上海能源消耗與PM2.5排放量分析

鄭明+馬憲國

摘要： 近年來，上海高能源消耗對大氣環(huán)境的影響逐漸得到關注，PM_2.5的研究也引起了廣泛的重視.通過分析上海各能源種類的消耗，結合不同能源消耗過程中PM_2.5的排放因子，定量估算了上海2010年和2011年煤、成品油、天然氣等10種主要能源的PM_2.5排放量.分析結果顯示，煤、成品油消耗量和其PM_2.5排放量的比率均過大，兩者大約都是天然氣的2倍.

關鍵詞： 能源消耗； 排放因子； PM_2.5； 排放量

中圖分類號： TK 01文獻標志碼： A

Abstract： In recent years，the impact of heavy energy consumption in Shanghai on the atmospheric environment receives increasing attention.The studies of PM2.5 also have been conducted widely.In this paper，according to the energy consumption in Shanghai in 2010 and 2011，combining with the PM2.5 emission factors of different kinds of energy，the PM2.5 emission of 10 kinds of energy，such as coal，natural gas，petroleum products，and so on，is quantitatively estimated.The results show that the consumption and PM2.5 emission rate of coal and oil are very high.Both are twice than that of the natural gas.

Key words： energy consumption； emission factors； PM2.5； emission

上海是我國最大的工業(yè)城市，也是一個能源消費型城市，人均能耗和單位面積能耗水平遠高于全國平均水平[1-2].上海能源消費總量從2001年的5 473.6萬t標準煤增長至2011年的11 270.5萬t標準煤，年均增長率為10.6%，比全國年均增長率7.7%高出37.5%.如此高的能源消耗密度，導致上海城市環(huán)境嚴重惡化.Feng等[3]對上海PM2.5（大氣中動力學直徑小于或等于2.5 μm的顆粒物）進行了測定，得到的年平均值為91 μg·m-3，是國家環(huán)境空氣質量標準II平均值35 μg·m-3的2.5倍，和其它沿海城市，如青島40 μg·m-3、廈門60 μg·m-3、香港49 μg·m-3相比明顯偏高，與沙塵暴嚴重的北京95 μg·m-3[4]接近.近年來，高能源消耗帶來的PM2.5問題越來越嚴重.國內外研究人員對上海大氣中PM2.5含量進行了大量研究，如：Ye等[5]基于一年的數據研究了上海大氣中PM2.5含量及化學成分；Wang等[6]研究了PM2.5含量隨季節(jié)的變化.這些研究重點集中于對PM2.5的化學特征解析源分析，而對能源消耗與PM2.5的關系未進一步闡明.

本文參考2012年上海能源統(tǒng)計年鑒[7]及PM2.5排放因子，針對不同燃料類型，估算了上海2010—2011年能源消耗產生的PM2.5排放量.

1 計算模型的建立

1.1 計算方法

各產業(yè)能源消耗產生的廢氣排放量Ep計算式為[8]

式中：p、i、k、m分別代表污染物的種類、產業(yè)、能源類型、工藝方式；A為能源消耗量；X為能源轉換量；EF為年均排放因子.

1.2 排放因子

各種能源PM2.5排放因子對于準確計算PM2.5含量至關重要，不同能源的化學成分不同，其排放因子也不同.對同種能源的使用方式不同，也可能導致排放因子不同.根據國內學者趙斌等[9]的最新研究，結合上海能源使用政策和方式，總結出了反映上海實際情況的PM2.5排放因子，如表1所示.

由表1可看出，相對于天然氣和液化石油氣，煤炭、石油制品的PM2.5排放因子大約是前者的2～4倍，尤其是燃煤，會導致大量NOx、SOx的排放.這些都是導致上海PM2.5含量過高的主要因素.

2 上海能源終端消耗情況

上海能源消耗以煤炭、石油為主.盡管上海從1999年開始供應天然氣，但其消耗占總能源消耗比重不大.2011年煤炭、石油消耗比重之和達85.19%，天然氣消耗在能源消耗總量中的比重很低.2010年和2011年上海能源消耗結構如圖1所示.2010年和2011年上海能源終端消耗量分別為10 842.33萬t標準煤和11 270.50萬t標準煤.其中煤炭、成品油、天然氣等10種主要能源終端消耗量如表2所示.

3 計算結果及分析

應用式（1）可估算出PM2.5排放量.對于單一變量，式（1）可簡化為

式中：Aj為第j種能源消耗強度；EFj為第j種能源年均排放因子.

2010年和2011年上海不同能源消耗所產生的PM2.5的排放量如表3所示.由表3可知，2010年和2011年上海能源消耗向大氣排放的PM2.5排放量分別約為19 733.72、19 278.88 t.以2011年為例，天然氣消耗量占總能源消耗量的6.54%，但其PM2.5排放量僅占總排放量的3.27%，兩者比率為0.5；燃煤和成品油PM2.5排放量占比與使用量的占比的比值約為1.煤與油的大量使用是導致PM2.5過高的主要原因.圖2給出了2010年和2011年上海各種能源向大氣排放PM2.5的占比.

4 結 論

通過對上海2010年和2011年各種能源消耗向大氣排放PM2.5的定量分析可知，上海以煤炭和石油為燃料的能源消耗格局是導致上海大氣中PM2.5含量過高的主要原因.它們在使用中將產生大量NOx、SOx，這些可溶性氣體在光化學反應下產生的顆粒是PM2.5形成的首要因素.

參考文獻：

[1] 孫天晴.上海市能源供應安全及戰(zhàn)略儲備優(yōu)化研究[D].上海：上海理工大學，2009.

[2] 張麗虹，俞增盛，馬憲國.上海市能源結構優(yōu)化分析[J].能源研究與信息，2002，18（3）：125-130.

[3] FENG J L，SUN P，HU X L，et al.The chemical composition and sources of PM2.5 during the 2009 Chinese New Years holiday in Shanghai[J].Atmospheric Research，2012，118（15）：435-444.

[4] 李澤偉.大氣污染防治計劃明確北京PM2.5年均控制指標[EB/OL].[2013-09-13].http：∥www.chinanews.com/sh/2013/09-13/5280339.shtml.

[5] YE B M，JI X L，YANG H Z，et al.Concentration and chemical composition of PM2.5 in Shanghai for a 1year period[J].Atmospheric Environment，2003，37（4）：499-510.

[6] WANG Y，ZHUANG G S，ZHANG X Y，et al.The ion chemistry，seasonal cycle，and sources of PM2.5 and TSP aerosol in Shanghai[J].Atmospheric Environment，2006，40（16）：2935-2952.

[7] 上海市統(tǒng)計局.上海能源統(tǒng)計年鑒2012[M].北京：中國統(tǒng)計出版社，2012.

[8] ZHENG J Y，ZHANG L J，CHE W W，et al.A highly resolved temporal and spatial air pollutant emission inventory for the Pearl River Delta region，China and its uncertainty assessment[J].Atmospheric Environment，2009，43（32）：5112-5122.

[9] 趙斌，馬建中.天津市大氣污染源排放清單的建立[J].環(huán)境科學學報，2008，28（2）：368-375.