我国燃煤火电大气污染现状与分区布局设想

　　

        近年来我国大气污染防治形势十分严峻，以O3、PM2. 5和酸雨为特征的区域性复合型大气污染日益突出[1-3],严重污染的雾霾天气频发[4-8],人群健康受到威胁[9-10].除气象条件原因[11-13]外，以煤炭为主的能源消费结构是形成大气污染的重要原因[14-16].煤炭消费导致的SO2、NOx、烟粉尘、PM2. 5和Hg等大气污染物排放量均占到 各 自 全 国 排 放 总 量 的60%以上[17].虽然近年来污染控制水平不断提高[18-19],但燃煤火电依然是大气污染物排放量最大的行业[20-21],很多学者就区域燃煤火电对大气污染的影响问题开展了若干研究[22-24].为破解大气污染对燃煤火电行业发展的约束，中东部地区还开展了燃煤电厂“近零排放”改造[25],但其能否切实显着改善区域大气环境质量仍需进一步的论证与检验[26].
　　
　　欧美发达国家已经通过提高效率、可再生能源替代、煤炭清洁利用等措施减少了煤炭消费量[27-28],公众健康、环境保护和替代能源发展是其减少煤炭消费的3个主要的驱动力[29],减少煤炭消费量可大幅削减大气污染物排放量并改善空气质量[29-30].随着大气污染物总量减排工作的不断推进，实施区域煤炭消费总量控制，从源头削减污染物排放，已经成为下一阶段我国改善大气环境质量的必然选择[29-30].我国于2010年5月发布的《关于推进大气污染联防联控工作改善区域空气质量的指导意见》中，首次从国家层面提出开展煤炭消费总量控制试点工作，目前国家层面的工作思路与宏观政策体系已经基本形成。
　　
　　我国煤炭消费中电煤占50%左右，进一步控制大气污染和实施煤炭消费总量控制政策都可能会对燃煤火电行业的发展带来巨大的影响，甚至造成缺电的困境[31].有研究[32]认为，我国应尽快实施煤炭消费总量控制政策，建议根据煤炭消费强度等条件划分煤炭消费总量控制分区，以此来缓解燃煤火电与大气污染控制的矛盾。
　　
　　从目前的研究成果来看，燃煤火电对大气环境质量影响的研究较多，但研究范围仅限于局部地区的区域尺度，并未比较燃煤火电与其他行业对大气环境质量的贡献程度，也未考虑周边国家对我国大气环境质量的影响； 大气污染与煤炭消费总量控制影响下燃煤火电的发展问题研究成果较少，特别是全国燃煤火电发展规模、空间布局等问题迫切需要开展研究工作。有鉴于此，笔者在全国尺度开展煤炭消费与大气污染约束下的燃煤火电发展规模及空间布局研究，利用RAMS（ 区域大气模式系统）-CMAQ（ 多尺度空气质量模式系统） 模拟全国燃煤火电对大气污染的贡献程度和对全国大气污染物输送的影响，分析全国煤炭消费增长趋势与煤炭消费总量控制目标，估算燃煤火电发展规模并提出分区布局发展建议，以期为“十三五”国家能源规划的制订提供参考。
　　
　　1 研究方法与数据
　　
　　1. 1模式系统
　　
　　利用RAMS-CMAQ,通过大气环境数值模拟量化研究煤电行业对大气污染的贡献。 RAMS-CMAQ是在空气质量模式Models-3的核心模块CMAQ[33-34]基础上发展起来的，其结构见图1.利用三维、非流体静力、可压缩的中尺度大气动力学模式RAMS为CMAQ提供气象驱动场[35].该模式系统建成后，先后应用于东亚、京津渤、珠三角等区域大气污染物的来源、输送与化学转化过程的模拟分析，并采用多源观测（ 地面监测、飞机航测、卫星遥感） 数据对模拟结果进行了较为全面的评估[36-39].
　　 　　
　　模拟区域包括了我国整体区域以及东南亚、日本和韩国等地区（ 见图2） ,选择该区域的原因主要是需要充分考虑到周边地区（ 尤其是东南亚地区） 的外来污染物长距离输送对我国空气质量的影响，以及尽量避免边界条件对模拟准确性的影响。模拟水平网格分辨率为64 km × 64 km,网格点数105 × 86,极坐标投影中心点为（35°N、116°E）。