典型城市空气质量达标及碳排放达峰路径研究报告 2 目录 第一章 研究背景 1 第二章 研究方法 3 2 1 城市排放清单编制方法 3 2 2 城市空气质量达标与碳排放达峰协同分析框架构建 6 第三章 郑州市实现 双达 路径分析 10 3 1 郑州市城市概况 10 3 2 经济与能源发展预测 10 3 3 重点减排任务与措施 11 3 4 减排潜力分析 12 3 5 空气质量达标和碳达峰分析 13 第四章 石家庄市实现 双达 路径分析 16 4 1 石家庄市城市概况 16 4 2 经济与能源发展预测 16 4 3 重点减排任务与措施 17 4 4 减排潜力分析 18 4 5 空气质量达标和碳达峰分析 20 第五章 湖州市实现 双达 路径分析 22 5 1 湖州市城市概况 22 5 2 经济与能源发展预测 22 2017 年 1 月 25 日 3 目 录 5 3 重点减排任务与措施 23 5 4 减排潜力分析 24 5 5 空气质量达标和碳达峰分析 25 第六章 结论 28 6 1 双达 路径协同分析方法总结 28 6 2 案例城市分析的结论与启示 29 参考文献 35 典型城市空气质量达标及碳排放达峰路径研究报告 摘要 在经济发展和快速城市化背景下 我国面临着来自空气污染和气候变化问题的 双重挑战 城市是政策落地实施的基本单元 也是减排的关键区域 相比于空气质 量政策 低碳政策在城市一级的机制尚不完善 因此目前我国城市尺度协同减排主 要由空气质量目标驱动 我国已有部分城市开展了空气质量达标规划研究或低碳试 点工作 但开展空气质量达标和碳排放达峰协同 双达 研究的城市仍然很少 本 研究建立了基于统一源分类体系与源排放表征技术方法的城市尺度温室气体和大气 污染物排放的清单编制方法 并从清单出发构建了空气质量达标与碳排放达峰协同 分析框架 然后 以郑州 石家庄 湖州为典型案例 探讨了空气质量目标导向下 城市 双达 的路径和策略 为国家和地方机构改革背景下 双达 在城市层面的 实践提供研究参考和决策依据 研究结果表明 为实现 双达 目标 除末端控制措施外 必须进行能源结构 产业结构和运输结构的深度调整 空气质量政策下 工业部门 包括电力 热力生 产 是碳减排协同效益最大的部门 电力结构调整 落后产能淘汰和燃料清洁化替 代等政策具有协同效益 是各城市应当优先考虑的措施 城市民用和交通部门的未 来能源需求在较长一段时间内难以达峰 未来工业部门减排潜力将逐渐减小 城市 应当进一步关注产业结构转型 以及民用 交通部门能源需求总量控制和燃料结构 低碳化转型 否则仍然存在碳排放再度回弹的风险 外购电 机动车电动化等政策 是否存在协同减排效益很大程度上取决于电力结构 凸显了在终端电气化进程下电 力清洁生产的重要性 本研究是探索城市 双达 路径的一次积极尝试 也总结了案例城市的减排经 验 给出了相应的政策建议 受限于案例城市的数量 一些问题的规律尚不明确 有待于未来在更多的典型城市开展研究 进行深入讨论 2017 年 1 月 25 日 1 第一章 研究背景 第一章 研究背景 在经济发展和快速城市化背景下 我国面临着来自空气污染和气候变化问题的 双重挑战 近年来 以 PM2 5为特征的大气复合污染给我国人民身体健康和社会经济 发展造成了不利影响 2013 年 9 月 国务院发布实施 大气污染防治行动计划 推 动我国大气污染防治进入新阶段 2018 年 京津冀 长三角和珠三角三个重点区域 的 PM2 5平均浓度分别比 2013 年下降了 48 39 和 32 成效显著 然而 2018 年全国 338 个地级及以上城市中仅 121 个城市环境空气质量达标 总体空气污染形 势不容乐观 气候变化方面 作为负责任的大国 中国向 联合国气候变化框架公 约 提交 强化应对气候变化行动 中国国家自主贡献 文件 确定了到 2030 年 的自主贡献目标 包括 2030 年左右二氧化碳排放达到峰值并争取尽早达峰 单位国 内生产总值二氧化碳排放比 2005 年下降 60 65 研究显示 2017 2019 年中国碳 排放出现反弹 终止了中国碳排放 2013 2016 年平稳下降的趋势 1 未来一段时间 我国能源需求总量还会持续增长 能源转型面对着较大压力 实现我国 2030 年左右 碳排放达峰的目标仍面临着挑战 我国以化石燃料为主的一次能源结构决定了我国温室气体和大气污染物排放具 有高度同源性 控制策略方面 常见的除末端控制外的大部分减排策略都能够同时 减排大气污染物与二氧化碳 如煤炭总量管控 节能改造和非化石能源替代等 其 本质是减少化石燃料尤其是煤炭的燃烧量 因此 现有的空气质量改善政策实际具 有碳协同减排效益 经过新一轮的机构改革 目前应对大气污染和气候变化职能均 隶属生态环境部管理 如何实现温室气体和大气污染物协同治理是管理部门面临的 新课题 城市是政策落地实施的基本单元 是我国未来实现空气质量目标和碳达峰 目标的关键区域 相比仍然主要停留在宏观层面的应对气候变化目标 城市空气质 量管理的体系更为完善 目标更为明确 大气污染防治法 明确要求空气质量未达 标城市应当依法编制大气环境质量限期达标规划 目前还有 2 3 的城市空气质量未达 标 2030 年前我国城市减排路径仍将以空气质量目标为主导 目前 广州 大连 典型城市空气质量达标及碳排放达峰路径研究报告 2 成都等部分城市已经开展空气质量达标规划研究 北京 武汉等城市提出了碳排放 达峰目标 但开展空气质量达标和碳排放达峰协同 双达 研究的城市仍然很少 我国城市发展水平不一 经济结构差异较大 呈现出多元化的特点 如何根据城市 特点制订协同减排路径 对未来实现协同减排具有关键意义 本研究的主要目标包括 1 建立基于统一源分类体系与源排放表征技术方法的城市尺度温室气体和大 气污染物排放的清单编制方法 2 建立经济 能源 排放耦合动态响应分析方法以及城市空气质量达标与碳排放 达峰协同分析框架 3 以郑州 石家庄和湖州为典型案例城市 进行能源 经济发展预测 制定 符合其城市发展的城市协同 双达 路径 综合评估产业 能源 交通 用地结构 调整各措施带来的减排效益 4 基于典型城市的实践案例 探讨空气质量目标导向下城市 双达 的路径 和策略 为国家和地方机构改革背景下 双达 在城市层面的实践提供研究参考和 决策依据 2017 年 1 月 25 日 3 第二章 研究方法 第二章 研究方法 2 1 城市排放清单编制方法 建立统一的城市尺度温室气体和大气污染物排放清单是探索城市协同减排路径 的基础 以往城市尺度温室气体和大气污染物排放清单编制工作分开进行 存在数 据核算边界不同 口径不一 部门分类不同等问题 不利于识别重点减排领域以及 评估协同减排潜力 为此 本研究建立了基于统一源分类体系与源排放表征技术方 法的城市尺度温室气体和大气污染物排放的清单编制方法 建立城市尺度温室气体和大气污染物排放清单首先应当明确城市排放源的构成 然后通过调查收集活动水平 排放系数 技术分布和末端控制等相关数据信息 最 终计算得到排放量 本研究中介绍的城市尺度温室气体和大气污染物排放清单涵盖 了城市管辖的地理范围内的所有排放源 包含 SO2 NOx VOC CO NH3 PM2 5 BC OC 等气态和颗粒态污染物 以及最重要的温室气体 CO2 从空气质量达标的 角度来看 只需考虑城市边界内一次能源消费和工业过程产生的大气污染物排放 不考虑二次能源如电力 热力消耗以及产品上游产生的排放 大气污染物排放量采 用下式计算 1 其中 i 代表城市 j 代表排放部门 行业 k 代表燃料 产品 m 代表燃烧 工艺 技术 n 代表末端控制技术 A 代表活动水平 如燃料消耗量或产品产量 X 代表 某项燃烧 工艺活动水平占总活动水平比例 EFRAW代表未经末端控制技术处理的排 放系数 C 代表某项末端控制技术渗透率 代表某项末端控制技术对污染物的去 除效率 二氧化碳排放量的计算公式较为类似 但由于碳捕集技术等末端控制措施还未 普及 一般可不考虑 采用下式计算 典型城市空气质量达标及碳排放达峰路径研究报告 4 参数意义同上 从以上计算公式可以看出 建立城市尺度温室气体和大气污染物排放清单首先 应当明确城市排放源的构成 然后通过调查收集活动水平 排放系数 技术分布和 末端控制等相关数据信息 最终计算得到排放量 准确识别排放源是清单编制的首要环节 也是确定排放量计算方法 收集活 动水平和排放系数的根本依据 本研究中的源分类参照 城市大气污染物排放清 单编制技术手册 2 将我国人为大气污染源分为化石燃料固定燃烧源 工艺过 程源 移动源 溶剂使用源 农业源 扬尘源 生物质燃烧源 储存运输 废弃 物处理源和其它排放源十大类 编制城市大气污染物和温室气体排放清单应首先 针对清单编制区域内排放源进行摸底调查 根据当地行业和燃料 产品特点在源分 类分级体系中选取合适的第一 二级排放源类型 确定活动水平数据调查和收集 对象 在数据调查和收集阶段应当涵盖排放源第三 四级分类涉及的所有燃烧 工 艺技术和污染物末端控制技术 在数据整理过程中根据当地排放源特点确定源清 单覆盖的第三 四级分类 根据本地排放源体系和数据调查情况 基于第一级排 放源分类确定合适的清单编制方法和流程 根据第二到四级排放源分类确定计算 参数获取途径和来源 针对污染物产生机理和排放特征的差异 按照部门 行业 燃料 产品 燃烧 工艺 技术以及末端控制技术可将每类排放源分为四级 自第一级至第四级逐级建立完整 的排放源分类分级体系 第三级排放源重点识别排放量大 受燃烧 工艺技术影响显 著的重点排放源 对于排放量受燃烧 工艺技术影响不大的燃料和产品 第三级层面 不再细分 在第二级下直接建立第四级分类 以固定燃烧源为例 四级结构示意图如图 2 1 所示 其中第四级为除尘技术 2017 年 1 月 25 日 5 第二章 研究方法 图 2 1 固定燃烧源四级结构示意图 针对火电 钢铁 水泥 玻璃等高耗能 高污染的重点工业行业 可基于设备 和工序建立排放表征模型 对于其它工业行业 针对化石燃料固定燃烧源 工艺过 程源和溶剂使用源排放特征差异 分别建立基于设备和技术的排放表征方法 图 2 2 以水泥行业为例展示了本研究建立的基于产品 生产工艺 控制技术的动态排放表征 模型 我国现有的水泥生产工艺技术包含立窑 回转窑 新型干法窑 不同的生产 工艺体现了不同的排放水平 水泥行业主要产生的污染物为颗粒物和氮氧化物 因 此污染物控制技术包含除尘措施和脱硝措施两类 除尘措施包含旋风除尘 湿法除 尘 静电除尘及布袋除尘等 脱硝措施包含低氮燃烧器 SNCR 及 SCR 等 不同的 控制技术的去除效率不同 图 2 2 动态排放表征模型 以水泥行业为例 典型城市空气质量达标及碳排放达峰路径研究报告 6 确定城市本地排放源构成后即可开始收集活动水平 排放系数 技术分布和末 端控制等相关数据信息 收集活动水平数据时 针对第四级排放源逐一制订活动水 平调查方案 建立活动水平调查清单 确定调查流程 明确数据获取途径 数据调 查收集过程可与现有数据统计体系结合 从环境统计 污染源普查和排污申报等数 据库中获取相关信息 活动水平调查时尽可能收集与基准年份对应的数据 基准年 份数据缺失的 可采用相邻年份数据 并根据社会经济发展状况进行调整 如果城 市有完整的能源平衡表和工业产品产量则应作为对应年份城市排放源活动水平的总 约束 对于存在差异的排放源应分析核对并进行适当调整 污染物的排放系数获取方法一般包括实测法 物料衡算法和文献调研法 应优 先采用实测法 如条件不允许可选用物料衡算法和文献调研法 各城市可根据自身 实际工作基础选用合适的排放系数获取方法 实测法是指对污染源开展测试 获取 实际工况条件下的排放系数 有条件的城市可针对当地重点排放源开展实际测试 国控重点源可根据在线监测浓度计算排放系数 物料衡算法是指通过对输入和输出 物质详细分析确定产生系数 再结