京津冀区域燃煤小锅炉清洁改造环境效益评估

燃煤小锅炉(≤35 t·h^(-1))作为散煤消耗的主要设备之一,其排放也是京津冀等区域大气污染的重要来源。尽管燃煤小锅炉清洁改造工作已经取得了一定成效,但关于其城市尺度的环境效益评估尚不充分,这在一定程度上限制了精准减排策略的制定与实施。基于生态环境部收集的燃煤小锅炉清洁改造清单数据,采用排放因子法建立京津冀地区城市级燃煤小锅炉大气污染物排放清单,并利用WRF-CAMx空气质量模型模拟评估2013-2017年京津冀地区各城市燃煤小锅炉清洁改造的环境效益。结果显示,2013-2017年期间,京津冀地区完成约8万台、16.5万蒸吨燃煤小锅炉清洁改造,累积减煤量高达3.18×10^(7)t。燃煤小锅炉清洁改造对大气污染控制具有重要作用,2013-2017年京津冀地区常规大气污染物NO_(x)、SO_(2)、PM_(2.5)、PM_(10)和VOCS的减排量分别为4.77×10^(4)、19.3×10^(4)、2.85×10^(4)、3.02×10^(4)、1.54×10^(4)t。但其规模与污染物减排量不成比例,≤1 t·h^(-1)的燃煤小锅炉虽然仅占京津冀地区总清洁改造规模的15.9%,但其对PM_(2.5)和PM_(10)的减排贡献高达74.6%和89.2%。空气质量模拟结果也表明燃煤小锅炉清洁改造在一定程度上改善了京津冀地区的空气质量,北京市、天津市和河北省的PM_(2.5)年平均浓度分别下降了1.96%、3.54%和2.95%。工业密集区的改善效果尤为显著,最高降幅可达2.72μg·m^(-3)。不同改造方式中,煤改气及淘汰对空气质量改善贡献最大,这主要与其改造规模大小分布相一致。研究结果有利于相关部门更好地了解燃煤小锅炉清洁改造的必要性和潜在环境改善效果,亦可为东北地区、天山北坡城市群等城市群深化燃煤小锅炉清洁改造以及推进65 t·h^(-1)以上燃煤锅炉超低排放改造工作树立典范。

京津冀及其周边地区PM_(2.5)和臭氧的时空变化及多尺度社会经济驱动因素分析

基于2015~2020年京津冀及周边地区PM_(2.5)和O_(3)遥感浓度数据,利用趋势分析、地理探测和时空地理加权回归方法定量研究多尺度PM_(2.5)和O_(3)浓度的时空分异特征及关键社会经济驱动因素影响机制.结果表明:①PM_(2.5)浓度变化的变化斜率在-12.93~0.43μg·(m^(3)·a)^(-1)之间,O_(3)浓度变化斜率在0.70~14.90μg·(m^(3)·a)^(-1)之间,PM_(2.5)冬季下降幅度最大,O_(3)夏季上升幅度最大;②PM_(2.5)和O_(3)浓度均具有空间相关性,PM_(2.5)的H-H聚集位于河北省南部和河南省北部;O_(3)的空间聚类格局变化较大.③从区域尺度来看,GDP、人口密度和民用汽车保有量对PM_(2.5)解释力较强,GDP、城镇化和民用汽车保有量对O_(3)解释力较强.2016年和2020年的主导交互因子相同,分别为人口密度∩第二产业比例和城镇化∩路网密度.④从城市尺度来看,人口密度、工业氮氧化物排放量和用电量对PM_(2.5)和O_(3)污染主要呈正效应,成为城市尺度控制PM_(2.5)和O_(3)污染需要重点关注的社会经济驱动因素.

基于全球陆地生态系统的水源涵养服务价值时空变化分析

开展全球尺度的水源涵养评估工作,可量化各国家和地区生态环境保护和高质量发展水平.以水量平衡法和替代成本法评估全球183个国家和地区的生态系统水源涵养服务的实物量和价值量,结果表明:①2015年全球陆地生态系统水源涵养服务价值接近25×1012美元,中国、澳大利亚、美国、加拿大、俄罗斯排名前5位,全球单位面积水源涵养服务价值为17.98×10^(4)美元km^(2).②2000—2015年水源涵养实物量呈现先减后增的趋势,年均增长率为1.05%,喜马拉雅山脉附近增幅最大,水源涵养实物量的时空变化特征与生态系统类型转移趋势基本一致.③全球发达国家人均水源涵养服务价值为0.99×10^(4)美元,单位面积价值量为23.6×10^(4)美元km^(2),具有良好的生态环境禀赋,而部分非洲国家或最不发达国家的生态产品价值转化能力不足,需实现生态产品价值转化.中国迫于人口基数巨大,需提升生态系统服务价值来进一步提升人均水平.④聚类分析结果显示,澳大利亚、中国、印度、印度尼西亚具有“高”水平生态系统水源涵养服务价值,整体处于第一梯队.研究显示,全球陆地生态系统水源涵养服务价值时空异质性显著,分国家和地区、分生态系统类型评估水源涵养服务价值可为全球生态系统服务价值评估提供重要参考.

我国区域大气污染防治协作历程与展望

建立横向跨区域大气治理的联防联控协调机制是解决区域性大气污染的重要手段。我国自20世纪90年代开始探索通过区域协作解决区域性大气污染问题,经过30多年的发展,区域大气协作取得阶段性成效,但是区域协作的内在动力和持续性不足,难以满足未来区域大气环境管理需求。本文从理念形成、实践探索、机制完善等层面系统回顾了我国区域大气污染防治协作发展历程,结合“大气十条”以来重点区域联防联控工作重点和机制创新,总结了空气质量改善、统一标准体系建设、重污染天气应急体系建设、环境监管模式创新、科技支撑等方面取得的主要成效。基于未来我国区域大气环境管理需求,从综合管理体系、立法保障、规划统筹、信息共享等方面提出进一步完善的对策建议。

“十四五”农村清洁取暖改造技术应用与补贴政策研究

清洁取暖改造技术和补贴政策是北方地区冬季清洁取暖项目可持续性的两个重要方面。为进一步支撑“十四五”清洁取暖工作,针对2021年新增的20个清洁取暖项目城市开展了农村清洁取暖改造技术应用与补贴政策现状的调查研究。研究发现,2021年,清洁取暖改造技术以“煤改电”“煤改气”为主,空气源热泵热风机、燃气壁挂炉、直热式电暖器/电锅炉技术合计占比68.78%;可再生能源技术占比8.7%,应用比例显著提高;京津冀及周边地区等重点区域、西北和东北地区的主导技术呈现显著差异,更加体现城市资源禀赋、技术成熟度、政策要求等。补贴政策总体呈现多样化、精细化的特点,逐步趋向科学合理。针对仍然存在的问题,提出三方面建议:进一步强化取暖技术指导,确保技术的科学性;开展补贴跟踪研究指导,提高补贴的精准性;积极探索模式创新,提高投入的多元性。

中国北方地区农村家庭清洁取暖政策的汞减排效益评估

为评估北方地区农村家庭清洁取暖政策的汞减排效益,本文综合运用大气污染物排放清单编制方法和GEOS-Chem大气化学传输模型,编制了中国北方重点地区农村家庭清洁取暖汞减排清单,并分析因政策而产生的大气汞沉降削减效益.结果表明:“十三五”期间,重点地区共计替代民用散煤59.65×10^(6)t,其中,Hg^(0)、Hg^(Ⅱ)和HgP三种不同汞形态的减排量依次为8.64,1.79和0.11t,由此避免10.54t(不确定性区间:-9.65%~6.94%)大气汞排放.“煤改气”,“煤改电”和“其他改造方式”等不同方式的汞减排贡献率依次为51.20%、38.02%和10.78%.同时,清洁取暖政策使重点地区避免了0.49t大气汞沉降.研究还发现,清洁取暖政策的外溢效应使非重点地区削减了0.66t汞沉降.据此,本文提出清洁取暖政策的优化策略,以期为促进农村地区能源转型和汞减排治理工作提供参考.

重点行业/领域碳达峰成本测算及社会经济影响评估

实现重点行业碳减排需要国家、地方乃至企业投入巨大成本,如何核算重点排放行业和领域资金规模以及选取最为经济有效的碳减排措施,是我国碳达峰路径需要考虑的关键因素.采用自下而上的降碳技术综合成本评估模型,以我国六大行业(电力、钢铁、水泥、铝冶炼、炼油和石化、煤化工)和两大领域的59项降碳措施为对象,测算了2021—2035年投资成本并模拟了上述投资可能带来的潜在宏观经济影响.结果表明:①2021—2035年全国重点行业/领域实现碳达峰累计投入成本为34.0×10^(12)元,其中,2030年前碳达峰累计投入成本为20.8×10^(12)元,年均投入2.1×10^(12)元,约占全国年均GDP的1.5%.②实现2030年前碳达峰预计需对电力行业、重点工业行业、交通领域和建筑领域分别投资10.7×10^(12)、1.3×10^(12)、5.2×10^(12)、3.6×10^(12)元.铝冶炼行业单位减碳成本最低〔624元/t(以CO_(2)计)〕,交通领域单位减碳成本最高〔47869元/t(以CO_(2)计)〕.③碳达峰将通过促进新能源产业发展、重点工业行业节能、交通领域绿色升级和绿色基础设施建设等刺激经济高质量增长,2030年前碳达峰投资累计带动GDP增长约26.2×10^(12)元,每年新增就业岗位约677×10^(4)元.研究显示,工业是碳减排经济性最高的领域,交通领域实现碳减排需要付出较大的投资成本,碳达峰投资将有效促进产业绿色低碳转型.

基于卫星遥感数据和污染控制政策分析河南省2001—2018年SO_2浓度变化特征

为研究河南省长时间序列的ρ(SO_2)变化特征,运用MERRA-2卫星遥感资料并结合《大气污染防治行动计划》的实施,对河南省2001—2018年ρ(SO_2)的时空分布特征进行分析.结果表明:①河南省2001—2018年ρ(SO_2)的空间分布呈东北高、西南低的特征,高值、低值区域分别位于焦作市-新乡市-郑州市北部一带和洛阳市-三门峡市-南阳市交界一带;秋季、冬季ρ(SO_2)高于春季、夏季,冬季ρ(SO_2)比春季、夏季高50%~70%.②2011年前,河南省年均ρ(SO_2)不断上升,北部较南部增速快,年均增速为3.5~4.0μg(m 3·a);2011年后,西北部大部分地区ρ(SO_2)呈下降趋势,焦作市-新乡市-安阳市一带下降最快.③2013年《大气污染防治行动计划》实施后,河南省北部ρ(SO_2)呈递减趋势,濮阳市及其周边下降最快,降速超过0.4μg(m 3·a);但中南部仍呈缓慢增长趋势,增速高达0.6μg(m 3·a).研究显示,主要污染物总量的减排和《大气污染防治行动计划》的实施促进了河南省ρ(SO_2)的下降,但不处于京津冀大气污染传输通道“2+26”城市的地区ρ(SO_2)下降速度较慢甚至略有增长,应进一步加大非传输通道城市大气污染防治力度.

我国城市二氧化碳和大气汞排放特征及协同控制潜力研究——基于生产和消费的视角

面对全球气候变化和区域性空气污染的双重压力,中国作为全球最大的二氧化碳(CO_(2))和大气汞排放国,亟需实现CO_(2)和大气汞的排放控制.考虑到CO_(2)和大气汞排放的潜在同源性,探究其内在的协同潜力、识别协同减排潜力较高的典型城市和行业能为我国新发展阶段减污降碳、协同增效提供重要支撑.鉴于此,本文以化石能源为切入点,通过编制我国城市层面CO_(2)和大气汞排放清单,构建2015年城市尺度多区域投入产出模型,并进一步采用相关系数评估生产端和消费端CO_(2)和大气汞的协同控制潜力.结果表明,生产端城市和部门层面CO_(2)和大气汞排放具有一定的协同控制潜力,其相关系数分别为0.836和0.799.其中,鄂尔多斯市等地的电力、热力的生产和供应业协同控制潜力良好.消费端城市和行业层面CO_(2)和大气汞排放具有较高的协同控制潜力,其相关系数分别为0.929和0.971.其中,重庆市等地的建筑业较为典型.区域间贸易相关的CO_(2)和大气汞排放净转移也存在协同特征,典型的净流入地经济相对发达,集中在消费端高排放的行业;典型的净流出地高耗能行业占比较高,集中在生产端高排放的行业.基于研究结果本文提出我国综合源头管控和终端消费引导的政策建议,以期实现CO_(2)和大气汞排放的协同控制.

“双碳”背景下河南省电力行业中长期控煤降碳路径

电力行业实现二氧化碳排放尽早达峰并加快脱碳进度,对河南省实现碳达峰碳中和目标具有重要意义.基于碳排放-能源集成模型(iCEM),对河南电力行业“双碳”目标下控煤降碳路径开展情景研究.结果表明,综合考虑电源结构优化和技术进步等措施,河南省电力行业碳排放将于2028~2033年实现碳达峰,电力行业煤炭消费量在“十四五”期间仍呈持续增长趋势,达峰区间为2027~2031年.大力发展以风电和太阳能为主的清洁能源,采用更多低碳零碳热源、提高外调电比例、加大煤电节能改造是碳达峰目标约束下河南省控煤主要措施.碳中和阶段,布局内陆核电是缓解河南省控煤压力与实现“双碳”目标的重要路径之一,需要提前开展论证研究.加速推进落后机组淘汰和现役机组节能改造、加速发展非化石能源发电、超前规划外调电,并配套完善煤电退出和调峰的市场机制、增加系统灵活性、加快外引清洁能源保障等政策,是河南省电力行业控煤降碳路径有效的政策保障.

“双碳”目标下钢铁行业控煤降碳路线图

钢铁行业的低碳绿色转型和率先煤耗和碳排放达峰,将对我国实现整体碳达峰目标和经济高质量发展作出重要贡献.基于碳排放-能源集成模型,对我国钢铁行业“双碳”目标下控煤降碳路径开展情景研究.结果表明,我国钢铁行业很有可能在“十四五”前期实现碳达峰,峰值16.4~16.7亿t(含过程和间接排放),作为主要消费能源的煤炭也将一起达峰,峰值4.6~4.7亿t标煤(含焦炭),在最激进的强化情景2035年煤炭消费和碳排放将降至2020年的38%和49%;粗钢产量很大程度上主导了钢铁行业的碳达峰进程,推进全废钢电炉短流程和加大废钢利用是碳达峰阶段最主要的控煤降碳措施.基于预测结果提出的钢铁行业控煤降碳路线图显示,需求侧方面,粗钢产量在不考虑“双碳”目标约束的情况下也会随工业化、城镇化水平逐渐达到发达国家水平而达到峰值并开始下降,新能源相关基础设施建设在实现碳中和期间带来的钢材需求增长体量相对有限;技术进步方面,推广长流程节能降碳技术应用是短期内性价比较高的措施,应重点推进高炉高效喷煤等技术的应用,同时增大高炉球团矿平均配比,远期碳捕集封存技术将具有较大的碳减排潜力;产能结构方面,推进全废钢电炉短流程是钢铁行业在碳达峰阶段的主要措施,到“十四五”末期电炉钢占比将提高至15%~20%,在碳中和目标下氢冶金是唯一具有超低碳排放潜力的生产工艺,在未来随着可再生能源或余热余能生产的绿氢供应量提高,氢冶金将成为与基于废钢的电炉短流程并重的钢铁生产工艺.