2015～2017年北京及近周边平房燃煤散烧及其污染排放遥感测算

利用2015~2017年8~9月2 m级高分辨率遥感影像，对北京市平原区平房面积和分布进行遥感监测，其中2017年增加北京周边地区（廊坊、保定）的监测，获取平房信息，并利用平房采暖面积调查、燃煤量入户抽样调查等技术手段，估算了北京及周边地区平房燃煤总量，同时结合排放因子，测算了燃煤PM_2.5、SO₂、NO_x的排放量.结果表明2015~2017年，北京市平原区平房燃煤量大幅度下降，燃煤总量下降了75%，煤改电（气）措施效果显著.现阶段（2017年）北京城六区、南部平原城乡地区基本实现"无煤化"，燃煤散烧主要集中在北部平原区，其中昌平、顺义区燃煤量均超过30万t，平谷、延庆区的燃煤量在15万t以上.从空间分布来看，2015年燃煤量空间呈环状分布，2016年呈半环状，燃煤集中在位于环面区域的昌平、顺义、通州、大兴区.2017年各区平房燃煤所产生的大气污染物排污量差别明显，其中昌平区的SO₂和NO_x排放量最高，分别为1113.3 t和279.2 t.2017年保定、廊坊市煤改清洁能源工作初见成效，但燃煤总量依然较大，煤质差、使用方式粗放，燃煤强度由北至南逐渐增大.保定、廊坊市平原区燃煤量分别约为1043万t和407万t.保定市近郊村庄燃煤量普遍较少，北市、南市和新市区村庄燃煤量均低于5万t.廊坊市平原区燃煤量空间分布较为平均，其中文安县平原区燃煤量最多，为69万t，大厂回族自治县燃煤量最低.     

北京平原区城乡结合部燃煤散烧及污染物排放量估算

利用2013年秋季(8─10月)多景镶嵌的高分辨率遥感卫星数据,解译得到2013年北京市平原区居住平房的空间分布及面积,并结合典型区实地调查,细化平房面积. 在此基础上,利用调查统计数据(包括平房面积、散煤与蜂窝煤用量等指标)估算了居住平房区散煤和蜂窝煤用量,并结合相关文献调研的无烟煤排放因子,测算北京平原区平房燃煤PM、SO₂、NO_x、PAHs、BC(黑碳)和OC(有机碳)的排放量. 结果表明:2013年在北京城市发展新区,居住平房分布较为集中,并且燃煤总量最大,达到225.3×104 t,特别是房山、顺义和通州,三者均在3.5×105 t以上;在城市拓展区,居住平房密度相对较小,但燃煤总量相对较大,为79.4×104 t. 北京市平原区(不包括核心区)居住平房燃煤消耗共排放PM、SO₂、NO_x、BC、OC、PAHs分别为 4 882.1、14 200.0、7 614.9、18.0、132.3和0.5 t. 位于北京西南、东南部的房山、大兴和通州等地大气污染排放水平较高,其中房山区的PM和NO_x排放量最高,分别达到760.5和1 162.6 t. 针对城市发展新区和生态涵养区每年高达3.0×106 t的高用煤量和3 000 t以上颗粒物的高排放量,应加快煤改气和集中供热建设,进一步推广清洁能源.      

北京市农业大棚冬季燃煤散烧污染排放估算

选取北京农业种植的典型区域,使用高分辨率影像对2013年冬季、2014年夏季及2014年冬季的三期农业大棚进行了精细化提取,分析了污染物空间分布特征.在此基础上,通过现场调查的方式获取了蔬菜、瓜果、水果、花卉以及其他类五种不同种植类别农业大棚的燃煤系数,估算了北京市典型区农业大棚的燃煤散烧量及污染物排放量.结果表明:以面积为衡量指标,北京市农业大棚主要集中在城乡结合部,南部区域量多面广,而北部区域分布集中、规模较大,受城市扩张影响,农业大棚呈现重心向外转移的变化趋势.选取大兴、通州、昌平以及海淀4个区作为典型区,通过实地调查发现其他类农业大棚燃煤系数最大,达到15.0 kg/(m2·a),瓜果、水果、蔬菜及花卉燃煤系数依次为8.2、3.5、3.4及1.7 kg/(m2·a).北京典型区农业大棚燃煤量为3.4×104 t,全市农业大棚的燃煤总量约为5.2×104 t.结合农业大棚活动水平与污染物排放因子估算2014年北京市农业大棚燃煤散烧的PM₁₀、PM_2.5、NO_x及SO₂排放量分别为623.7、516.2、98.3及184.0 t.将2013—2014年冬季持续存在、夏季未被拆除的大棚定义为长期持续性大棚,核算发现,长期持续性大棚PM₁₀、PM_2.5、NO_x及SO₂排放量分别为399.7、482.9、76.1及142.5 t.      

太原市居民生活燃煤大气污染物排放清单研究

为了科学计算居民生活燃煤对大气污染物排放的贡献率,建立了太原市居民生活燃煤的大气污染物排放清单.利用高分辨率遥感卫星影像、DEM（数字高程模型）和GIS（地理信息系统）对太原市平房空间分布及面积进行了解译,得到2016年太原市平原、山区、城乡区域平房面积.对平原农村、山区农村、城中村典型区域进行实地调查,统计不同区域户均平房面积和生活燃煤使用量,估算得到了平原农村、山区农村、城中村的生活燃煤使用量.结合相关文献测算的排放因子,计算太原市居民生活燃煤散烧的PM₁₀、PM_2.5、SO₂、NO_x、VOCs、CO、OC、EC排放总量.结果表明:2016年太原市有22.8×104户燃煤散烧居民,2016年燃煤消耗量为109.6×104 t,平原和城乡居民是主要的生活燃煤用户也是居民生活燃煤大气污染物的主要排放源;太原市居民生活燃煤散烧的PM₁₀、PM_2.5、SO₂、NO_x、VOCs、CO、OC、EC排放总量分别为9 666.7、7 518.6、8 110.4、1 753.6、657.6、153 549.6、3 419.5、2 882.5 t;2016年太原市清徐县和太原市城区居民煤炭消耗量合计达97.9×104 t,占全年燃煤总消耗量的88%.研究显示,太原市应加快煤改气、煤改电和集中供热建设,进一步推广清洁能源以期减小居民生活燃煤大气污染.      

环境税的SO_2和NO_x行业排放分解效应研究

基于环境CGE模型,通过对生产环节排放的SO_2和NO_x,同时征收环境税,将行业SO_2和NO_x的减排量分解为产出规模效应、过程排放效应、中间投入替代效应、能源替代效应(排放基数效应和排放强度效应)和国产进口替代效应,模拟分析我国SO_2和NO_x行业排放量变化的原因.结果显示,SO_2和NO_x的排放量分别减少29万t和13万t,因行业中间使用煤炭减少的SO_2和NO_x排放量分别为57%和99%.从行业分解效应来看,SO_2和NO_x的排放量下降均主要得益于能源替代效应,减排量分别为27万t和12万t,其次是产出规模效应,减排量分别为2万t和8579t.其中,电力行业的减排量最大,能源替代效应完全占主导作用.然而,不同行业的SO_2和NO_x排放变化的主要影响因素存在很大差异.因此,政府在征收环境税时,应着重考虑行业SO_2和NO_x减排的差异性.     

京津冀区域燃煤发电行业大气污染物排放时空变化特征研究

为了科学评估京津冀区域燃煤发电行业特别排放限值和超低排放相关要求实施后的大气污染物减排效果,以行业调查数据为基础,建立了2013年和2015年京津冀区域燃煤发电行业大气污染物排放清单,分析了装机容量与SO_2、NO_x和烟尘排放量的时空耦合关系,讨论了国家相关政策和标准的实施效果。结果显示:区域内2015年燃煤机组装机容量与2013年相比略有下降,SO_2、NO_x和烟尘排放量分别下降75.95%、83.09%和71.20%,减排效果明显。2015年100 MW以下等级机组3种污染物排放总量位居各机组首位,建议通过多种合理方式压减小型燃煤发电机组数量和排放浓度。     

中国钢铁行业大气环境影响

本研究基于2015年在线监测等数据,分析中国钢铁行业主要工序(烧结和球团)排口烟气浓度情况,自下而上建立了2015年中国高时空分辨率钢铁行业大气污染物排放清单(HSEC, 2015),使用CAMx模型,定量模拟钢铁行业排放对区域大气污染物浓度贡献.结果表明, 2015年中国钢铁行业共排放SO_2、NO_x、PM_(10)、PM_(2.5)、PCDD/Fs、VOCs、CO、BC、OC、EC和F分别为37.48万t、 72.05万t、 33.48万t、 15.03万t、 1.91 kg、 84.29万t、 3 478.85万t、 0.64万t、 0.83万t、 0.08万t和0.77万t.从区域角度:上海和天津钢铁行业单位面积污染排放强度最大,对区域大气污染贡献比例较高.从工序角度:2015年烧结和球团烟气排口月平均浓度降低.从污染物角度:2015年钢铁行业排放NO_x对区域污染物浓度贡献最大,NO_x具有较大的减排潜力.     

基于DEM的山区冬季燃煤污染物排放遥感测算——以北京市门头沟区为例

选择山地面积占98.5%的北京市门头沟区作为研究区,利用资源三号（ZY-3）三线阵前、后视影像构建立体模型,提取数字高程模型（Digital Elevation Model,DEM）.由高分二号影像,基于CART（Classification and Regression Tree）决策树的面向对象方法对居住房屋进行提取,获取空间分布与面积,并结合采暖面积、采暖季燃煤量等抽样调研数据确定的深、浅山区（海拔>300m为深山区,海拔<300m为浅山区）燃煤系数,建立燃煤量估算模型.进一步,基于文献调研法获取型煤排放因子,测算燃煤产生的PM₁₀、PM_2.5、NO_x、SO₂、CO的排放量.结果表明：借助遥感技术,基于DEM可对山区燃煤污染物排放量进行快速有效测算.地形对冬季燃煤量有显著影响,深山区燃煤系数分别为12.5kg/m²,浅山区为9.375kg/m².2017年门头沟使用型煤取暖的房屋面积为5.68km²,冬季燃煤总量为6.52万t,山区各镇大气污染物排放量差别较大.     

燃煤小锅炉替代方案论证及效益分析——以济南市为例

通过对燃煤小锅炉各可行替代方案的分析,从环境标准要求、政策要求、环境效益、经济效益和节能等方面,论证了燃煤小锅炉替代的必要性与可行性。结果表明天然气、电和生物质锅炉及集中供热均具有良好的环境效益和经济可行性,可作为燃煤小锅炉的替代方案。济南市通过实施燃煤小锅炉替代,预计将减少烟尘排放量182.61 t/a,减少SO_2排放量898.8 t/a,减少NO_x排放量2 710.7 t/a,与淘汰前燃煤小锅炉排放量相比,分别降低了87.7%、82.9%和86.2%,年可节约折标煤140 903.27 t。节能减排效益显著。可为同类燃煤小锅炉替代工程提供参考。     

北京市平原区裸露地风蚀扬尘排放量

以北京市平原区为研究对象,基于美国国家航空航天局（NASA）的陆地卫星（Landsat系列）遥感资料,设计算法批量提取裸露地信息,并结合通用扬尘排放模型,计算估计北京市平原区的裸露地风蚀扬尘源中PM₁₀、PM_2.5的排放系数及年排放量,建立了北京市各区的裸露地风蚀扬尘排放清单.研究表明,1987~2016年间北京市平原区裸露地面积减小了约600km²;风蚀扬尘最严重的地区为大兴区,其次为通州区;以气候年均值为参数计算获得,2016年北京平原区裸露地由于风蚀扬尘效应产生的PM₁₀年排放量为7591.7t,这一排放量与前人研究估算的北京裸地风蚀扬尘PM₁₀排放量较为接近.在此基础上,进一步引入月和季度尺度气候参数,并对模型进行改进,探讨了逐月和季度累计的扬尘排放结果.进一步的研究表明：北京市平原区裸露地面积具有显著季节变化特征,2月裸露地面积最大,可达4500km²,8月最小为500km²;基于月气候参数和季度气候参数结合每月卫星资料反演获得的裸地面积估算,逐月累计的PM₁₀年排放量可达55175t,分季度累计PM₁₀年排放量为39294t.这说明当前常采用的裸地扬尘估算方法,由于扬尘排放模型的气候参数采用年均值,忽视了风蚀过程的季节差异,将会导致裸地风蚀扬尘的极大低估.     

我国城市天然气替代燃煤集中供暖的大气污染减排效果

基于国家发改委“天然气利用政策”中的天然气利用领域,利用等热值替代方法计算不同领域天然气替代后的污染物减排效果,从大气污染减排角度对天然气各个利用领域的优先次序重新排列,并对2010年全国15个重点供暖城市天然气替代燃煤集中供暖的大气污染物减排量进行测算.结论表明:天然气集中供暖的大气污染减排效果排序处于前列,城市利用天然气替代燃煤集中供暖对CO2、颗粒物(PM)、SO2和NOx都有较明显的减排效果.2010年我国15个重点城市如果采用天然气集中供暖,共可减少CO2排放量2190.71万t、颗粒物(PM)排放量734.24万t、SO2排放量40.21万t、NOx排放量22.56万t.     

潘二矿矿井奥灰水热能利用可行性研究

针对潘二矿现有矿井水处理利用与供暖方式存在的问题,分析了传统燃煤小锅炉对空气环境的污染,论证了矿井水热能替代燃煤锅炉供暖和矿井生产的可行性。分析认为:利用矿井疏放奥灰水提取热能替代燃煤锅炉采暖和矿井生产供热,可充分利用矿井水余热资源;以潘二矿为例,采用奥灰水热能替代现有燃煤锅炉供暖,每年可节省运行费用601.2万元,减少的烟尘、SO_2、NO_x排放量分别280 t、40 t和60 t。     

北京建筑施工裸地时空变化及扬尘污染排放

近年来北京城市格局逐步调整,伴随城市扩张与功能疏解,大规模建设工程使建筑施工裸地广泛分布于城市内部,施工扬尘带来的颗粒物污染已经成为影响空气质量的重要因素。选取北京平原区为研究区域,遥感反演了2013~2017年的建筑施工裸地,并分析了其时空分布特征。结合地面颗粒物浓度进行相关性分析,探讨城市建筑施工裸地对空气质量的影响。在此基础上,估算北京平原区2013~2017年建筑施工裸地的扬尘排放量。结果表明,北京建筑施工裸地沿中心城区向四周辐射,呈现出环形的带状分布,以城乡结合部最为集中。2013~2017年建筑施工裸地面积呈现先减后增的变化趋势,2015年后重心向东南偏移,逐步呈现出不均衡的分布特征。建筑施工裸地面积与PM10呈正相关,23个地面自动监测站点的相关系数均在0.80以上。2017年北京平原区建筑施工裸地颗粒物排放量核算结果如下,TSP排放量为39.5?104 t,PM10排放量为19.4?104t,PM2.5排放量为4.0?104 t。单元网格的建筑施工裸地颗粒物排放强度向两级化发展,建筑施工裸地的局部集中导致高污染单元网格排放强度进一步增大。以标准化的PM10网格排放量为依据,将北京平原区分为低污染排放区、较低污染排放区、中污染排放区、较高污染排放区及高污染排放区5个级别,分级管控可以更有效地减轻扬尘污染影响。     

基于煤炭消费视角的北京市以电代煤减排效益研究

基于北京市2014年煤炭消费情况,采用等效能值法具体量化了北京市及各行业实施以电代煤所能带来SO_2、NO_x与CO_2减排量,同时在此基础上,分析了同等替代比例下各行业实施以电代煤的减排贡献率.结果表明:实施以电代煤可以极大降低SO_2、NO_x与CO_2的排放量,电能每替代100万t的煤炭,SO_2、NO_x与CO_2减排量分别为5.61×10~3t、0.42×10~3t、0.57×10~6t;城镇居民生活消费实施以电代煤对SO_2减排起主要作用,贡献率达到53.11%,而NO_x与CO_2减排贡献中,工业占据主导地位,贡献率分别为94.06%和68.36%;具体煤炭消费行业的减排贡献率与各行业煤炭消费总量有关,非金属矿物制造业实施以电代煤可取得较大的工业行业减排效益,而房地产业则对服务业的减排贡献较为突出.     

京津冀“以电代煤”替代大气污染物排放清单

本研究建立了基于人工神经网络的民用散煤燃用量估算模型,得到了京津冀地区“以电代煤”替代民用散煤大气污染物排放清单.结果表明：截止到2018年,京津冀地区“以电代煤”替代散煤用户约259万户,每年可减少散煤燃烧约706.6万t,减少PM_2.5、NO_x、SO₂的排放量分别约为2.81,0.76,2.17万t.其中,北京市和天津市实施效果较为明显,占京津冀地区“以电代煤”散煤替代总量的62.01%和22.82%.基于调研数据得到京津冀各市燃煤量月分布系数,1月份分布系数最大,燃煤量占比为27%~40%.     

京津冀地区天然气和热泵替代燃煤供暖研究

针对京津冀地区实施天然气和电能驱动空气源热泵(简称:热泵)替代燃煤(散烧煤和锅炉煤)供暖系统的一次能源效率、污染物减排量及经济性进行了对比计算.结果表明:对于京津冀地区,采用天然气和热泵替代燃煤供暖可使一次能源效率分别上升31%和44%;天然气和热泵供暖都可大幅降低污染物排放,天然气供暖可使烟尘、SO_2和NO_x分别减排7.46,33.26,8.06万t;热泵供暖则分别减排7.48,33.21,9.36万t;热泵供暖的初投资高于天然气供暖,但其年燃料费用远低于天然气供暖;此外,基于烟尘、SO_2、NO_x 3种污染物减排总量,计算得出天然气供暖改造的单位污染物减排成本较热泵供暖改造高14.2元/kg,综合对比发现,热泵供暖更具优势.     

北京城市副中心(通州区)加油站VOCs排放清单

通州区作为北京城市副中心,面临着加油站VOCs排放量快速增长的巨大压力,本研究以通州区为例,建立了一套自下而上的加油站VOCs排放清单估算方法,利用北京市本地化加油站VOCs排放因子,结合每座加油站油品销售量,编制了通州区2015~2022年高时空分辨率加油站VOCs排放清单.结果表明:(1)北京市加油站在卸油、加油和罐压控制措施的基础上增加在线监控系统(OMS),汽油VOCs排放因子由190 mg·L~(-1)降至115 mg·L~(-1),再叠加50%车载油气回收系统,排放因子分别降至131 mg·L~(-1)和96 mg·L~(-1);加油站柴油VOCs排放因子(13 mg·L~(-1))是汽油未控制排放因子(1 552 mg·L~(-1))的0.8%;(2)通州区2015年加油站VOCs排放量为97.8 t·a-1,汽油和柴油VOCs排放量分别为96.2 t·a-1和1.6 t·a-1,分别占98.4%和1.6%,排放主要集中在北京市政府新址周边区域;(3)实施《北京市2013~2017年清洁空气行动计划》油气回收要求后,考虑油品销售量增长,通州区2017年和2022年加油站VOCs排放量相比2015年减排9%和6%,假设2022年底前在28座2 000~5 000 t·a-1的加油站也安装OMS,加油站VOCs排放量相比2015年减排13%;(4)2014年APEC期间单双号限行措施使加油站每日排放量减少了(22±12)%;(5)建议加强北京市政府新址周边区域加油站和夏季以及中午加油闲时的油气回收监管工作.     

北京市城乡供热取暖清洁化历程及启示

本文介绍了北京市供热采暖清洁化改造的背景、发展阶段和大气环境质量改善情况。1998年,北京市以实施控制大气污染紧急措施为契机启动供热清洁化工作。1998—2019年历经20多年,持续推进市区热电厂、燃煤锅炉和远郊新城燃煤锅炉供热、市区4个区平房和农村地区散煤采暖清洁化改造,全市完成总容量63370MW(90528t/h)燃煤锅炉清洁能源改造、城乡散煤清洁能源替代124万户,全市城乡清洁供热采暖比例从零起步达到99%。2019年与相应年份污染物浓度比较,SO_2比1998年下降了96.7%,NO_2比1998年下降了50%,PM_(10)比2000年下降了58%,PM_(2.5)比2013年下降了51.3%。基于北京市供热清洁化历程特点分析,提出了持续推进北方大气污染治理重点地区城乡供热清洁化对策建议。     

北京建筑施工裸地时空变化及扬尘污染排放

近年来北京城市格局逐步调整,伴随城市扩张与功能疏解,大规模建设工程使建筑施工裸地广泛分布于城市内部,施工扬尘带来的颗粒物污染已经成为影响空气质量的重要因素.选取北京平原区为研究区域,遥感反演了2013~2017年的建筑施工裸地,并分析了其时空分布特征.结合地面颗粒物浓度进行相关性分析,探讨城市建筑施工裸地对空气质量的影响.在此基础上,估算北京平原区2013~2017年建筑施工裸地的扬尘排放量.结果表明,北京建筑施工裸地沿中心城区向四周辐射,呈现出环形的带状分布,以城乡结合部最为集中.2013~2017年建筑施工裸地面积呈现先减后增的变化趋势,2015年后重心向东南偏移,逐步呈现出不均衡的分布特征.建筑施工裸地面积与PM10呈正相关,23个地面自动监测站点的相关系数均在0.80以上.2017年北京平原区建筑施工裸地颗粒物排放量核算结果如下:TSP排放量为39.5×10~4t、PM10排放量为19.4×10~4t、PM_(2.5)排放量为4.0×10~4t.单元网格的建筑施工裸地颗粒物排放强度向两级化发展,建筑施工裸地的局部集中导致高污染单元网格排放强度进一步增大.以标准化的PM10网格排放量为依据,将北京平原区分为低污染排放区、较低污染排放区、中污染排放区、较高污染排放区及高污染排放区5个级别,分级管控可以更有效地减轻扬尘污染影响.     

广西工业源大气污染物排放清单及空间分布特征研究

大气污染物排放清单是了解区域污染物排放特征的重要资料,而工业源是大气污染的重点排放源.研究根据收集的工业企业活动水平数据,选择合理的计算方法和排放因子,建立了广西2016年工业源大气污染物排放清单.结果表明,2016年广西工业源SO_2、NO_x、CO、PM_(10)、PM_(2.5)、VOCs排放总量分别为20.7×10~4、21.6×10~4、147.5×10~4、48.4×10~4、25.7×10~4、34.7×10~4 t.其中,电厂和非金属矿物制品业对SO_2、NO_x、PM_(2.5)和VOCs的贡献最高.除此之外,黑色金属冶炼是SO_2、NO_x和PM_(2.5)的主要贡献源;有色金属冶炼是PM_(2.5)的主要贡献源;农副食品加工业是VOCs的主要贡献源.根据排放源污染物排放量及地理坐标信息,建立了污染物排放量空间分布特征图.结果显示,广西工业企业SO_2和NO_x排放主要集中在百色、柳州、防城港和贵港市;颗粒物排放主要集中在贵港、柳州和百色市;VOCs排放主要集中在柳州、贵港和崇左市.研究建立的排放源清单结果具有一定的不确定性,建议进一步完善基础研究.