中國電廠超低排放標準實施情況和減排效果評估
根據最新的全球空氣健康報告，目前中國的PM25人口加權平均濃度位居世界最高，達到53微克每立方米，并相應地造成85萬人的過早死亡。以煤炭、原油、天然氣等為燃料的電廠是其中最主要的貢獻源之一，根據不同文獻的整理結果，在2010到2017年之間，電力生產部門貢獻了16-39%的SO2、19-51%的NOx和5-23%的顆粒物人為源排放。
現階段實行的排放標準是于2014年7月1號開始實施的GB13223-2011號排放標準，其中規定了電廠的排放標準為基準含氧量為6%的情況下，SO2、NOx、PM25分別不能超過100、100、30 mg/m3。但相對世界上其他發達國家的電廠排放標準仍有待加嚴，因此2014年9月12日，中國政府出臺了史上最為嚴格的電廠超低排放標準（ULE），SO2、NOx、PM25分別不能超過35、50、10 mg/m3。這項標準實施范圍計劃包括所有現存和新建（從2015年起）的煤電機組，在規劃中預計到2020年至少要實施超過5.8億千瓦的煤電機組超低排放改造工程。這項政策需要政府和企業的大量投入，包括監測手段的提升和技術水平的升級改造，但其可預見的效果也非常顯著，這項措施的實施能夠有效降低中國電力生產部門的人為源污染物排放，帶來直接的環境效益和健康效益，并能夠促進污染控制技術水平的提高。
在之前的研究中，大多研究電廠超低排放改造帶來的空氣質量改善效率等后評估，利用的數據也并不包含實測數據。本文在高時間和空間精度上對中國大部分的電廠進行了空氣質量監測，探究其對緩解空氣污染帶來的效益，其中包括所采用的技術控制手段和早期是否達標的歷史數據。由此開發了中國電廠排放臺賬（CEAP）。這一數據庫提供并分析了來自中國持續性排放監測網絡（CEMS）的數據，提供直接實時的全國范圍內的污染物濃度測量結果。本文據此對全國電廠排放和大氣污染緩解情況進行分析，對燃料、區域和產能的減排潛力進行評估，并為其他國家的電廠減排政策制定提供參考。
如下圖所示，a圖涵蓋了2017年全國4622座電廠的地理分布、燃料類型和產能情況。根據往年數據可以分析得出，從2014年到2017年，SO2、NOx和PM2.5的平均濃度分別下降33.34%、28.29%和38.06%，達標率也從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.
下圖展示了各個燃料類型的電廠從2014到2017年的三種主要污染物的日均濃度的變化情況，黑線表示開始實施了超低排放限值標準。總體均呈下降趨勢，其中燃煤電廠的下降趨勢較為顯著，SO2、NOx和PM2.5月均下降2.82%、2.79%和3.65%。截至到2017年12月底，中國的燃煤電廠煤電機組的超低排放改造率總體達到72.30%，有望提前實現80%的目標。
Figure 2. Daily distributions of stack concentrations at Chinese power plant stacks 2014–2017
總的來說，中國的燃煤電廠達到超低排放主要有三個途徑：一是對現存的煤電機組進行改造，提升技術控制水平，提高綜合去除效率），二是關停小型煤電機組，三是直接新建符合超低排放標準的新電廠進行產能置換。從2014到2017年，在2015年之前建造的煤電機組總計超過5.91億千瓦的煤電機組進行了超低排放改造，同時關停煤電小機組0.17億千瓦，因此從圖2分析得出2015年前建造的煤電機組在2015-2017年間，SO2、NOx和PM2.5的月均濃度下降比例分別為3.05%、2.28%和3.61%。而從2015年到2017年，新建了0.96億千瓦的超低排放煤電機組，SO2、NOx和PM2.5的平均排放濃度達到27.27、47.70和6.27 mg/m3。
分污染物看，對于SO2的控制，到2017年底幾乎所有煤電機組安裝了污染控制設施，其中主要包括：石灰石-石膏濕法脫硫（2014、2015和2016年安裝比分別達到84.40%、86.85%和87.71%）、煙氣循環流化床脫硫（2014、2015和2016年安裝比分別達到6.47%、5.24%和4.89%）、海水脫硫（2014、2015和2016年安裝比分別達到2.65%、2.52%和2.45%）和氨吸收脫硫（2014、2015和2016年安裝比分別達到0.76%、0.88%和0.84%）。這些技術控制措施使得去除效率能夠達到99.7%。對于NOx的技術控制，相關的控制設施從2010年的13%上升到2017年的98.4%，去除效率能夠達到90%，到2017年75.63%的煤電機組達到這個標準。對于PM25的技術控制主要集中在提升現有控制措施的去除效率上，像電除塵和布袋除塵的去除效率從99.75%提升至99.90%。
圖3展示了各污染物排放因子和總的排放的變化。總的來看，從2014年到2017年，燃煤電廠的SO2、NOx和PM2.5的月均排放因子分別下降了75.33%、76.03%和83.31%，對于生物質電廠的則為69.20%，25.06%和64.90%，對于燃油電廠的為52.35%，46.87%和76.94%。因此盡管2014年到2017年中國發電量年均增長3.49%，整體排放還是保持下降。
Figure 3. Monthly emission factors and total emissions for Chinese power-generating units 2014–2017.
對于各方面的減排潛力來看，從2014-2017年，在電廠的燃料類型上，燃煤電廠貢獻了89.27%，95.37%和92.82%的SO2、NOx和PM2.5減排；在區域上看，如圖4，東部地區貢獻了最多的減排，分別貢獻了27.67%，28.69%和35.13%的SO2、NOx和PM2.5減排，北方地區貢獻了23.22%，20.28%和18.90%的SO2、NOx和PM2.5減排；在機組產能大小分布上看，圖四展示了從大型機組到小型機組減排貢獻的變化，大于300MW的機組占比在全部電廠和燃煤電廠中分別占到80.95%和83.13%，也因此大型機組的減排潛力和技術控制帶來的減排遠大于小型機組，在2014到2017年間分別貢獻了58.60%，60.11%和60.56%的SO2、NOx和PM2.5減排。
Figure 4. Absolute emission reductions for 2014–2020.
總體來說，2014到2017年間，電廠超低排放政策使得整體的排放因子下降比例達到25-83%，且根據實測結果，截至2017年底，超低排放政策的實行已經快于早期的計劃。在政策實施早期，減排的主要驅動力是污染控制技術的改造或提升，和關停小型機組，且主要是位于東部地區的燃煤電廠的煤電機組所帶來的減排貢獻。同時本文也評估并指出，在2017到2020年，煤電機組（燃料類型）、西部地區（區域）和小型重污染機組（機組規模）將是3個最主要的減排路徑。
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