摘 要
在世界范围内，产业集聚形成的工业园区得到了各国广泛的认知和发展，成为促进国家和区域经济发展的重要载体。但随着工业园区的发展，资源限制与环境污染等问题也愈加严重，园区的发展进入到瓶颈。随着产业共生方法的引入，成为园区打破瓶颈的关键因素。目前国内关于工业园区产业共生的研究较少，大多集中在单一类型园区，且对环境影响现状评估不全面。永城经开区作为中国典型的综合类园区之一，缺乏对园区产业共生所带来环境效益定量化研究，因此有必要开展永城经开区环境影响评估研究。
本文以永城经开区作为研究对象，建立园区产业共生生命周期评估模型，定量评估园区产业共生的环境效益和经济效益现状；优化设计园区内部共生与城市共生的链条，并定量分析产业共生所带来的环境效益；最后在以上研究基础上，为同类型园区产业共生发展提供理论指导和建议，并对研究过程中的不足进行展望。具体的研究结果表明：
（1）永城经开区2017年共有13条产业共生链，5条为能源梯级利用，5条为物质回收利用，3条为水的循环利用。其中水的循环利用量最大，占总交换量的90%，其次是能源的梯级利用，占总交换量的7%，物质交换量占总交换量的3%。
（2）产业共生能够为永城经开区带来明显的环境效益和经济效益。产业共生带来环境效益共减少9455 TJ的一次能源消耗，减少850 kt CO2e温室气体排放，减少3297 t SO2e酸化气体排放，减少242 t富营养化物质PO43-e，减少23.6t大气颗粒物PM10e排放，减少2529 t人体毒性物质1，4-DCBe排放，减少4087t呼吸无机物PM2.5e和20.6 t光化学臭氧气体C2H4e排放。同时为园区带来了9.58亿元的经济效益，占永城经开区2017年工业总增加值的5.5%。整体而言，永城经开区蒸汽的交换呈现出最大的环境效益和经济效益。
（3）永城经开区产业共生优化设计分别在园区内外组建了9条共生链，5条在园区内，4条在园区外。园区内共生与城市共生都能带来可观的环境效益。
在园区内共生的基础上，城市共生同样能够带来大量的环境效益，其共生交换量占总交换量的72%，可以为城市居民提供蒸汽和电力，提高资源的利用率的同时也减少了污染物的排放，可见园区与城市结合能够带来双赢的局面。为中国同类型园区产业共生发展方向提供借鉴和思路。
关键词： 产业共生；永城经开区；生命周期评估；环境效益；经济效益。
Abstract
In the world, industrial parks formed by industrial agglomeration have been widely recognized and developed by various countries and become an important carrier for promoting national and regional economic development. However, with the development of industrial parks, problems such as resource constraints and environmental pollution have become more serious, and the development of the park has entered a bottleneck. With the introduction of the industrial symbiosis method, it has become a key factor in the park to break the bottleneck. At present, there are few studies on industrial symbiosis in industrial parks, most of which are concentrated in a single type of park, and the assessment of environmental impact status is not comprehensive. As one of the typical comprehensive parks in China, Yongcheng Economic Development Zone lacks quantitative research on the environmental benefits brought by the industrial symbiosis of the park. Therefore, it is necessary to carry outenvironmental impact assessment research of Yongcheng Economic Development Zone.
This paper take Yongcheng Economic Development Zone as the research object, establishes the industrial symbiosis life cycle assessment model of the park,quantitatively evaluates the environmental benefits and economic benefits of the industrial symbiosis of the park; optimizes the chain of symbiosis and urban symbiosis within the design park, and quantitatively analyzes the industrial symbiosis. Finally, based on the above research, it provides theoretical guidance and suggestions for the symbiosis development of the same type of park industry, and forecasts the shortcomings in the research process. The specific research results show that:
(1) In 2017, Yongcheng Economic Development Zone has 13 industrial symbiotic chains, 5 for energy cascade use, 5 for material recycling and 3 for water recycling. Among them, the recycling of water is the largest, accounting for 90% of the total eschange volume, followed by cascade utilization of energy, accounting for 7% of the total exchange volume, and the material exchanange volume accounts for 3% of the total exchange volume.
(2) Industrial symbiosis can bring obvious environmental and economic benefits to Yongcheng Economic Development Zone. Environmental benefits brought by industrial symbiosis reduced the primary energy consumption of 9455 TJ, reduced the greenhouse gas emissions of 850 kt CO2e, and reduced the acidification gas emissions of 3297 t SO2e, reduced the eutrophication substance of 242 t PO43-e, reduced atmospheric particulate matter emissions of 23.6 t PM10e, reduced human toxic substances 2529 t 1,4-DCBe, reduced 4087 t PM2.5e respiratory inorganics and 20.6 t C2H4e photochemical ozone gas. The results also brought 958 million yuan of economic benefits to the park, accounting for 5.5% of the total industrial added value of the Yongcheng Economic Development Zone in 2017. Overall, the exchange of steam in the Yongcheng Economic Development Zone has shown the greatest environmental and economic benefits.
(3) The industrial symbiosis optimization design of Yongcheng Economic Development Zone has set up 9 symbiotic chains inside and outside the park, 5 in thepark and 4 outside the park.Symbiosis and urban symbiosis in the park can bring considerable environmental benefits. On the basis of symbiosis in the park, urban symbiosis can also bring a lot of environmental benefits, and its symbiotic exchange accounts for 72% of the total exchange volume, which can provide steam and electricity for urban residents, and reduce the utilization rate of resources. The discharge of pollutants shows that the combination of the park and the city can bring about a win-win situation. Provide reference and ideas for the symbiosis development direction of the same type of park industry in China.
Keywords： Industrial symbiosis; Yongcheng Economic Development Zone; Life cycle assessment; Environmental benefits; Economic benefits。
1 绪论 。
1.1 研究背景及意义 。
1.1.1 研究背景 。
随着人类社会的不断发展，传统的经济发展模式为人类带来了巨大经济贡献的同时，也造成了自然资源消耗加剧与环境污染逐渐增加等问题，使人类的生存环境受到严重的威胁[1]。在中国近10年的能源结构消耗现状如图1.1所示[2]。
从图中可以看出中国能源消耗总量与能源生产总量持续增加，原煤消耗量占总量的68.6%，煤炭资源在中国能源消费结构中仍然占据主导地位。工业的发展也受到煤炭资源特性制约，不仅排放大量的污染气体，也加剧全球温室化气体的产生[3]。
为了解决传统工业发展所带来的问题，各国学者积极寻求一个可持续发展理论与经济活动的平衡点。如今世界各国开始在工业生产中越来越重视废弃物的减排，以提高资源利用率。随后产业共生概念的提出，要求转变传统经济的“资源—产品—废物排放”单一发展模式，发展成“资源—产品—废弃物—再生资源”的可持续发展模式，使能源和废弃物能够在生产过程中不断流动，得到充分、合理和持续的利用，来减少资源的投入，降低污染物和废弃物的排放，从而使企业在工业生产过程中提高资源生产率，降低运营成本，提高竞争优势，克服经济发展的资源约束。
改革开放以来，随着工业园区的发展，其在社会经济组成中占据了重要地位，成为工业发展的中坚力量。目前中国国家级工业园区有200多个，省级工业园区共有1300多个，创造了中国60%的GDP[4]，在推动城市化进程中发挥了巨大的作用。但是伴随着工业园区的发展，大量的企业聚集于园区，并由此产生大量废弃物和污染物，从而制约园区和企业的发展。所以早在“十二五”期间中国就开始着手推动工业园区循环化改造，在2011年5月，国家发展改革委、财政部就联合发布了《园区循环化改造示范试点实施方案》[5]，目的是为了引导工业园区进行循环化改造，到2012年3月又发布了《关于推进园区循环化改造的意见》[6]指出“到2015年，50%以上的国家级园区和30%以上的省级园区实施循环化改造，同时培育百个国家循环化改造示范园区”、“通过循环化改造，实现园区的主要资源产出率、土地产出率大幅度上升，固体废物资源化利用率、水循环利用率、生活垃圾资源化利用率显着提高，主要污染物排放量大幅度降低，基本实现‘零排放’”。到2016年，国家“十三五”规划纲要提出，“对中国75%以上的国家级园区和50%以上的省级园区实现循环化改造”[7]。产业共生是循环化改造的一种重要手段，在工业园区内开展产业共生，实施能源的梯级利用、废弃物及副产品的循环利用，将这些废弃物或副产品通过园区企业之间的共生链处理，发展出一条提高能源效率、减少环境污染、增加经济效益的绿色低碳可持续化道路。
1.1.2 研究意义 。
产业共生是中国工业园区实现循环化发展的重要途径，而永城经开区是中国典型的以煤炭为主要能源消耗的工业园区，这类园区普遍存在“高能耗，高水耗，高污染”多种环境问题。通过定量化的方式，采用生命周期和系统扩张的方法考虑产业共生上下游过程所带来的8种环境影响，详细和科学的阐述永城经开区目前共生系统节能减排对环境效益贡献，同时全面的环境影响种类能够系统和准确的定量园区产业共生发展程度。如此以来，为永城经开区提出产业共生后续优化发展方向，不仅丰富了园区产业共生环境效益评估的案例，同时也为中国同类型园区产业共生发展指明了方向，促进产业共生在园区的发展，推动产业园区循环化改造的实行，对中国工业园区绿色低碳发展有着重要的意义。
1.2 文献综述 。
1.2.1 产业共生研究综述 。
（一）国外产业共生研究现状 。
产业共生概念最早是在 20 世纪 40 年代由George T.Renner所提出[8]，简单的描述不同企业间废弃物的交换关系。产业共生在发展初期被描述为“公司相互之间的废弃物或副产品交换以及公共设施共享”[9]。现在是通过物质、能源和水的实物交换，将传统分开的行业并到一个集体的方法中，以获得企业竞争优势[10,11,12]。具体就是一个企业产生的副产物或废弃物通过企业间的交换，作为另一个企业的原材料用于生产，这样既提高了企业资源和能源使用率的同时也减少了废弃物和污染物的排放[13]。在产业共生系统中，企业为达到经济效益的最大化，在政府的指导下或自发的形成工业集群，以共享企业资源，实现经济效益和环境效益的最大化[14,15]。
随着各国学者的研究，产业共生理论也逐渐成熟，出现了卡伦堡产业共生的典型案例[16]。该园区内的企业与政府建立了合作关系，共享了水和能源，并与其他企业交换了副产品，实现了经济和环境效益的共赢[17,18]。随后，许多国家和地区开始实施产业共生方案，各国学者也开始对产业共生所带来的经济及环境效益进行定量化分析[19-24]，如美国、瑞士、意大利、芬兰、日本、韩国等。其中Eckelman和Chertow定量化的评估了美国坎贝尔工业园 11 条产业共生环境效益[25]。
Sokka等人以芬兰的库沃拉纸浆和造纸园区为例，通过生命周期评估方法计算园区能源和温室气体的削减量和减排量[26]。Van Berkel等人以日本的川崎市为例，量化的评价了川崎市与周边企业的产业共生，提出产业共生能够提高环境资源利用率[27]。通过企业与企业，企业与城市间产业共生方式进行能源，物质，水和废弃物的交换，达到竞争优势[28-30]。
（二）国内产业共生研究现状 。
中国对于产业共生的研究起步较晚，在上个世纪90年代后期，产业共生一词才被引入。产业共生早期研究主要侧重于思想依据和理论基础，一般多为定性描述，定量的描述较少。在2000年之后，由于中国产业共生发展需要，研究逐渐侧重于具体案例产业模式，在2007年后，中国学者主要集中于产业共生的绩效、优化设计和城市共生等方面的研究。目前国内研究较多的共生体系主要有：
天津经济技术开发区[31]、鲁北工业园区[32]、苏州工业园区[33]、信发工业园区[34]、贵糖工业园区[35]和大连经开区[36]。
园区产业共生应用在国内学者的研究下迅速发展，本文总结了目前国内主要研究案例和分析方法，张芸等人通过对大连松木岛化工园进行产业共生分析研究[37]，采用生命周期方法定量的分析了产业共生环境效益，能源的梯级利用是目前产业共生的主要交换形式。于斐等人总结了产业共生的发展过程，详细的介绍了园区产业共生发展模式，及形成因素与驱动力[38]。董亮等人通过中国柳州与日本川崎市进行案例比较分析了产业共生带来了明显的效益[39,40]。田金平等人评估了中国工业园区的发展历程和面临的挑战[41]，认为产业共生对生态工业园区的建设有着很好的推动作用。朱清华等以广西贵糖为案例，对其进行产业共生的效益评估[42]。冯久田等人对山东鲁北化工园区采用网络分析方法定量的分析了园区内企业间废弃物和副产物的循环利用产生的效益[32]。刘宁等人以生态效率和产业生态学理论为基础[43，采用主成分分析方法，对产业共生系统进行构建分析具体生态效率。
另一方面国内学者还关注了园区产业共生的绩效评估、优化设计和城市共生的方面研究[44-49]。于斐等人通过生命周期方法，定量评估产业共生所带来的环境绩效[50]。田金平等人结合中国政策指出生态工业园区绿色低碳循环发展方向，在生态工业园发展产业共生模式，为园区的时间和决策提供参考[51,52]。陈绍愿等人在前人的基础上从产业共生发展到园区与城市共生，进一步提出与周边城市相结合共生发展[53]。
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1.2.2 工业园区产业共生环境绩效评价研.
1.3 研究思路
1.4 创新点
2 永城经开区发展现状调查分析
2.1 永城经开区基本情况
2.2 园区内主导产业现状分析
2.3 园区内公共服务与基础设施建设
2.4 园区水资源利用现状分析.
2.5 本章小结
3 永城经开区产业共生绩效评估方法及结果
3.1 园区产业共生评价方法介绍.
3.1.1 生命周期评价方法
3.1.2 物质流方法.
3.2 永城经开区产业共生效益评估.
3.2.1 永城经开区产业共生现状.
3.2.2 环境效益评估
3.2.3 经济效益评估
3.3 园区产业共生结果分析与对比
3.3.1 与其他研究的比较
3.3.2 不确定性分析.
3.4 本章小结
4 永城经开区产业共生优化发展
4.1 永城经开区产业共生优化设计现状.
4.1.1 园区废弃物未利用现状.
4.1.2 城市废弃物未利用现状.
4.2 永城经开区产业共生链条优化设计
4.3 优化设计结果分析与建议
4.3.1 结果分析
4.3.2 政策建议
4.4 本章小结
5 结 论
本研究选取永城经开区作为典型案例进行研究。通过园区产业结构现状，企业物质交换途径，水资源循环利用现状识别出永城经开区产业共生链条。然后采用生命周期方法，通过系统扩张途径评估永城经开区产业共生所带来的8种环境效益，并计算其经济效益，再通过与其他类型园区分析对比，找出永城经开区目前所存在的问题与不足。在此基础上，对永城经开区产业共生优化设计，并对园区内部共生与城市共生外设置两个情景进行定量分析，指出同类型园区产业共生发展思路和方向。最后针对研究中的不足提出展望。本研究的主要结论如下：
（1）永城经开区2017年产业共生有13条产业链，5条链为能源梯级利用，5条链为物质回收利用，3条链为水循环利用，其中水的循环利用量最大，占总交换量的90%，其次是能源的梯级利用，占总交换量的7%，物质交换量占总交换量的3%。
（2）永城经开区产业共生为园区带来了大量的环境和经济效益。采用生命周期方法定量评估8个环境影响类别，永城经开区产业共生发展共减少9455 TJ的一次能源消耗，减少850 kt CO2e排放，减少3297 t SO2e酸化气体排放，减少242 t PO43-e富营养化物质，减少23.6 t PM10e大气颗粒物的排放，减少2529 t 1，4-DCBe人体毒性物质，减少4087 t PM2.5e呼吸无机物和20.6 t C2H4e光化学臭氧气体，其中蒸汽的交换所造成的环境效益最大。永城经开区的13条产业共生链带来总经济效益为9.58亿元，占该园区2017年工业增加值的5.5%，同样，热电厂与化工厂之间的高压蒸汽交换所产生的经济效益最高。产业共生能够产生显着的经济效益与环境效益，有助于产业共生模式的推广。
（3）基于目前园区产业共生现状，提出园区未来产业共生优化发展措施。目前园区尚未发展完整的产业共生体系，园区内仍有大量未利用废弃物，永城经开区周边县市也有大量废弃物可以进一步的加工利用。通过优化设计分别在园区内部与城市之间组建了9条共生链，5条在园区内，4条在园区外。对产业共生优化后链条的环境效益进行定量评估，通过环境效益分析节约能源8314 TJ，减少76×104t CO2e温室气体排放，减少酸化物SO2e排放量为1400 t，富营养化影响PO43-e减排量为548 t，大气颗粒物PM10e减排量4.2 t，人体健康毒性污染物1，4—DCBe减排量800 t，减少5413 t可吸入无机物PM2.5e排放，减少18 t臭氧形成物C2H4e的排放。结果表明引入5家企业中，炉灰、炉渣的再生利用所产生的环境效益最高，但园区与城市共生同样能够带来大量的环境效益，城市与园区共生交换量远远高于园区内部，占总交换量的73%。城市与园区结合能够带来双赢的局面，提高资源的利用率的同时也减少了污染物的排放，为中国同类型的园区提供借鉴和思路。
参考文献
