“十一五”电力行业二氧化硫总量控制的环境效益评估

薛文博，杨金田，陈潇君，陈罕立

环境保护部环境规划院，北京 100012

“十一五”电力行业二氧化硫总量控制的环境效益评估

薛文博，杨金田，陈潇君，陈罕立

环境保护部环境规划院，北京 100012

截至2008年底，我国SO2排放总量(不包括港澳台的数据)由2005年的2 549.4×104t降至2 321.2×104t，已完成“十一五”总量控制目标的89.5%，其中电力行业SO2排放量比2005年降低约20%，已完成“十一五”电力行业 SO2减排目标的80%.为定量评估我国“十一五”期间电力行业SO2减排取得的环境效益，利用ATMOS酸沉降模型分别对2005年和2008年电力行业SO2排放情景进行模拟.结果表明:通过电力行业SO2减排，2008年全国硫沉降量较2005年减少约86×104t，其中沉降到中国大陆的硫沉降量减少约52×104t，降幅达17%，平均每减排1 t SO2约可减少0.2～0.3 t的硫沉降.此外，硫沉降强度≥1.00 t/km2区域的面积较2005年明显缩小，缩小面积约为62×104km2.

火电;SO2;总量控制;模型;硫沉降

Abstract:From 2005 until the end of 2008，total sulfur dioxide emissions(does not include Hong Kong，Macao，Taiwan data)in China declined from 25.494 million tons to 23.212 million tons.This reduction comp leted 89.5%of the“Eleventh Five-Year Plan”total pollution control goal.Among the reductions，total sulfur dioxide emissions from the power industry dropped about20%compared to 2005;this completed 80%of the“Eleventh Five-Year Plan”sulfur dioxide em ission reduction targets for the power industry.In order to assess quantitatively the environmental benefits of the“Eleventh Five-Year Plan”sulfur dioxide emission reductions in the power industry，the ATMOS acid deposition modelwas used to simulate the power industry sulfur dioxide emissions in 2005 and 2008. Simulation results showed that，due to the sulfur dioxide emission reductions in the power industry，the national sulfur deposition amount in 2008 was reduced by about 860，000 tons as compared to 2005，in which the sulfur deposition amount in the Chinese mainland was reduced by about 520，000 tons.The reduction amount was 17%.On average，0.2-0.3 tons of sulfur deposition were reduced per 1 ton of sulfur dioxide em ission reduction.In addition，the area where the extent of sulfur deposition wasmore than 1.00 tons/km2was significantly reduced compared to 2005，shrinking by about 620，000 square kilometers.

Keywords:thermal power;sulfur dioxide;total emission control;model;sulfur deposition

2010年1月27日，国务院总理温家宝主持召开国务院常务会议，讨论并原则通过《国家环境保护“十一五”规划中期评估报告》，这为进一步推进“十一五”环境保护规划实施工作起到了极为重要的作用.从《中期评估报告》来看，截至2008年底，我国SO2排放量(不包括港澳台的数据，全文同)已由2005年的2 549.4×104t降至2 321.2×104t，比2005年降低了8.95%，已完成“十一五”总量控制目标的89.5%，其中火电行业SO2排放比2005年降低了约20%，完成“十一五”火电行业SO2削减目标的80%.但与我国SO2排放量显著下降相违背的是，我国酸雨污染趋势并未得到有效控制，2008年我国酸雨污染面积仍高达140×104km2，与2005年基本持平;较重酸雨(pH＜5.0)污染面积约60×104km2，与2005年相比反而有所增加.导致 SO2排放量减少，酸雨污染未得到有效控制的主要原因是由于氮氧化物排放量的迅速增加部分抵消了SO2减排所取得的环境效益(硝酸根与硫酸根离子当量浓度比值已由2005年的0.205升至2008年的0.258).但“十一五”期间，SO2减排，特别是电力行业SO2减排究竟取得了多大的环境效益，对酸雨污染的改善幅度究竟有多大，尚难以说清.因此，有必要对“十一五”期间电力行业SO2减排的环境(硫沉降)效益进行定量化模拟与评估［1］.

1 SO2排放情景

模拟及评估“十一五”电力行业 SO2减排的环境效益，设定“2005基准年”与“2008评估年”2个SO2排放情景.2005年情景:以2005年电力行业SO2排放为基准，模拟2005年电力行业 SO2排放对硫沉降的影响.2008年情景:以2008年电力行业SO2排放为评估年输入参数，模拟2008年电力行业SO2排放对硫沉降的影响.对比分析2005年与2008年的模拟结果，定量评估“十一五”期间电力行业SO2减排所取得的环境效益.2种情景对应的SO2排放情况如表1所示，各省SO2排放状况如图1所示.

表1 2005年与2008年全国SO2排放情况Table 1 Sulfur dioxide emission in 2005 and 2008

图1 2005年与2008年各省电力行业SO2排放状况Fig.1 Sulfur dioxide emission in power industry of each province in 2005 and 2008

2 模型及相关参数

2.1 模型介绍

ATMOS模型是一个三维、多层拉格郎日模型，在模拟范围内，排放源排出的 SO2烟羽被模拟为按一定的时间间隔从排放源位置连续释放的一系列烟团.根据排放源强及排放间隔，将污染物排放量分配给每个烟团.假设这些烟团在给定层的垂直方向均匀混合，水平方向按高斯分布扩散.每个烟团在其整个传输和沉降周期内一直被跟踪数天，直到其质量低于某一给定的限值或烟团移动到模拟范围外.随着烟团的移动，SO2转化成硫酸盐，SO2和硫酸盐以干、湿沉降的形式沉降到地面.浓度和干、湿沉降量按一定时间步长进行计算，最后累计得出年和月的浓度值和沉降量［2-5］.

2.2 模型参数定义

模拟范围:为准确计算电力行业 SO2排放对全国范围产生的影响，将中国所有领土全部包括到模拟范围内，地理坐标范围为73°E～136°E，18°N～54°N，将整个区域划分为63×36个网格，网格分辨率为1°×1°.

初始扩散参数:点源(电厂源)的初始扩散参数取为2 000 m［6-9］.

烟团跟踪参数:烟团的最长跟踪时间设定为5 d，即当烟团轨迹历经了120 h后，或当烟团轨迹超出模拟范围以外时停止跟踪;当烟团轨迹的最末一个烟团中污染物的质量达到初始释放时的质量的0.1%时，也将放弃对该烟团的跟踪.

下垫面识别数据:模拟区域所有网格下垫面的水/陆、城市/乡村状况识别数据.

排放源参数:将电厂作为点源(具有精确的地理坐标)进行模拟，始终放在边界层进行计算.模型所需排放清单数据主要包括逐个源的源编码、经度、纬度、年排放量、点源标识及烟团释放时间间隔.

2.3 气象数据

气象数据用来计算烟团轨迹以及确定模型计算边界层高度.采用美国国家环境预报中心(NCEP)提供的根据全球观测资料同化再分析的2005年资料，数据分辨率为2.5°×2.5°，时间间隔6 h，数据包括垂直方向从地面到6 000 m高度的风向、风速、降水及边界层高度等变量.气象资料选取范围为60°E～160°E，20°N～55°N，网格距离为 2.5°× 2.5°，网格点数为41×31个［10-21］.

利用以上气象资料，模型通过插值得到模拟范围各网格点及各时间步长上的气象参数，用于对污染物输送、扩散及转化、清除过程的模拟.

2.4 模型验证

从2008年国控重点城市SO2浓度实际监测值与模拟值(考虑非电力源)的比较结果可以看出，SO2模拟值与监测值具有较好的相关性，说明该模型适用于我国区域性大气环境质量的模拟及研究，模型验证结果如图2，3所示.

图2 2008年国控重点城市ρ(SO2)监测值与模拟值相关性Fig.2 Correlation analysis between monitor values and simulated values of sulfur dioxide in national control cities in 2008

图3 2008年国控重点城市ρ(SO2)监测值与模拟值的比对Fig.3 The comparison ofmonitor values and simulated values of sulfur dioxide in national control cities in 2008

3 环境质量模拟

3.1 2005年电力行业SO2排放对酸沉降的影响

2005年我国硫沉降的分布状况如图 4所示，2005年各省硫沉降强度如图5所示.

2005年电力行业 SO2排放导致的硫沉降量约为430.40×104t，其中沉降到中国大陆地区的硫约为303.58×104t，沉降到国界外及海洋上的硫约为126.82×104t，分别占总硫沉降量的 70.5% 和29.5%.总硫沉降中干沉降量约为179.80×104t，湿沉降量约为250.60×104t，分别占总硫沉降量的41.8%和58.2%，硫沉降以湿沉降为主.

图4 2005年电力行业SO2排放对硫沉降的影响Fig.4 Sulfur deposition caused by sulfur dioxide emission from power industry in 2005

对模拟结果分析可知，2005年模拟区域内近800×104km2的地区不同程度地受到电力行业 SO2排放的影响，其中，硫沉降强度大于0.4 t/km2的区域达391×104km2，大于0.8 t/km2的区域达184× 104km2，大于1.0 t/km2的区域约为91×104km2.

图5 2005年电力行业SO2排放对各省硫沉降的影响Fig.5 Sulfur deposition of each province caused by sulfur dioxide em ission from power industry in 2005

对各省模拟结果分析可知，硫沉降强度较大的省份有上海、江苏、山东、河南、浙江、安徽和贵州等，其平均硫沉降强度均超过1.0 t/km2;硫沉降强度较小的省份有西藏、青海、新疆、甘肃和海南等省，其平均硫沉降强度均低于0.1 t/km2.2005年全国硫沉降强度最大值位于贵州省内，硫沉降强度高达2.26 t/km2，为全国平均硫沉降强度的7倍以上.

3.2 2008年电力行业SO2排放对酸沉降的影响

2008年我国硫沉降的分布状况如图 6所示，2008年各省硫沉降强度如图7所示.

图6 2008年电力行业SO2排放对硫沉降的影响Fig.6 Sulfur deposition caused by sulfur dioxide emission from power industry in 2008

图7 2008年电力行业SO2排放对各省硫沉降的影响Fig.7 Sulfur deposition of each province caused by sulfur dioxide em ission from power industry in 2008

2008年电力行业 SO2排放导致的硫沉降量约为344.31×104t，其中沉降到中国大陆地区的硫约为251.92×104t，沉降到国界外及海洋上的硫约为92.39×104t，分别占总硫沉降量的 73.2% 和26.8%.总硫沉降中干沉降量约为143.83×104t，湿沉降量约为200.48×104t，相比2005年硫沉降同样以湿沉降为主.

从硫沉降的影响范围来看，2008年模拟区域内约750×104km2的地区不同程度地受到电力行业SO2排放的影响，其中硫沉降强度大于0.4 t/km2的区域为328×104km2，大于0.8 t/km2的区域为97 ×104km2，大于 1.0 t/km2的区域约为 35×104km2.

从各省硫沉降强度来看，仅上海市沉降强度超过1.0 t/km2，河南、江苏、贵州、山东、安徽和浙江省的硫沉降强度均超过0.8 t/km2，硫沉降强度较小的省份依然为西藏、青海、新疆、甘肃和海南省(自治区)，平均硫沉降强度均低于0.1 t/km2.2008年全国硫沉降强度最大值同样位于贵州省内，沉降强度高达1.81 t/km2，依然远高于全国平均水平.

4 减排效益评估

4.1 硫沉降量明显降低

2008年与2005年相比，电力行业 SO2排放造成的硫沉降量显著降低.总硫沉降量较2005年减少约86×104t，其中中国大陆的硫沉降量减少约52 ×104t，降幅为17%，硫沉降量的降幅略小于电力行业SO2减幅，详见表2.

表2 2008年与2005年硫沉降量对比Table 2 The comparison of sulfur deposition in 2005 and 2008

从各地区电力行业SO2减排的环境效益来看，硫沉降量较2005年降幅较大的省份主要有山东、浙江、江苏和河北等，降幅均达到27%左右，而内蒙古、青海和新疆等省(自治区)的硫沉降量相比2005年改善幅度较小，如图8所示.另外，全国硫沉降强度最大值已由2005年的2.26 t/km2降至2008年的1.81 t/km2，降幅达19%.

图8 2008年与2005年相比各省硫沉降量的变化情况Fig.8 The change of sulfur deposition in each province in 2008 to that in 2005

4.2 硫沉降影响范围显著缩小

2008年与2005年相比，电力行业 SO2排放造成的硫沉降影响范围明显缩小.硫沉降强度≥0.10 t/km2的区域约减少41×104km2，≥0.40 t/km2的区域约减少63×104km2，≥0.80 t/km2的区域约减少87×104km2，≥1.00 t/km2的区域约减少62× 104km2，重度硫沉降区面积显著缩小.具体结果见表3.

表3 2008年与2005年硫沉降影响面积对比Table 3 The comparison of the sulfur deposition extent in 2005 and 2008 104km2

5 结论

a.电力行业SO2减排可有效减少硫沉降，平均每减排1 t SO2约可减少0.2～0.3 t硫沉降.电力行业污染物排放量大，属于高架源，传输距离远，是导致区域性酸雨污染的主要排放源，控制酸雨污染的关键在于控制电力等高架源的致酸物质排放.

b.“十一五”电力行业SO2减排取得了显著的环境效益.2008年全国陆地范围内硫沉降总量相比2005年降低了52×104t，硫沉降影响范围(≥1.00 t/km2的区域)缩小约62×104km2.

c.“十二五”期间应进一步加大SO2减排力度，同时应将氮氧化物指标纳入总量控制范围.尽管“十一五”期间SO2减排成效显著，但我国SO2排放量依然处于高位，加之氮氧化物排放量的迅速增加，致使酸雨污染并未得到有效控制.因此，为有效控制酸雨污染，“十二五”期间应同时对SO2和氮氧化物2项指标实施总量控制.

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Environm enta l Bene fit Assessm ent o f the“Eleventh Five-Year Plan”Tota l Po llution Contro l o f Su lfur Dioxide Em issions from the Power Industry

XUEWen-bo，YANG Jin-tian，CHEN Xiao-jun，CHEN Han-li
Chinese Academy for Environmental Planning，Beijing 100012，China

X517

A

1001-6929(2010)11-1355-06

2010-04-19

2010-06-25

环境保护部污染减排监督管理项目(2110107)

薛文博(1981-)，男，陕西眉县人，助理研究员，硕士，主要从事大气环境质量模拟研究，xuewb@caep.org.cn.