中国电厂超低排放标准实施情况和减排效果评估
根据最新的全球空气健康报告，目前中国的PM25人口加权平均浓度位居世界最高，达到53微克每立方米，并相应地造成85万人的过早死亡。以煤炭、原油、天然气等为燃料的电厂是其中最主要的贡献源之一，根据不同文献的整理结果，在2010到2017年之间，电力生产部门贡献了16-39%的SO2、19-51%的NOx和5-23%的颗粒物人为源排放。
现阶段实行的排放标准是于2014年7月1号开始实施的GB13223-2011号排放标准，其中规定了电厂的排放标准为基准含氧量为6%的情况下，SO2、NOx、PM25分别不能超过100、100、30 mg/m3。但相对世界上其他发达国家的电厂排放标准仍有待加严，因此2014年9月12日，中国政府出台了史上最为严格的电厂超低排放标准（ULE），SO2、NOx、PM25分别不能超过35、50、10 mg/m3。这项标准实施范围计划包括所有现存和新建（从2015年起）的煤电机组，在规划中预计到2020年至少要实施超过5.8亿千瓦的煤电机组超低排放改造工程。这项政策需要政府和企业的大量投入，包括监测手段的提升和技术水平的升级改造，但其可预见的效果也非常显著，这项措施的实施能够有效降低中国电力生产部门的人为源污染物排放，带来直接的环境效益和健康效益，并能够促进污染控制技术水平的提高。
在之前的研究中，大多研究电厂超低排放改造带来的空气质量改善效率等后评估，利用的数据也并不包含实测数据。本文在高时间和空间精度上对中国大部分的电厂进行了空气质量监测，探究其对缓解空气污染带来的效益，其中包括所采用的技术控制手段和早期是否达标的历史数据。由此开发了中国电厂排放台账（CEAP）。这一数据库提供并分析了来自中国持续性排放监测网络（CEMS）的数据，提供直接实时的全国范围内的污染物浓度测量结果。本文据此对全国电厂排放和大气污染缓解情况进行分析，对燃料、区域和产能的减排潜力进行评估，并为其他国家的电厂减排政策制定提供参考。
如下图所示，a图涵盖了2017年全国4622座电厂的地理分布、燃料类型和产能情况。根据往年数据可以分析得出，从2014年到2017年，SO2、NOx和PM2.5的平均浓度分别下降33.34%、28.29%和38.06%，达标率也从2014年的15.63%、10.47%和15.79%提升到2017年的74.54%、70.64%和87.50%。
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Figure 1. Chinese power plant stacks with CEMS in 2017.
下图展示了各个燃料类型的电厂从2014到2017年的三种主要污染物的日均浓度的变化情况，黑线表示开始实施了超低排放限值标准。总体均呈下降趋势，其中燃煤电厂的下降趋势较为显著，SO2、NOx和PM2.5月均下降2.82%、2.79%和3.65%。截至到2017年12月底，中国的燃煤电厂煤电机组的超低排放改造率总体达到72.30%，有望提前实现80%的目标。
Figure 2. Daily distributions of stack concentrations at Chinese power plant stacks 2014–2017
总的来说，中国的燃煤电厂达到超低排放主要有三个途径：一是对现存的煤电机组进行改造，提升技术控制水平，提高综合去除效率），二是关停小型煤电机组，三是直接新建符合超低排放标准的新电厂进行产能置换。从2014到2017年，在2015年之前建造的煤电机组总计超过5.91亿千瓦的煤电机组进行了超低排放改造，同时关停煤电小机组0.17亿千瓦，因此从图2分析得出2015年前建造的煤电机组在2015-2017年间，SO2、NOx和PM2.5的月均浓度下降比例分别为3.05%、2.28%和3.61%。而从2015年到2017年，新建了0.96亿千瓦的超低排放煤电机组，SO2、NOx和PM2.5的平均排放浓度达到27.27、47.70和6.27 mg/m3。
分污染物看，对于SO2的控制，到2017年底几乎所有煤电机组安装了污染控制设施，其中主要包括：石灰石-石膏湿法脱硫（2014、2015和2016年安装比分别达到84.40%、86.85%和87.71%）、烟气循环流化床脱硫（2014、2015和2016年安装比分别达到6.47%、5.24%和4.89%）、海水脱硫（2014、2015和2016年安装比分别达到2.65%、2.52%和2.45%）和氨吸收脱硫（2014、2015和2016年安装比分别达到0.76%、0.88%和0.84%）。这些技术控制措施使得去除效率能够达到99.7%。对于NOx的技术控制，相关的控制设施从2010年的13%上升到2017年的98.4%，去除效率能够达到90%，到2017年75.63%的煤电机组达到这个标准。对于PM25的技术控制主要集中在提升现有控制措施的去除效率上，像电除尘和布袋除尘的去除效率从99.75%提升至99.90%。
图3展示了各污染物排放因子和总的排放的变化。总的来看，从2014年到2017年，燃煤电厂的SO2、NOx和PM2.5的月均排放因子分别下降了75.33%、76.03%和83.31%，对于生物质电厂的则为69.20%，25.06%和64.90%，对于燃油电厂的为52.35%，46.87%和76.94%。因此尽管2014年到2017年中国发电量年均增长3.49%，整体排放还是保持下降。
Figure 3. Monthly emission factors and total emissions for Chinese power-generating units 2014–2017.
对于各方面的减排潜力来看，从2014-2017年，在电厂的燃料类型上，燃煤电厂贡献了89.27%，95.37%和92.82%的SO2、NOx和PM2.5减排；在区域上看，如图4，东部地区贡献了最多的减排，分别贡献了27.67%，28.69%和35.13%的SO2、NOx和PM2.5减排，北方地区贡献了23.22%，20.28%和18.90%的SO2、NOx和PM2.5减排；在机组产能大小分布上看，图四展示了从大型机组到小型机组减排贡献的变化，大于300MW的机组占比在全部电厂和燃煤电厂中分别占到80.95%和83.13%，也因此大型机组的减排潜力和技术控制带来的减排远大于小型机组，在2014到2017年间分别贡献了58.60%，60.11%和60.56%的SO2、NOx和PM2.5减排。
Figure 4. Absolute emission reductions for 2014–2020.
总体来说，2014到2017年间，电厂超低排放政策使得整体的排放因子下降比例达到25-83%，且根据实测结果，截至2017年底，超低排放政策的实行已经快于早期的计划。在政策实施早期，减排的主要驱动力是污染控制技术的改造或提升，和关停小型机组，且主要是位于东部地区的燃煤电厂的煤电机组所带来的减排贡献。同时本文也评估并指出，在2017到2020年，煤电机组（燃料类型）、西部地区（区域）和小型重污染机组（机组规模）将是3个最主要的减排路径。
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