河北省“十四五”大气污染防治与温室气体协同控制策略研究

河北省“十四五”大气污染防治与温室气体协同控制策略研究ResearchontheCooperativeControlStrategyofAirPollutionand GreenhouseGasinHebeiProvince duringthe14thfive-yearPlan 清华大学2022.12.28 TsinghuaUniversity 目录 引言1 第1节项目背景1 第2节排放清单构建方法3 1.2.1技术综述3 1.2.2排放因子8 1.2.3清单模型9 第3节污染治理措施评价方法12 1.3.1方法概述12 1.3.2排放计算14 1.3.3数值模拟15 1.3.4成本分析20 第4节能源与排放动态预测方法24 大气污染物与温室气体排放现状28 第1节总量趋势28 第2节排放结构31 2.2.1部门贡献31 2.2.2能源贡献36 第3节排放驱动41 第4节部门特征45 第5节时空分布58 大气污染治理措施效果与成本量化67 第1节措施整理67 第2节措施效果69 3.2.1排放变化69 3.2.2浓度变化72 第3节措施成本74 第4节协同评价75 第5节减煤评估78 “十四五”减污降碳政策分析84 第1节“十四五”政策梳理84 4.1.1措施梳理84 4.1.2指标梳理104 第2节京津冀政策对比108 4.2.1措施对比108 4.2.2指标对比111 大气污染物与温室气体排放预测与协同减排路径118 第1节预测方法118 第2节情景设定119 第3节指标设定122 第4节参考路径124 第5节协同路径129 问题与建议138 第1节问题总结140 第2节政策建议146 !ę ø1yfi$%& 党中央、国务院高度重视大气污染防治工作，要求把低碳发展作为我国经济社会发展的重大战略和生态文明建设的重要途径，有效控制温室气体排放。习近平总书记多次对打好污染防治攻坚战做出重要指示，对全面加强生态环境保护提出新要求。河北省委、省政府全面贯彻落实党中央、国务院关于大气污染防治工作的战略部署，以习近平生态文明思想为指引，坚持生态优先、绿色发展导向，以环境空气质量改善为核心，在推进产业、能源、运输和用地结构优化调整，实施重大污染减排工程等方面进展显著，大气污染防治工作取得积极成效。但河北省大气环境形势总体依然十分严峻，面临诸多问题：一是煤炭占比偏高，能源供应和消费结构导致能源利用效率较低；二是产业布局不尽合理，唐ft、邯郸钢铁企业聚集，石家庄煤电围城，邢台重工业园区围城，钢铁、电力、工业园区布局与城市共融发展问题突出；三是重点行业产品产量反弹，2020年在新冠疫情对社会经济造成剧烈冲击的大背景下，河北省的钢铁、水泥等重点行业产品产量不降反升；四是交通运输结构以公路运输为主，公路货运比例为85.69%，显著高于全国平均水平。总之，河北省以煤为主的能源结构、高耗能的产业结构和公路为主的运输结构造成NOx、SO2、PM10、PM2.5等污 染物排放量居高不下。未来，在经济发展和快速城市化背景下，河北省面临着来自空气污染和气候变化问题的双重挑战。为进一步深入贯彻习近平生态文明思想，坚决打好污染防治攻坚战，巩固河北省大气污染防治成果，开展本项研究工作，旨在促进河北省大气污染物和温室气体协同减排，助力河北省大气环境质量的持续改善与社会经济的绿色低碳发展，为相关政策的制定提供科技支撑。 本项目的目标有二： (1)利用河北省“十三五”期间大气污染防治措施费用效果评估的技术方法，在排放预测模型框架下，分行业构建减排成本分析模型，分析河北“十三五”措施的减排成本。 (2)利用温室气体和常规污染物的协同管控技术分析方法，在“十四五”期间能源消费量预测结果基础上，结合有关法规、政策及标准对新建污染源、现役污染源的污染治理要求，考虑各行业的各类控制措施，探究河北省“十四五”温室气体和空气污染物排放的协同控制路径，为推进政策拟定及政府决策提供科学合理的依据。 考虑以上技术目标，本项目的技术路线如图1-1所示： 图1-1项目总体技术路线 ø2y'()*+,-. 1.2.1!"3$ 大气污染物排放清单（以下简称排放清单）指各种排放源在一定时间跨度和空间区域内向大气排放的污染物量的集合。它描绘了地气通量和海气通量变化，刻画了大气痕量组分从不同介质的释放过程，是研究全球生物地球化学循环（如碳、氮、硫、铁元素循环）、分析大气组分变化、解释大气观测资料的重要数据基础，对研究大气反应历程、理解污染形成机制具有重要意义。 在空气质量管理方面，排放清单是识别污染来源、制定减排方案、评估治理效果的重要工具；高质量的排放清单是各个国家进行空气质量管理的基础。以美国和欧洲为例，美国于1963和1970年分别颁布实施了《清洁空气法》和《清洁空气修正法》，由美国环保局主导逐 步建立清单编制的方法框架、完备的数据库、排放源处理模型和清单校验制度，在此基础上开发了国家排放清单（NationalEmissionInventory,简称NEI）。欧洲于20世纪80年代起开始进行排放清单的开发，采用各欧洲国家统一公开的方法学编制了CORINAIR和EMEP（TheEuropeanMonitoringandEvaluationProgramme）系列排放清单，覆盖了欧洲30多个国家和200多种主要的人为排放源，保障了污染控制措施制定的科学性和有效性。IGAC主导的大气化学核心研究也曾阐明，大气污染物通过一系列物理和化学转化影响大气组分，形成对全球气候、生态和人群健康的单向作用或双向反馈，最终影响经济社会发展策略以调控和管理污染物排放。在这一过程中，认识并理解大气污染物排放既是研究工作的基础和出发点，也是政策管理的落脚点。 排放清单根据研究角度和计算尺度不同，具有多种分类方法。根据排放来源可分为人为源排放清单和天然源排放清单，人为源排放指由人类活动引起的大气污染物排放过程，如燃料燃烧、工业生产、氮肥施用、涂料使用等生产和生活活动；天然源排放指产生大气污染物排放的自然现象，如火ft喷发、高空闪电、植被排放。人为源和天然源排放强度和时空范围差异较大，与天然源相比，人为源排放持续而集中，SO2、NOx、CO2等主要大气污染物和温室气体均由人为源排放主导。根据研究尺度，可分为全球、区域和局地排放清单。全球清单一般在国家尺度建立，基于宏观经济部门计算主要大气污染物排放， 一般覆盖的排放源种类较少；区域清单在国家或区域尺度建立，计算尺度在省或州一级，排放源类型具体到行业；局地清单一般在城市尺度建立，排放源类型和计算尺度高度细化。近年来出现了将各地区精度最好的区域或局地清单拼接构建大尺度、高分辨率清单的技术方法，该方法形成的排放清单既能覆盖全球或半球尺度，又能在重点地区获取与区域或局地清单相当的数据精度，是当前研究热点之一。 图1-2总结了排放清单技术研究现状和主要进展。排放清单技术主要解决排放清单“从无到有”的问题，即如何基于合适的排放源分类体系构建排放表征模型，对主要影响因素建模参数化，最终建立完整排放清单。该方向目前形成了一系列共性技术方法，包括排放动态表征、不确定性评估、历史趋势重构、未来排放预测等清单技术方法，以及排放源处理模式和高分辨率清单技术等与大气化学模型的对接技术。共性技术方法在局地和全球/区域尺度的应用面临不同数据基础和技术挑战，分别形成多源数据同化的局地清单技术特点和大尺度、长序列、多视角的全球/区域清单技术特点。建立大尺度、高分辨率的排放清单已成为排放清单技术方法的研究热点和学术前沿 图1-2排放清单技术方法 图1-3展示了排放特征分析的主要技术特点。该类研究主要从排放组成、时变特征和空间分布三个方面展开，分别对应排放量、时间变化和空间分布三个维度，从整体研究排放强度特征及排放产生的时空范围。 图1-3排放特征分析研究 排放组成研究侧重分析排放总量、不确定区间和排放部门分布， 通过不同清单比较研究寻找清单改进方向。排放时变特征关注排放年 际和月际变化，分析排放变化的主要驱动力和影响因素，同时关注排放小时变化，反映排放源强的动态活动特征。排放空间分布研究关注排放分布形态，包括排放空间化方法及排放空间分布规律。需要特别指出的是，随着高分辨率排放清单技术的发展，排放空间分布研究逐渐呈现出新的研究视角和成果。例如，基于高分辨率排放强度分布与城市发展形态的关联分析，探索有助于形成低排放区的城市形貌特征，为制定可持续的城市发展策略提供支持。多尺度高分辨率排放清单比较研究发现，排放空间分布在不同分辨率下存在显著的“尺度效应”，即排放空间分布特征对网格大小高度敏感，某一网格尺度只能代表相应分辨率的排放分布规律，某一空间分布特征也只能在特定网格尺度表现出来，这是清单空间分布不确定性的来源之一。 我国在排放清单领域的研究进展与国际学术前沿相比仍有一定差距，尤其是排放清单在管理决策中的应用水平与发达国家相比存在较大差距。在研究进展方面，高分辨率清单技术进展相对缓慢，尚未形成完备的技术方法和坚实的数据基础，建立的清单分辨率和排放表征精度与世界先进水平相比仍存在一定差距。在管理决策方面，由于高分辨率清单普遍缺乏，通常将宏观区域清单降尺度嵌套到城市和局地应用，以此为基础开展空气质量管理工作。但该方法存在较大的数据偏差，无法有效支撑科学管理决策。因此，积极开展高分辨率清单技术方法及精度评估研究，开发大尺度的高分辨率排放清单，具有重要的科学价值和现实意义。 1.2.2%&'( 排放因子是构建排放清单的重要组成部分，排放因子的估算是排放清单不确定性的重要来源之一。 排放因子获取方法一般包括实测法、物料衡算法和文献调研法。实测法是指针对重点排放源开展实际排放系数测试，获取反映研 究区域污染源实际特征的排放因子数据的方法。应在排放源正常运行 条件下开展测试，以捕捉源类的平均排放水平。 物料衡算法是指通过对输入和输出物质详细分析确定产生系数，再结合污染控制设备或措施的去除效率获取排放因子，大型和中型燃煤设备的SO2和颗粒物，以及溶剂使用源的VOCs排放因子可采用物料衡算法估算。 受测试条件与方法适用性的限制，多数源类排放因子需通过文献调研法来获取。此处所指的文献，不仅包括已发表的科研论文与学术报告，也包括已建成的排放因子库。国外主流的排放因子库有《美国AP-42排放因子手册》、《欧盟EMEP/EEA排放因子库》、《IPCC国家温室气体清单指南》。国内排放因子库可参考《排放源统计调查产排污核算方法和系数手册》、《城市大气污染源排放清单编制技术指南》、《省级温室气体清单编制指南》。 本研究采用文献调研与排放实测相结合的方法，建立了本土化的主要大气污染物与温室气体排放因子库，并应用在河北省排放清单的编制中。根据研究建立的排放源分类分级体系，逐源开展文献调研工 作，搜集了国内外排放因子测试结果以及主流排放因子库数据，建立了排放因子数据优选规则，综合评定排放因子测试值的质量等级，最终逐源确定能够表征河北省大气污染与温室气体排放特点的排放因子。 1.2.3)*+, 中国多尺度排放清单模型（Multi-resolutionEmissionInventoryforChina，简称MEIC）由清华大学开发并维护，旨在构建高分辨率的中国人为源大气污染物及二氧化碳排放清单，为相关科学研究、政策评估和空气质量管理工作提供基础排放数据支持。 MEIC是基于自下而上技术方法构建的排放清单模型框架，包括了统一源分类分级体系、排放因子数据库、排放动态表征技术、多尺度高分辨率排放源模式、清单云计算平台等多个组成部分，实现了从建立排放清单所需的基础数据开始，到生成空气质量模型需要的排放数据立方体这一完整过程的动态连续处理，可完成多年度、不同空间尺度、多化学组分的排放清单开发以及与空气质量模型之间的无缝对接。 MEIC模型涵盖了固定燃烧源、工艺过程源、移动源、溶剂使用源、农业源和废弃物处理源等多个大类人为排放源。每类排放源按照部门/行业、燃料/产品、燃烧/工艺技术以及末端控制