上海能源消耗与PM2.5排放量分析

郑明+马宪国

摘要： 近年来，上海高能源消耗对大气环境的影响逐渐得到关注，PM_2.5的研究也引起了广泛的重视.通过分析上海各能源种类的消耗，结合不同能源消耗过程中PM_2.5的排放因子，定量估算了上海2010年和2011年煤、成品油、天然气等10种主要能源的PM_2.5排放量.分析结果显示，煤、成品油消耗量和其PM_2.5排放量的比率均过大，两者大约都是天然气的2倍.

关键词： 能源消耗； 排放因子； PM_2.5； 排放量

中图分类号： TK 01文献标志码： A

Abstract： In recent years，the impact of heavy energy consumption in Shanghai on the atmospheric environment receives increasing attention.The studies of PM2.5 also have been conducted widely.In this paper，according to the energy consumption in Shanghai in 2010 and 2011，combining with the PM2.5 emission factors of different kinds of energy，the PM2.5 emission of 10 kinds of energy，such as coal，natural gas，petroleum products，and so on，is quantitatively estimated.The results show that the consumption and PM2.5 emission rate of coal and oil are very high.Both are twice than that of the natural gas.

Key words： energy consumption； emission factors； PM2.5； emission

上海是我国最大的工业城市，也是一个能源消费型城市，人均能耗和单位面积能耗水平远高于全国平均水平[1-2].上海能源消费总量从2001年的5 473.6万t标准煤增长至2011年的11 270.5万t标准煤，年均增长率为10.6%，比全国年均增长率7.7%高出37.5%.如此高的能源消耗密度，导致上海城市环境严重恶化.Feng等[3]对上海PM2.5（大气中动力学直径小于或等于2.5 μm的颗粒物）进行了测定，得到的年平均值为91 μg·m-3，是国家环境空气质量标准II平均值35 μg·m-3的2.5倍，和其它沿海城市，如青岛40 μg·m-3、厦门60 μg·m-3、香港49 μg·m-3相比明显偏高，与沙尘暴严重的北京95 μg·m-3[4]接近.近年来，高能源消耗带来的PM2.5问题越来越严重.国内外研究人员对上海大气中PM2.5含量进行了大量研究，如：Ye等[5]基于一年的数据研究了上海大气中PM2.5含量及化学成分；Wang等[6]研究了PM2.5含量随季节的变化.这些研究重点集中于对PM2.5的化学特征解析源分析，而对能源消耗与PM2.5的关系未进一步阐明.

本文参考2012年上海能源统计年鉴[7]及PM2.5排放因子，针对不同燃料类型，估算了上海2010—2011年能源消耗产生的PM2.5排放量.

1 计算模型的建立

1.1 计算方法

各产业能源消耗产生的废气排放量Ep计算式为[8]

式中：p、i、k、m分别代表污染物的种类、产业、能源类型、工艺方式；A为能源消耗量；X为能源转换量；EF为年均排放因子.

1.2 排放因子

各种能源PM2.5排放因子对于准确计算PM2.5含量至关重要，不同能源的化学成分不同，其排放因子也不同.对同种能源的使用方式不同，也可能导致排放因子不同.根据国内学者赵斌等[9]的最新研究，结合上海能源使用政策和方式，总结出了反映上海实际情况的PM2.5排放因子，如表1所示.

由表1可看出，相对于天然气和液化石油气，煤炭、石油制品的PM2.5排放因子大约是前者的2～4倍，尤其是燃煤，会导致大量NOx、SOx的排放.这些都是导致上海PM2.5含量过高的主要因素.

2 上海能源终端消耗情况

上海能源消耗以煤炭、石油为主.尽管上海从1999年开始供应天然气，但其消耗占总能源消耗比重不大.2011年煤炭、石油消耗比重之和达85.19%，天然气消耗在能源消耗总量中的比重很低.2010年和2011年上海能源消耗结构如图1所示.2010年和2011年上海能源终端消耗量分别为10 842.33万t标准煤和11 270.50万t标准煤.其中煤炭、成品油、天然气等10种主要能源终端消耗量如表2所示.

3 计算结果及分析

应用式（1）可估算出PM2.5排放量.对于单一变量，式（1）可简化为

式中：Aj为第j种能源消耗强度；EFj为第j种能源年均排放因子.

2010年和2011年上海不同能源消耗所产生的PM2.5的排放量如表3所示.由表3可知，2010年和2011年上海能源消耗向大气排放的PM2.5排放量分别约为19 733.72、19 278.88 t.以2011年为例，天然气消耗量占总能源消耗量的6.54%，但其PM2.5排放量仅占总排放量的3.27%，两者比率为0.5；燃煤和成品油PM2.5排放量占比与使用量的占比的比值约为1.煤与油的大量使用是导致PM2.5过高的主要原因.图2给出了2010年和2011年上海各种能源向大气排放PM2.5的占比.

4 结 论

通过对上海2010年和2011年各种能源消耗向大气排放PM2.5的定量分析可知，上海以煤炭和石油为燃料的能源消耗格局是导致上海大气中PM2.5含量过高的主要原因.它们在使用中将产生大量NOx、SOx，这些可溶性气体在光化学反应下产生的颗粒是PM2.5形成的首要因素.

参考文献：

[1] 孙天晴.上海市能源供应安全及战略储备优化研究[D].上海：上海理工大学，2009.

[2] 张丽虹，俞增盛，马宪国.上海市能源结构优化分析[J].能源研究与信息，2002，18（3）：125-130.

[3] FENG J L，SUN P，HU X L，et al.The chemical composition and sources of PM2.5 during the 2009 Chinese New Years holiday in Shanghai[J].Atmospheric Research，2012，118（15）：435-444.

[4] 李泽伟.大气污染防治计划明确北京PM2.5年均控制指标[EB/OL].[2013-09-13].http：∥www.chinanews.com/sh/2013/09-13/5280339.shtml.

[5] YE B M，JI X L，YANG H Z，et al.Concentration and chemical composition of PM2.5 in Shanghai for a 1year period[J].Atmospheric Environment，2003，37（4）：499-510.

[6] WANG Y，ZHUANG G S，ZHANG X Y，et al.The ion chemistry，seasonal cycle，and sources of PM2.5 and TSP aerosol in Shanghai[J].Atmospheric Environment，2006，40（16）：2935-2952.

[7] 上海市统计局.上海能源统计年鉴2012[M].北京：中国统计出版社，2012.

[8] ZHENG J Y，ZHANG L J，CHE W W，et al.A highly resolved temporal and spatial air pollutant emission inventory for the Pearl River Delta region，China and its uncertainty assessment[J].Atmospheric Environment，2009，43（32）：5112-5122.

[9] 赵斌，马建中.天津市大气污染源排放清单的建立[J].环境科学学报，2008，28（2）：368-375.