主要结论
长江三角洲(简称“长三角”)地区包括上海市、江苏省和浙江省,是中国第一大经济区,但近年来霾污染事件频发,空气污染形势严峻。2013 年 9 月,国务院发布《大气污染防治行动计划(2013-2017)》,提出到 2017 年,长三角地区细颗粒物(PM2.5)浓度下降 20% 左右。根据环保部在 2013 年提出的全国城市空气质量达标时间表,长三角地区需要制定中长期达标规划,力争2030年所有城市达到国家标准(PM2.5年均浓度 35µg/m3)。
纵观长三角地区近三年 PM2.5 年均浓度的变化(见图1),逐年降低的趋势非常明显,但 2015 年除舟山外其他地级市 PM2.5 年均浓度仍然高于国家标准,其中江苏省的超标情况最为严重。
基于上述 2030 年达标的中长期目标要求,本研究对上海、江苏、浙江 2030 年 PM2.5 的达标情况进行了情景分析。结果表明,只有可持续的能源发展战略以及最大潜力的减排措施同时实施,才能实现长三角地区空气质量的全面达标。
具体包括:调整能源结构和产业结构,转变生活方式,提高能源利用效率。
☆ 降低煤炭在能源消费中的比例,更多地采用清洁能源。2030 年煤在一次能源消费总量中的占比降低到 52%,天然气占比提高到9%,生物质和其他可再生能源占比提高到20%。
☆ 降低电力部门中燃煤发电量比例,提高燃煤发电效率。2030 年燃煤发电量占总发电量的比例下降到 57%。能源效率较高的超临界、超超临界和整体煤气化联合循环发电机组所占比例显著增大。
☆ 最佳可用技术(BAT)到 2030 年在各工业行业普遍应用,高效的能源技术代替落后的、高耗能的技术,中国的能源效率到 2030 年达到或基本达到世界最高水平。
☆ 推 广 新 能 源 汽 车、 提 高 燃 油 经 济 性。 到2030 年,在轿车中,混合动力汽车、插电式混合动力汽车和电动汽车占新车销售量的比例分别达到25%、 28%和2%。 到2030年,通过实施新的燃油经济性标准,轿车和重型车的新车燃油经济性将分别比 2010 年提高33% 和 57%。最大限度的全面实施和采用污染物控制技术。
☆ 电力:通过超低排放改造,使得 SO2、NOX和颗粒物达到超低排放限值,最大限度地利用最先进的污染物减排技术。
☆ 工业:对于工业锅炉,最先进的减排技术,如烟气脱硫、低氮燃烧 + 选择性催化还原、高效除尘等,得到充分利用。对于工业过程源,全面实施各行业的最新排放标准,最大限度地应用最先进的污染物控制末端治理措施。对于产生挥发性有机物(VOCs)的工业过程,全面采用 VOCs 末端治理措施和回收工艺。
☆ 交通:对机动车全面实施欧洲现有的最严格标准。加速淘汰高污染高排放的车辆。所有的轻型汽柴油车、重型柴油车都达到欧 6 标准,汽油轿车基本达到欧 6 标准。
☆ 溶剂使用:降低溶剂含量,使用水性涂料替代等技术工艺降低 VOCs 排放。在油墨、涂料、印刷、包装等行业全面推广实施“替代+ 末端治理”技术。
☆ 民用商用部门和生物质开放燃烧:对民用商用部门,降低和淘汰高耗能高污染的炉灶。对民用商用锅炉全面采用脱硫设施,采用低硫型煤,采用高效除尘措施以降低 PM2.5 排放。全面禁止生物质的开放燃烧。
其他发现和建议:
不同区域的减排压力和潜力。相比上海和浙江,江苏省需要在更多部门采用更严格的减排措施,才能实现达标。因此,建议未来在区域间联防联控时,更科学地综合考虑不同区域的经济社会等复杂因素的影响,不是一刀切地对不同地区采用同样的控制策略,而是找到平衡经济和环境以及不同地区之间的最佳减排组合措施方案。
农业氨排放的控制。假如在上述控制措施之外,对农业部门也采取减排措施使氨排放量比2010 年明显降低,则长三角地区能在空气质量达标基础上进一步降低 PM2.5 浓度,但是氨减排措施在实际执行和管理方面有较大的挑战。
长三角以外地区也需大力推进减排措施。尽管长三角区域内的污染源是其 PM2.5 超标的主因,域外排放的贡献也不可忽略。假如长三角以外地区仍保持快速增长,不采取有效的污染减排措施,仅靠长三角地区实施可持续的能源发展战略以及最大潜力的减排措施,仍难以保证 PM2.5 浓度完全达标。因此,长三角以外地区也需加大力度推进减排措施的落实。加大政策落实力度。本研究假设各个情景下的相关政策得到了全部落实,但实际操作中政策的落实很可能受到各方面的影响。建议针对政策的落实开展相关研究,明确相应的资金、技术等需求,以提高政策的落实程度。
在推动PM2.5 达标的同时,关注臭氧污染。PM2.5 作为长三角地区的首要大气污染物,随着一系列防治措施的开展,近年来下降明显,但臭氧污染没有得到明显改善甚至更加严重。2015年上海 107 个污染天数中,31% 的首要污染物为臭氧 5。自 2013 年以来,江苏省臭氧浓度连续两年不降反升。因此为了实现长三角地区空气质量的全面达标,在推动 PM2.5 达标的同时,也需同时关注臭氧污染,对于能够同时降低 PM2.5和臭氧污染的协同控制措施,可考虑作为重点进行推进。
尽快开展和完成空气质量达标规划工作。本研究的模型构建、研究方法和措施建议为长三角地区进行空气质量管理提供了一定的支持。建议根据新大气法的要求,一方面尽快开展长三角区域的空气质量达标规划工作,另一方面在各省级政府的推动下,尽快开展以城市为主体的空气质量达标规划工作,以便在科学的达标规划基础上,制定系统的空气质量达标措施和管理机制。
1. 研究方法
本研究首先构建了基于全过程的区域污染物排放预测模型和具有快速响应能力的 PM2.5 浓度预测模型(ERSM)。
区域污染物排放预测模型框架如图 1-1 所示。该模型有三个特点:(1)建立了详细的能源技术数据库和污染控制技术数据库,通过对不同能源利用技术排放特征的详细表征,提高污染物排放量计算的精度。(2)考虑了能源技术和污染控制技术的主要参数和技术分布的动态变化,包括过去的变化和未来的变化。(3)将能源技术和污染控制技术完全耦合,一种能源技术可以与数种污控技术进行组合,确保了能源和排放预测的一致性,从而能够对各种节能措施的减排效果进行定量评估。
ERSM 模型以区域多尺度空气质量(CMAQ)模型为基础, 建立了PM2.5 与多个区域、 多个部门、多种污染物排放量之间的快速响应关系。与此前研究建立的响应模型相比,ERSM 技术利用统计学手段表征了目标区域前体物排放及源区域前体物跨区域传输的影响,以及目标区域大气化学反应对 PM2.5 浓度的贡献,从而使该技术适用于各区域间相互影响显著的城市群地区。
在上述模型构建的基础上,本研究首先以2010 年为基准年,建立 2010 年的排放清单;其次,考虑不同的能源发展和控制策略设置六个主要的情景,并根据区域污染物排放预测模型得到目标年(2030 年)各情景下的污染物排放量;最后,通过 ERSM 模型预测得到 2030 年各情景下的 PM2.5 浓度,再根据上述结果提出相关的措施建议(见图 1-2)。
2. 情景设置
本研究设置了两个能源情景,分别是趋势照常情景(Business-as-usual,BAU)和新政策情景(New Pol icy,NP)。BAU 情景假定未来继续采用现有的政策和现有的执行力度,新的节能政策没有出台,电力、工业、民用、交通等部门的发展保持现有轨迹,例如根据国家规划,到 2020 年单位GDP 的 CO2 排放量应比 2005 年降低 40%-45%。NP 情景则假设未来国家采取可持续的能源发展战略,包括改变生产生活方式、调整能源结构和工业结构、提高能源利用效率、政府制定的方针路线和法律法规得到了充分执行等。
在两个能源情景的基础上,分别设置了三个控制策略情景,即基准控制策略情景([0])、最佳估计控制策略情景([1])和最大减排潜力控制策略情景([2])。基准控制策略情景假定未来继续采用现有的政策和现有的执行力度,新的减排政策没有出台。最佳估计控制策略情景假定未来不断出的控制政策,是对未来政策走势的最佳估计。最大减排潜力控制策略情景假定技术上可行的减排措施均得到了最大限度的应用,是通过各种污染控制措施可以实现的最大限度的减排策略。
将两个能源情景和三个控制策略情景进行组合,最终构成了六个情景(BAU[0]、BAU[1]、BAU[2]、NP[0]、NP[1]、NP[2]),各情景的名称和定义如表 2-1 所示。
3. 污染物排放量预测
3.1 能源消费预测
能源消费量的预测是污染物排放量预测的基础和前提。首先预测人口、GDP、城市化率等“驱动力”的变化情况;其次,根据驱动力的变化,预测未来能源服务的需求量。驱动力和能源服务量预测的主要结果如表 3-1 所示。
之后分情景预测未来的能源技术分布和能源效率。对于电力部门,BAU 情景主要是基于国家发改委的相关规划,并根据近年的实际发展情况进行调整。NP 情景则参考了中国电力企业联合会的预测。在 BAU 和 NP 情景下,燃煤发电量占总发电量的比例到 2030 年将分别下降到73% 和 57%。在燃煤发电中,新建机组几乎均为 300MW 以上的大机组,能源效率较高的超临界、超超临界和整体煤气化联合循环发电机组所占比例将显著增大。电力部门能源技术构成的变化如图 3-1 所示。
之后分情景预测未来的能源技术分布和能源效率。对于电力部门,BAU 情景主要是基于国家发改委的相关规划,并根据近年的实际发展情况进行调整。NP 情景则参考了中国电力企业联合会的预测。在 BAU 和 NP 情景下,燃煤发电量占总发电量的比例到 2030 年将分别下降到73% 和 57%。在燃煤发电中,新建机组几乎均为 300MW 以上的大机组,能源效率较高的超临界、超超临界和整体煤气化联合循环发电机组所占比例将显著增大。电力部门能源技术构成的变化如图 3-1 所示。
对于工业部门,BAU 情景主要基于国家发改委颁布的《节能中长期专项规划》,其核心目标为到 2020 年,主要高耗能产品的综合能耗达到世界先进水平(主要发达国家的平均水平)。在 NP 情景下,则假设最佳可用技术(BAT)在2020 年将在一些高耗能行业推广应用,到 2030年在各行业普遍应用,这意味着中国的能源效率到 2030 年将达到或基本达到世界最高水平。综合能耗的降低是通过能源技术构成的变化及能源技术效率提高实的;其中最重要的途径是用高效的能源技术代替落后的、高耗能的技术。各主要耗能行业能源技术构成的变化如附表 1 所示。
民用部门的主要排放源是小煤炉和生物质炉。因此,民用部门的能源结构调整会在污染物减排中起到关键性的作用。BAU 情景和 NP 情景假定了不同的能源结构调整的趋势。采暖部门未来能源结构调整见附表 2;炊事热水部门未来能源结构调整见附表 3。
对于交通部门,主要的措施体现在:(1)推广新能源汽车;(2)提高燃油经济性。在BAU 情景下,未来电动车的市场份额仅会略微上升。NP 情景则假设未来电动车的市场份额快速上升,到 2030 年,在轿车中,混合动力汽车、插电式混合动力汽车和电动汽车占新车销售量的比例分别达到25%、28% 和 2%。BAU 情景仅假定实施现有燃油经济性标准。在 NP 情景下,轻型车的燃油经济性标准参考了美国科学院提出的技术路径;重型车燃油经济性标准参考了日本的重型车新车燃油经济性标准。到 2030 年,通过实施新的燃油经济性标准,轿车和重型车的新车燃油经济性将分别比 2010 年提高 33% 和57%。
根据以上关于能源服务需求、能源技术分布和能源效率的假设,计算了各情景下未来的能源消费量。经过计算,在 BAU 和 NP 情景下,中国能源消费总量将从 2010 年的 4159 Mtce 分别增加到 2030 年的 6817 Mtce 和 5295 Mtce。在两个情景下,煤都一直在能源结构中占据主导地位。然而,在 BAU 和 NP 情景下,煤所占的比重将从 2010 年的 68% 下降到 2030 年的 60%和 52%。原油所占的比重有所升高,这主要是由于机动车保有量的迅速增长。在 NP 情景下,由于实行了可持续的能源政策,天然气、生物质清洁利用、其他可再生能源和核能所占比例明显高于 BAU 情景。在 NP 情景下,2030 年天然气在能源消费总量中的占比提高到 9%,生物质和其他可再生能源在能源消费总量中的占比提高到20%。分部门和分品种的能源消费量如图 3-2 所示。
3.2 控制技术应用预测
控制技术应用预测是对能够减少污染物排放的各种前端、末端技术的应用情况的估计,是进行污染物排放预测的关键。本节从电厂、工业、交通部门、溶剂使用、民用商用部门和开放性燃烧等五部分分别进行相应控制技术应用情况的预测。
3.2.1 电力
基准控制策略情景(BAU[0] /NP[0])主要基于现有政策和标准,具体来说,氮氧化物(NOX)和颗粒物(PM)的主要控制技术仍以低氮燃烧技术和电除尘为主,烟气脱硫的安装比例缓慢增长。最佳估计控制策略情景(BAU[1] /PN[1])假设 《环境保护十二五规划》 和2011年新颁布的 《火电厂大气污染物排放标准》得到实施。烟气脱硫的安装比例到 2015 年即达到 100%;从 2011年起,新建电厂安装低氮燃烧器和烟气脱硝装置,现有300MW 以上机组在 2015 年前完成烟气脱硝改造,现有 300MW 以下机组也将在 2015 年后缓慢推广烟气脱硝装置;高效除尘技术(布袋除尘、电袋复合除尘等)逐渐推广,到 2020 年和 2030 年分别达到 35% 和 50%。最大减排潜力控制策略情景(BAU[2] /NP[2])假定最先进的减排技术,如烟气脱硫、低氮燃烧 + 选择性催化还原、高效除尘等得到充分利用。电力部门主要污染控制技术的应用比例如附表 4 所示。
3.2.2 工业
针对工业方面的控制技术,分别从工业锅炉、工业过程源和工业过程源中的 VOCs 排放三方面进行具体分析如下:
对 于 工 业 锅 炉,2010 年 前 的 排 放 标 准 是2001 年颁布的《锅炉大气污染物排放标准》GB13271-20018 。BAU[0] /NP[0] 情景假设采取现有政策和现有执行力度,SO2 和 NOX 几乎处于无控状态,除尘技术以湿法除尘为主。BAU[1] /NP[1] 情景假定在 2011-2015 年间, 《环境保护十二五规划》 得到充分实施, 在2015年后,新的政策逐步出现。对于 SO2,烟气脱硫得到大规模推广,到 2020 和 2030 年应用比例分别达到 40% 和 80%。对于 NOX,在 2011-2015 年间,新建工业锅炉安装低氮燃烧器,重点地区的现有锅炉开始进行低氮燃烧改造;到 2020 年,大多数现有锅炉都将安装低氮燃烧器。对于 PM,电除尘和高效除尘将缓慢取代低效的湿法除尘。BAU[2] /NP[2] 假定最先进的减排技术,如烟气脱硫、低氮燃烧 + 选择性催化还原、高效除尘等,得到充分利用。各情景下工业锅炉污染控制技术的应用比例如附表 5 所示。
对于工业过程源,2010 年前的主要排放标准是1996年的 《工业炉窑大气污染物排放标准》 ,针对行业的排放标准只有 2004 年的《水泥大气污染物排放标准》和 1996 年的《炼焦炉大气污染物排放标准》。然而,在 2010-2012 年短短三年内,新的排放标准爆发式出现,这可能对未来的排放量趋势产生重大影响。 这些标准包括 《炼铁工业大气污染物排放标准》等 6 项钢铁工业排放标准,《炼焦化学工业污染物排放标准》,《平板玻璃工业大气污染物排放标准》,《陶瓷工业污染物排放标准》,《砖瓦工业大气污染物排放标准(征求意见稿)》,《铝工业污染物排放标准》,《铅、锌工业污染物排放标准》,《硫酸工业污染物排放标准》,《硝酸工业污染物排放标准》等。BAU[0] /NP[0] 假定现有政策和现有执行力度。BAU[1] /NP[1] 情景假设上述 2010-2012 年间颁布的最新排放标准(或征求意见稿)逐步实施,考虑到实际执行过程中的难度,控制措施的应用速度相对于标准的规定会有所滞后。BAU[2] /NP[2] 情景假定现有最先进的控制措施得到充分应用。各情景下工业过程源 SO2、NOX和 PM 控制技术的应用比例如附表 6 所示。
对于工业过程源的VOCs 排 放,BAU[0] /NP[0] 情景仅仅考虑了现有的政策和执行力度。BAU[1] /NP[1] 情景是基于对中国污染控制政策发展趋势的最新理解设计的。即假定在“十二五”期间,新的 VOCs 排放标准(覆盖范围和严格程度与欧盟指令 1999/13/EC 和 2004/42/EC 相似或略弱,因不同行业而异)在重点省份颁布并执行;“十三五”期间,在其他省份也颁布执行。之后, VOCs 的排放标准会进一步逐渐加严。BA[2] /NP[2] 情景假定最佳可用技术得到充分的应用。各情景下主要污染控制技术的应用比例如附表 6 所示。
3.2.3 交通
2000 年以来,中国实施了一系列新车排放标准,包括针对轻型车的 GB18352 系列,针对重型柴油车的 GB17691 系列,针对重型汽油车的 GB14762 系列,针对摩托车的 GB14622 系列,针对农用车的 GB19756 系列,针对农业和工程机械的 GB20891 系列。大多数排放标准与相应的欧洲标准是一致的,虽然晚了若干年颁布。在 BAU[0] /NP[0] 情景下,仅仅实施现有的标准; 在 BAU[1] /NP[1] 和 BAU[2] /NP[2] 情景下,欧洲现有的标准将逐渐在中国实施,两个标准之间间隔的时间与欧洲的情况相同或者略短。在 BAU[2] /NP[2] 情景中,高排放车辆还将加快淘汰,因此到 2030 年,达到欧洲现有最严格排放标准的车辆比例几乎达到 100%。各情景下机动车排放标准的实施时间和不同车型的达标比例如附表 7 和 8 所示。
3.2.4 溶剂使用
BAU[0] /NP[0] 情景仅仅考虑了现有的政策和执行力度。BAU[1] /NP[1] 情景是基于对中国污染控制政策发展趋势的最新理解设计的即假定在“十二五”期间,新的 VOCs 排放标准(覆盖范围和严格程度与欧盟指令 1999/13/EC 和2004/42/EC 相似或略弱,因不同行业而异)在重点省份颁布并执行;“十三五”期间,在其他省份也颁布执行。之后, VOCs 的排放标准会进一步逐渐加严。BAU[2] /NP[2] 情景假定最佳可用技术得到充分的应用。各情景下主要污染控制技术的应用比例如附表 9 所示。
3.2.5 民用商用部门和生物质开放燃烧
对民用商用部门和生物质开放燃烧,在BAU[0] /NP[0] 情景中没有采用 SO2 和 NOX 末端控制措施,锅炉的除尘措施以旋风除尘和湿法除尘为主。在 BAU[1] /NP[1] 情景中,高效除尘技术和低硫型煤得到逐步采用,两者的应用比例在2020 年和 2030 年均分别达到 20% 和40%。在BAU[2] /NP[2] 情景下,最先进的控制措施得到充分应用,除上述控制措施外,还强力禁止开放燃烧等。
3.3 污染物排放分析和预测
PM2.5 主要由一次 PM2.5 和二次 PM2.5 组成。一次 PM2.5 是指由天然源和人为污染源释放到大气中直接造成污染的细颗粒物,如燃烧烟尘等等。二次 PM2.5 是由大气中某些污染气体组分(如二氧化硫、氮氧化物、碳氢化合物、氨等)之间,或这些组分与大气中的正常组分(如氧气)之间通过光化学氧化反应、催化氧化反应或其他化学反应转化生成的细颗粒物,例如二氧化硫转化生年)四种主要污染物排放量模拟结果分别如图3-4~3-7 所示。
2010 年, 长三角地区的 SO2 排放量约214.7 万吨, 在现有政策和现有执行力度(BAU[0] 情 景),到203 年会增长 14%,达到 244.8 万吨。通过采用一系列节能措施,在 NP[0] 情景下,2030 年 SO2 排放量会减少到157.9 万吨,比 2010 年降低 26%。通过进一步采用最佳估计的污染控制措施(NP[1] 情景),SO2 排放量会进一步减少到 92.6 万吨,比 2010年降低 57%。在最大减排潜力控制策略情景下(NP[2] 情景),2030 年的排放量为 65.5 万吨,仅相当于 2010 年的 31%。
2010 年, 长三角地区的NOX 排放量约277.7 万 吨,在现有政策和现有执行力度下(BAU[0] 情 景),到 2030 年会增长 30%,达到 360.3 万吨。通过采用一系列节能措施,在 NP[0] 情景下,2030 年 NOX 排放量会略低于2010 年,为 251.3 万吨。通过进一步采用最佳估计的污染控制措(NP[1] 情景),NOX 排放量会进一步减少到 108.7 万吨,比 2010 年降低61%。在最大减排潜力控制策略情景下(NP[2]情景),2030 年的排放量为69.1 万吨,仅相当于 2010 年的 25%。
2010 年,长三角地区的一次 PM2.5 排放量约为 66.8 万吨。在现有政策和现有执行力度下(BAU[0] 情景),2030 年一次 PM2.5 排放量变化不大。通过采用一系列节能措施,在 NP[0] 情景下,2030 年一次 PM2.5 排放量减少至 47.8 万吨,相对于 2010 年下降约 28%。通过进一步采用最佳估计的污染控制措施(NP[1] 情景),一成硫酸盐。
本研究中重点关注一次PM2.5 和能够通过反应生成二次PM2.5的前体物: SO2、NOX 以及 VOCs。首先得到 2010 年的基准排放情况,再分6 种情 景 (BAU[0]、BAU[1]、BAU[2]、NP[0]、NP[1]、NP[2] ), 通过区域污染物排放模型预测长三角地区在不同的能源政策和污染控制政策下未来主要污染物的排放量。
3.3.1 基准年排放分析
2010 年长三角地区 SO2、NOX、 一次PM2.5、VOCs 的排放量分别为 214.7 万吨、277.7 万吨、66.8 万吨、382.2 吨。 一次PM2.5 和 VOCs 的平均排放强度分别为 3.17 和18.14t /km2,为全国平均水平的约 2.5 倍和 7 倍。
从部门来看,2010 年长三角地区 SO2 的排放主要来自于电厂、工业锅炉和工艺过程源,分别占到了 44.1%,25.5% 和 17.9%。NOX 除来自于电厂的 37.3% 外,有 24.9% 来自于道路交通源。对于一次 PM2.5,工艺过程是最大排放源,占到了 28.9%,其他排放源较为分散。VOCs 的最大排放源是工艺过程源和溶剂使用源,分别占到了 33.7% 和 37.3%。
从排放量空间分布来看,2010 年,上海、南京、苏州、无锡、徐州、杭州和宁波是长三角地区排放量最大的 7 个城市(见图 3-3),其SO2、NOX、一次 PM2.5、VOCs 排放分别占区域总排放的 56%、57%、48% 和 40%。
3.3.2 目标年排放预测
六种情景 (BAU[0]、BAU[1]、BAU[2]、NP[0]、NP[1]、NP[2] ) 下,目标年(2030次 PM2.5 排放量会进一步下降至 30.5 万吨,约相当于 2010 年的一半。在最大减排潜力控制策略情景(NP[2] 情景)下, 2030 年的排放量为15.6 万吨,约相当于 2010 年的四分之一。
2010 年, 长 三 角 地 区 的 VOCs 排 放 量约 382.2 万吨,在现有政策和现有执行力度下(BAU[0] 情景),到 2030 年会增长 37%,达到 522.0 万吨。通过采用一系列节能措施,在NP[0] 情景下,2030 年 VOCs 排放量为 464.9万吨,比 2010 年仍然高 22%。通过进一步采用最佳估计的污染控制措施(NP[1] 情景),VOCs 排放量会进一步减少到 293.8 万吨,比2010 年降低 23%。在最大减排潜力控制策略情景下(NP[2] 情景),2030 年的排放量为 171.5万吨,相当于 2010 年的 45%。
4. 空气质量改善效果分析
基于上述通过区域污染物排放预测模型得到的 2030 年六种情景下的污染物排放清单,利用 ERSM 技术快速预测了六种情景下长三角地区的 PM2.5 浓度。结果表明,假如长三角以外地区仍保持快速增长,不采取有效的污染减排措施,仅靠长三角地区实施可持续的能源发展战略以及最大潜力的减排措施,仍难以保证 PM2.5 浓度完全达标。如果长三角模拟域外实施 NP[1] 情景的控制政策,那么即使长三角模拟域内如果也实施 NP[1] 的措施仍不能全面达标,只有长三角模拟区域实施 NP[2] 的措施才能使长三角各区域的PM2.5 浓度均低于标准限值。
基于上述结果,为了找到长三角区域 PM2.5整体达标的临界控制策略,在 NP[1] 和 NP[2] 情景之间,考虑不同部门的影响,设置一系列逐步加严的污染控制政策,并利用 ERSM 技术快速预测相应的 PM2.5 浓度。
对电厂、工业锅炉、工业过程、交通部门、溶剂使用、民用商用、生物质开放燃烧等七个部门设置逐步加严的控制策略:
策略 1:电厂采用 NP[2] 的控制措施,其他部门采用 NP[1] 的控制措施。
策略 2:电厂和工业锅炉采用 NP[2] 的控制措施,其他部门采用 NP[1] 的控制措施。
策略 3:电厂、工业锅炉和工业过程采用NP[2] 的控制措施,其他部门采用 NP[1] 的控制措施。
策略 4:电厂、工业锅炉、工业过程和交通部门采用 NP[2] 的控制措施,其他部门采用NP[1] 的控制措施。
策略 5:电厂、工业锅炉、工业过程、交通部门和溶剂使用部门采用 NP[2] 的控制措施,其他部门采用 NP[1] 的控制措施。
策略 6:电厂、工业锅炉、工业过程、交通、溶剂使用和民用商用部门采用 NP[2] 的控制措施,其他部门采用 NP[1] 的控制措施。
策略 7:电厂、工业锅炉、工业过程、交通部门、溶剂使用、民用商用和生物质开放燃烧全部采用 NP[2] 的控制措施。
在不同控制策略下,上海、江苏、浙江三地的 2030 年 PM2.5 浓度预测结果如图 4-1 所示。结果表明策略 6 和策略 7 能够使长三角所有地区全部达标,但是在策略 6 下,江苏省的 PM2.5浓度与标准限值非常接近,风险较大。此外,随着对不同部门采取最大减排控制措施(NP[2] 情景),可以看出电厂、工业锅炉和工业过程源采用 NP[2] 措施时,PM2.5 年均浓度下降的幅度最明显。
从图 4-1 还可以看出,相比上海和浙江,江苏的达标压力最大,因此建议未来在区域间联防联控时,更科学地综合考虑不同区域的经济社会等复杂因素的影响,不是一刀切地对不同地区采用同样的控制策略,而是找到平衡经济和环境以及不同地区之间的最佳减排组合措施方案。
5. 达标规划的措施和政策建议
本研究对长三角地区 2030 年 PM2.5 的达标情况进行了情景分析。结果表明,只有可持续的能源发展战略以及最大潜力的减排措施同时实施,才能实现长三角地区空气质量的全面达标。一方面,调整能源结构,降低煤炭在能源消费中的比例,更多采用清洁能源,提高天然气、核能和其他可再生能源的占比,是实现长三角地区空气质量达标的必要条件。另外一方面,在调整能源结构和产业结构,转变生活方式,以提高能源利用效率的同时,还需要对污染物末端治理的控制技术采用最大限度的全面实施和采用(采用比例几乎 100%),才能实现达标。具体包括:
☆ 电力:降低燃煤发电量在总发电量中的占比。对于现役燃煤发电机组,通过超低排放改造,使得 SO2、NOX 和颗粒物达到超低排放限值;对新建的燃煤发电机组,提高超临界、超超临界和整体煤气化联合循环发电机组的占比,从而提高能源利用效率。最大限度地利用最先进的污染物减排技术。
☆ 工业:工业部门的各行业普遍采用最佳可得技术(BAT),从而使得各行业的能源利用效率到 2030 年达到或者基本达到世界最高水平。具体包括:在粗钢生产行业,提高电炉技术的占比, 降低回转炉技术的使用比例;水泥生产行业,全部淘汰立窑和其他回转窑等高耗能落后技术,提高大于 4000 吨 / 天的大型水泥厂比例;玻璃行业,全面利用浮法技术,淘汰垂直上引技术;炼焦行业,全面采用机焦技术,淘汰土焦技术。同时,在
工业部门的各行业大规模推广烟气脱硫技术,新建的工业锅炉安装低氮燃烧器,充分利用烟气脱硫、低氮燃烧 + 选择性催化还原、高效除尘技术。对于工业过程源,全面实施各行业的最新排放标准,最大限度地应用最先进的污染物控制末端治理措施。 具体包括:烧结、炼焦、玻璃生产等工业过程全面采用烟气脱硫技术来脱硫,采用低氮燃烧 + 选择性催化还原技术来脱硝,采用高效除尘技术来脱除颗粒物。对于产生 VOCs 的工业过程,全面采用 VOCs 末端治理措施和回收工艺。
☆ 交通:推广新能源汽车、提高燃油经济性。对机动车全面实施欧洲现有的最严格标准。加速淘汰高污染高排放的车辆。所有的轻型汽柴油车、重型柴油车都达到欧 6 标准,汽油轿车基本达到欧 6 标准。
☆ 溶剂使用:降低溶剂含量,使用水性涂料替代等技术工艺降低 VOCs 排放。在油墨、涂料、印刷、包装等行业全面推广实施“替代+ 末端治理”技术。
☆ 民用商用部门和生物质开放燃烧:对民用商用部门,降低和淘汰高耗能高污染的炉灶。对民用商用锅炉全面采用脱硫设施,采用低硫型煤,采用高效除尘措施以降低 PM2.5 排放。全面禁止生物质的开放燃烧。
6. 不确定性分析
(1)气象因素
本研究模拟时采用了基准年 2010 年的气象条件,但气象条件的年际差异有时会较大。建议在进行目标考核时增加气象条件的修正系数,或者借鉴国际经验采用三年空气质量平均值作为考核依据,以更客观地反映污染物减排程度。
(2)氨的影响和控制
本研究中未对氨的排放进行量化分析和预测,但假如农业部门采用部分最佳可得技术(BAT)措施,使氨排放量比2010 年明显降低的话,ERSM模型预测结果表明 PM2.5 浓度可以得到进一步降低。但是由于目前我国对农业面源治理尚未出台明确的方案或标准,因此氨的控制较难实现。
(3)非道路移动源的影响
本研究未对非道路移动源的污染排放进行量化分析和预测,但长三角地区船舶、工程机械等数量较多,非道路移动源是重要的污染源,建议尽快完成非道路移动源的污染排放清单,并对其影响进行研究。
(4)技术应用和推广的地区差异
报告附表给出的是通过模拟推测的污染控制技术在全国范围的平均应用比例,但是在实际的应用和推广的过程中,各省之间存在差异,经济发达地区的应用比例一般高于欠发达地区。
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