火電與集中供熱領(lǐng)域“煤改氣”對(duì)北京市空氣污染控制的影響

文_方春香 尹立新 劉覓穎

1 北京市北節(jié)能源設(shè)計(jì)研究所 2 北京京能未來燃?xì)鉄犭娪邢薰?3 北京節(jié)能環(huán)保中心

根據(jù)《北京市統(tǒng)計(jì)年鑒》， 與2012年相比，2019年北京市的三種主要大氣污染物（SO2、NOX、煙塵）減排效果顯著，分別減排93.3%、41.1%和90.8%。自2012年開始，北京市開展了大量減排工作，包括嚴(yán)格大氣排放標(biāo)準(zhǔn)、提高能源利用效率、能源結(jié)構(gòu)調(diào)整等，本文從能源結(jié)構(gòu)調(diào)整角度探討火電和供熱領(lǐng)域煤改清潔能源對(duì)北京市減排工作的影響。

1 火力發(fā)電和供熱領(lǐng)域排放現(xiàn)狀分析

1.1 火力發(fā)電領(lǐng)域

北京市火力發(fā)電以燃煤發(fā)電和燃?xì)獍l(fā)電為主，占火力發(fā)電的92.3%～96.6%，本小節(jié)分析以燃煤發(fā)電和燃?xì)獍l(fā)電作為火力發(fā)電總量進(jìn)行分析，下文提到火力發(fā)電總量均指燃煤發(fā)電與燃?xì)獍l(fā)電之和。

1.1.1 發(fā)電量構(gòu)成

2012年北京市燃煤發(fā)電消費(fèi)原煤649.6萬t，折合標(biāo)準(zhǔn)煤525.4萬tce，發(fā)電量179.0億kWh，占火力發(fā)電總量的65.1%；燃?xì)獍l(fā)電消費(fèi)天然氣21.2億m3，折合標(biāo)準(zhǔn)煤281.8萬tce，發(fā)電量96.0億kWh，占火力發(fā)電總量的34.9%。至2019年，北京市燃煤發(fā)電消費(fèi)原煤35.9萬t，折合標(biāo)準(zhǔn)煤27.5萬tce，發(fā)電量10.2億kWh，占火力發(fā)電總量的2.6%，比2012年下降62.5個(gè)百分點(diǎn)；燃?xì)獍l(fā)電消費(fèi)天然氣69.4億m3，折合標(biāo)準(zhǔn)煤1037.2萬tce，發(fā)電量385.3億kWh，占火力發(fā)電總量的97.4%，見表1。

表1 2012年與2019年火力發(fā)電構(gòu)成對(duì)比

1.1.2 排放量測(cè)算

以2012年火電燃料結(jié)構(gòu)測(cè)算2019年的排放量，結(jié)合度電污染物排放量，得出若不調(diào)整燃料結(jié)構(gòu)火力發(fā)電領(lǐng)域污染物的排放量，與2019年的實(shí)際燃料結(jié)構(gòu)測(cè)算出的火力發(fā)電領(lǐng)域污染物排放量進(jìn)行對(duì)比，可測(cè)算污染物排放量變化情況。此處為測(cè)算燃料結(jié)構(gòu)調(diào)整引起的污染物排放情況，不考慮排放標(biāo)準(zhǔn)變化、效率提升引起的減排效果，因此燃料結(jié)構(gòu)調(diào)整前后的度電污染物排放量均以2019年情況測(cè)算。燃煤電廠與燃?xì)怆姀S的度電污染物排放量見表2。

表2 燃煤電廠與燃?xì)怆姀S度電污染物排放量 單位：g/kWh

從表1可以看出，2019年，隨著煤改氣、煤改電工程全面完成，燃煤電廠與燃?xì)怆姀S的發(fā)電量結(jié)構(gòu)為2.6：97.4；假若未開展煤改清潔能源、燃料保持2012年的結(jié)構(gòu)，則燃煤電廠和燃?xì)怆姀S的發(fā)電量結(jié)構(gòu)為65.1：34.9，則燃煤電廠和燃?xì)怆姀S的發(fā)電量分別為257.4億kWh和138.1億kWh。結(jié)合表2測(cè)算結(jié)構(gòu)調(diào)整與否火力發(fā)電領(lǐng)域2019年的污染物排放情況，見表3。

表3 火電領(lǐng)域燃料結(jié)構(gòu)調(diào)整與否2019年排放量的測(cè)算 單位：t

表3中“未調(diào)結(jié)構(gòu)”為按2012年燃料結(jié)構(gòu)比例、2019年火力發(fā)電量測(cè)算排放量，“調(diào)結(jié)構(gòu)”為按2019年實(shí)際燃料結(jié)構(gòu)測(cè)算的排放量，可以看出，火電領(lǐng)域“調(diào)結(jié)構(gòu)”與“未調(diào)結(jié)構(gòu)”相比，煙塵和SO2排放總量分別下降了20.5%、93.5%，NOX排放總量增加了28.7%，表明火電領(lǐng)域煤改氣對(duì)煙塵尤其SO2的減排效果顯著，但會(huì)導(dǎo)致NOX排放增加。

1.2 集中供熱領(lǐng)域

北京市供熱領(lǐng)域供熱方式主要有集中供熱、分戶供熱，其中集中供熱比例在3/4左右。集中供熱分為熱電聯(lián)產(chǎn)供熱、燃煤鍋爐房供熱和燃?xì)忮仩t房供熱，其中熱電聯(lián)產(chǎn)方式的排放在火力發(fā)電領(lǐng)域已測(cè)算過，未避免重復(fù)測(cè)算此處不再計(jì)算，本節(jié)主要計(jì)算燃煤鍋爐房供熱和燃?xì)忮仩t房供熱兩種供熱方式。

1.2.1 集中供暖結(jié)構(gòu)

根據(jù)《北京市統(tǒng)計(jì)年鑒》及《北京能源發(fā)展報(bào)告》，2012年和2019年燃煤、燃?xì)夤┡娣e結(jié)構(gòu)分別為32.6：67.4和0：100。供暖能力見表4。

表4 2012、2019年北京市鍋爐房供暖能力結(jié)構(gòu)對(duì)比

根據(jù)表4，2012年北京市集中供暖結(jié)構(gòu)為燃?xì)?、燃煤并重?018年北京市燃煤鍋爐全部改造完畢，集中供暖不再有燃煤鍋爐供暖方式。

1.2.2 鍋爐房供熱排放量測(cè)算

以2012年集中供熱鍋爐燃料結(jié)構(gòu)測(cè)算2019年的排放量，結(jié)合單位供熱量污染物排放量，得出若不調(diào)整燃料結(jié)構(gòu)鍋爐房供熱污染物的排放量，與采用2019年的實(shí)際燃料結(jié)構(gòu)測(cè)算出的鍋爐房供熱污染物排放量對(duì)比，可測(cè)算污染物排放變化情況。此處為測(cè)算燃料結(jié)構(gòu)調(diào)整引起的污染物排放情況，不考慮排放標(biāo)準(zhǔn)變化、效率提升引起的減排效果，因此燃料結(jié)構(gòu)調(diào)整前后的單位供熱量污染物排放量均以2019年情況測(cè)算。燃煤鍋爐房與燃?xì)忮仩t房的度電污染物排放量見表5。

表5 鍋爐房單位供熱量鍋爐房污染物排放表 單位：mg/MW

從表4可以看出，至2018年，隨著煤改氣工程全面完成，燃煤鍋爐、燃?xì)忮仩t的供暖能力結(jié)構(gòu)為0：100；假若未開展煤改清潔能源、燃料保持2012年的結(jié)構(gòu)，則燃煤鍋爐和燃?xì)忮仩t的供暖結(jié)構(gòu)仍為51.5：48.5，即燃煤鍋爐房和燃?xì)忮仩t房的供熱能力分別為41116MW和38720MW。結(jié)合表5測(cè)算結(jié)構(gòu)調(diào)整與否鍋爐房供熱領(lǐng)域2019年的污染物排放情況，見表6。

表6 鍋爐房供熱領(lǐng)域燃料結(jié)構(gòu)調(diào)整與否2019年排放量的測(cè)算 單位：t

表6中“未調(diào)結(jié)構(gòu)”為按2012年燃料結(jié)構(gòu)比例、2019年供熱能力測(cè)算排放量，“調(diào)結(jié)構(gòu)”為按2019年實(shí)際燃料結(jié)構(gòu)測(cè)算的排放量?？梢钥闯?，鍋爐房供熱領(lǐng)域“調(diào)結(jié)構(gòu)”與“未調(diào)結(jié)構(gòu)”相比，煙塵、SO2和NOX排放總量分別下降了59.1%、96.1%和21.2%，表明鍋爐房供熱領(lǐng)域煤改氣對(duì)大氣污染物尤其是SO2的減排效果顯著。

2 火力發(fā)電、鍋爐房供熱領(lǐng)域煤改氣對(duì)北京市污染物減排的貢獻(xiàn)

2.1 從排放量與結(jié)構(gòu)來看

2019年調(diào)整結(jié)構(gòu)與否的煙塵、SO2、NOX的排放量及其占比分別見表7。

表7 火力發(fā)電和鍋爐房供熱領(lǐng)域調(diào)整結(jié)構(gòu)與否三大污染物排放量與占比

根據(jù)表7，調(diào)整結(jié)構(gòu)后兩大領(lǐng)域的SO2減排較明顯，整體則從62.9%降至3.7%，效果十分顯著；火力發(fā)電領(lǐng)域NOX排放占比有所增加、供熱鍋爐房領(lǐng)域所有降低，整體微降0.2個(gè)百分點(diǎn)。兩大領(lǐng)域煙塵排放量均有所下降，整體下降7.2個(gè)百分點(diǎn)。

2.2 從減排貢獻(xiàn)來看

2019年火力發(fā)電和鍋爐房供熱領(lǐng)域調(diào)結(jié)構(gòu)與未調(diào)結(jié)構(gòu)相比，大氣污染物減排量及其對(duì)全市減排情況的貢獻(xiàn)見表8。

表8 火力發(fā)電和鍋爐房供熱領(lǐng)域煤改氣對(duì)全市減排的貢獻(xiàn) 單位：t

3 對(duì)北京市空氣污染控制的思考

3.1 煤改氣對(duì)兩大領(lǐng)域煙塵和SO2控制效果明顯

根據(jù)計(jì)算，2012年兩大領(lǐng)域煙塵、SO2、NOX的排放量分別為927.7t、920.6t和13748.3t，占比分別為1.4%、1.0%和7.7%；2019年，火力發(fā)電量增加43.8%、供熱能力增長2.6倍的情況下，兩大領(lǐng)域的主要污染物排放量并未大幅增加，分別為702.0t、230.9t和19081t，其中煙塵和SO2均有所下降。

在發(fā)電量、供熱能力大幅增長的情況下，排放量能夠保持低速增長甚至負(fù)增長，能源結(jié)構(gòu)調(diào)整起到了重要作用，尤其是對(duì)SO2的控制效果顯著；但對(duì)于NOX的控制效果不明顯。此外，標(biāo)準(zhǔn)從嚴(yán)、效率提升也是控排的重要影響因素。

綜合來看，煤改氣在火力發(fā)電和鍋爐房供暖領(lǐng)域?qū)O2和煙塵的控制效果明顯，但對(duì)NOX的控制效果不明顯，要實(shí)現(xiàn)良好的NOX減排效果，還需在其他方面挖潛。

3.2 汽車尾氣成為NOX控排的主要方向

根據(jù)《北京市統(tǒng)計(jì)年鑒》，2012年北京市排放的SO2、NOX、煙塵質(zhì)量比為27.7：52.5：19.8，NOX的排放量是SO2的1.9倍，是煙塵的2.7倍；到2019年，北京市排放的SO2、NOX、煙塵質(zhì)量比為5.3：89.4：5.3，NOX的排放量是SO2和煙塵的16.7倍。對(duì)比2012年和2019年全市空氣質(zhì)量，SO2得到有效控制，但PM10、PM2.5、NO2仍保持較高濃度。從空氣質(zhì)量和污染物排放量來看，NOX都是未來北京市空氣污染控制的重點(diǎn)。隨著北京市煤改氣改造全面完成，標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)一步提升，工業(yè)鍋爐、熱電廠的NOX減排潛力有限，汽車尾氣成為NOX控排的主要方向。

4 結(jié)語

北京市火電與集中供熱領(lǐng)域煤改氣工作的開展，對(duì)全市SO2和煙塵排放的控制效果明顯，但對(duì)NOX的控制效果不明顯。隨著“煤改氣”工作的全面完成，SO2的排放量及在空氣中的濃度均大幅下降，NOX開始成為北京市空氣污染控制的主要污染物，未來控排主要方向?qū)⑹瞧囄矚庵卫怼?/p>