化石能源清洁利用成果-中国能源研究

化石能源的清洁利用，包括能源开采、加工转化、运输过程的清洁化，也包括使用消费中的清洁化。由于能源生产与消费对环境的影响属于外部化问题，因此，化石能源的清洁利用不仅是技术问题，而且是经济制度安排问题。本章将从技术与制度两个方面讨论如何实现化石能源的清洁利用。煤炭是我国的主要能源，化石能源清洁利用主要是指煤炭的清洁利用。

化石能源清洁利用包括能源从开采到消费，再到排放物回收整个过程的污染物控制。由于能源生产与消费各个环节对环境影响的方式不同，化石能源的清洁利用技术也具有较强的针对性。

一、化石能源对环境的负面影响

我国煤矿开采主要以地下开采为主，多年来，煤炭大量开采造成的矿井采空区地表塌陷，威胁着生态环境。对地面、地下工程和土地资源造成破坏。由于地表塌陷或沉陷，我国东部平原地区矿区土地大面积积水受淹或盐渍化，西部矿区水土流失和土地荒漠化加剧，并诱发山体滑坡、崩塌和泥石流等地质灾害，给矿区群众生命财产和公共财产造成了巨大损失，已成为影响我国全面建设小康社会、区域经济协调发展、社会安定和经济社会可持续发展的重要制约因素。据不完全统计，迄今为止，平均每开采1万吨煤炭塌陷农田0．2公顷，平均每年塌陷2万公顷。开采造成水资源的污染对生态环境的影响也量大面广，平均每开采1吨原煤需排放2吨污水。此外，据报道，由于煤炭开采方法不科学，导致西部产煤区的煤炭自燃现象十分严重，大量的煤烟和有害气体直接排放进入大气中。

能源生产加工过程中的固体废弃物排放主要来源于煤炭行业，而煤炭行业的固体废弃物污染主要是煤矸石污染。我国煤炭资源分布较广，据统计，2002年底我国的煤矿多达8万余个，分布在1349个县，全国平均每产1吨煤就产生0．13吨煤矸石，山西省一省每年的煤矸石排放量就高达3000余万吨。仅仅是煤的开采就不仅给矿区，而且给整个国家的环境造成严重的污染。目前我国煤矸石累计存量近40亿吨，累计占用土地近6．5亿公顷。煤矸石是我国排放量最大的工业固体废弃物，目前我国煤矸石的综合利用率仅为54%左右。提高煤矸石利用率能减少煤矸石氧化、自燃产生的大气环境污染，减少对水体、土壤的污染。

能源对大气环境的负面影响更多是在加工转换阶段及消费过程中产生污染物所致。据估计，全国85%的二氧化碳排放、74%的二氧化硫排放、60%的氮氧化物排放以及大气中70%的烟尘都是燃煤造成的。目前电煤消耗占全国煤炭产量的一半左右，二氧化硫排放量占到全国排放量的一半以上，烟尘排放量占到工业排放量的33%，占全国排放量的20%，产生的灰渣占全国的70%。此外，能源消耗会产生大量的二氧化碳温室气体，从而造成全球变暖的严重后果。根据BP公司的数据，中国2008年二氧化碳排放68．965亿吨，超过美国成为世界第一大二氧化碳排放国，二氧化碳排放量占世界的21．8%。相对于2000年，中国2008年二氧化碳排放量增长了103．8%，远远超过24．7%的世界平均水平。在温室气体的危害已经得到世界各国认可并采取一致行动的背景下，中国面临着巨大的温室气体减排压力，在保持经济较快发展的同时控制温室气体排放是一项非常艰巨的任务。

二、化石能源清洁利用技术

降低能源加工转换和消费过程中的污染物排放或者污染物捕捉，已有多种较为成熟的技术。洁净煤技术（CCT）最早是美国学者在1985年提出的，目的是解决美国、加拿大边境的酸雨问题。洁净煤技术是在煤炭开发和利用过程中，减少污染和提高效率的煤炭加工、燃烧、转化和污染控制等一系列新技术的总称，是使煤作为一种能源应达到最大限度潜能的利用而释放的污染控制在最低水平，实现煤的高效、洁净利用目的的技术。通过加工减少煤的硫分、灰分；通过洁净、高效的燃烧可显著减排大量的二氧化硫及一定量的二氧化碳；通过转化可把煤转化为清洁的液体、气体燃料，使煤炭得到清洁的利用。洁净煤技术是一个庞大的技术体系，基本上涵盖了煤炭高效清洁开发利用的全过程，即煤的燃前技术、煤的燃中技术、煤的燃后技术、煤的转化及煤层气利用以及煤系废弃物处理和利用技术五部分。具体包括：煤的洗选、型煤、动力配煤、水浆煤、煤气化联合循环发电技术（IGCC），煤的气化、液化、焦化、燃料电池与磁流体发电技术，烟道气净化和开发利用煤的流化床和循环流化床燃烧技术以及先进的粉煤燃烧器技术等。

我国洁净煤技术研究起步于20世纪70年代末，与发达国家相比，技术开发和应用水平还比较低。随着我国政府对能源、资源和环境问题的日益重视，洁净煤技术作为传统化石能源清洁化利用的一项重要技术手段，是能源工业发展的战略重点。洁净煤技术可以有效地提高效率、减少污染，实现保护环境、节约能源、合理利用资源、减少煤炭开发与利用中的二次污染，改变煤炭生产的单一产品结构。据预测，到2020年，应用洁净煤技术可以减少煤炭需求2亿吨，并且相应降低污染物排放。

1．煤的燃前技术

（1）选煤。这是合理利用煤的前提，是减少大气污染物排放的最直接、最现实的途径，是节能、减少无效运输和提高经济效益的重要措施，因而选煤是国际上公认的洁净煤技术研究中的首要重点。在所有洁净煤技术中以煤炭洗选最为经济有效，入洗1亿吨原煤一般可减排100万～150万吨二氧化硫，其成本仅为延期脱硫的1／10。煤炭入洗率低除增加运输压力外，更会增加因煤炭燃烧产生的二氧化硫和烟尘等污染物的排放，增加煤炭消费阶段的污染治理投入。尽管十多年来，我国选煤工业得到了较快的发展，但是我国原煤入洗率2006年仅为33%，远低于国外55%～95%的水平。[1]

近年来，国内对选煤技术的研究方面取得了一定的突破。煤炭科学研究院总院唐山分院研制了复合式干法分选机，其性能优于风力跳汰和风力摇床。我国矿冶大学成功地实现了空气重介质流化床干法选煤技术的工业化，在黑龙江建成了世界上第一座空气重介质流化床干法选煤厂，是选煤技术的一次重大突破。我国工程院的陈清如院士等研制的50吨／小时空气重介质流化床干法选煤即可处理50～60毫米级原煤，偏差值可达到0．05～0．07，数量效率大于等于90%，适合于各煤种的分选，可选精度可与湿法重介质相媲美，技术水平处于国际领先地位，适用于干旱缺水、严寒地区，具有广阔的应用前景。

（2）型煤。这是将粉煤或低品位煤加工成一定形状、尺寸和有一定理性化性能的煤制品。型煤的节能率和环境效益十分显著，近年来我国型煤技术的开发应用取得了较大的进展。目前民用型煤加工技术日臻完善，已处于国际领先水平，年生产能力达50兆吨。无烟煤下点火蜂窝煤得到全面推广，烟煤、褐煤上点火蜂窝煤消烟技术也取得了突破。在工业型煤方面，北京煤化所研究开发了优质化肥造气用型煤、煤气化用煤泥防水型煤、发生炉及工业窑炉型煤等多项型煤技术；我国矿冶大学北京研究生部在合肥建成了年产15万吨型煤的生产线，为大型Ф3600毫米水煤气两段炉提供合格的优质型煤，生产城市煤气。

洁净型煤是目前唯一能全面控制煤烟中六种污染成分的技术，投资小、加工费用低，有明显的节能效益，适用性广，不用改炉而且是难得的能盈利的大气污染治理技术。我国矿冶大学北京研究生部主持完成的第三代洁净型煤技术，采用独特的“破黏、增黏”技术，突破了型煤的高效无烟燃烧、高效固硫、低烟尘低NOx排放、致癌物分解等技术关键，通过调整改变型煤的多数煤质指标，实现了型煤的多样化、专业化和系列化，建立了型煤工艺参数测定评价成套方法。研制出高性能／价格比的型煤系列专用设备、超短型煤工艺流程以及由工业废弃物制成的廉价添加剂。生产流程比国外缩短1／10～1／2，建厂投资和加工费用分别只有国外的1／8～1／5和1／10。

燃用民用型煤与原煤散烧相比，烟尘减少40%～60%，一氧化硫减少80%，加固硫剂后二氧化硫排放量减少40%～60%，烟气黑度达到林格曼1／2级以下，可节煤20%。燃用工业型煤与原煤散烧相比，烟尘减少50%～60%、一氧化硫减少70%、NOx减少25%、二氧化硫排放量减少40%～60%，可节煤15%。

（3）水煤浆。这是20世纪70年代兴起的新型煤基液体燃料，是用一定细度的煤粉与水混合而成，具有一定的稳定性和流动性，可长距离泵送的浆状清洁煤炭产品。水煤浆产品分为高浓度水煤浆、中浓度水煤浆、煤泥水煤浆及精细水煤浆等。水煤浆技术包括从原煤处理至能源转换的全过程，主要有水煤浆的制备、装卸储运、燃烧及环境保护技术四个部分。

1．8～2．1吨水煤浆可代替1吨原油，当燃料油与水煤浆的比价大于2．25时，水煤浆在经济上就有竞争力。燃用水煤浆可使燃烧效率提高5%～10%，能耗降低约20%。水煤浆由精煤制成，硫分、灰分及有害物质含量远低于常规动力煤。水煤浆采用低温燃烧工艺，可以减少和控制二氧化硫的生成。据实测，电厂烧水煤浆与原煤相比，二氧化硫可减排60%以上。水煤浆技术还为全国每年1000多万吨煤泥找到了出路，既可提高煤炭资源利用率，又可减少环境污染。水煤浆一般要经过精细磨制，其燃烧效率达到98%以上。

我国水煤浆技术开发于20世纪80年代初，已掌握了一整套的生产实用技术，迄今已建成总能力为100万吨／年的6个制浆厂，2个添加剂厂，3个覆盖制浆、储存和管道输送、锅炉和炉窖燃烧全过程的水煤浆实验研究中心，还建立了我国水煤浆成浆性数据库，并建成多个商业性示范工程，已具备工业性应用的条件。山西盂县至潍坊年运量500万吨水煤浆输送管道已开始建设。鲁南化学工业集团公司在引进国外软件的基础上，立足国内，解决了用普通褐煤、烟煤造气的世界性难题。在水煤浆气化方面，拓宽了用煤范围，突破了气化炉只能烧单一煤种的局限。目前适用的煤种已达十几个，使产气量有了很大的提高，合成氨生产强度提高30%以上。在我国自主开发的世界上第五套“水煤浆加压气化及气体净化制合成氨装置”中，水煤浆气化装置国产化率达90%以上。

2．煤炭高效洁净燃烧

（1）流化床燃烧技术。这是近年来国际上竞相发展的第一代洁净高效燃烧技术，可利用的煤种多（包括劣质煤），能有效控制污染物排放且无须烟气脱硫装置。可分为泡床（BFBC）和循环床（CFBC）两类，常压（AFBC）和增压（PFBC）两种。

我国从20世纪60年代就开始研究流化床燃烧技术，目前已有泡床3000多台，绝大多数在10吨／小时以下，最大的130吨／小时，燃烧煤矸石。目前国内已建成增压流化床18台，单台容量最大为75吨／小时，220吨／小时的增压流化床正在研制。增压流化床的燃烧温度为850～900℃，热效率可达85%～90%，NOx排放比普通锅炉降低70%以上，采用炉内脱硫，Ca／S＝2时脱硫率超过70%。增压流化床正处于示范阶段。北京煤化所和浙江大学等已合作完成10吨／小时煤泥浆流化床锅炉的燃烧研究，此技术可有效地利用煤泥，减少矿区二次污染。

（2）高效低污染的粉煤燃烧。粉煤燃烧因效率高（燃烧效率可达98%～99%，甚至更高）、设备投资相对较小又能适应我国的众多煤种，因此在相当长的时间内，仍将是电站等大型锅炉主要采用的方式。目前国内外对先进的低污染粉煤燃烧技术十分重视，并已取得了相当大的进展。我国电站锅炉目前主要采用第二代空气分级燃烧的低NOx燃烧器。十多年来我国新型燃烧器研究的重点是稳定燃烧，研究开发成功的低投资和低运行费用的船形粉煤燃烧器采用燃烧区粉煤局部浓缩法，燃烧稳定，可减少NOx排放量30%～60%，而不增加飞灰不完全燃烧热损失，同时几乎不需电厂额外投资。此外，我国还掌握了浓淡型稳腔粉煤燃烧器、煤射流逆向稳燃等技术，对锅炉稳定燃烧、负荷波动、扩大使用煤种、降低NOx排放量等都具有积极作用。另外，我国还引进了美国开发的投资省、污染少的液态排渣多级煤燃烧系统（TRW燃烧器）。

（3）燃煤联合循环发电。该技术包括整体煤气化联合循环发电（IGCC）、增压流化床燃煤联合循环发电（PFBC－CC）和常压流化床燃煤联合循环发电（AFBC－CC）。

目前在世界范围内研究发展了许多先进的洁净煤转化单元技术，但以气化、液体燃料合成、化学品制取、燃气发电为主的多联产概念提出的时间不长，基本处于研发阶段。目前世界上唯一运营的煤多联产系统是南非Sasol，其成功之处在于联产高价值石蜡等化学品，这表明联产高价值化学品是解决煤多联产系统经济性的有效手段。

多联产系统的实质是煤在转化为电的车用燃料等洁净二次能源的过程中，实现化学能源—热能—电能优化利用的集成系统。单一的燃煤发电是将煤的化学能转换为热能再转换为电能，最高能效40%左右；煤气化联合循环发电（IGCC）是将煤的化学能转换为化学能及热能再转换为电能，最高能效45%左右；先进的多联产系统是将煤部分气化（高挥发分煤，提取其中轻质优品和化学品）或全部气化（低挥发分煤）制得合成气／可燃气体，合成气经催化转化制得液体燃料，可燃气体经燃气轮机和燃料电池发电，同时将可燃气体的余热回收推动蒸汽轮机发电，是将煤化学能经洁净得化学能在转换为电能，最高能效可达60%左右。由此可见，煤中化学能经由高能级的化学能转换为电能要比经由低能级的热能转换为电能有着更高的能源转换效率。因此，在Williams2000年世界能源评估报告中指出，电、热、气、甲醇单产与四联产得经济对比，联产投资可减少37%，单位能价下降27%，煤耗下降9．1%。

科学研究和试验验证表明，有整体煤气化联合循环发电和液体燃料合成得煤多联产系统具有更大的优越性，不仅可以实现更高的污染物控制水平，而且可以合理地解决整体煤气化联合循环发电电站的调峰问题。我国目前在整体煤气化联合循环发电、合成油和合成替代燃料方面已具备了一定的技术基础，实现发电与合成的多联产示范装置在不远的将来也是有可能的。此外，煤基多联产不仅通过电力系统与化工流程的有机结合实现煤炭转化过程中化学能和物理能的综合梯级利用，而且也可以为能源系统二氧化碳减排提供契机。

我国整体煤气化联合循环发电的开发与国外相比差距较大。1986年在太原仿制成功Ф2．8毫米鲁奇固定床气化炉，日处理煤120吨，产气1500立方米／小时；还引进了捷克固定床加压气化炉和八套德士古煤气化炉。上海焦化总厂“三联供”工程是一种将燃起—蒸汽联合循环装置与煤气、电热和化工生产联合起来的综合系统。它把煤气化成为中热值煤气，供给燃气轮机、化工过程和城市煤气，其中的发电部分就是整体煤气化联合循环发电装置。煤高效洁净燃烧国家重点实验室正在建设蒸汽产量为35吨／小时的气、热、电三联供示范装置。

3．煤炭转换

无论是作为燃料还是原料，煤的转化利用都要比石油和天然气的转化利用复杂得多，这是因为煤在化学上和物理上是一种非均相的矿石。而我国不仅煤储量最多，而且种类也最多，不同种类煤的性质差别较大。其中难选煤多，高灰、高硫煤的比重大，大部分煤含灰分25%以上，平均17．6%；含硫分2%以上的高硫煤占12．8%，平均含硫分1．11%，西南地区高达2．43%。这种情况增加了我国煤的燃烧转化利用技术的开发难度，相应的基础科学研究问题也自然增多。

（1）煤炭气化。国内气化技术广泛用于冶金、化工、建材、机械等工业行业和民用燃气，以间歇式气化（UGL）、水煤气两段炉、发生炉两段炉等固定床气化技术为主。近年来引进国外的先进技术和装置，如山西化肥厂等引进加压鲁奇炉；鲁南化肥厂等引进德士古水煤浆气化技术；上海焦化厂引进UGAS气化炉。水煤气两段炉或发生炉两段炉也有引进，用于制取工业燃气或城市民用煤气。煤炭科学研究总院北京煤化所在“八五”期间自行设计建立了操作压力为1．0兆帕、Ф300毫米加压循环流化床气化系统，进行了5个煤种的实验研究并为联合循环发电研究提供了工业煤气，成功使用了L阀、气动输送、灰熔聚、飞灰循环等技术。中科院山西煤化所研究开发的灰熔聚流化床粉煤直接气化技术已完成了气化炉直径为1000毫米、规模为24吨／日的中间试验。所建装置累计运行775小时，用煤总计430吨，已经形成完整技术。它具有煤种适用性广，操作温度适中，气化程度高，产品气中不含焦油、含酚量低，核心设备气化炉结构简单，可与联合循环发电大型设备配套等优点。

近年来，国外煤炭气化发展是以流化床、气化床为主的新一代技术。在美国的整体煤气化联合循环发电项目中配套有6种（德士古、CE、Destec、KRW、U－GAS、BG／L）煤气化技术。德士古技术目前运行的单炉容量是1000～1100吨／日，美国建设的示范电站单炉容量已达到2660吨／日；谢尔气化炉在1994年荷兰投入运行的整体煤气化联合循环示范电厂规模达2000吨／日（25．3万千瓦）；高温温克勒技术用于配合建设30万千瓦整体煤气化联合循环电站。

（2）煤炭液化。化石能源的转换是实现能源替代的一种方式。如“煤转油”、煤炭转化成甲醇、二甲醚、醋酸／酸酐。“煤转油”主要是指煤炭通过直接液化或间接液化转化成石油。自20世纪70年代以来，美、欧、日等进行了大量煤炭直接液化技术研究，开发出多种工艺，规模从实验室小试到每天数百吨级的中试。1996年7月在日本鹿岛建成并投入运行150吨／日NEDOL工艺中试厂，20世纪80年代美国建设了600吨／日H－COAL工艺装置等。美国开发出高性能液化催化剂。

南非于20世纪90年代前利用F－T合成工艺建成的煤间接液化工厂总能力达到耗煤4200万吨／年，生产汽油、柴油及其他化工产品，总量达到1700万吨／年。

在“煤转油”的各个生产环节中，碳排放的控制需要一定的技术设备，目前我国的“煤转油”技术还不能达到降低碳排放的水平。中国煤科总院北京煤化所于20世纪80年代建立了2套0．1吨／日的小型连续液化实验装置和1套液化油加氢连续试验装置，对我国几十种煤做了评价试验。中科院山西煤化所于“七五”期间完成了100吨／年间接液化中间试验，“八五”期间进行了2000吨／年的间接煤液化工业试验。

1997年，中德合作云南先锋褐煤液化厂、中美合作神华煤液化厂、中日合作黑龙江依兰煤液化厂3个可行性研究项目分别签字。同年，在德国DMT公司的200千克／日装置上对先锋煤作了试验，油收率达53%；美国HTI公司对神华煤进行了30～50千克／日试验，粗油收率达63%；北京煤化所对依兰煤进行了100千克／日试验。山西省已经建立了燃料甲醇和甲醇汽车两大示范基地。此外，国内一些大型企业利用廉价煤炭和天然气资源发展大型甲醇、醋酸等一系列化工产品。(www.xing528.com)

2004年，神华在上海的煤直接液化实验装置第一次投煤运行，2005年经优化改造后再次投煤开车，初步验证了神华煤直接液化工艺技术。2004年发改委批准神华鄂尔多斯直接液化项目，目前第一条生产线已投煤试车。山西煤化所于2004年完成铁基催化剂低温浆态床合成中试，2006年先后启动3个16万吨／年的工业化示范项目。此外，兖矿集团2001年启动间接液化技术研究工作，2003年建成万吨中试装置并于2004年试车成功，并规划在榆林建设100万吨／年的煤间接液化项目。国内在建煤制油项目如表7－1所示。

表7－1　国内在建煤制油项目

资料来源：张国宝：《中国能源发展报告2009》，经济科学出版社，2009年。

“煤变油”是对我国相对稀缺的石油资源进行的短期补充。随着减排压力的增大，传统的“煤转油”行业也需要尽快提升技术水平，“捕捉”生产环节中的碳排放。二甲醚由于其优良性能近些年作为柴油替代品的呼声很高，甲醇、醋酸等替代能源也取得一些突破。

（3）燃料电池。美、日、加、欧盟发达国家比较注重投入发展燃料电池，在国防、航天、汽车、医院、工厂、居民区等方面已进入商业化。日本于20世纪90年代初开发系列磷酸型，1997年前累计销售140台，热电联产用200千瓦磷酸型发电，热效率达到80%，连续运行达5000小时，开始批量生产。美国1996年推出世界上最大的2000千瓦熔融碳酸盐燃料电池。美国和欧洲将成批生产低成本的家用供电—供暖燃料电池作为最近的开发计划。

我国燃料电池的研究主要是配合航天技术的发展，以碱性为主。天津电源研究所、中科院大连化物所、武汉大学等研制的有航天用、水下用燃料电池。国内研究大多处于实验室阶段。

4．污染排放后控制技术

（1）烟气净化。烟道气净化技术是控制现有燃煤锅炉排放污染，改善大气环境质量的有效方法。我国电厂烟气净化目前处于初级阶段。我国自行研制开发了旋转喷雾干燥脱硫技术、磷铵法脱硫等新工艺，掌握了喷雾半干法脱硫技术并在200兆瓦机组上完成了1／10烟气量的工业性试验。目前正与日本合作在山东黄岛电厂进行旋转喷雾干燥脱硫工业试验。清华大学还试验成功了烟气脱硫剂悬浮循环技术（GASIN）。对中小型工业锅炉投资少、脱硫效果好同时兼具除尘效果的旋流塔板吸收法烟道气净化技术也在研究开发之中。

（2）灰渣的处理。随着能源技术迅速发展，各种电站锅炉、工业锅炉排出的灰渣日益增多，消极堆存的方法不仅占用大量土地，还污染环境，威胁着人民的生活。而且灰渣中含有有用的物质。灰渣目前最主要的用途是做建筑材料，如用于建材生产，做水泥与混凝土的混合材料和掺和料、做生产水泥熟料的原料、生产建材制品、生产硅酸盐制品和烧结砖、直接烧制水泥等；除此之外，还可以用来提取化工产品及稀有金属、做聚合物填料、作为肥料应用于农业生产、进行污水处理、制作人造大理石板材等。

随着环境问题的凸显，世界各国都在寻找新的替代能源以控制化石能源使用带来的污染问题，不论是新能源和可再生能源的开发技术，还是化石能源的清洁利用技术，都已经有了一定的突破。根据煤多油少的能源资源特点，煤炭在相当长的时期内都将是我国的主要能源。煤炭的清洁利用对于我国控制煤炭引起的环境污染问题来说十分重要，直接关系到我国能源及经济的可持续发展。但是，我国煤炭清洁利用却不尽如人意。全国只有1／3的城市大气质量达到国家二级标准，二氧化硫和二氧化碳的排放量分别居世界第一位和第二位。据统计，近80%的电力能源、供热、民用燃料，70%的工业能源，60%的化工原料来自煤炭，近70%的煤炭采取原煤的直接燃烧，原煤洗选率不到20%。由于燃煤导致全国的大气呈煤烟型污染，燃煤年排烟尘量占全国的80%，以煤烟型为主的大气污染导致的酸雨覆盖面积占国土面积的30%多。从制度经济学的角度来看，一项发明和技术能否在市场中得到广泛的运用和推广，还取决于这是否有与之相应的制度设计。我国环境问题长期得不到解决，能源清洁利用技术没有得到广泛的应用，值得我们从制度和政策方面进行探讨。

一、减少化石能源污染排放的制度理论

化石能源对环境的负面影响及其治理，对生产和消费者来说，属于外部成本。如果没有一定的制度框架和政策措施，生产者和消费者没有积极性采用清洁技术，控制对环境的污染。为了解决外部性问题，经济学家和制度经济学家提出一系列理论，其中比较著名的就是科斯定理和污染税理论。此外，一些发达国家在控制污染排放和污染治理等方面的政策设计也积累了一定有用经验。

著名的科斯定理认为，在一个完全竞争的社会里，如果人们对财产权有明确的规定，在发生重大外部效应（如污染问题）时，可以用较低的成本或不费成本地进行谈判，那么有关的方面将会适当地考虑自己的行为给他人带来的影响，资源有效配置仍是可能的。如河流下游的用水者对一定水质的河水拥有明确的产权，如果上游的企业排放污染物，使下游的水质受到影响的话，下游的人们就可要求企业赔偿因水质污染给他们带来的损失，而企业也将不得不向这些用水者提供补偿，这便可以解决外部效应问题。科斯还进一步说明，不管哪方的当事人被赋予某种财产权，结果都将是相同的。也就是说，不管是下游的用水者被赋予了使用一定质量水的权利，还是企业被赋予了向河流里排放一定数量污染物的权利，这些当事人都将会买进或出售这些权利，而使社会受污染成为最适度的。

环境容量资源作为一种公共的、有限的资源，具有价值的观点越来越为人们所认识和重视。按照西方经济学的边际效用价值论，资源的价值源于其效用，又以资源的稀缺性为条件，效用和稀缺性是资源价值得以体现的充分条件。由于环境容量不仅有用，而且稀缺，所以具有价值，其价值的高低则由不同时空中的稀缺程度而定。在工业化初期，环境容量相对较大，因此，不论政府还是家庭往往都不重视对环境资源的保护，而工业化的中后期，由于工业污染的严重，环境容量相对狭小，于是环境资源便显得稀缺。环境容量资源具有商品的一般属性，环境资源的有偿使用（排污权初始分配）的实质是对环境容量资源这种特殊商品的一种配置。由于在特定时期和范围内的环境容量资源是有限的，因此，具有使用价值的有限的环境容量资源必须有偿使用。

环境容量资源具有准公共物品和外部性的特征，决定了产权对于保护环境资源的重要意义。一旦建立了环境容量资源产权，产权归排污者所有，必然激励排污者追求环境容量资源价值的最大化，产权所有者会考虑以最有效的方式使用资源。环境容量资源的产权界定应包含来年改革层次的权利界定：首先是环境容量资源使用者和其他功能使用者之间的权利界定，目的是确定可供使用的资源容量的总量，明确各自的生产性权利。通过这种界定，既防止其他功能使用者的权利受到环境容量资源使用者（排污权所有者）权利的侵害，又可以保障环境容量资源使用者的生产性和经济性权利。其次是环境容量资源使用者之间的权利界定，目的是为环境容量资源这种环境物品建立有效的产权结构，避免公共消费所带来的外部性，并为实现环境物品的商品化、排污权的交易市场的建立奠定产权制度基础，使得有可能利用市场机制实现容量资源的高效率配置。

国内外的排污权交易已经有了一定的发展，在发达国家已经发展成为相对成熟的市场。而国内虽然已经有排污权交易市场但是还不成熟。美国是开展排污权交易较早的国家，始于20世纪70年代，主要集中于二氧化硫排放权交易。欧盟等国家和地区还广泛开展了温室气体排放贸易工作（即碳交易）。在国外，污染物排放指标十分有限，因此，美国等发达国家把排污许可证的初始分配，逐渐从无偿分配转向拍卖和奖励等有偿使用措施。同时，为了使这些初始分配的排污指标在市场上能够正常流转，还出台了排污许可交易的有关政策，从而使这些排污指标像商品一样在交易市场中自由进出。

我国1991年开始在16个城市进行了排放大气污染物许可制度的试点工作，1996年正式把污染物排放总量控制政策列为“九五”期间环境保护的考核目标。国家环保总局提出了通过实施排污许可制度促进总量控制制度，通过排污权交易完善总量控制工作。2003年，国家环保总局下发了《关于开展“推动中国二氧化硫排放总量控制及排污交易政策实施的研究项目”示范工作的通知》，在重点省份开展二氧化硫排放总量控制及排污权交易试点工作，在该项目推动下完成了多项排污权交易案例。在亚洲开发银行和中国环境规划院的支持下，太原市制定了《太原市二氧化硫排放交易管理办法》，开展了市域范围内的二氧化硫排污交易试点。在这些项目推动下完成了多项排污权交易案例。

二、环境税的作用与机理分析

税收是一种重要的宏观调控手段。环境税在环境保护工作中可以发挥重要的作用，其基本内容主要由两部分组成：一部分是以保护环境为目的，针对污染、破坏环境行为而课征专门税种，这是环境税收制度的主要内容；二是在其他一般性税种中为保护环境而采取的各种税收调节措施，包括为激励纳税人治理污染、保护环境所采取的各种税收优惠措施和对污染、破坏环境的行为所采取的某些加重其税收负担的措施。

1．环境税配置的有效性

要使资源配置达到帕累托最优，对环境资源这类公共产品来说，在价格等于边际成本的前提下，资源有效利用的要求必须是价格为零。实际上，尽管对公共产品使用的边际成本是零，但提供这种产品的成本却不是零，公共产品的社会边际成本与私人边际成本产生了不一致。由于在市场上只能反映私人成本，从私人决策角度来看是最优的决策，若从整个社会角度来看却不是最优的。也就是说，单靠市场的力量，公共产品的配置是缺乏效率的。所以环境公共物品的特征决定了其不能通过市场机制得以提供，只能在形式上由政府提供。同时，环境资源具有无形性、流动性和受益范围广泛的特点，大多数情况下，其产权保护和产权界定成本很高，而且受益者往往会隐瞒自己的真实需求，市场主体与众多受益者之间进行直接磋商达成交易的可能性很小，所以科斯方案往往会失效，税收干预是必要和必需的。

由于自愿价格不能强加于理性人的身上，因而对使用环境这种公共品所收取的价格必须是强制性的。征收环境税的目的主要是降低污染对环境的破坏，它必然会影响污染企业的税收负担，改变其成本收益比，迫使其重新评估本企业的资源配置效率。实际上，税负增加也会带来资源配置的扭曲，所以评判税收经济效率的标准，应当是本着税收中性原则，达到税收额外负担最小化和额外收益最大化。从税收和管制的比较来看，环境税达到了减少污染、保护环境的目的，如图7－1所示。

厂商的平均成本线为ATC，边际成本线为MC。最初生产量为Q1，从短期来看，当对该行业征税时，企业产量下降到Q2，价格提高到P1，征税额等于P1P2CA的面积。成本曲线如果考虑到税收，生产的边际成本将提高到MC1。如果采取限制生产的办法，行业中的每个企业必须把产量限制在Q2，总的产量和征税时一样，但由于成本曲线没有发生变化，所以这时便赚取了超额利润，即P1PBA的面积。因此，尽管征税与管制在短期内都具有把产量减少到Q2的作用，但从长期来看，它们的效应就不同了。管制情况下有利润，吸引了污染企业的进入，而征税增加了企业负担，限制了污染企业的发展，降低了污染程度，达到了环境保护的目的。

图7－1　环境税配置有效性分析

2．环境税的外部性内化理论

由于环境污染存在外部性，市场经济活动的主体通常只从自身的利益出发来考虑它所面临的各种选择的成本与收益，而将经济过程中由于其负外部性所造成的大于其私人成本的那部分社会成本即环境成本转嫁给他人、社会及未来。为了克服“负外部性”所导致的边际私人成本和边际社会成本之间的差异，政府必须对经济行为的“负外部性”进行内部化，可以采用环境税对市场进行干预。环境税对环境问题的解决如图7－2所示。

图7－2中MB为企业边际效益曲线，MPC为边际私人成本，MSC为边际社会成本，T为环境税率。

由于环境污染具有外部性，所以边际私人成本和边际社会成本不相等。单纯从私人角度看，由于受利益的驱使，此时企业的最佳生产水平是私人边际成本与边际收益的交点，即MPC＝MB，交点为Q。考虑到外部性，从社会角度看，企业的最佳生产水平是社会边际成本和边际收益的交点，即MSC＝MB，此时交点为Q＊。通过征收环境税，税率为T，企业边际私人成本曲线上移，由MPC变为MPC＋T，由于MPC＋T与MB的交点是Q＊，这时企业的生产水平调整为Q＊。同时，排污量也减少了（Q－Q＊）。所以，通过征收环境税，可以促使企业减少污染，消除环境污染的外部性，使经济行为的负外部性内部化，达到边际私人成本和边际社会成本的一致，有效解决了环境问题。

图7－2　环境税的外部性内化效果分析

3．环境税倍加红利理论

倍加红利（Double Dividend），又称为双赢，是指通过征收环境保护税所获得的收入可以用来降低现存税制对资本和劳动产生的扭曲，获得倍加红利。即一方面通过环境保护税的征收，加强了污染治理，提高了环境质量；另一方面由征税所获得的净经济效益，形成了更多的社会就业、个人财富和国民生产总值的增长等。倍加红利思想最早由Tullock（1967）提出来，并由Pearce在1991年提出了倍加红利的概念。环境税可以使政府实现双重目标，一是改善环境质量，即环境目标；二是降低扭曲性税收的超额税收负担，即非环境目标。国内外对倍加红利的研究包括了理论和实践。OECD成员国的税收实践表明，通过征收能源税，同时降低所得税和资本税，既能促进GDP的增长，又能降低失业率。国内有研究表明，对不同行业根据污染的强度设置不同的税率按产值征税，在控制污染产业产量的同时，将减轻企业的所得税负担和居民的纳税负担，同时增加政府收入。而有人研究，我国尚不存在通过单纯降低所得税来降低超额税收负担的客观环境，由于我国劳动弹性系数小，即使对劳动征税，也不会达到预期的效果。总之，倍加红利理论还是为环境税提供了理论基础和模型。

4．可持续发展理论

可持续发展理论也是环境税的理论基础之一。可持续发展是指既满足当代人的需求，又不对后代人的发展能力造成损害的发展。可持续发展理论要求使用各种政策，包括税收政策等来促进经济与环境的协调、可持续发展。如果说庇古的“外部性”理论着眼于微观经济环境，强调对经济增长的追求的话，那么可持续发展理论则从宏观经济和整个人类社会（包括后代人）的角度强调经济与环境的协调、可持续发展。不仅要实现本区域、当代经济与环境的协调、可持续发展，还要实现全区域和代际之间的公平。国外实施环境税的做法，使得污染环境的产业向那些没有实施的国家或地区转移，从整个人类生存空间来看，尽管部分国家或地区的环境没有污染，但是最终的社会福利还是在降低。传统的“无节制的粗放式”的资源开发利用，不仅破坏了环境资源分配上代内、代际的效率和公平，还损害了社会发展的整体质量，我国有必要通过征收环境税的方式对代际间的资源使用进行调节和分配，利用税收收入治理污染，保护环境，实现经济与环境的协调和可持续发展。

[1]郭云涛：《煤炭洗选：节能减排的重要措施》，《经济日报》，2007年12月18日。