2015年海南省火電行業(yè)大氣環(huán)境影響研究

闞 慧,伯 鑫,屈加豹,楊朝旭,伍鵬程,田 飛,莫 華,趙曉宏,周學(xué)雙

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2015年海南省火電行業(yè)大氣環(huán)境影響研究

闞 慧1,伯 鑫2*,屈加豹2,3,楊朝旭4,伍鵬程5,田 飛6,莫 華2,趙曉宏2,周學(xué)雙7

(1.南京大學(xué)環(huán)境規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院股份公司,江蘇 南京 210093；2.環(huán)境保護(hù)部環(huán)境工程評(píng)估中心,北京 100012；3.河北科技大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,河北 石家莊 050000；4.吉林化工學(xué)院資源與環(huán)境工程學(xué)院,吉林 吉林 132022；5.環(huán)境保護(hù)部環(huán)境規(guī)劃院,北京 100012；6.山東省環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究設(shè)計(jì)院,山東 濟(jì)南 250013；7.海南省生態(tài)環(huán)境保護(hù)廳,海南 ?？?570100)

基于火電企業(yè)在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、環(huán)境統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、排污許可及火電排放清單等,分析各統(tǒng)計(jì)口徑下的海南火電大氣污染物排放量差異,并基于在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析海南省火電排放時(shí)間變化規(guī)律.分別設(shè)置現(xiàn)狀、排污許可及超低排放3種情景,采用CALPUFF模型分析3種情景下火電廠對(duì)海南大氣環(huán)境的影響.結(jié)果顯示,不同統(tǒng)計(jì)口徑下火電廠各污染物排放量差異較大,最大差值可達(dá)到5.65倍;在時(shí)間維度上,海南省火電行業(yè)污染物排放量月際分布較平穩(wěn),每月污染物排放量約占全年的7%~10%,24h變化呈現(xiàn)明顯“兩峰兩谷”特征.在大氣環(huán)境影響方面,火電企業(yè)大氣SO2、NO、PM2.5、PM10濃度分布總體呈現(xiàn)西部高東部低的趨勢(shì).現(xiàn)狀情景下火電企業(yè)對(duì)各城市年均濃度影響范圍為SO20.001~0.015μg/m3、NO0~0.01μg/m3、PM100.001~0.006μg/m3、PM2.50~0.003μg/m3,最高濃度基本出現(xiàn)在東方市、臨高縣.火電廠對(duì)大氣環(huán)境的影響程度為許可情景>現(xiàn)狀情景>超低情景,執(zhí)行排污許可時(shí)火電廠排放PM10和NO對(duì)各城市均值年均濃度較現(xiàn)狀情景分別增加50%和38%;全面實(shí)施超低排放后,火電廠對(duì)大氣環(huán)境影響有明顯改善, SO2和PM2.5對(duì)各城市均值年均濃度較現(xiàn)狀情景分別降低57%和69%.

排污許可；火電；在線監(jiān)測(cè)；CALPUFF；排放清單

根據(jù)海南統(tǒng)計(jì)年鑒,2015年全省火力發(fā)電量約為228.22億kWh,占全省總發(fā)電量的93.25%,能源消耗量占總消耗量的34.80%.火電行業(yè)對(duì)海南電力保障事關(guān)重要,也是大氣環(huán)境中SO2、NO、顆粒物重要排放源之一,開展海南火電行業(yè)對(duì)海南國際旅游島空氣質(zhì)量貢獻(xiàn)的研究意義重大.

近年來國內(nèi)外針對(duì)火電行業(yè)大氣污染物排放的研究主要集中在節(jié)能減排工藝技術(shù)研究、減排潛力分析、大氣污染物排放清單及環(huán)境影響研究等方向.超低排放技術(shù)是目前主流的火電行業(yè)節(jié)能減排工藝,國內(nèi)學(xué)者對(duì)其實(shí)施技術(shù)[1-2]、減排潛力[3-4]等開展了廣泛研究; Xue等[5-7]分別測(cè)算了我國火電行業(yè)在”十二五”、”十三五”期間和更遠(yuǎn)期的減排潛力;在排放清單的建立方面,諸多學(xué)者運(yùn)用物料衡算法、排放因子法、在線監(jiān)測(cè)法等多種方法建立了不同層面和不同時(shí)間跨度的火電行業(yè)大氣污染物排放清單[8-13],而Hao等[13-17]在排放清單的基礎(chǔ)上分別從城市、區(qū)域、全國層面研究了火電行業(yè)大氣污染物對(duì)空氣質(zhì)量的影響.現(xiàn)有研究成果表明,我國火電行業(yè)大氣污染物排放對(duì)SO2、NO、PM2.5等大氣污染物貢獻(xiàn)較大[4,16],但針對(duì)海南省火電行業(yè)大氣環(huán)境影響的研究仍少見報(bào)道.此外,海南省是火電排污許可制度試點(diǎn)較早的幾個(gè)省份之一,已有6家火電廠均取得排污許可證.目前火電企業(yè)排污許可限值(包括短時(shí)排放量限值和年排放量限值),考慮了污染源的設(shè)備類型、燃料消耗量、污染物控制技術(shù)等,尚未考慮大氣污染物排放造成的環(huán)境影響是否能夠接受.

本研究基于2015年海南省火電排放清單、火電在線監(jiān)測(cè)、環(huán)境統(tǒng)計(jì)、排污許可等,分析了火電企業(yè)大氣污染物排放量在各統(tǒng)計(jì)口徑下的差異,建立高時(shí)空分辨率的海南省火電大氣污染物排放清單,采用WRF中尺度氣象模式、CALPUFF空氣質(zhì)量模型,分析了現(xiàn)狀排放、排污許可、超低排放3種情景下火電企業(yè)對(duì)海南省各城市的大氣污染貢獻(xiàn),為海南省環(huán)境空氣質(zhì)量進(jìn)一步優(yōu)化提供數(shù)據(jù)和技術(shù)支撐.

1 材料與方法

1.1 研究對(duì)象及數(shù)據(jù)來源

研究區(qū)域?yàn)楹Ｄ蠉u,包括海南省除三沙市以外的3個(gè)地級(jí)市、5個(gè)縣級(jí)市、4個(gè)縣及6個(gè)自治縣,基準(zhǔn)年為2015年.海南省位于我國最南端,全省陸地總面積3.54萬km2,其中海南島面積約3.39萬km2.根據(jù)海南統(tǒng)計(jì)年鑒,2015年海南省火力發(fā)電主要分布在東方市、澄邁縣及儋州市,發(fā)電量在全省火力發(fā)電中占比分別為40%、31%和20%.

海南省大氣環(huán)境較為清潔,環(huán)境空氣質(zhì)量在全國各省份中排名靠前.海南省環(huán)境質(zhì)量狀況公報(bào)顯示,2015年全省優(yōu)良天數(shù)比例為97.9%,輕度污染天數(shù)2.0%,中度污染天數(shù)0.1%,全省SO2、NO2、PM10、PM2.5年均質(zhì)量濃度分別為5, 9, 35, 20μg/m3, SO2、NO2、PM10濃度符合一級(jí)標(biāo)準(zhǔn), PM2.5濃度符合二級(jí)標(biāo)準(zhǔn).

本研究以6家獨(dú)立火電廠(燃煤電廠3家、燃?xì)怆姀S3家)為研究對(duì)象(表1、圖1),共計(jì)16個(gè)機(jī)組,裝機(jī)容量375.8萬kW, 2015年發(fā)電量196.8億kwh,占全省2015年火力發(fā)電量的86.2%.除清瀾電廠距離海岸線約6km外,其他5家火電廠距離海岸線均在1.2km以內(nèi)(存在海岸熏煙影響)[18].

本研究中使用原始數(shù)據(jù)主要來源于全國排污許可證管理信息平臺(tái)公開端(http://permit.mep.gov.cn/)、環(huán)境統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、火電企業(yè)在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù).在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為2015年華能海南發(fā)電股份有限公司東方電廠及海口電廠2家火電廠煙氣排口煙塵、SO2、NO等大氣污染物在線監(jiān)測(cè)小時(shí)數(shù)據(jù). 原始在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)共計(jì)約18.33萬條,去除火電機(jī)組停運(yùn)維護(hù)、檢修等數(shù)據(jù)無效情況,共計(jì)有效在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)約17.55萬條.

海南省火電排放清單數(shù)據(jù)來自研究團(tuán)隊(duì)的2015年全國高分率火電排放清單(HPEC,2015),該清單是結(jié)合基于在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算的污染物年均排放濃度和根據(jù)各企業(yè)燃煤低位發(fā)熱值計(jì)算的單位燃煤理論干煙氣量,采用排放因子法自下而上建立的,區(qū)別于在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)法(將各小時(shí)在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)加和)[13].

表1 海南省6家獨(dú)立火電廠基本情況

圖1 海南省6家獨(dú)立火電廠分布

1.2 空氣質(zhì)量模型參數(shù)設(shè)置

CALPUFF是三維非穩(wěn)態(tài)拉格朗日擴(kuò)散模式,是我國環(huán)保部推薦的大氣環(huán)境影響評(píng)價(jià)法規(guī)模型之一,適用于幾十米到幾百公里的模擬范圍、復(fù)雜條件[19-21],在國內(nèi)外大氣環(huán)境影響研究中應(yīng)用普遍[22-24].CALPUFF主要包括CALMET氣象模式、CALPUFF擴(kuò)散模式等[19,21].

海南島屬于熱帶季風(fēng)海洋性氣候,四面環(huán)海,大氣污染物擴(kuò)散具有特殊性[25],海邊火電企業(yè)需要考慮海岸熏煙影響.已有研究結(jié)果顯示[26-27],沿海區(qū)域重大污染源大氣環(huán)境模擬采用CALPUFF模式較為準(zhǔn)確.因內(nèi)置簡(jiǎn)單的二次化學(xué)轉(zhuǎn)化機(jī)制,CALPUFF模型在國內(nèi)外火電企業(yè)大氣環(huán)境影響研究方面有較廣泛的應(yīng)用,包括北京、美國華盛頓州等地區(qū)火電廠排放一次和二次顆粒物的大氣環(huán)境影響及人體健康風(fēng)險(xiǎn)[14,28-29].

本研究使用CALPUFF模型6.42版本,地面氣象數(shù)據(jù)、高空數(shù)據(jù)、降水資料等均來自氣象模式WRF(ARW3.9.1.1),WRF模式詳細(xì)設(shè)置參數(shù)見表1,通過CALWRF提取WRFOUT文件,并輸出3d.dat用于運(yùn)行CALMET.坐標(biāo)系統(tǒng)采用UTM投影(49分區(qū)),區(qū)域內(nèi)地形高度資料分辨率為90m(USGS),土地利用類型數(shù)據(jù)精度為30m[30],模擬區(qū)域總范圍為328km×248km,水平網(wǎng)格分辨率為4km×4km,網(wǎng)格點(diǎn)數(shù)設(shè)置為82×62.

CALPUFF輸入了火電煙囪高度、直徑、坐標(biāo)等信息,參數(shù)設(shè)置考慮硫酸鹽、硝酸鹽的二次化學(xué)反應(yīng)(MESOPUFF Ⅱ),O3和NH3月均濃度默認(rèn)為80×10-9和10×10-9,燃煤、燃?xì)怆姀S煙塵中的PM2.5含量分別按煙塵總量的50%和82%計(jì)算[31-32],并考慮火電排放的時(shí)間變化規(guī)律,計(jì)算時(shí)間步長按1h考慮.

表1 WRF模式參數(shù)設(shè)置

1.3 情景設(shè)計(jì)

本研究共設(shè)置3個(gè)污染物排放情景:情景1為2015年海南省火電企業(yè)排放現(xiàn)狀,情景2為海南省現(xiàn)有火電廠全部按照已核發(fā)排污許可的許可排放量運(yùn)行,情景3為海南省現(xiàn)有火電廠全部按照超低排放要求達(dá)標(biāo)運(yùn)行.

2 結(jié)果與討論

2.1 海南省火電排放量分析

2.1.1 火電排放量分析 海南省火電排放清單數(shù)據(jù)顯示(HPEC,2015), 2015年海南省6家火電廠SO2、NO、煙塵排放量分別為7751.18, 6055.56, 972.54t/a;根據(jù)排污許可數(shù)據(jù)6家火電廠SO2、NO、煙塵排放量分別為8643.20, 7522.29, 1625.53t/a;而根據(jù)海南省環(huán)境統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)核算6家火電廠SO2、NO、煙塵的排放量分別為10332.69, 22856.85, 804.63t/a.由圖2可見,不同統(tǒng)計(jì)口徑下海南省6家火電廠主要大氣污染物排放量有所差異,且不具備明顯規(guī)律,但總體呈現(xiàn)為在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)量與排放清單計(jì)算排放量基本相當(dāng),小于許可排放量和環(huán)境統(tǒng)計(jì)排放量.相對(duì)SO2和煙塵排放量,不同統(tǒng)計(jì)口徑下NO排放量差異較大,最大差值出現(xiàn)在華能海口電廠, NO環(huán)境統(tǒng)計(jì)排放量為許可排放量的6.65倍.

有研究表明在線監(jiān)測(cè)法核算火電廠污染物排放量相對(duì)更為準(zhǔn)確[33],且能夠較好的體現(xiàn)污染源排放的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)變化情況[34],伯鑫和崔建升等[13,15,35]的研究也表明使用在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)核算火電廠大氣污染物排放能夠提高清單的時(shí)間分辨率并降低不確定性.因此本研究以在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)量為火電廠大氣污染物排放量的假定真實(shí)量.由華能東方電廠和華能?？陔姀S的排放量分析可見,通過排放清單法(HPEC)與在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)法得到的各大氣污染排放量基本相當(dāng),采用排放清單法計(jì)算結(jié)果作為現(xiàn)狀排放量用于大氣環(huán)境影響研究具有較高的真實(shí)性和可靠性.

2.1.2 火電時(shí)間譜分析 圖3為海南省火電行業(yè)大氣污染物排放的月變化及24h變化特征譜.從結(jié)果來看, 華能東方電廠和華能?？陔姀S兩家火電廠大氣污染物排放量在各月變化幅度不大,污染物排放分布曲線較為平穩(wěn).污染物排放量自1月逐漸增加,至5月份污染物排放量達(dá)到全年最高值,煙塵、SO2、NO3種污染物排放量分別占全年排放量的9.3%、9.7%和9.7%,6~10月污染物排放量基本保持穩(wěn)定,占全年排放量的比重在8%以上,11~12月污染物排放量逐漸降低至與1月持平,約占全年排放量的7%~8%.海南島屬熱帶季風(fēng)海洋性氣候,四季不分明,每年5~10月氣溫較高,兩家火電廠大氣污染物排放月度分布情況與氣溫變化情況基本一致,污染物排放量受氣溫影響較大,這與李琳瑋等[36]研究得出的海南電網(wǎng)日最大負(fù)荷與日最高氣溫曲線擬合度較高的研究結(jié)論吻合.

兩家火電廠大氣污染物排放量24h變化呈現(xiàn)明顯的“兩峰兩谷”特征,污染物排放在凌晨4:00左右出現(xiàn)最低值(煙塵、SO2、NO分別為3.93%、3.71%、3.82%),隨后逐漸增加至上午11:00左右出現(xiàn)峰值(煙塵、SO2、NO分別為4.31%、4.35%、4.31%), 14:00左右出現(xiàn)全天第二個(gè)低谷(煙塵、SO2、NO分別為4.12%、4.09%、4.14%),午后污染物排放再次逐漸上升至下午19:00左右出現(xiàn)全天最大值(煙塵、SO2、NO分別為4.34%、4.47%、4.39%),隨后污染物排放量再次逐漸降低.污染物排放日間變化曲線與社會(huì)生產(chǎn)和居民生活規(guī)律吻合,與現(xiàn)有研究成果[9,37-38]相一致.

2.2 海南省火電大氣環(huán)境影響分析

2.2.1 氣象模擬結(jié)果驗(yàn)證 結(jié)合海南省火電廠分布,選取地面氣象監(jiān)測(cè)站東方站的氣象資料作為氣象驗(yàn)證數(shù)據(jù),該站點(diǎn)坐標(biāo)為(108.617°E,19.100°N),利用CALPUFF后處理模塊的PRTMET功能提取CALMET文件中與東方站坐標(biāo)一致的氣象數(shù)據(jù)(溫度、風(fēng)速等),評(píng)估模擬值與監(jiān)測(cè)值的準(zhǔn)確度和可信度.圖4給出了東方站2015年343d CALMET模擬結(jié)果與氣象監(jiān)測(cè)值的比對(duì)(東方站2015年4月部分天數(shù)地面氣象監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)缺失),可見風(fēng)速模擬值和溫度模擬值與氣象監(jiān)測(cè)值均吻合較好,相關(guān)系數(shù)分別達(dá)到0.82和0.95,CALMET模擬的氣象場(chǎng)具有一定的準(zhǔn)確性,能夠反映研究區(qū)域氣象場(chǎng)變化情況.

2.2.2 3種情景下大氣環(huán)境影響分析

(1)現(xiàn)狀情景影響分析

基于2015年海南火電排放清單數(shù)據(jù)(HPEC),分析現(xiàn)狀情景下海南火電企業(yè)對(duì)區(qū)域內(nèi)SO2、NO、PM2.5、PM10年均質(zhì)量濃度分布(圖5、表2)和小時(shí)質(zhì)量濃度分布的貢獻(xiàn)(圖6),其中小時(shí)質(zhì)量濃度指各污染物全年最大小時(shí)濃度平均.從圖5和圖6、表2可以看出,各污染物濃度總體呈現(xiàn)西高東低的趨勢(shì),濃度較高地區(qū)主要集中在西部的東方市、臨高縣、昌江縣及儋州市等地區(qū),這與污染物排放源的分布有關(guān),且海南島地形為中高邊低,中部山地阻礙污染物擴(kuò)散.

SO2、PM2.5、PM10最高年均濃度均出現(xiàn)在東方市,分別為0.015, 0.006和0.003μg/m3,NO在臨高縣出現(xiàn)最高值,為0.01μg/m3.海口市和三亞市分別是海南省省會(huì)和重要旅游城市,現(xiàn)狀情景下?？谑蠸O2、NO、PM2.5、PM10年均濃度分別為0.004 ,0.002, 0.001和0.002μg/m3, 三亞市SO2、NO、PM2.5、PM10年均濃度分別為0.003, 0.003, 0.001和0.002μg/m3.

小時(shí)濃度擴(kuò)散情況更能夠體現(xiàn)污染源的分布影響,如表2所示, SO2、NO、PM2.5、PM10小時(shí)濃度最高值均出現(xiàn)在東方市,分別為1.466, 0.966 , 0.414和0.222μg/m3.現(xiàn)狀情景下?？谑蠸O2、NO、PM2.5、PM10小時(shí)濃度分別為0.456, 0.340, 0.093和0.143μg/m3,三亞市SO2、NO、PM2.5、PM10小時(shí)濃度分別為0.373, 0.477,0.148和0.093μg/m3.

圖5 現(xiàn)狀情景下火電廠排放對(duì)主要大氣污染物年均濃度貢獻(xiàn)

圖6 現(xiàn)狀情景下火電廠排放對(duì)主要大氣污染物小時(shí)濃度貢獻(xiàn)

表2 3種情景下火電廠對(duì)各城市大氣污染物年均濃度貢獻(xiàn)(μg/m3)

圖7 許可情景下火電廠排放對(duì)主要大氣污染物小時(shí)濃度貢獻(xiàn)圖

(2)排污許可情景下影響分析

基于獨(dú)立火電廠每個(gè)排氣筒的許可排放量,分析排污許可情景下火電廠對(duì)區(qū)域大氣環(huán)境的影響.許可情景下各污染物濃度分布情況與現(xiàn)狀情景基本相同,最高濃度出現(xiàn)在東方市.與現(xiàn)狀排放情景相比,東方市SO2、NO、PM2.5、PM10年均濃度分別增加0.002, 0.004, 0.004和0.002μg/m3, NO、PM2.5、PM10小時(shí)濃度分別增加0.258,0.091和0.237μg/m3, SO2小時(shí)濃度略降低0.128μg/m3(可能是裝機(jī)容量最大、發(fā)電量最多的華能東方電廠SO2許可排放量低于現(xiàn)狀排放量導(dǎo)致的).

排污許可情景下?？谑蠸O2、NO、PM2.5、PM10年均濃度與現(xiàn)狀情景基本保持一致,SO2、NO、PM2.5小時(shí)濃度較現(xiàn)狀情景有所增加,分別為0.518, 0.357,0.096μg/m3, PM10小時(shí)濃度較現(xiàn)狀情景稍有降低,為0.139μg/m3.三亞市SO2、PM2.5、PM10年均濃度基本與現(xiàn)狀情景下相當(dāng),NO年均濃度比現(xiàn)狀情景下大幅增加至0.007μg/m3;NO、PM2.5、PM10小時(shí)濃度較現(xiàn)狀情景增幅較大,分別為1.115,0.198和0.359μg/m3, 2種情景下SO2小時(shí)濃度基本相當(dāng).

(3)超低情景影響分析

假設(shè)海南省6家獨(dú)立電廠均達(dá)到超低要求(煙塵10 ,35,50mg/Nm3),分析超低排放標(biāo)準(zhǔn)情況下火電企業(yè)對(duì)大氣環(huán)境的影響,研究區(qū)域內(nèi)各污染物小時(shí)濃度分布如圖8.可見東方市和三亞市受影響較大,與現(xiàn)狀情景相比, SO2、NO、PM2.5、PM10濃度分別減少1.117, 0.356, 0.193和0.113μg/m3,超低排放情景下火電廠對(duì)區(qū)域大氣環(huán)境的影響程度和影響范圍顯著降低.

超低排放情景下,?？谑蠸O2、NO、PM10年均濃度均降低至0.001μg/m3,PM2.5年均濃度降至0μg/m3;SO2、NO、PM2.5、PM10小時(shí)濃度分別降至0.126, 0.180, 0.036和0.054μg/m3;各污染物在三亞市的小時(shí)濃度基本與現(xiàn)狀情景下保持一致.

(4)三種情景對(duì)比分析

對(duì)比現(xiàn)狀、許可及超低排放3種情景下火電廠對(duì)大氣環(huán)境的影響程度,分別計(jì)算許可、超低與現(xiàn)狀情景下各污染物的年均濃度以及小時(shí)濃度的比值(圖9).由圖9可見,許可情景下火電廠對(duì)大氣污染物的濃度貢獻(xiàn)在大部分地區(qū)高于現(xiàn)狀情景(現(xiàn)狀情景下對(duì)萬寧市NO、PM2.5和陵水縣NO的年均濃度貢獻(xiàn)為0,圖9中不顯示萬寧市NO、PM2.5和陵水縣NO許可、超低情景與現(xiàn)狀情景下年均濃度的比值).年均濃度下,許可與現(xiàn)狀的比值最高值出現(xiàn)在三亞市和樂東縣的NO,為2.3;比值最低值出現(xiàn)在臨高縣和澄邁縣的NO,為0.8. 各城市比值的均值為SO21.17、NO1.38、PM101.50、PM2.51.18.小時(shí)濃度下,許可與現(xiàn)狀的比值最高值為2.59,出現(xiàn)在樂東縣的PM10;比值最低值為0.76,出現(xiàn)在屯昌縣的NO上,各城市小時(shí)濃度比值的均值為SO21.14、NO1.33、PM101.36、PM2.51.22.因此,與現(xiàn)狀情景相比,執(zhí)行排污許可限值時(shí)火電對(duì)大氣環(huán)境中PM10的貢獻(xiàn)增量最大,其次為NO.

由超低情景與現(xiàn)狀情景的比值可見,全面實(shí)施超低排放后,火電對(duì)各城市各污染物的濃度貢獻(xiàn)將得到較大幅度的降低.從年均濃度看,超低與現(xiàn)狀的比值最高值為1,即兩種情景下火電的影響相同;萬寧市和陵水縣SO2、PM10, 保亭縣NO,以及?？谑小⒍ò部h、瓊海市、屯昌縣、瓊中縣、五指山市、保亭縣及陵水縣PM2.5的年均濃度均降低至0.各城市比值的均值為SO20.43、NO0.75、PM100.65、PM2.50.31.從小時(shí)濃度看,超低與現(xiàn)狀的比值最高值為1,出現(xiàn)在三亞市、樂東縣、保亭縣的NO上,最低值出現(xiàn)在東方市的SO2,為0.17,各城市小時(shí)濃度比值的均值為SO20.38、NO0.68、PM100.53、PM2.50.48.由此可見,全面實(shí)施超低排放對(duì)大氣環(huán)境中SO2和PM2.5的改善程度最為明顯.

圖9 3種情景下火電廠對(duì)各城市大氣污染物濃度貢獻(xiàn)對(duì)比

可見,海南省火電企業(yè)現(xiàn)狀排放執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)于許可排放標(biāo)準(zhǔn),未來隨著海南省更加嚴(yán)格的大氣污染治理要求,火電廠超低排放的推廣將對(duì)海南當(dāng)?shù)乜諝赓|(zhì)量的改善作出較可觀的貢獻(xiàn).

2.2.3 討論 基于海南省火電企業(yè)總量少的特點(diǎn),本研究通過對(duì)每個(gè)火電企業(yè)的精準(zhǔn)定位,建立了高空間分辨率的海南省火電排放清單,在核算污染物排放量時(shí),采用研究團(tuán)隊(duì)的2015年全國高分率火電排放清單(HPEC,2015)代替在線監(jiān)測(cè)法,與現(xiàn)狀實(shí)際情況存在一定的差異.在時(shí)間分辨率方面,本研究以華能東方電廠和華能?？陔姀S的污染物排放月變化和小時(shí)變化情況作為全部6家火電廠大氣污染物排放的時(shí)間變化規(guī)律具有一定的片面性.此外,火電屬于高架源,排放的污染物對(duì)中高層大氣環(huán)境質(zhì)量的影響高于近地面,本研究主要分析了海南省火電廠大氣污染物排放對(duì)近地面大氣環(huán)境的影響,因此,存在對(duì)火電廠大氣環(huán)境影響低估的可能[16].

3 結(jié)論

3.1 基于在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、環(huán)境統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、排污許可及火電排放清單等不同統(tǒng)計(jì)口徑的海南省火電廠各大氣污染物排放量差異較大,在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)量和排放清單計(jì)算排放量基本相當(dāng),小于許可排放量和環(huán)境統(tǒng)計(jì)量,且NO排放量差異大于SO2和煙塵.

3.2 海南省火電廠大氣污染物排放量月際分布較平穩(wěn),每月污染物排放量約占全年的7%~10%,污染物排放量主要受氣溫的間接影響和電廠發(fā)電量的直接影響.火電廠大氣污染物排放量24h變化呈現(xiàn)明顯“兩峰兩谷”特征,與社會(huì)生產(chǎn)和居民生活規(guī)律吻合.

3.3 現(xiàn)狀情景下,2015年海南省火電廠對(duì)大氣污染物的濃度貢獻(xiàn)呈西高東低的形勢(shì),主要受火電廠分布、地形條件等影響.現(xiàn)狀情景下海南省火電廠對(duì)各城市年均濃度貢獻(xiàn)范圍為SO20.001~0.015μg/m3、NO0~0.01μg/m3、PM100.001~0.006μg/m3、PM2.50~0.003μg/m3,與2015年海南省環(huán)境空氣質(zhì)量相比(海南環(huán)境空氣質(zhì)量SO2、NO2、PM10、PM2.5年均濃度為5, 9, 35, 20μg/m3),海南省火電行業(yè)對(duì)當(dāng)?shù)丨h(huán)境空氣污染貢獻(xiàn)較小.

3.4 現(xiàn)狀、許可、超低3種情景下,火電廠對(duì)大氣環(huán)境的影響程度總體表現(xiàn)為許可情景>現(xiàn)狀情景>超低情景.與現(xiàn)狀情景相比,執(zhí)行排污許可時(shí)火電廠對(duì)PM10和NO的貢獻(xiàn)增量最大,年均濃度分別增加50%和38%.全面實(shí)施超低排放后火電廠對(duì)大氣環(huán)境的影響將較大幅度降低,SO2和PM2.5降低幅度最大,較現(xiàn)狀情景可分別降低57%和69%.

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致謝：感謝環(huán)境保護(hù)部環(huán)境監(jiān)察局為本研究提供污染源在線監(jiān)測(cè)資料.

Air quality impacts of power plant emissions in Hainan Province, 2015.

KAN Hui1, BO Xin2*, QU Jia-Bao2,3, YANG Chao-Xu4, WU Peng-Cheng5, TIAN Fei6, MO Hua2, ZHAO Xiao-Hong2, ZHOU Xue-Shuang7

(1.Academy of Environmental Planning & Design, Co., Ltd., Nanjing University, Nanjing 210093, China；2.The Appraisal Center for Environment and Engineering, Ministry of Environmental Protection, Beijing 100012, China；3.School of Science and Technology of Environmental, HeBei University of Science and Technology, Shijiazhuang 050000, China；4.College of Resources and Environmental Engineering, Jilin Institute of Chemical Technology, Jilin 132022, China；5.Chinese Academy for Environmental Planning, Beijing 100012, China；6.Shandong Academy of Enviromental Science, Jinan 250013, China；7.Department of Ecology and Environmental Protection of Hainan Province, Haikou 570100, China)., 2019,39(1)：428~439

Based on the continuous emission monitoring systems (CEMS), environmental statistics, pollutant discharge permit and emission inventory of power plants in Hainan Province in 2015, the difference of pollutant emissions from power plants in Hainan under different methods was analyzed, and the variation rule of power plants emissions was acquired. In this paper, three situations including current situation, pollutant discharge permit situation and ultra-low emission situation were considered, and impacts of power plants on the air quality of Hainan province under three situations were simulated using CALPUFF model. The results showed that the emissions of various pollutants from power plants vary greatly under different statistical methods, and the maximum difference can reach 5.65times.In the time dimension, the monthly distribution of pollutant emissions from thermal power industry was relatively stable ranging from 7% to 10% and 24-hour fluctuation was characterized by “two peaks and two valleys” . In terms of air quality, the concentration distribution of SO2, NO, PM2.5and PM10generally showed a trend of high in west and low in east. Under current situation, the impacts of power plants on the average of annual concentration of each pollutant were SO20.001~0.015μg/m3、NO0~0.01μg/m3、PM100.001~0.006μg/m3、PM2.50~0.003μg/m3, and most of the highest concentration occurred in Dongfang and Lingao. The degree of impact of power plants on the atmospheric environment was permit > current > ultra-low. When the pollutant discharge permit is implemented, the annual average concentration of PM10and NOemitted from power plants increases by 50% and 38%, respectively, compared with the current situation. After the full implementation of ultra-low emission, there is a significant improvement in the air quality, with the annual average concentration of SO2and PM2.5for each city reduced by 57% and 69%, respectively, compared with the current situation.

environmental permitting；power plants；CEMS (continuous emission monitoring systems)；CALPUFF；emission inventory

X51,X823

A

1000-6923(2019)01-0428-12

闞 慧(1990-),女,江蘇徐州人,碩士研究生,主要大氣排放清單及數(shù)值模擬.發(fā)表論文7篇.

2018-05-30

清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院重點(diǎn)學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)2015年度開放基金課題;國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2016YFC0208101);國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(71673107)

* 責(zé)任作者, 高工, 188672200@qq.com