火电与集中供热领域“煤改气”对北京市空气污染控制的影响

2021-11-18方春香尹立新刘觅颖

节能与环保 2021年10期

文_方春香尹立新刘觅颖

1 北京市北节能源设计研究所 2 北京京能未来燃气热电有限公司 3 北京节能环保中心

根据《北京市统计年鉴》，与2012年相比，2019年北京市的三种主要大气污染物（SO2、NOX、烟尘）减排效果显著，分别减排93.3%、41.1%和90.8%。自2012年开始，北京市开展了大量减排工作，包括严格大气排放标准、提高能源利用效率、能源结构调整等，本文从能源结构调整角度探讨火电和供热领域煤改清洁能源对北京市减排工作的影响。

1 火力发电和供热领域排放现状分析

1.1 火力发电领域

北京市火力发电以燃煤发电和燃气发电为主，占火力发电的92.3%～96.6%，本小节分析以燃煤发电和燃气发电作为火力发电总量进行分析，下文提到火力发电总量均指燃煤发电与燃气发电之和。

1.1.1 发电量构成

2012年北京市燃煤发电消费原煤649.6万t，折合标准煤525.4万tce，发电量179.0亿kWh，占火力发电总量的65.1%；燃气发电消费天然气21.2亿m3，折合标准煤281.8万tce，发电量96.0亿kWh，占火力发电总量的34.9%。至2019年，北京市燃煤发电消费原煤35.9万t，折合标准煤27.5万tce，发电量10.2亿kWh，占火力发电总量的2.6%，比2012年下降62.5个百分点；燃气发电消费天然气69.4亿m3，折合标准煤1037.2万tce，发电量385.3亿kWh，占火力发电总量的97.4%，见表1。

表1 2012年与2019年火力发电构成对比

1.1.2 排放量测算

以2012年火电燃料结构测算2019年的排放量，结合度电污染物排放量，得出若不调整燃料结构火力发电领域污染物的排放量，与2019年的实际燃料结构测算出的火力发电领域污染物排放量进行对比，可测算污染物排放量变化情况。此处为测算燃料结构调整引起的污染物排放情况，不考虑排放标准变化、效率提升引起的减排效果，因此燃料结构调整前后的度电污染物排放量均以2019年情况测算。燃煤电厂与燃气电厂的度电污染物排放量见表2。

表2 燃煤电厂与燃气电厂度电污染物排放量单位：g/kWh

从表1可以看出，2019年，随着煤改气、煤改电工程全面完成，燃煤电厂与燃气电厂的发电量结构为2.6：97.4；假若未开展煤改清洁能源、燃料保持2012年的结构，则燃煤电厂和燃气电厂的发电量结构为65.1：34.9，则燃煤电厂和燃气电厂的发电量分别为257.4亿kWh和138.1亿kWh。结合表2测算结构调整与否火力发电领域2019年的污染物排放情况，见表3。

表3 火电领域燃料结构调整与否2019年排放量的测算单位：t

表3中“未调结构”为按2012年燃料结构比例、2019年火力发电量测算排放量，“调结构”为按2019年实际燃料结构测算的排放量，可以看出，火电领域“调结构”与“未调结构”相比，烟尘和SO2排放总量分别下降了20.5%、93.5%，NOX排放总量增加了28.7%，表明火电领域煤改气对烟尘尤其SO2的减排效果显著，但会导致NOX排放增加。

1.2 集中供热领域

北京市供热领域供热方式主要有集中供热、分户供热，其中集中供热比例在3/4左右。集中供热分为热电联产供热、燃煤锅炉房供热和燃气锅炉房供热，其中热电联产方式的排放在火力发电领域已测算过，未避免重复测算此处不再计算，本节主要计算燃煤锅炉房供热和燃气锅炉房供热两种供热方式。

1.2.1 集中供暖结构

根据《北京市统计年鉴》及《北京能源发展报告》，2012年和2019年燃煤、燃气供暖面积结构分别为32.6：67.4和0：100。供暖能力见表4。

表4 2012、2019年北京市锅炉房供暖能力结构对比

根据表4，2012年北京市集中供暖结构为燃气、燃煤并重，2018年北京市燃煤锅炉全部改造完毕，集中供暖不再有燃煤锅炉供暖方式。

1.2.2 锅炉房供热排放量测算

以2012年集中供热锅炉燃料结构测算2019年的排放量，结合单位供热量污染物排放量，得出若不调整燃料结构锅炉房供热污染物的排放量，与采用2019年的实际燃料结构测算出的锅炉房供热污染物排放量对比，可测算污染物排放变化情况。此处为测算燃料结构调整引起的污染物排放情况，不考虑排放标准变化、效率提升引起的减排效果，因此燃料结构调整前后的单位供热量污染物排放量均以2019年情况测算。燃煤锅炉房与燃气锅炉房的度电污染物排放量见表5。

表5 锅炉房单位供热量锅炉房污染物排放表单位：mg/MW

从表4可以看出，至2018年，随着煤改气工程全面完成，燃煤锅炉、燃气锅炉的供暖能力结构为0：100；假若未开展煤改清洁能源、燃料保持2012年的结构，则燃煤锅炉和燃气锅炉的供暖结构仍为51.5：48.5，即燃煤锅炉房和燃气锅炉房的供热能力分别为41116MW和38720MW。结合表5测算结构调整与否锅炉房供热领域2019年的污染物排放情况，见表6。

表6 锅炉房供热领域燃料结构调整与否2019年排放量的测算单位：t

表6中“未调结构”为按2012年燃料结构比例、2019年供热能力测算排放量，“调结构”为按2019年实际燃料结构测算的排放量。可以看出，锅炉房供热领域“调结构”与“未调结构”相比，烟尘、SO2和NOX排放总量分别下降了59.1%、96.1%和21.2%，表明锅炉房供热领域煤改气对大气污染物尤其是SO2的减排效果显著。

2 火力发电、锅炉房供热领域煤改气对北京市污染物减排的贡献

2.1 从排放量与结构来看

2019年调整结构与否的烟尘、SO2、NOX的排放量及其占比分别见表7。

表7 火力发电和锅炉房供热领域调整结构与否三大污染物排放量与占比

根据表7，调整结构后两大领域的SO2减排较明显，整体则从62.9%降至3.7%，效果十分显著；火力发电领域NOX排放占比有所增加、供热锅炉房领域所有降低，整体微降0.2个百分点。两大领域烟尘排放量均有所下降，整体下降7.2个百分点。

2.2 从减排贡献来看

2019年火力发电和锅炉房供热领域调结构与未调结构相比，大气污染物减排量及其对全市减排情况的贡献见表8。

表8 火力发电和锅炉房供热领域煤改气对全市减排的贡献单位：t

3 对北京市空气污染控制的思考

3.1 煤改气对两大领域烟尘和SO2控制效果明显

根据计算，2012年两大领域烟尘、SO2、NOX的排放量分别为927.7t、920.6t和13748.3t，占比分别为1.4%、1.0%和7.7%；2019年，火力发电量增加43.8%、供热能力增长2.6倍的情况下，两大领域的主要污染物排放量并未大幅增加，分别为702.0t、230.9t和19081t，其中烟尘和SO2均有所下降。

在发电量、供热能力大幅增长的情况下，排放量能够保持低速增长甚至负增长，能源结构调整起到了重要作用，尤其是对SO2的控制效果显著；但对于NOX的控制效果不明显。此外，标准从严、效率提升也是控排的重要影响因素。

综合来看，煤改气在火力发电和锅炉房供暖领域对SO2和烟尘的控制效果明显，但对NOX的控制效果不明显，要实现良好的NOX减排效果，还需在其他方面挖潜。

3.2 汽车尾气成为NOX控排的主要方向

根据《北京市统计年鉴》，2012年北京市排放的SO2、NOX、烟尘质量比为27.7：52.5：19.8，NOX的排放量是SO2的1.9倍，是烟尘的2.7倍；到2019年，北京市排放的SO2、NOX、烟尘质量比为5.3：89.4：5.3，NOX的排放量是SO2和烟尘的16.7倍。对比2012年和2019年全市空气质量，SO2得到有效控制，但PM10、PM2.5、NO2仍保持较高浓度。从空气质量和污染物排放量来看，NOX都是未来北京市空气污染控制的重点。随着北京市煤改气改造全面完成，标准进一步提升，工业锅炉、热电厂的NOX减排潜力有限，汽车尾气成为NOX控排的主要方向。