的产业调整指明了方向。因此，产业结构的变化是造成碳排放与经济发展脱钩的因素。2008年是奥运年，云南省政府响应国家号召，提倡绿色奥运，减少碳排放，与此同时，积极发展第三产业，特别是旅游业，云南旅游业通过宣传促销、区域合作、市场整治等措施，使2008年的旅游业总收入达到663.3亿元，成功跃上650亿元的新台阶。

2010—2014年，碳排放的GDP弹性是负值，呈现为绝对脱钩状态。在此期间，云南省政府出台措施：调整优化能源结构，合理控制能源消费总量，促进煤能源清洁高效利用，加强农村清洁能源利用。推进“森林云南”建设，加强林业碳汇建设。培育壮大战略新兴产业。这些措施为碳排放与经济增长的绝对脱钩提供了强有力的政策保证。虽然2014年的E(C,E)的数值是负值，即在这一年，能源消费总量依然是持续增长的，但碳排量却是下降的。经分析可知，是因为煤炭消费比例大幅度减少。由此可见，这几年的能源消耗碳排放与经济发展呈现绝对脱钩状态主要是因为政策调控和能源结构变化导致，但是在减排技术方面，也有了明显的效果。弹性值根据表2资料，绘制1980—2014年云南省GDP与能源碳排放脱钩弹性（图2），结合中间变量来分析。

从图2可发现，碳排放的GDP弹性与能源消费的GDP弹性总体上的变化趋势是基本一致的，我们认为能源消耗碳排放与经济发展的脱钩主要是由于能源消费与经济发展的脱钩造成的。这其中主要是依赖于能源效率的提高，产业结构的调整。这个结论也对应了我们上面分析的结果，即云南省产业结构的变化是导致经济增长与能源消耗碳排放呈现相对脱钩的原因。总体上来看，碳排放的能源消耗弹性是高于能源消耗碳排放的GDP弹性，除了2010—2014年碳排放的能源消费弹性值是负值，其余年份大致是在1.0左右，说明了碳减排技术还不是很高，这与云南省以煤炭为主的能源消费结构相关。

综合来看，云南省的能源消耗碳排放与经济发展基本上处于相对脱钩的状态。促使二者呈现此状态的主要原因是能源结构的变化，产业结构的变化以及能源利用率的提高，减排技术还是处于比较低的水平，发展比较缓慢。

四、结论和建议

1980—2014年期间，云南省的能源消耗总量和能源消耗碳排放量在不断增长，但是增长幅度是呈下降趋势。能源消耗碳排放的GDP弹性呈现不规则的变化趋势，在1980—2000年，弹性值是介于0～1之间，表现为相对脱钩状态；在2000—2005年之间达到最大值，出现了未脱钩的状态；在2005年之后，弹性值是呈不断下降的趋势，甚至在2010—2014年出现了绝对脱钩，达到了理想中的状态。而在这期间，2014年的碳排放的能源消耗弹性是负值，说明减排技术有了一定的提高。

通过上述的脱钩结果分析，可以得到如下建议：第一，云南省政府应加大对能源调整的规划，发挥云南省的地理优势，开发清洁能源。同时提高能源的利用率，加强对能源碳排放的控制力度。第二，调整产业结构，促使产业升级。发展低耗能、低排放和高附加值的产业，大力发展信息产业、文化产业、节能环保产业等新兴产业；走新型工业化道路，以信息化带动工业化，以工业化促进信息化。第三，把减排作为重中之重，发展低碳经济，建立低碳产业体系，把低碳意识融入生活的方方面面。

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