以冲击路径法SO2之外部成本-以中部空品区为例.DOC

1、以衝擊路徑法評估 SO2 之外部成本-以中部空品區為例李新峰 1 林盛隆 2 賴璿瑜 3國科會研究計畫編號：NSC91-2621-Z-324-001摘要空氣品質惡化的現象是人們經濟活動所產生的外部效果，經濟活動的效益可以經由經濟個體(廠商或消費者) 的生產或消費活動而估算出來，但是空氣品質惡化所造成的福利損失並不容易衡量。衝擊路徑法是由歐盟組織發展能源外部成本計劃(Externe Project)中，為了探討能源產生的大量空氣污染物，所造成的外部性，而發展出來的一種量化外部成本的方法。本文以衝擊路徑法來推估量化 2002 年中部空品區 SO2 所造成的外部成本，運用合理的分配及統計的分析，得到

2、中部空品區區內各鄉鎮市區的總量分配，並運用地理資訊系統(GIS)的地理統計，以克利金法來推估中部空品區的 SO2 的暴露劑量。SO2 濃度年均值最高為沙鹿的 4.03 ppb。經劑量反應函數推估出的外部衝擊以龍井鄉為最高，造成鄉內急性死亡約 681 個壽命減損年(YOLL) ，外部成本推估結果，以龍井鄉鄉民的每年每人約 5 萬 7 為最高，主要原因與其當地之台中火力發電廠燃燒大量燃煤有關 。若以整個中部空品區而言，運用不確定性分析後得 SO2 的損害成本約為每公斤 80 元，此外，平均每年每人所承擔的 SO2 外部成本約為 1,053 元，所造成的總體經濟效益損失約為每年 46 億元。關鍵字：

3、衝擊路徑法、克利金法、SO 2、環境外部成本一、前言我國與日本、德國、英國、美國等先進國家之空氣污染環境負荷比較，我國各種環境負荷指標(包括人口密度、工廠密度、車輛密度、及能源消耗) 均名列前茅，顯示我國空氣污染的情況均較其他先進國家嚴重，值得國人重視。1960 年代，北歐及美國的學者開始積極地研究，研究結果證實了在高污染的空氣條件下，對當地民眾在短期時間內的死亡率或致病率有顯著之影響1；近幾年來另外的研究更指出長時間暴露於低濃度之究氣污染物情況下，也會發生相似的情況2。曝露於高 SO2 濃度的環境下會破壞呼吸系統的功能，容易造成氣喘、呼吸急速及咳嗽等症狀，並易使直氣管炎及心臟病患趨於惡化1。

4、SO 2 對人體產生即時性的生理反應，大約在濃度 0.25 ppm以上會造成呼吸器官的直接影響。而在經濟發展過程中，為了維護人類健康及經濟活動的永續發展，不得不重視環境的品質，對於空氣惡化所造成的衝擊，可藉由暴露在環境品質中的傷害，來推估空氣污染損害之價值。環保署將台灣劃分成 7 個空氣品質區，分別為北部空品區、竹苗空品區、中部空品區、雲嘉南空品區、高屏空品區、宜蘭空品區以及花東空品區。本文中部空品區為研究區域在各大空品區中，中部空品區硫氧他物排放比例位居第二(28%)，僅次於高屏空品區的 31%，可見中部空品區 SO2的污染嚴重，作為本文的對象有其重要性與代表性。並設定 2002 年為研究的

5、年份，主要針對該年份進行資料的收集，以及推估該年 SO2 對中部空品區所產生的外部成本。僅以 SO2 的一次污染為探討，並無探討到二次污染的部份。在 SO2 的總量分配上，並未將不同縣鎮市區移動性污染源的貢獻，納入考量。衝擊路徑法(Impact pathway approach, IPA)是由歐盟組織在發展能源外部成本計劃(EXTERNE Project)中，為了探討能源產生的大量空氣污染所1朝陽科技大學環境工程與管理系研究生2朝陽科技大學環境工程與管理系助理教授3朝陽科技大學環境工程與管理系研究生產生的外部成本而發展出來的方法，將這些衝擊及福利損失的產生，經由貨幣量化是基於福利經濟學的概念，

6、貨幣值化是為改善的環境品質願意付費(Willingness-to-pay, WTP)的一種方法。IPA早期評估外部成本的方法是由上至下的方法(top-down)，而現在 IPA 是一種由下至上的方法(bottom-up)，也是一種地域特徵的方法(site-specific approach)，其意義為根據污染源的源頭，及其相關的能源燃料特徵，瞭解其排放影響的範圍後，量化其影響為經濟價格。IPA 在區域上或國家應用中，需要高度的資料收集，以估算污染物排放或存在的總量，乃至預測排放的污染物所造成的衝擊。儘管仍有一些不確定性，IPA 現在比起其他方法，它還是一個廣泛被認為是評價邊際外部成本的好方法3

7、。IPA 的操作，並沒有一致性的評估模式，而是具有一致性的觀念及操作程序，模式進行 IPA 的主要步驟可歸納成排放(Emission)，擴散(Dispersion) ，衝擊(Impact)，成本(Cost) 4。對於外部成本的定義國內學者張帆將外部成本定義為私人活動對環境外部造成影響而沒有承擔的成本 。歐盟組織則將外部成本定義為：環境成本與效益是隨著人們(或團體)的社會活動或經濟活動所發生，引發的衝擊造成他人的影響，而人們(或團體) 並沒有負擔起所造成衝擊的全部成本 。2000 年歐盟組織增加對外部成本的經濟價格的定義，為：企圖嘗試去估算環境商品或其他商品於市場中看不到之價格 。如此一來外部成

8、本可以藉由不同的評估法給予經濟價值5。根據研究顯示，利用基於消費者獲得環境效益而願意支付之最高價格(Willingness to pay, WTP)WTP 方式要比較容易得到較少偏誤，環境商品價格可藉由量測人們的 WTP 來制定，但也必須在考量收入之餘再來提升生活環境品質。WTP 或生產者補償環境損害而願意接受之最低價格(Willingness to accept, WTA)WTA 評估法各有其優點與限制。WTP 的環境成本估算是以一個虛擬的市場作為價值的調查背景，參與接受調查的人根本無從比較，也沒有市場行情，可能出現漫天喊價的不合理情況6歐盟組織發展數種將環境衝擊及外部成本貨幣值化的技術，並

9、可劃分成顯示性偏好法(Revealed Preference)、表達性偏好法(Expressed Preference)及生理影響之市場價格等三種範疇(如表 1)5。表 1 評價法的範疇範疇 評價法需求曲線方法顯示性偏好法表達性偏好法生理影響之市場值化法-特徵價格法(Hedonic Pricing)-旅遊成本法-趨避行為(Averting Behavior)-防禦性支出(Defensive Expenditure)-條件評估法(Contingent Valuation Method, CVM)-特定偏好( 關聯分析)-選擇性實驗-條件層級順序-劑量反應法-人力資本法(Human Capital

10、 Approach)-重置成本法(Replacement Cost Method)非需求曲線方法 -清除成本(Clean-up Cost)-迴避成本(Avidance Cost)-減量成本或防制成本(Abatement Cost)-其他相關於環境價格二、研究方法監測站數據盤 查分 析換 算 所 失環境外 部成本 成本依據 暴露劑量公式換 算壽 命減 損年將 S O 2 依各行業貢 獻百 分比 作總量 分配算出二 氧化硫濃度之總量 濃 度算出二氧化硫濃度各地擴散濃度不確定分 析圖 1 研究步驟圖1 . SO2總量排放源推估及分配本研究步驟如圖 1 先由監測站的數據盤查分析再依貢獻百分比分配，由於

11、 SO2 的產生來源可分為自然產生源及人為產生源，本研究假設中部空品區 SO2 的排放總量，皆由工業活動所產生的，而不考慮空氣擴散產生之交互影響。工廠的規模大小會影響分配的合理性，故本研究以中部空品區前五十大 SO2 排放的固定污染源外，其餘工廠皆視為相同規模之 SO2 排放污染源。本研究首先以縣市的 SO2 排放總量扣除該佔縣市佔中部空品區前 50 大的排放源，其餘 SO2 排放總量在按不同行業對 SO2 排放量的貢獻做分配，而各縣市之鄉鎮市區 SO2 排放總量的推估如公式(1)所示。(1)n,m,n,mmn qWTP式中，P mn 為在 m 縣( 市) 中，第 n 個鄉( 鎮市區)分配到的

12、 SO2 排放量，單位公噸(以中部空品區為例，共有四縣(市) ，即 m=14，若再以台中市為例，共有 8 區，即 n=18)；T m 為第 m 縣(市)中SO2 的總排放量，單位公噸， 為第 m 縣n,q(市)中，所有鄉 (鎮市區)內含有前 50 大 SO2 的排放總量，單位公噸。W m,n 為一矩陣，如下式(2)：(2)j1j,nm1,nmj,1,n, wI.IIm,n,j 為第 m 個鄉(市) 中，第 n 個鄉(鎮市區)中的第 j 種行業別工廠數，共有 23 種行業，即j=123；W j 為第 j 種行業別對 SO2 排放的貢獻度；為第 m 縣( 市) 中，第 n 個鄉(鎮市區) 中含有n

13、,q前 50 大 SO2 的排放量，單位公噸。2.GIS 應用於 SO2 濃度的推估一般克利金法(Ordinary Kriging)有球形、指數、高斯三種不同理論的半變異圖模式，不同的半變異圖模式顯示著區域變數(SO 2 濃度)變異隨距離變化的特性，本研究採用指數模式的半變異圖模式來進行空間濃度的推估。3. 劑量反應之衝擊評估利用地理統計的空間濃度推估，估算出 2002年整年度 SO2 的平均濃度，代表著中部空品區各個鄉鎮市區民眾所承受的劑量，劑量反應法的建立是由給予之污染程度(劑量)和一些物理衝擊(反應)所連結，其主要關注的是受體暴露於某物質間的劑量與反應，可用來計算環境改變對受體的物理衝擊

14、影響。以 SO2 所造成的急性死亡率(acute mortality)與呼吸性疾病入院數(Respiratory hospital admission)二個劑量反應函數來量化 SO2的衝擊。根據研究6，SO 2 的衝擊可藉由公式(3)來量化，其中 fCR 為劑量反應函數之斜率，然而在 SO2 造成急性死亡反應及呼吸性疾病入院反應的斜率部分，由於國內目前並無相關的資料，故本研究引用文獻中的 5.34E-06 YOLL/(pers.yr.g/m3)以及文獻中所說明 2.04E-6 case/(pers.yr.g/m3)，而在空氣污染物的平均沉降速度，則引用鄭詩楷2003計算出的中部空品區空氣污染物

15、(交通路口、工業區、海邊及郊區等四類型) 平均沉降速度 0.0142 m/s。(3)iavgCRiQkfD式中，Di 為 i 地區因 SO2 的影響造成的壽命減損年 YOLL 或呼吸疾病入院數(case) ， i 為 i 地區的平均人口數(pers/m 2)，fCR 濃度反應函數的斜率 YOLL/(pers.yr.g/m3)而得以代入另外兩參數，Qi 為 i 地區污染物的排放量(g/s)，Kavg 為平均的沉澱速度(m/s) 。4.外部成本分析SO2 的環境衝擊反應物理衝擊值化較難以量化應用上考慮以利用已發展成功的公式做為推估，必須要有已建立的公式，不過相關資訊的並不多，應用上受到很大限制。運

16、用效益轉換(benefits transfer)的方式可將國外已建立的 SO2 損害成本轉換作國內的損害成本，公式如(4)5，所得到的損害成本即為國內 SO2 損害成本，將做為衝擊路徑法所推估出來的損害成本對照組，比較二者間的差異及相關性，並以國內學者的相關研究結果相互比較，以判斷衝擊路徑法推估出來的外部成本是否合理。(4)NMM)Y(U式(4)中，UM 表示預估之損害成本，UN 為他國之損害成本；Y 為國民所得；為所得彈性(income elasticity)，依國內外之調查研究顯示，針對環境貨物的所得彈性為 0.3 左右。而在轉換本土的衝擊貨幣值或損害成本過程中，根據7指出損害成本函數的處

17、理常以偏斜分佈(log-normal)代表，運用幾何平均( g)和幾何標準差( g)來推估SO2 的損害成本變得非常重要。在各鄉鎮市區的環境外部成本計算上，依照下列公式(5)各鄉鎮市區因 SO2 影響造成的壽命減損年(DYOLL-i) 及呼吸性疾病入院數 (Dcase-i)，再乘本土衝擊貨幣值(CYOLL 和 Ccase)，即可得到中部空品區各鄉鎮市區的外部成本，若將各鄉鎮市區的外部成本除以各鄉鎮市區於該年所產生的 SO2 總量，即可得到該鄉鎮市區的損害成本；或者將各鄉鎮市區的外部成本除以各鄉鎮市區該年度人口數，即可得到單位受體外部成本，也就是每年每人因 SO2 污染所承擔的外部成本。(5)c

18、aseicaseYOLiiextrn CDC5.不確定性分析為了驗證重點衝擊數據的信賴區間，發展了一套基於假設機率分佈的方法，經由大約數目皆落在中央的偏斜分佈來評估，反映出大部分的衝擊是由一系列的變數所組成， 7指出衝擊因子之不確定性可用幾何標準差 g 來表示，配合求出之幾何平均值 g 可用來闡釋偏斜分佈(log-normal) 之信賴區( 其計算公式如下(6)(7) ，接近機率 68%對真實值的信賴區間是介於 g/g 與 g*g 間，而95%的信賴區間是介於 g/g2 與 g*g2 間。根據上面量化的定義，每個衝擊產生了下面的符號，A-高度信賴程度( g=2.54)、B-中度信賴程度(g=4

19、6)、C-低度信賴程度( g=612)、D-未具信賴程度( g 12)，所得到之信賴程度也就是代表著不確定性的程度。(6)n1ixg(7)iXlSDeg在量化環境衝擊時，所建立的劑量反應函數需要投入數項的參數值，而所投入之參數及成本會隨著區域特徵而有所不同，為了探究中部空品區的損害成本和單位受體外部成本的不確定性(Uncertainty)，本研究所使用 Monte Carlo 模擬輔助軟體為 Crystal Ball 2000，結合 Microsoft Excel 進行運算，Monte Carlo 模擬利用中央極限原理，將樣本模擬 10,000 次，主要是因為 10,000次常被視為標竿(Be

20、nchmark) ，所得到的新的母體樣本結果，將可修正原先母體樣本中的誤差影響，並可得到修正後的母體樣本的信賴區間。三 結果與討論1.單位受體之暴露劑量單位受體的 SO2 濃度暴露劑量，隨著時間的變化，SO 2 濃度亦隨之而變，根據8地理資訊系統的應用進行地理統計的空間濃度推估，從圖 2中可發現 2002 年中部空品區由最小值的 0 ppb 到最大值的 4.03 ppb。最小值發生於中部空品區的東半部，主要發生於仁愛鄉、信義鄉及和平鄉；最大值發生於中部空品區的西半部，主要發生於沙鹿鎮、線西鄉、彰化市及二林鎮一帶，可看出中部空品區 SO2 的暴露劑量，呈現由左至右逐漸下降的趨勢。圖 2 2002

21、 年中部空品區 SO2 濃度預測圖2.暴露劑量效應函數之探討以各鄉鎮市區 SO2 的總量來推估該鄉鎮市區所產生的外部衝擊及影響，所運用的方法為劑量反應函數，SO 2 所造成人體的風險，以急性死亡壽命減損年及呼吸性疾病入院數來估算，SO 2 在急性死亡的劑量反應函數部分：運用 SO2 急性死亡的劑量反應函數來量化造成的人體影響，主要的衝擊影響結果為急性死亡的壽命減損年，亦即代表民眾因暴露 SO2 而影響到人體健康，壽命因此減損的風險。從圖 3 中，分析結果發現中部空品區各個鄉鎮市區，以龍井鄉鄉民的壽命減損年約 681 YOLL 為最高，若以該年度鄉民人口約六萬八千人左右來估算，龍井鄉鄉民每年每人

22、因SO2 污染壽命減損約 0.01 年(約 34 天)的風險，所造成的原因不外忽為台中火力發電廠產生的大量 SO2 所致。其次橙色部分為大里市、豐原市及彰化市，其壽命減損年約在 82224 YOLL 間，由高至低分別為大里市的 224 YOLL、豐原市的134 YOLL 及彰化市的 123 YOLL，壽命減損年較高之原因與鄉鎮市區的 SO2 總量與人口密度有關，此外，土黃色部分的潭子鄉、和美鎮、太平市及南投市，其壽命減損年約在 4781 YOLL 間；淺綠色部分為梧棲鎮、南區、員林鎮、神岡鄉、大雅鄉、大甲鎮、鹿港鎮、沙鹿鎮、大肚鄉、烏日鄉、伸港鄉、西屯區、草屯鎮、東區、北區、社頭鄉、及西區，其

23、壽命減損年約在 1946 YOLL；綠色部分及深綠色部分主要分布在中部空品區的東半部及南半部， 。圖 3 中部空品區 SO2 造成急性死亡壽命減損年的分佈圖3.環境稅與 SO2 的損害成本探討環境支出是經濟體系中之個體直接投入於環境保護和資源管理的支出，環境稅之徵收除有環境上的直接效益外，在專款專用之使用下亦可促進環境改善。 。由文獻的收集得到了不同污染物於不同情況下的衝擊因子，其資料收集結果彙整成衝擊因子環境外部成本表，由於所收集得到的衝擊因子適用年份、地區及成本單位不盡相同，首先針對適用年份不一，本文利用消費者物價指數的年變動率來計算不同年份之通貨澎脹情況，並轉換成台灣地區不同空氣污染物之

24、損害成本(如表 2)，表中發現以懸浮微粒之損害成本為最高，每公斤高達 150.58 元，而 NOx 與 SO2 之損害成本相當，約為每公斤 4042 元間，此價格約高出國內 SOx 空污費費率的 34 倍。本研究運用 SO2 劑量反應函數所推做出來的損害成本，經不確定性分析後得到中部空品區 SO2 的損害成本約為每公斤 80 元，若與國外損害成本經效益轉換(benfit transfer)成台灣之損害成本每公斤約為41.55 元。表 2 台灣地區不同空氣污染物之損害成本表 MinMaxgglevlCO20.34.370.574.52B14.11.8.8437.0D0PM0.92709.2150

25、. .98A2NOx.31.64.27.6C3S20.259.301.5.137衝 擊 因 子 損 害 成 本 (NT$/k) 數 據 量 4.中部空品區 SO2 造成之環境外部成本推估圖 4 可將 2002 年中部空品區 SO2 之總環境外部成本做一介紹，整個中部空品區區內以龍井鄉居冠，約為每年四十億之高額外部成本，而居冠的主要原因為龍井鄉的台中火力發電廠，該年度產生大量的 SO2，約為三萬二千噸左右。圖 4中橙色區塊代表著總環境外部成本範圍為4651,286 百萬元 /年，依成本高至低分別為大里市、豐原市、彰化市；土黃色區塊代表總環境外部成本範圍為 264465 百萬元/年，依成本高至低分

26、別為南投市、太平市、和美鎮及潭子鄉；淺綠色區塊代表總環境外部成本範圍為 103264 百萬元/ 年，依成本高至低分別為梧棲鎮、南區、員林鎮、神岡鄉、大雅鄉、大甲鎮、鹿港鎮、沙鹿鎮、大肚鄉、烏日鄉、伸港鄉、西屯區、草屯鎮、東區、北區、社頭鄉、西區；其他綠色及深綠色區塊代表著小於每年 103 萬的總環境外部成本，所造成的外部影響較小。圖 4 中部空品區 SO2 造成的外部成本5.單位受體 SO2 造成之環境外部成本所謂單位受體 SO2 造成之環境外部成本，為該鄉鎮市區區域內每年每人所承受之外部成本，由圖中可發現以龍井鄉居民所承受之外部成本為最高，約為每年每人五萬七千元，其原因為台中火力發電廠產生之

27、大量 SO2 所致。龍井鄉鄉內台中火力發電廠於 2002 年排放 SO2 約三萬二千噸，相較於中部空品區其他鄉鎮市區的最高排放量，約高出七倍以上之多。中部空品區其他的鄉鎮市區居民因 SO2 所承受的外部成本，如圖 5 中橙色區塊部分，由高至低以序為大里市的 7,183 元/年、梧棲鎮的 5,156元/年、豐原市的 4,754 元/年、南投市的 4,424 元/年、和美鎮的 4,317 元/年、伸港鄉的 4116 元/年及潭子鄉的 3,755 元/年；土黃色的區塊，為每年每人所承受的外部成本約在 1,7473,352 元；淺綠色的區塊，代表著每年每人所承受的外部成本約在 1,0011,746 元

28、，在綠色及深綠色的區塊，為低於 1,000 元以下的每年每人所承受的外部成本。整個中部空品區各鄉鎮市區區內每年每人所承受的外部成本約為 2,216 元，SO 2 造成中部空品區 2002 年的總體經濟效益損失約 121.7 億左右，但以平均值估算易造成較大的誤差，因為估算外部成本的參數，存在著不確定性的因素，故本研究運用蒙帝卡羅模擬，來推估較為信賴的外部成本，經模擬過後區內每年每人所承受的 SO2 外部成本約為 1,053 元，所造成的總體經濟效益損失約為 46 億元。圖 5 單位受體 SO2 造成之外部成本6 .SO2 造成環境外部成本之不確定性分析SO2 造成環境外部成本之不確定性，根據7

29、指出環境衝擊值幾乎為母體型態為 lognormal，在衝擊路徑法的衝擊評估及外部成本化後，運用蒙帝卡羅模擬將可重建母體數據型態，修正少數數據的不確定性，分析首先根據中部空品區各鄉鎮市區 SO2 損害成本及單位受體外部成本的樣本，找出合適的機率密度型態。結果經軟體 Crystall ball 樣本模型搭配後，在損害成本樣本型態上為lognormal 型態，此結果與 7的看法一致，推估出來的中部空品區 SO2 損害成本中位數值約為每公斤 80 元，若以上下 25%信賴區間每公斤約為30202 元；而在單位受體外部成本部分搭配結果為 Gamma 型態，推估出來的中位數為每年每人 1,053 元，若以

30、上下 25%信賴區間每年每人約為 2713,009 元( 表 3)。表 3 中部空品區 SO2 外部成本不確定性分析之信賴區間百分比組距值項目單位機率密度分佈型態 10% 25% 50% 75% 90%損害成本元/kgLognormal 13 30 80 202 444單位受體外部成本元/人Gamma 49 271 1053 3009 5909四、結論與建議根據本研究的模擬結果，分析與討論後可得下列幾項結論：1. 2002 年中部空品區 SO2 濃度年均值前四名，由高至低分別為沙鹿的 4.03 ppb、二林的 3.98 ppb、彰化的 3.90 ppb 及線西的 3.44 ppb 等。 2.平

31、均外部成本為 2,216 元/人年，總體經濟效益損失約 121.7 億元，以平均值估算易造成較大的誤差，不確定性因素較高，運用蒙帝卡羅模擬，推估外部成本，將可有效地將不確定性降低，結果約為 1,053 元/人年，總體經濟效益損失約為 46 億元。3.外部成本推估結果，以龍井鄉鄉民的每年每人約 5 萬 7 為最高，主要原因與其當地之台中火力發電廠燃燒大量燃煤有關 。4.運用效益轉換及不確定性分析下，將國外 SO2的損害成本轉換台灣地區 SO2 的損害成本約為每公斤 41.55 元，而實際推估中部空品區之損害成本每公斤約 80 元，可見目前國內在 SOx空污費的徵收上，不到每公斤 12 元的費率，

32、可進一步地考量國內空氣污染物的損害成本，做為調整費率的參考。本研究建議:1.以 SO2 產生量推估所造成的外部性，考量的只有對人體的外部性，對於在環境上的衝擊影響並未納入，且美中不足的未能依污染物排出後實際影響的總量，來推估受體的外部影響。2.其他空氣污染物的外部成本研究尚有極大的空間，本研究建立了一個基本的推估模組，期能有後續的研究繼續加入，讓評估空氣污染物的外部成本方法更加健全。五、參考文獻1. Schwartz J, Spix C, Touloumi G, Bachrov L, Barumamdzadeh T, Tertre A le, Piekarksi T, Leon A Ponce

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