大气污染物与温室气体减排协同效应评估方法及应用

　　摘要：基于二维四象限图构建了一个量化大气污染控制和温室气体减排协同效应的评估指标，建立了量化评估协同效应方法;针对《大气污染防治行动计划》评估中能源结构调整和产业结构调整措施进行了协同效应量化实施效果评估。结果显示：所有实施的减排污染物的措施均有正的CO2减排协同效应，应该积极鼓励和推荐。实现CO2和SO2减排最大协同效应的措施是减少煤炭消费总量;此外，电力替代煤炭和油品、天然气替代燃煤等也可以实现较大的SO2减排，但其CO2的减排效果相对较小;淘汰小型燃煤锅炉可以实现较高的NO2和CO2减排;淘汰落后产能和化解过剩产能等也有较高的协同效应;SO2和CO2协同效应评估指数最高的是能源消耗下降措施，其次是燃料替代措施;NO2和CO2协同效应评估指数最高的是淘汰燃煤锅炉措施，其次是天然气替代燃煤措施;烟尘和CO2协同效应评估指数最大的是燃煤替代措施，其次是能源消耗下降措施。2013—2017年《大气污染防治行动计划》能源结构调整和产业结构调整部分措施的实施，实现了SO2减排2264.78万t，NO2减排656.1万t，烟尘减排469.18万t，同时实现了CO2减排14.62亿t，具有显著的正向协同效应。

　　关键词：大气污染物;温室气体;协同效应;评估方法;评估指数

　　引言目前，人们对大气污染的认识不仅在于大气污染及其导致的环境和健康问题，而且越来越关注大气污染与气候变化的影响及反馈，以及大气污染控制和温室气体减排的协同效益的研究[1-6]。IPCC第二次评估报告(SAR)中就提出了次生效益(secondarybenefits)、伴生效益(ancillarybenefits)等概念，阐述在控制温室气体排放的同时所产生的局地大气污染物减排效益[7]。

　　环境技术人员评职知识：发表大气污染控制论文的期刊

　　研究表明，大气污染控制和温室气体减排具有协同效应，首先，大气污染物和温室气体具有同根同源性，即经济发展过程中的化石燃料在向大气排放大量的颗粒物、二氧化硫(SO2)、氮氧化物(NOx)等污染物，同时也会排放二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)、氧化亚氮(N2O)，以及工业生产过程产生的含氟气体等温室气体;其次，生产生活过程中也会产生大量的大气污染物和温室气体排放，比如农业生产、居民生活垃圾的处理等;第三，许多大气污染控制措施同时也是温室气体减排的有效措施，比如，能源结构的调整和优化、产业结构的调整、节能降耗、绿色出行和生活方式低碳化等[8-11]。因此，开展大气污染和温室气体减排协同效应评估研究具有重要的科学意义和实用价值，也是应对气候变化和打赢污染防治攻坚战的有效途径之一。

　　大气污染物控制措施与温室气体减排措施之间存在相互交织、相互影响和相互补充的关系，为实现大气污染物和温室气体协同控制提供了科学基础。比如某项减排措施在实现单一污染物减排目标的同时可能伴随与温室气体之间“此消彼长”的互斥效果[12-15]。大气污染控制和温室气体减排的协同研究主要包括大气污染物控制导致温室气体排放变化的协同和温室气体减排导致大气污染物排放变化的协同两个方面，具体可以通过出台政策(P)、研发技术(T)、制订标准(S)、实施措施(M)、采取行动(A)等使得控制大气污染物和减排温室气体的协同效益最大化，被称作PTSMA。在实施PTSMA时要尽可能地放大正协同效益，减小负协同效益，以达到最优的协同控制效率，给出协同的最佳选择。

　　目前已有许多围绕PTSMA的研究，在政策(P)协同方面，有研究表明履行《京都议定书》三种不同情景与不实施《京都议定书》政策情景相比的结果显示，欧洲在实现CO2减排4%～7%的同时也协同减排了5%～14%的SO2，同时指出在履行《京都议定书》时出台的有关区域空气污染政策可导致总成本节省25亿～70亿欧元[16]。中国实施的总量控制政策将使每年减少200万～1800万tCO2排放[17]。在技术改进(T)协同方面，有研究显示火力发电机组每脱硫1t，CO2生成量将会增加2.35t，SO2排放量减少994.87kg，增加NOx生成量1.64kg，增加化学需氧量(COD)生成量8.91kg，增加固体废弃物生成量0.29t[17]。

　　在提高标准(S)协同方面，有学者利用MAP-CGE模型模拟了我国水泥行业实施低碳水泥标准对不同生产工艺产出、能耗及污染排放的影响，结果显示，在现有技术水平下，水泥行业每减排1tCO2，将同时带来约1.17kg的SO2和4.44kg的NOx减排量[18]。在实施能源替代政策(M)协同方面，研究指出假设我国燃煤机组中10MW以下的机组由15.5%降至0.5%，所淘汰掉的部分由超临界机组或超超临界机组替代，则可减少CO2生成量0.80亿t，减少SO2生成量9.41万t，减少NOx生成量6.04万t，减少COD生成量0.31万t，减少固体废弃物生成量47.47万t[19]。

　　在采取行动(A)协同方面，《攀枝花市总量减排实施方案》的实施结果显示，实施关闭四川华电攀枝花发电公司1号机组等29项措施可以削减SO25.58万t，能够减排CO2210.4万t。但是，量化大气污染物和温室气体减排协同效应评估方法的研究尚不多见。本文基于二维四象限图构建了一种污染物控制和温室气体减排的协同效应评估方法，围绕中国工程院《大气污染防治行动计划》实施效果评估的结论，使用协同效应评估方法量化评估了2013—2017年我国能源结构调整和产业结构调整产生的污染控制效果所带来的温室气体减排协同效应，并对不同措施的协同效应进行评价，为制定大气污染控制和温室气体减排双赢政策措施提供技术支持。

　　1量化协同效益评估方法

　　1.1协同效应评估指数

　　污染物/温室气体的排放量可以通过活动水平数据与产排污系数/排放因子相乘得到。由于PTMSA的实施，污染物产排污系数和温室气体排放因子理论上是会随着技术和工艺的改进、能源结构的调整或需求的变化而产生变化。但是由于目前在这方面的研究相对较少，本研究中并没有考虑这种变化。

　　1.2大气污染物和温室气体排放的计算方法本研究关注的污染物排放包括SO2、NOX和颗粒物(烟/粉尘)，温室气体主要是CO2。

　　1.2.1大气污染物排放的计算方法和参数选择大气污染物的排放系数与燃料种类、锅炉类型、工艺特征、处置设施和处理效率等有关[20-28]。本文围绕工程院评估报告中能源结构调整和产业结构调整涉及的主要大气污染物的排放，考虑不同的排放源和排放过程、燃料类型和不同类型的污染物筛选出本研究使用的主要污染物排污系数。

　　2典型案例研究

　　2013年国务院印发了《大气污染防治行动计划》(简称“大气十条”)制定了5年大气污染防治目标，即到2017年，全国地级及以上城市可吸入颗粒物浓度比2012年下降10%以上，优良天数逐年提高;京津冀、长三角、珠三角等区域细颗粒物浓度分别下降25%、20%、15%左右，其中北京市细颗粒物年均浓度控制在60μg/m3左右。2018年生态环境部组织，由中国工程院牵头完成全国科学家对“大气十条”实施效果进行了全面的评估，发布了《大气污染防治行动计划》实施情况终期评估报告，从能源结构调整、产业结构调整和减排工程实施3个方面梳理了各项政策的实施效果。本研究针对工程院评估报告中有关能源结构调整和产业结构调整的部分可量化的措施执行情况，探讨了“大气十条”实施的温室气体(CO2)减排协同效应并进行了协同效应评估。

　　2.1能源结构调整协同效应评估

　　2.1.1煤炭消耗下降

　　工程院评估报告结论指出，2013—2017年全国煤炭消费总量下降超过3亿t。考虑到不同煤炭品种折标系数变化范围为0.2857(其他洗煤)～0.9428(无烟煤)，煤炭消耗总量下降超过3亿t相当于下降0.86亿～2.83亿吨标准煤(tce)，利用煤炭燃烧CO2排放因子(2.64tCO2/tce)，计算可得煤炭消耗总量下降3亿t可实现减排2.26亿～7.47亿tCO2。考虑不同锅炉类型(电站锅炉、工业锅炉、采暖炉及家用炉)污染物的排放因子和我国煤炭含硫量等级分级，假设使用中低硫煤和中硫煤，硫的含量取值范围为1.5%～2.0%，则计算得出煤炭消耗总量下降可以实现减排720万～960万tSO2;选择煤炭燃烧NO2排放系数为3.62～9.08kg/t，计算可以得出煤炭消耗总量下降可以实现减排10.86万～27.24万tNO2。选取燃烧煤炭烟尘的排放系数为3～5kg/t，煤炭消耗总量下降可以实现减排90万～150万t烟尘。综合判断煤炭消费总量下降可以实现污染物和CO2的协同减排，协同效应评估指数为正。

　　3结论与讨论

　　通过对“大气十条”能源结构调整和产业结构调整污染物减排和温室气体协同效应的评估，得出下面几点结论。

　　(1)构建了一个基于四象限图的协同效应评估方法和量化评估温室气体减排和污染物减排的协同效益的指数，该方法和指数可以用于评估污染控制或温室气体减排政策、技术、标准、措施和行动的协同效应。

　　(2)2013—2017年《大气污染防治行动计划》能源结构调整和产业结构调整的部分措施的实施实现SO2减排2264.78(1780.81～2746.69)万t，NO2减排656.1(542.30～763.28)万t，烟尘减排469.18(354.90～581.99)万t，同时实现了CO2减排14.62(13.41～15.83)亿t，具有显著的正向协同效应。

　　(3)《大气污染防治行动计划》实施的9项减排污染物措施的CO2减排协同效应均为正，属于应该积极鼓励和推荐的减排措施。SO2和CO2协同效应评估指数最高的措施是减少煤炭消耗，其次是电力替代煤炭;NO2和CO2协同效应评估指数最高的措施是淘汰燃煤锅炉，其次是天然气替代燃煤;烟尘和CO2协同效应评估指数最高的措施是电力替代煤炭，其次是煤炭消耗下降。开展大气污染物和温室气体协同减排和控制评估是应对气候变化和大气污染控制的重要一环。

　　其核心是要制定好协同减排和控制的监督管理制度，定期进行抽查和检查，对污染物和温室气体减排的结果进行评估和监督，量化协同效益。基于量化的协同效果评估结果，对实施PTSMA过程中存在的问题进行及时反馈，并加以解决，这样才能保证协同控制的技术和政策能够顺利开展和实施。选择、制定大气污染防治技术和政策措施时需要考虑多种污染物的协同控制，确保控制温室气体排放措施和常规大气污染物的优化组合，不会出现相互冲突的情况，而且能以最小的成本实现气候与环境保护的双重目标。在制定政策措施、进行技术升级时要放大正协同效益，尽量减小负协同效益，以达到协同控制效率最大化，给出协同控制技术和政策措施的最佳选择。

　　参考文献

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　　作者：高庆先1，高文欧2，马占云1，唐甲洁3，付加锋1，李迎新1，任佳雪4