火電與集中供熱領域“煤改氣”對北京市空氣污染控制的影響

文_方春香 尹立新 劉覓穎

1 北京市北節能源設計研究所 2 北京京能未來燃氣熱電有限公司 3 北京節能環保中心

根據《北京市統計年鑒》， 與2012年相比，2019年北京市的三種主要大氣污染物（SO2、NOX、煙塵）減排效果顯著，分別減排93.3%、41.1%和90.8%。自2012年開始，北京市開展了大量減排工作，包括嚴格大氣排放標準、提高能源利用效率、能源結構調整等，本文從能源結構調整角度探討火電和供熱領域煤改清潔能源對北京市減排工作的影響。

1 火力發電和供熱領域排放現狀分析

1.1 火力發電領域

北京市火力發電以燃煤發電和燃氣發電為主，占火力發電的92.3%～96.6%，本小節分析以燃煤發電和燃氣發電作為火力發電總量進行分析，下文提到火力發電總量均指燃煤發電與燃氣發電之和。

1.1.1 發電量構成

2012年北京市燃煤發電消費原煤649.6萬t，折合標準煤525.4萬tce，發電量179.0億kWh，占火力發電總量的65.1%；燃氣發電消費天然氣21.2億m3，折合標準煤281.8萬tce，發電量96.0億kWh，占火力發電總量的34.9%。至2019年，北京市燃煤發電消費原煤35.9萬t，折合標準煤27.5萬tce，發電量10.2億kWh，占火力發電總量的2.6%，比2012年下降62.5個百分點；燃氣發電消費天然氣69.4億m3，折合標準煤1037.2萬tce，發電量385.3億kWh，占火力發電總量的97.4%，見表1。

表1 2012年與2019年火力發電構成對比

1.1.2 排放量測算

以2012年火電燃料結構測算2019年的排放量，結合度電污染物排放量，得出若不調整燃料結構火力發電領域污染物的排放量，與2019年的實際燃料結構測算出的火力發電領域污染物排放量進行對比，可測算污染物排放量變化情況。此處為測算燃料結構調整引起的污染物排放情況，不考慮排放標準變化、效率提升引起的減排效果，因此燃料結構調整前后的度電污染物排放量均以2019年情況測算。燃煤電廠與燃氣電廠的度電污染物排放量見表2。

表2 燃煤電廠與燃氣電廠度電污染物排放量 單位：g/kWh

從表1可以看出，2019年，隨著煤改氣、煤改電工程全面完成，燃煤電廠與燃氣電廠的發電量結構為2.6：97.4；假若未開展煤改清潔能源、燃料保持2012年的結構，則燃煤電廠和燃氣電廠的發電量結構為65.1：34.9，則燃煤電廠和燃氣電廠的發電量分別為257.4億kWh和138.1億kWh。結合表2測算結構調整與否火力發電領域2019年的污染物排放情況，見表3。

表3 火電領域燃料結構調整與否2019年排放量的測算 單位：t

表3中“未調結構”為按2012年燃料結構比例、2019年火力發電量測算排放量，“調結構”為按2019年實際燃料結構測算的排放量，可以看出，火電領域“調結構”與“未調結構”相比，煙塵和SO2排放總量分別下降了20.5%、93.5%，NOX排放總量增加了28.7%，表明火電領域煤改氣對煙塵尤其SO2的減排效果顯著，但會導致NOX排放增加。

1.2 集中供熱領域

北京市供熱領域供熱方式主要有集中供熱、分戶供熱，其中集中供熱比例在3/4左右。集中供熱分為熱電聯產供熱、燃煤鍋爐房供熱和燃氣鍋爐房供熱，其中熱電聯產方式的排放在火力發電領域已測算過，未避免重復測算此處不再計算，本節主要計算燃煤鍋爐房供熱和燃氣鍋爐房供熱兩種供熱方式。

1.2.1 集中供暖結構

根據《北京市統計年鑒》及《北京能源發展報告》，2012年和2019年燃煤、燃氣供暖面積結構分別為32.6：67.4和0：100。供暖能力見表4。

表4 2012、2019年北京市鍋爐房供暖能力結構對比

根據表4，2012年北京市集中供暖結構為燃氣、燃煤并重，2018年北京市燃煤鍋爐全部改造完畢，集中供暖不再有燃煤鍋爐供暖方式。

1.2.2 鍋爐房供熱排放量測算

以2012年集中供熱鍋爐燃料結構測算2019年的排放量，結合單位供熱量污染物排放量，得出若不調整燃料結構鍋爐房供熱污染物的排放量，與采用2019年的實際燃料結構測算出的鍋爐房供熱污染物排放量對比，可測算污染物排放變化情況。此處為測算燃料結構調整引起的污染物排放情況，不考慮排放標準變化、效率提升引起的減排效果，因此燃料結構調整前后的單位供熱量污染物排放量均以2019年情況測算。燃煤鍋爐房與燃氣鍋爐房的度電污染物排放量見表5。

表5 鍋爐房單位供熱量鍋爐房污染物排放表 單位：mg/MW

從表4可以看出，至2018年，隨著煤改氣工程全面完成，燃煤鍋爐、燃氣鍋爐的供暖能力結構為0：100；假若未開展煤改清潔能源、燃料保持2012年的結構，則燃煤鍋爐和燃氣鍋爐的供暖結構仍為51.5：48.5，即燃煤鍋爐房和燃氣鍋爐房的供熱能力分別為41116MW和38720MW。結合表5測算結構調整與否鍋爐房供熱領域2019年的污染物排放情況，見表6。

表6 鍋爐房供熱領域燃料結構調整與否2019年排放量的測算 單位：t

表6中“未調結構”為按2012年燃料結構比例、2019年供熱能力測算排放量，“調結構”為按2019年實際燃料結構測算的排放量。可以看出，鍋爐房供熱領域“調結構”與“未調結構”相比，煙塵、SO2和NOX排放總量分別下降了59.1%、96.1%和21.2%，表明鍋爐房供熱領域煤改氣對大氣污染物尤其是SO2的減排效果顯著。

2 火力發電、鍋爐房供熱領域煤改氣對北京市污染物減排的貢獻

2.1 從排放量與結構來看

2019年調整結構與否的煙塵、SO2、NOX的排放量及其占比分別見表7。

表7 火力發電和鍋爐房供熱領域調整結構與否三大污染物排放量與占比

根據表7，調整結構后兩大領域的SO2減排較明顯，整體則從62.9%降至3.7%，效果十分顯著；火力發電領域NOX排放占比有所增加、供熱鍋爐房領域所有降低，整體微降0.2個百分點。兩大領域煙塵排放量均有所下降，整體下降7.2個百分點。

2.2 從減排貢獻來看

2019年火力發電和鍋爐房供熱領域調結構與未調結構相比，大氣污染物減排量及其對全市減排情況的貢獻見表8。

表8 火力發電和鍋爐房供熱領域煤改氣對全市減排的貢獻 單位：t

3 對北京市空氣污染控制的思考

3.1 煤改氣對兩大領域煙塵和SO2控制效果明顯

根據計算，2012年兩大領域煙塵、SO2、NOX的排放量分別為927.7t、920.6t和13748.3t，占比分別為1.4%、1.0%和7.7%；2019年，火力發電量增加43.8%、供熱能力增長2.6倍的情況下，兩大領域的主要污染物排放量并未大幅增加，分別為702.0t、230.9t和19081t，其中煙塵和SO2均有所下降。

在發電量、供熱能力大幅增長的情況下，排放量能夠保持低速增長甚至負增長，能源結構調整起到了重要作用，尤其是對SO2的控制效果顯著；但對于NOX的控制效果不明顯。此外，標準從嚴、效率提升也是控排的重要影響因素。

綜合來看，煤改氣在火力發電和鍋爐房供暖領域對SO2和煙塵的控制效果明顯，但對NOX的控制效果不明顯，要實現良好的NOX減排效果，還需在其他方面挖潛。

3.2 汽車尾氣成為NOX控排的主要方向

根據《北京市統計年鑒》，2012年北京市排放的SO2、NOX、煙塵質量比為27.7：52.5：19.8，NOX的排放量是SO2的1.9倍，是煙塵的2.7倍；到2019年，北京市排放的SO2、NOX、煙塵質量比為5.3：89.4：5.3，NOX的排放量是SO2和煙塵的16.7倍。對比2012年和2019年全市空氣質量，SO2得到有效控制，但PM10、PM2.5、NO2仍保持較高濃度。從空氣質量和污染物排放量來看，NOX都是未來北京市空氣污染控制的重點。隨著北京市煤改氣改造全面完成，標準進一步提升，工業鍋爐、熱電廠的NOX減排潛力有限，汽車尾氣成為NOX控排的主要方向。

4 結語

北京市火電與集中供熱領域煤改氣工作的開展，對全市SO2和煙塵排放的控制效果明顯，但對NOX的控制效果不明顯。隨著“煤改氣”工作的全面完成，SO2的排放量及在空氣中的濃度均大幅下降，NOX開始成為北京市空氣污染控制的主要污染物，未來控排主要方向將是汽車尾氣治理。