基于情景分析的城市大气污染物减排潜力研究

吉木色

(北京清华同衡规划设计研究院有限公司，北京　100085)

基于情景分析的城市大气污染物减排潜力研究

吉木色

(北京清华同衡规划设计研究院有限公司，北京100085)

【摘要】针对乌鲁木齐总量控制与环境质量改善具有较好一致性，减排潜力仍然较大，排污总量与环境容量差距也较大的特点，基于情景分析法，通过设置基准情景和不同控制措施情景，预测主要大气污染物(SO2、NOx、烟粉尘)在目标年2015年和2020年不同情景下的排放量，分析与基准情景相比较下的控制措施减排贡献，以定量化评估各项大气污染防治措施对其污染物减排效果。结果表明，火电行业对污染物的减排贡献最大，对SO2、NOx、烟粉尘的减排贡献分别达到23%、39%和24%；石化、冶金行业对SO2和NOx的减排贡献占比较高，建材和采掘行业对烟粉尘的减排具有较高贡献。同时指出调整能源结构、提高集中供热比例和实施机动车污染控制对乌鲁木齐大气污染防治同样具有重要意义。

【关键词】大气环境；情景分析；减排；乌鲁木齐

中图分类号：X21

文献标识码：码：A

文章编号：号：1673-288X(2015)05-0102-04

Abstract：The relationship between total amount control and environmental quality improvement of Urumqi has a good consistency，and it still has great potential to reduce emissions，and there was also a big difference between its total amount and environmental capacity. Based on the method of scenario analysis，the pollutants (SO2，NOx，smoke and dust) have been estimated in the target year 2015 and 2020 by setting the Business-as-usual (BAU) scenario and different control measures scenarios，which compared with the BAU scenario to calculate the emission reduction to evaluate the effects of air pollution prevention measures quantitatively.

Keywords：atmospheric environment；scenario analysis；reduction；Urumqi

作者简介：史学峰，副研究员，主要从事环境影响评价

1引言

目前，我国城市大气污染防治正处于污染治理攻坚期，在传统污染物新增量下降，污染排放高位趋缓的同时，面临着污染治理措施边际效益减小的挑战。我国总量控制制度从“九五”期间的提出，到“十二五”时期进入快速、全面的发展阶段，主要通过对跨区域酸雨污染、重点工业、低矮源实施SO2和NOx总量控制，取得了一定成效[1-2]。相关研究认为，未来在发展方式没有取得全局性突破、资源能源消费总量下降和工业化完全实现之前，污染物总量控制作为改善环境质量的重要手段，仍需坚持、完善与加强[3]。乌鲁木齐等煤烟型污染严重地区，区域总量控制与环境质量改善具有较好一致性，减排潜力仍然较大，排污总量与环境容量差距也较大，总量控制制度仍将作为一种必须的手段承担污染物控制与削减的任务。同时，我国的大气污染防治正在逐步形成以总量控制倒逼经济转型的联合驱动机制[3]。单纯由环保部门负责的废气治理已不是控制空气污染的核心，由多部门联合行动、各司其职，综合考虑环境、经济、社会、人口等复合系统是大气治理的方向。因此，结合环境污染防治本身，强化污染源头管控，多部门联合防控成为关键。此时，有效评估各项措施的实施效果成为措施实施的重点。针对排放源的减排效果目前已有相关研究[4-6]，但是对源头管控-能源消费-污染源排放一体化的综合评估仍显不足。

本文以乌鲁木齐市作为研究对象，通过情景分析的方法，讨论如何定量化评估多部门各项措施在城市大气污染防治过程中的具体贡献，分清重点，为从源头控制大气污染、改善环境质量提供建议。

2乌鲁木齐市大气环境现状

乌鲁木齐市地处天山北坡，三面环山，冬季静风频率高，加上以煤为主的能源结构以及工业生产工艺相对落后的现状，乌鲁木齐市成为西部地区重污染城市，2014年中重度污染日数占全年的5.7%，轻度污染日数占全年的20.9%[7]，采暖期污染严重。从1998年开始，乌鲁木齐市大力实施“蓝天工程”，强化污染综合治理[8]。近年，乌鲁木齐市传统污染物中，除SO2浓度逐年下降并达标之外，PM10和NO2仍然超标，PM10浓度在小范围内有所波动，而NO2浓度则在缓慢上升。

图1　乌鲁木齐近年大气污染物年均浓度变化情况

近年，乌鲁木齐市的煤炭消耗量以及污染物SO2和NOx的排放量整体呈现上升趋势，烟粉尘排放量有所下降。污染物排放主要来自电力及工业生产，其中电力、冶金、石化、建材、化工、采掘等是污染排放的重点行业。乌鲁木齐市75%的工业SO2排放来源于电力、化工、冶金、石化四个行业，电力对工业NOx的排放贡献超过一半，电力、建材、冶金、采掘对工业烟粉尘的排放贡献总计超过85%。

图2　乌鲁木齐市历年煤炭消耗量和污染物排放量

3研究方法

根据乌鲁木齐市经济社会发展、能源利用现状及未来发展水平，结合重大建设项目、污染物治理项目中大气污染物排放控制技术水平的分析，预测未来污染物排放强度水平，按照工业源、生活源和机动车源三部分，计算各控制措施情景下的污染物减排贡献，从而分析各类控制措施的减排效果。

3.1　排放量的预测

(1)工业源大气污染物排放量预测：工业源大气污染排放根据排放因子法进行计算。根据污染物排放量与工业产值以及排放强度之间的关系，在未来污染物去除效率逐步提高的条件下，各行业污染物排放强度也随之降低，进而得到未来各行业污染物的排放趋势。

图3　乌鲁木齐市2011年各行业工业污染物排放贡献

(1)

其中，Qi为工业污染物排放量(万吨)；C为各行业产值(万元)；E为各行业污染物排放强度(吨/万元)；n代表重点行业，主要包括火电、建材、化工、石化、冶金、采掘和其他工业。

(2)生活源大气污染物排放量预测：为了重点考量集中供热调整带来的污染减排，本次生活源污染物排放量计算只考虑城镇居民分散取暖供热带来的污染物排放，由集中供热比例和人均生活排放系数计算，生活源污染物排放量计算公式为：

(2)

式中，Qd为生活源大气污染物排放量(万吨)；P为非农业人口数量(万人)；D为城镇居民集中供热比例(%)；E为城镇人均生活污染排放系数(kg/人)。

(3)机动车大气污染物排放量预测：机动车污染物排放量由机动车保有量、机动车行驶里程、排放因子计算得到，机动车污染物排放量计算公式为：

(3)

式中，Qm为机动车污染物排放量(万吨)；Pi为第i车型机动车保有量(万辆)；VKT为第i车型的年均行驶里程(km)；EFi为在第i车型的排放因子(g/(km·辆))。在本次计算中，车型i分为重型客车、轻型客车、重型货车、轻型货车、摩托车5类。

3.2　情景设置

为了研究在经济持续发展情况下，各种控制措施的实施对污染物排放量的影响，就未来可能在能源结构调整、工业源、机动车源、生活源污染排放控制等方面采取的措施设定相应情景，并与基准情景(即不实施额外措施，保持各污染源现有排放水平不变)进行比较，进而判断减排空间。其中，重点控制工业源按照现状污染排放情况(图2)及未来潜力，选取火电、建材、化工、石化、冶金、采掘等行业。

(1)调整能源结构情景：参考《乌鲁木齐市能源发展与节能规划(2008-2015年)》、《乌鲁木齐市“十二五”生态建设和环境保护规划及2020年长期规划》、《乌鲁木齐区域大气污染防治“十二五”规划》中关于乌鲁木齐未来能源消费结构的规划要求，预测2015年、2020年的煤炭消费占一次能源比例由目前的73%分别降低到60%和50%。

(2)工业源减排情景：按照2011年乌鲁木齐市工业污染物排放情况分析，各行业污染物去除效率普遍偏低(表1)。根据国家和区域规划要求，未来乌鲁木齐电力行业10万千瓦以上现役燃煤机组要全部实现脱硫和完成低氮燃烧技术改造，综合脱硫效率达到90%以上，综合脱硝效率达到70%以上；新建燃煤发电机组全部配套建设脱硫、脱硝设施，脱硫、脱硝效率分别达到95%和80%以上；现有电力企业综合除尘效率为98%，要求在2015年，逐步提高除尘效率到99%；其他重点行业，包括石化、建材、钢铁等都将实施污染物治理与削减工程。至规划远期2020年，污染物去除效率在2015年的基础上继续得到提高，详细参数设置见表1。

表1　工业减排情景下各行业分情景污染物综合去除效率

(3)生活源减排情景：根据现状乌鲁木齐市居民生活污染物排放量，结合未来乌鲁木齐集中供热改造要求，规划年2015年和2020年集中供热比例分别由现状的80%提高到95%和98%。

(4)机动车减排情景：“十二五”期间，对现有黄标车全部进行淘汰，在“十三五”期间再对污染物排放量较大的老旧车进行淘汰；按照国家要求逐步实施更加严格的机动车新车排放标准。

4情景分析

依据现有污染物排放控制水平，未来随着人口增长和经济的发展，基准情景下乌鲁木齐市的污染物排放量有明显的增加。各污染物在不同控制措施情景下的污染物排放情况如下。

4.1　二氧化硫排放

工业减排情景下，加强乌鲁木齐工业生产装置和燃煤锅炉的脱硫设施建设，提高脱硫效率，2020年减排贡献占比(单个措施减排贡献占所有措施减排贡献的占比)达到67%。其中，火电行业减排贡献最大，对SO2的减排贡献占比为23%。石化行业因其目前极低的脱硫效率，使得未来存在巨大的减排空间，2020年对SO2的减排贡献占比能够达到19%。冶金行业也是减排重点行业，其对SO2的减排贡献占比达到11%。另外，调整能源结构和加大集中供热比例对SO2的减排贡献占比分别为32%和2%。

4.2　氮氧化物排放

目前，乌鲁木齐市工业对NOx 基本没有进行有效控制，通过脱氮脱硝综合治理，2020年减排贡献占比达到75%。其中，火电行业是乌鲁木齐市NOx的重点减排行业，减排贡献占比可占到39%。建材、石化、冶金行业的NOx综合治理工程使其减排贡献占比分别达到8%、11%、10%。机动车尾气是乌鲁木齐NOx的重要排放来源，在机动车减排情景下，2020年对NOx的减排贡献占比达到24%。

4.3　烟粉尘排放

乌鲁木齐市烟粉尘的排放主要来自工业和机动车尾气的排放。提高建材、电力和冶金、煤炭行业的除尘效率使烟粉尘减排贡献占比分别达到37%、24%、8%、10%。另外，实施机动车尾气污染治理2020年对烟粉尘减排贡献占比达到7%。

5结论

工业源污染物减排仍然是乌鲁木齐市未来大气污染控制重要措施。其中，火电行业污染控制对污染物的减排效果最为显著，对SO2、NOx和烟粉尘而言，单个措施减排贡献占所有措施减排贡献的占比分别达到67%、39%和24%。其次，石化行业对SO2和NOx的减排贡献占比也分别达到19%和11%；冶金行业对SO2、NOx和烟粉尘的减排贡献占比分别达到11%、10%和8%；建材和煤炭行业对烟粉尘的减排贡献占比较大，分别达到37%和10%。另外，调整能源结构和提高集中供热比例分别对二氧化硫的减排贡献达到32%和2%，而实施机动车污染防控对NOx和烟粉尘而言，减排贡献占比分别达到24%和7%。因此，根据各项措施的减排贡献，应尽可能的采取多种措施综合治理乌鲁木齐大气污染，使污染物减排达到最大化。

参考文献：

[1]洪亚雄，吴舜泽，薛文博，等.“十一五”大气污染物总量减排的环境效果回顾性评估[J].世界环境，2013，(6)：16-19.

[2]柴发合，陈义珍，文毅，等.区域大气污染物总量控制技术与示范研究[J].环境科学研究，2006，19(4)：163-171.

[3]吴舜泽，吴悦颖，王东.将总量控制完善发展为生态文明建设基本制度[N].中国环境报，2013-11-12(2).

[4]陈娟，李巍，程红光，等.北京市大气污染减排潜力及居民健康效益评估[J].环境科学研究，2015，28(7)：1114-1121.

[5]吴智泉，张世平，马美倩，等.北京市能源需求预测与污染物排放量变化趋势分析[J].能源技术经济，2011，23(11)：41-45.

[6]杨峰.包头市主要大气污染物总量控制“十二五”规划及可达性分析研究[D].合肥：合肥工业大学，2012.

[7]乌鲁木齐环保局.乌鲁木齐环境状况公报[R].乌鲁木齐：乌鲁木齐环保局，2014.

[8]李建，吕爱华，许嘉钰.乌鲁木齐大气污染防治政策变迁与展望[J].新疆环境保护，2012，34(4)：5-9.

Based on the Scenario Analysis of Atmospheric Pollutants Emission

Reduction Potential Research

JI Muse

(Tsinghua Tongheng Urban Planning and Design Institute，Beijing 100085)

《环境与可持续发展》简介

环境保护部主管和环境保护部环境与经济政策研究中心主办的《环境与可持续发展》(原《环境科学动态》，CCSCI来源期刊，全国中文核心期刊)于1976年创刊，现已加入“中国学术期刊(光盘版)全文收录期刊”、“中国期刊全文数据库(CJFD)全文收录期刊”、“万方数据-数字化期刊群全文收录期刊”、“中国学术期刊综合评价数据库(CAJCED)统计源期刊”、“中文科技期刊数据库(全文版)收录期刊”。

2011年6月第三期本刊改版并定位为“国家级政策指导性学术期刊”，依据从环境保护的视角报道可持续发展理论与实践办刊宗旨，创新设置“理论战略探索”、“政策专题研究”、“法律法规研讨”、“典型案例解析”、“研究动态瞭望”、“研究成果报道”、“生态文明之窗”等栏目。本刊底蕴深厚尤其自2011年改版以来一直发挥集中选题的宣传优势，提前发布选题，开展征稿组稿，期刊学术质量显著提高。据知网《中国学术期刊影响因子年报(自然科学与工程技术(2014版)》，我刊学术影响因子显著大幅度提高。由2011年0.831和2012年1.030，提高到2013年逼近2.000大关，为1.971，名列环境保护部主管期刊第一名。在全国收录环境科学类66种期刊中排位第6名，其中2012年位列全国第18名，2011年第29名，2010年第33名。

2015年本刊紧紧围绕中共中央国务院《关于加快推进生态文明建设的意见》要求，以全面建成小康社会、全面深化改革、全面依法治国、全面从严治党的战略布局为统领，重点以深化生态文明体制改革和加快建立生态文明制度体系，建设美丽中国为议题，策划选题。2015年拟重点选题：生态文明制度体系、大气环境质量管理、机动车污染防治、水污染防治、土壤污染与修复、环境外交、环境与健康、农村环境保护、环境风险防范与应急管理、固体废弃物环境管理、环境产业、污染减排重点以及环境与贫困等。请各界人士能予以关注并不吝赐稿，同时欢迎相关单位及课题组协办专栏或者专刊。

引用文献格式：史学峰等.UASB+CASS工艺在处理乳业废水中的应用[J].环境与可持续发展，2015，40(5)：106-109.