基于cmq模型的中国电力行业多污染物协同控制模拟研究.docx

基于cmq模型的中国电力行业多污染物协同控制模拟研究 2010年，中国的so2排放量比2005年减少了14.3%，超标准，在“五五”期间达到10%的削减目标。2005年，中国城市so2的年平均浓度比2005年减少了25.3%，其中11个重点城市的年平均减少了26.3%。然而，在“五”级城市中，以pm.5和o3为典型特征的区域环境污染问题日益严重。因此，仅仅依靠单一的污染物控制是难以解决环境问题的。环境生态问题的多样性和复杂性需要控制单带污染物的整体控制。 电力行业是SO2、NOx及烟尘等污染物的排放大户,加之电力企业排放烟囱较高,排放的污染物可长距离传输,所以电力行业是导致区域性复合型大气污染的主要行业.为此该文选取电力行业作为主要研究对象,对电力行业SO2、NOx、烟尘3种污染物协同控制所产生的环境效益[硫、氮沉降及ρ(PM2.5)]进行了定量模拟与评估,分析电力行业“污染控制措施”与“环境质量效益”之间的关系,这对于制订、优化电力行业多污染物控制策略具有十分重要的意义. 1 燃煤机组综合脱硫效率及排放绩效 为评估电力行业多污染物协同控制的环境效益,设定2008基准年、2015和2020目标年共3个情景. 2008基准年:依据环境保护部2008年环境统计数据,电力行业SO2、NOx、烟尘现状的排放量分别为1 060×104、744×104、250×104t. 2015目标年:按照国家“十二五”主要大气污染物总量控制工作对电力行业的要求,到2015年电力行业燃煤机组全部安装脱硫设施,综合脱硫效率将从2008年的70%升至80%,SO2平均排放绩效控制在1.6 gue4d4(k W·h)以下;新建机组和东部沿海地区的燃煤机组全部实施脱硝改造,综合脱硝效率达到70%以上,NOx平均排放绩效控制在1.5 gue4d4(k W·h)以下;烟尘排放质量浓度降至50 mgue4d4m3以下.基于2008年电力行业SO2、NOx和烟尘的排放量以及2015年国家对电力行业污染控制的要求,测算出2015年电力行业SO2、NOx和烟尘的排放量分别为713×104、668×104和245×104t. 2020目标年:依据《基于GPS的中国电力行业多污染物综合控制战略研究(第二期)》有关成果,到2020年所有燃煤机组的综合脱硫效率将提高到85%,SO2的平均排放绩效将降至1.2 gue4d4(k W·h)以下;全国60%以上的机组实施脱硝改造,NOx平均排放绩效控制在1.1 gue4d4(k W·h)以下;燃煤机组烟尘排放质量浓度均达到30 mgue4d4m3以下.据此计算出2020年电力行业SO2、NOx和烟尘的排放量分别为632×104、580×104和237×104t. 2 学习方法 2.1 cmq模型评估环境问题 我国大气环境污染特征总体上已由单一的局地煤烟型污染过渡到区域性复合型污染阶段,而CMAQ模型最典型的特点就是采用了“一个大气”的设计理念,考虑了复杂的物理及化学过程,适用于模拟多种尺度、多种复杂的大气环境问题,因此该研究选用CMAQ模型评估电力行业多污染物协同减排的环境效益. CMAQ模型主要由边界条件模块(BCON)、初始条件模块(ICON)、光分解率模块(JPROC)、气象-化学预处理模块(MCIP)和化学输送模块(CCTM)构成.化学输送模块(CCTM)是CMAQ模型的核心,污染物在大气中的扩散和输送过程、气相化学过程、气溶胶化学过程、液相化学过程、云化学过程以及动力学过程均由CCTM模块模拟完成,其他模块的主要功能主要是为CCTM提供输入数据和相关参数.CCTM模块可输出多种气态污染物和气溶胶组分的逐时浓度以及逐时的能见度和干湿沉降. 2.2 情景模型设置 a)CMAQ模型参数.模拟时段为2008年1月、4月、7月及10月共4个典型月,结果输出时间间隔为1 h.模拟区域采用Lambert投影坐标系,水平模拟范围为X方向(-3 150~2 934 km)、Y方向(-1 764~2 304 km),网格间距36 km,共将全国划分为170×114个网格.垂直方向共设置14个气压层,层间距自下而上逐渐增大.采用的化学机制为CB-IV气相化学反应机理和AERO3气溶胶反应机理. b)MM5模型参数.CMAQ模型所需气象数据由MM5模型提供,MM5模拟时段与CMAQ模型相同.MM5模型与CMAQ模型采用相同的空间投影坐标系,但模拟范围大于CMAQ模拟范围,MM5水平模拟范围为X方向(-3 690~3 690 km)、Y方向(-2 484~2 484 km),网格间距36 km,共将全国划分为206×139个网格.垂直方向共设置23个气压层,层间距自下而上逐渐增大.MM5模式的初始输入数据采用美国国家环境预报中心(NCEP)提供的6h