大氣污染治理中低碳排放技術的研究與應用

摘要：為研究低碳排放技術在大氣污染治理中的作用，系統闡述了減碳排放技術與無碳排放技術的應用，包括能源效率技術、農業碳減排技術、風能、太陽能和生物質能等內容，分析了龍羊峽水光互補光伏電站的應用案例，從技術、經濟和政策層面探討了其對大氣污染治理與低碳發展的重要意義。最后，提出進一步推廣低碳技術、優化政策支持的建議，旨在為實現碳達峰碳中和目標提供理論支撐與實踐參考。

關鍵詞：低碳排放技術；大氣污染治理；能源效率；無碳技術

中圖分類號：X51 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2025）02-0-03

Research and Application of Low-Carbon Emission Technology in Air Pollution Control

ZHAO Xuefeng1， GONG Xiaomei2， CHEN Wenping1

（1. Shandong Pacific Environmental Protection Co.， Ltd.， Jinan 250000， China;

2. Shandong Yunmeng Environmental Protection Technology Co.， Ltd.， Jinan 250100， China）

Abstract： To study the role of low-carbon emission technologies in air pollution control， this paper systematically elaborates on the application of carbon reduction and non carbon emission technologies， including energy efficiency technology， agricultural carbon reduction technology， wind energy， solar energy， and biomass energy. The application case of Longyangxia Water Photovoltaic Complementary Power Station is analyzed， and its important significance for air pollution control and low-carbon development is explored from the technical， economic， and policy perspectives. Finally， suggestions are put forward to further promote low-carbon technologies and optimize policy support， aiming to provide theoretical support and practical reference for achieving carbon peak and carbon neutrality goals.

Keywords： low-carbon emission technology; air pollution control; energy efficiency; carbon-free technology; case analysis

在大氣污染治理過程中，低碳排放技術作為減少污染物和溫室氣體排放的關鍵手段，發揮著重要作用。近年來，國內外學者在低碳技術研究方面取得了顯著進展。徐鑫等[1]研究了碳達峰背景下中國民用航空機場的碳排放及大氣污染物清單，提出了通過技術手段減少交通領域碳排放的路徑。張雯等[2]分析了低碳經濟對大氣環境保護的影響，指出低碳技術在大氣污染治理中的潛力，并推薦了相關政策建議。呂素貞[3]探討了綠色建筑施工廢棄物的低碳處理技術，提出了推動建筑行業低碳轉型的解決方案。以龍羊峽水光互補光伏電站為例，展示了清潔能源在減少大氣污染、促進低碳發展方面的實際成效，并分析了技術、經濟和政策影響，為推廣低碳技術和優化政策支持提供建議。

1 低碳排放技術在大氣污染治理中的應用

低碳排放技術主要包括減碳排放技術和無碳排放技術兩個方面，具體應用如下。

1.1 減碳排放技術在大氣污染治理中的應用

1.1.1 能源效率技術

能源效率技術旨在提高能源的利用效率，從而達到減少碳排放的目的。在電力和化工等高能耗行業中，推廣先進的能源利用技術具有重要意義。以超臨界發電技術為例，該技術通過在高于水的臨界溫度（374.15 ℃）和臨界壓強（22.12 MPa）的條件下，利用蒸汽進行發電，大幅提高了熱能轉化效率。超臨界發電技術發電流程如圖1所示[4]。

超臨界發電效率的計算公式為

η3=η1×η2（1）

式中：η3為發電效率；η1為鍋爐效率；η2為汽輪機效率。相比傳統的亞臨界發電，超臨界技術能夠使發電效率提高3%～5%。此外，二氧化碳的排放濃度（ρCO2）的計算公式為

（2）

式中：Vgy為干煙氣量，Nm3/kg；MCO2為二氧化碳的排放濃度，g/Nm3。

深入分析鍋爐效率與碳排放的關系，發現提高鍋爐效率能夠顯著降低二氧化碳的排放量。超臨界發電技術在高溫高壓條件下運行，能夠減少能量損失并提高燃料的利用率，具有顯著的節能減排優勢。

1.1.2 農業碳減排技術

農業碳減排技術通過優化農業生產方式，減少碳排放，對大氣污染治理具有積極作用。農業碳排放源主要包括化肥、農藥、塑料薄膜、電能消耗以及土壤翻耕過程中的碳流失等。各項活動的碳排放系數如表1所示[5]。

農業碳排放總量的計算公式為

Efarm=Efe+Epe+Epl+Efg+Ewa（3）

式中：Efarm為農業碳排放總量；Efe、Epe、Epl、Efg、Ewa分別為化肥、農藥、薄膜、翻耕、灌溉因素的碳排放。

為減少農業碳排放，可采取以下措施。一是推廣使用可降解生態薄膜。這種薄膜在農業生產過程中無須回收，可自然降解，降低碳排放量并減少對環境的影響。二是改進灌溉方式，采用水肥一體化節水灌溉技術或噴灌與滴灌相結合的技術，減少電能消耗。

1.2 無碳排放技術在大氣污染治理中的應用

1.2.1 風能

風能的利用有助于調整能源結構，降低對傳統化石能源的依賴，從而減少大氣污染。在進行風電場的選址和建設時，需要綜合考慮當地的風能資源、地形地貌和氣象條件等因素。通常，風速大于3 m/s、地形開闊、海拔較高的地區適合建設風電場。此外，風力機的工作溫度范圍通常在-30～60 ℃，因此需考慮當地的氣候條件。風力發電的功率計算公式為

（4）

式中：P為功率；ρ為空氣密度；A為葉片掃掠面積；V為風速。由此可見，風速對發電功率影響顯著，因此選擇風速較高且穩定的地區建設風電場，能夠提高發電效率。

1.2.2 太陽能

光伏發電技術利用光伏效應，將太陽能直接轉化為電能，為人類提供清潔電力。光伏發電系統主要由光伏電池板、逆變器、電力輸送以及控制系統組成。在光伏發電系統中，光伏電池板的電壓計算公式為

Upv=Upv+-Upv-（5）

式中：Upv為光伏電池板電壓；Upv+和Upv-分別為電池組件正極和負極對地電壓。

為提高光伏發電效率，需精確設計和仿真運行參數，如組件排列、傾斜角、方位角及電氣連接等。據國家能源局數據，截至2023年底，我國太陽能發電累計裝機容量達6.1億kW，在能源轉型和污染治理中作用顯著。

1.2.3 生物質能

生物質能利用主要包括生物質發電、生物燃氣和生物液體燃料等形式。在生物質發電中，利用木材、農作物秸稈、生活垃圾等生物質材料作為燃料，通過直接燃燒或氣化等方式產生熱能和電能。但是，生物質燃燒過程中也可能產生一定的污染物，因此需要配備完善的廢氣處理系統。現代生物質發電廠通常安裝高效的除塵、脫硫及脫硝裝置，確保排放達到環保標準。生物質能的利用不僅有助于減少對化石燃料的依賴，降低溫室氣體排放，還可以促進廢棄物的資源化利用。

2 低碳排放技術在大氣污染治理中的應用案例

2.1 案例背景

青海省位于中國西北部，地廣人稀，太陽能資源豐富，年平均日照時數超過3 000 h，被譽為“太陽能之都”。2013年，青海省啟動了世界最大的水光互補光伏電站項目——龍羊峽水光互補光伏電站，旨在充分利用太陽能資源，推動當地清潔能源發展，減少大氣污染物和溫室氣體排放。

2.2 案例描述

龍羊峽水光互補光伏電站位于青海省海南藏族自治州共和縣塔拉灘地區，依托龍羊峽水電站，通過“水電+光伏”互補的方式，實現新能源的高效利用。項目總裝機容量為850 MW，占地面積約27 km2，總投資約60億元，由國家電投集團黃河上游水電開發有限責任公司負責建設和運營。

龍羊峽水光互補光伏電站采用了光伏發電技術，光伏組件采用多晶硅太陽能電池板，傾斜角度為37°，方位角為正南方向，以最大化接收太陽輻射。電氣連接方式采用組串式逆變器，提高了發電效率和系統可靠性。項目于2013年一期開工建設，2015年全部并網發電。

龍羊峽水光互補的原理如下：在光照充足、光伏發電量大的白天，水電站減少出力，將富余的電能輸送至電網，同時蓄水；在夜間或光伏發電不足時，水電站增加出力，補充電力供應。這種方式有效平衡了光伏發電的間歇性和不穩定性，提升了電力系統運行的穩定性和經濟性。

2.3 案例分析

龍羊峽水光互補光伏電站的建成運營，對大氣污染治理和低碳排放具有重要意義。根據項目運行數據，電站年平均發電量約13.7億kW·h，可滿足約50萬戶家庭的年用電需求。與相同發電量的火力發電相比，每年可節約45萬t標準煤。

按照每噸標準煤燃燒會排放約2.6 t的二氧化碳計算，電站每年可減排二氧化碳約117萬t。此外，可減少二氧化硫排放約3 600 t，氮氧化物排放約3 200 t，對改善區域大氣環境質量具有顯著作用。

經濟效益方面，龍羊峽水光互補光伏電站帶動了當地光伏產業鏈的發展，創造了超過2 000個就業崗位，促進了當地經濟增長。同時，項目每年可產生經濟效益超過10億元，為地方財政做出貢獻。

技術方面，龍羊峽水光互補光伏電站創新性地實現了水電與光伏發電的互補，提高了綠色能源的消納能力。高原高寒環境也給光伏電站組件耐久性、系統設計提出了挑戰，通過技術攻關，項目成功克服了高海拔、強紫外線等不利因素，積累了寶貴的經驗。

龍羊峽水光互補光伏電站項目通過應用太陽能發電技術，在大氣污染治理和低碳排放方面取得了顯著成效。該項目不僅有效減少了溫室氣體和污染物的排放，改善了環境質量，而且促進了當地經濟社會的可持續發展，具有良好的經濟、環境及社會效益。

3 結論

低碳排放技術在大氣污染治理中展現了顯著成效，通過能源效率技術、無碳排放技術等手段，大幅減少污染物和溫室氣體的排放。以龍羊峽水光互補光伏電站為代表的實踐案例，驗證了清潔能源在環保與經濟效益上的巨大潛力。

參考文獻

1 徐 鑫，尤 倩，張 崢，等.碳達峰情景下中國民用航空機場大氣污染物及碳排放清單研究[J].環境科學學報，2024（7）：428-437.

2 張 雯，翟 帆.低碳經濟發展與大氣環境保護的綜合研究[J].清洗世界，2024（7）：112-114.

3 呂素貞.綠色建筑施工廢棄物低碳處理技術的應用[J].陶瓷，2023（5）：171-172.

4 杜景勃.農村煤改氣用戶天然氣負荷預測技術研究與應用[D].北京：北京建筑大學，2023.

5 尹少奇，田鵬濤.石化產業發展與污染物超低排放的技術方案研究[J].工程技術，2023（2）：40-43.

收稿日期：2024-12-24

作者簡介：趙學峰（1990—），男，山東泰安人，工程師。研究方向：環保工程。