工業(yè)大氣污染物與碳排放協(xié)同控制效果研究—以一個(gè)工業(yè)城市為例

代海濤，周 純，王 培，莫小雨

（上海建科集團(tuán)股份有限公司，上海 200030）

引 言

我國在推進(jìn)“碳達(dá)峰、碳中和”行動的同時(shí)，也面臨著持續(xù)改善空氣質(zhì)量的壓力。第二次全國污染物普查結(jié)果顯示，2017年工業(yè)源大氣污染物二氧化硫排放量為529.08萬噸，氮氧化物排放量為645.90萬噸，顆粒物排放量為1 270.50萬噸，揮發(fā)性有機(jī)物排放量為481.66萬噸，分別約占全國排放量的75.98%、36.18%、75.44%和47.34%，是最主要的排放源[1]。同年度工業(yè)能源消費(fèi)總量占全國能源消費(fèi)總量的64.8%，是溫室氣體的主要來源[2]。工業(yè)領(lǐng)域大氣污染物和二氧化碳具有同根同源同時(shí)性，協(xié)同減排潛力巨大，且能有力推動區(qū)域綠色轉(zhuǎn)型[3]。針對溫室氣體和大氣污染物協(xié)同控制，部分學(xué)者研究了京津冀等重點(diǎn)城市不同碳達(dá)峰情景下的CO2和大氣污染物減排潛力以及協(xié)同效應(yīng)[4-5]，但研究多以模擬預(yù)測為主，缺少對歷史數(shù)據(jù)的回顧分析，得到的結(jié)果往往只能用作參考[6]。

本研究結(jié)合歷史數(shù)據(jù)，針對長三角工業(yè)城市滁州市開展溫室氣體和大氣污染物協(xié)同控制的研究，探討影響工業(yè)溫室氣體和大氣污染物減排的主要因素。本研究的結(jié)果對于滁州市應(yīng)對氣候變化，實(shí)現(xiàn)綠色、低碳、循環(huán)發(fā)展，建設(shè)工業(yè)領(lǐng)域生態(tài)文明，打好污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)具有重要的科學(xué)意義。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)收集與分析

本研究以滁州市工業(yè)為研究對象開展案例研究，研究2011-2020年工業(yè)大氣污染物NOx、SO2、顆粒物和CO2的歷史變化趨勢。2011-2020年 滁州市人口和經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)見《滁州統(tǒng)計(jì)年 鑒》。GDP和工業(yè)增加值是以2010年為基期的GDP可比價(jià)計(jì)算獲得。本研究中滁州市工業(yè)大氣污染物NOx、SO2、顆粒物排放總量見《滁州統(tǒng)計(jì)年鑒》，本文參考《中華人民共和國環(huán)境保護(hù)稅法》所附《應(yīng)稅污染物和當(dāng)量值表》的大氣污染物當(dāng)量值，將NOx、SO2和顆粒物三種大氣污染物排放量轉(zhuǎn)化為當(dāng)量數(shù)（AP），三種污染物當(dāng)量值分別為0.95、0.95和2.18。

1.2 碳排放總量及強(qiáng)度

滁州市工業(yè)能源消費(fèi)總量、分品種能源消費(fèi)量來源于《滁州市統(tǒng)計(jì)年鑒》，參考《省級溫室氣體編制清單指南》計(jì)算滁州市工業(yè)能源消耗引起的碳排放總量，計(jì)算公式如式（1）：

其中，i代表不同能源類型；FC代表第i種能源的消耗量（單位：104t或者108m3）；NCV是第i種能源的平均低位熱值（單位：kJ/kg）；CC是第i種能源的單位熱值含碳量（單位：TC/TJ）；OF是碳氧化率。不同能源的NCV、CC、OF排放因子參考《省級溫室氣體編制清單指南》推薦排 放因子。

水泥生產(chǎn)過程碳排放計(jì)算公式如式（2）：

其中，AD是扣除電石渣生產(chǎn)的熟料產(chǎn)量后的水泥熟料產(chǎn)量，EF是水泥生產(chǎn)過程平均排放因子，采用《省級溫室氣體編制清單指南》推薦排放因子0.538噸二氧化碳/噸熟料。

1.3 LMDI分解

對數(shù)平均迪氏指數(shù)分解法（Logarithmic Mean Divisia Index method,LMDI）分解不含殘差項(xiàng)，且允許數(shù)據(jù)包含零值，并廣泛運(yùn)用在能源相關(guān)研究中[6]。利用LMDI方法對滁州工業(yè)排放大氣污染物當(dāng)量數(shù)變化的影響因素進(jìn)行分析。

滁州工業(yè)大氣污染物排放當(dāng)量可用式（3）：

AP表示工業(yè)大氣污染物排放當(dāng)量數(shù)；C表示工業(yè)二氧化碳排放量；E表示滁州市工業(yè)化石能源消耗量；GDPins表示滁州市工業(yè)增加值；GDP是滁州市生產(chǎn)總值；P是滁州總?cè)丝?；APOC為工業(yè)單位二氧化碳排放產(chǎn)生的大氣污染物當(dāng)量數(shù)，表示協(xié)同減排的量化關(guān)系；EM為工業(yè)能源碳排放強(qiáng)度；EI表示能源強(qiáng)度；IL表示城市工業(yè)GDP占比；AG是滁州市人均GDP；P是城市總?cè)丝凇?/p>

設(shè)定基期到t期的變化量為ΔAP，利用LMDI對其進(jìn)行分解，得到式（4）：

ΔAPAPOC反映協(xié)同減排效果及碳排放對大氣污染物排放的影響；ΔAPEM反映能源排放強(qiáng)度效應(yīng)，反映能源結(jié)構(gòu)變動對大氣污染物排放的影響；ΔAPEI反映能源強(qiáng)度變動對大氣污染物排放的影響；ΔAPIL反映工業(yè)GDP占比對大氣污染物排放的影響；ΔAPGDP反映經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r對大氣污染物排放的影響；ΔAPP反映人口變動對大氣污染物排放的影響。

2 結(jié)果與討論

2.1 滁州市工業(yè)大氣污染物和碳排放變化趨勢

滁州市工業(yè)2011-2020年AP、NOx、SO2、顆粒物和CO2歷史排放量如圖1所示?？傮w來看，NOx、SO2和顆粒物三種污染物以及污染物當(dāng)量數(shù)總體呈現(xiàn)先增長后下降的趨勢，這主要受工業(yè)發(fā)展和排放控制等方面的共同影響。2011-2014年，滁州市經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，新增一批水泥、電力和玻璃等污染較重的行業(yè)，導(dǎo)致工業(yè)排放的NOx、SO2、顆粒物，整體呈現(xiàn)逐年增加的趨勢。2014年SO2和顆粒物排放量達(dá)到峰值，分別為20 525噸和43 899噸。NOx峰值出現(xiàn)的相對滯后，2016年達(dá)到峰值為26 705噸。2014-2020年，滁州市加大對SO2和顆粒物排放的控制力度，新增一批脫硫裝置及除塵裝置。尤其是2016年，隨著“十三五”對大氣污染物的控制力度進(jìn)一步加大，SO2和顆粒物排放量出現(xiàn)顯著降低，相比于上一年，SO2和顆粒物下降幅度達(dá)到39%和68%。滁州市對NOx的控制相比于對SO2和顆粒物的控制略有延遲，根據(jù)滁州市“十三五”規(guī)劃中期評估報(bào)告，滁州市2017年基本完成全市燃煤小鍋爐淘汰工作，顯著降低了NOx排放，相比于2016年下降幅度達(dá)39%。

圖1 滁州市工業(yè)大氣污染物和二氧化碳排放量（2011-2020）

與污染物排放趨勢不同，2011-2022年，滁州市工業(yè)CO2排放呈現(xiàn)逐年上升的趨勢。2011-2014年滁州市工業(yè)快速發(fā)展，工業(yè)用能快速增加，導(dǎo)致工業(yè)CO2排放量快速增長。由圖1可以看出，2014-2020年，滁州市嚴(yán)格執(zhí)行能源消費(fèi)總量和強(qiáng)度雙控制，大力優(yōu)化能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)，促進(jìn)傳統(tǒng)行業(yè)節(jié)能改造，工業(yè)能耗增速放緩，使得CO2排放量增速放緩。相比于2014年，2020年工業(yè)CO2排放增加了10.2%。

滁州市工業(yè)NOx、SO2和顆粒物的排放趨勢與能源消耗量存在聯(lián)系，滁州市工業(yè)三種大氣污染物主要來自化學(xué)原料和化學(xué)制品制造業(yè)，非金屬礦物制品業(yè)以及電力、熱力生產(chǎn)和供應(yīng)業(yè)，這三個(gè)行業(yè)都是能源密集行業(yè)，因此滁州市工業(yè)大氣污染物和CO2具有同源性。滁州市工業(yè)能源消耗量呈現(xiàn)逐年增加的趨勢，這一趨勢與2014-2020年SO2和顆粒物的變化趨勢及2016-2020年NOx排放變化趨勢相反，這主要?dú)w功于這些時(shí)期對SO2、顆粒物和NOx排放的嚴(yán)格控制。

2.2 滁州市工業(yè)大氣污染物L(fēng)MDI分解結(jié)果與討論

由圖2可以看出，滁州市工業(yè)排放的大氣污染物增加主要受經(jīng)濟(jì)發(fā)展的影響，2011-2020年，經(jīng)濟(jì)發(fā)展因素引起的大氣污染物排放當(dāng)量數(shù)年均增長幅度為30.97千噸；相對的，滁州市工業(yè)大氣污染物排放當(dāng)量數(shù)降低主要受碳排放協(xié)同效應(yīng)的影響，碳排放協(xié)同效應(yīng)有巨大的大氣污染物減排潛力。2011-2020年，年均下降幅度為31.66千噸，這說明降低單位CO2排放的大氣污染物排放當(dāng)量數(shù)是滁州市工業(yè)大氣污染物減排的有效途徑，應(yīng)當(dāng)大力發(fā)掘CO2和大氣污染物之間的協(xié)同減排潛力。能源強(qiáng)度效應(yīng)是滁州市工業(yè)大氣污染物當(dāng)量數(shù)降低的次要原因，2011-2020年，能源強(qiáng)度變化導(dǎo)致大氣污染物當(dāng)量數(shù)年均下降18.01千噸，說明能源效率的提升能夠顯著降低大氣污染物的排放量。2011-2020年，能源碳排放強(qiáng)度效應(yīng)引起的大氣污染物變化量除2020年外均為正值，年均貢獻(xiàn)值為5.79千噸。這說明能源排放強(qiáng)度對滁州市工業(yè)大氣污染物排放有正向影響，這是因?yàn)槌菔泄I(yè)用能以火電、煤炭以及石油為主，三者都具有高碳排放、高污染的特征，而且相比于2011年，2012-2020年，滁州市工業(yè)快速發(fā)展，能源消耗量增加，對火電、煤炭依賴性增加，導(dǎo)致能源碳排放增加，大氣污染物排放增加。城市工業(yè)GDP占比在2012-2014年間為正，2015-2020年間為負(fù)，總體上看，城市工業(yè)GDP占比下降導(dǎo)致了工業(yè)大氣污染物排放當(dāng)量數(shù)的降低，其年均貢獻(xiàn)值為-1.31千噸，說明工業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中占比的下降對工業(yè)大氣污染物排放產(chǎn)生微弱的負(fù)向影響。人口效應(yīng)引起的大氣污染物排放當(dāng)量數(shù)變化為正，年均貢獻(xiàn)值為0.47千噸，說明人口規(guī)模的擴(kuò)大將促進(jìn)工業(yè)大氣污染物排放增加。這是由于人口規(guī)模擴(kuò)大勢必帶動一系列生產(chǎn)活動，增加能源需求，從而增加對環(huán)境的壓力，導(dǎo)致工業(yè)大氣污染物排放的增加。

總體來看，經(jīng)濟(jì)發(fā)展效應(yīng)、能源強(qiáng)度效應(yīng)、碳排放協(xié)同效應(yīng)作用顯著，而工業(yè)GDP占比、能源排放強(qiáng)度與人口效應(yīng)的影響微弱。由圖2可以看出，2011-2020年，能源排放強(qiáng)度影響和工業(yè)GDP占比的影響有正有負(fù)，經(jīng)濟(jì)發(fā)展與人口因素對大氣污染物的排放量變化作用為正，碳排放協(xié)同效應(yīng)與能源強(qiáng)度效應(yīng)有利于降低大氣污染物排放量，其中，碳排放協(xié)同效應(yīng)是大氣污染物排放量降低的最主要因素。因此，降低單位二氧化碳大氣污染物排放量，促進(jìn)CO2和大氣污染物協(xié)同減排是降低大氣污染物排放量的最有效途徑。

圖2 不同因素對滁州市工業(yè)大氣污染物排放的貢獻(xiàn)（2012-2020）

3 結(jié)論

本文對滁州市2011-2020年的碳排放歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行了回顧，采用LMDI研究工業(yè)大氣污染物和CO2排放的協(xié)同控制，確定滁州市工業(yè)大氣污染物的關(guān)鍵控制因素。結(jié)果表明，經(jīng)濟(jì)發(fā)展是導(dǎo)致滁州市工業(yè)大氣污染物增加的最重要因素，工業(yè)大氣污染物及碳協(xié)同減排和降低單位GDP能耗強(qiáng)度是工業(yè)大氣污染物減少的主要因素。滁州市需要嚴(yán)格設(shè)置制造業(yè)的高準(zhǔn)入門檻，以實(shí)現(xiàn)工業(yè)減污降碳協(xié)同增效。