北方冬季供熱對(duì)大氣環(huán)境的影響

摘要：我國(guó)北方地區(qū)在冬季采暖消耗了大量化石燃料，其燃燒產(chǎn)生的污染物是引起霧霾產(chǎn)生的重要原因之一。本文通過(guò)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)調(diào)研、熱源污染物實(shí)際排放數(shù)據(jù)調(diào)研及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)等研究方法對(duì)熱電聯(lián)產(chǎn)、鍋爐房及農(nóng)村生物質(zhì)和散煤的熱源排放因子進(jìn)行了整理分析，并將其分為直接排放和間接排放進(jìn)行討論。在此基礎(chǔ)上，本文依據(jù)相關(guān)性分析將“2+26”城市群分為六個(gè)子城市群，并分別計(jì)算了各區(qū)域冬季供熱的直接排放量。

關(guān)鍵詞：清潔取暖;PM2.5;熱電聯(lián)產(chǎn);“2+26”城市群;

1 背景

依據(jù)中國(guó)空氣質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)分析平臺(tái)（真氣網(wǎng)https://）整理得到“2+26”城市從2013年12月至2018年11月的月均PM2.5濃度數(shù)據(jù)。分析發(fā)現(xiàn)：在時(shí)間尺度上，PM2.5存在“U形”分布，即采暖季月均濃度明顯高于非采暖季?？梢哉J(rèn)為，冬季采暖引起的化石燃料燃燒是惡化大氣質(zhì)量的重要因素之一。

目前，已有研究表明大氣氧化驅(qū)動(dòng)的二次轉(zhuǎn)化是京津冀大氣污染積累過(guò)程中爆發(fā)式增長(zhǎng)的動(dòng)力。此外，也有學(xué)者通過(guò)霧霾形成機(jī)理和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)證實(shí)NOX和VOC是導(dǎo)致大氣氧化性增強(qiáng)，大量生成二次細(xì)顆粒，從而造成大氣霧霾現(xiàn)象的元兇。鑒于NOX主要來(lái)自化石燃料的燃燒，而VOC排放源較為分散；所以控制NOX的排放是治理冬季霧霾切實(shí)可行的措施。

圖1“2+26”城市月均PM2.5濃度

在討論供熱對(duì)大氣污染影響時(shí)，最終落腳點(diǎn)應(yīng)為單位采暖建筑面積對(duì)應(yīng)的污染物排放，它與單位采暖建筑面積需熱量和熱源輸出單位熱量所排放的污染物這兩個(gè)因素有關(guān)。其中單位采暖建筑面積需熱量與當(dāng)?shù)貧夂驐l件和建筑保溫性能相關(guān)，通過(guò)改善建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)性能、降低熱負(fù)荷需求可以從源頭減緩供熱對(duì)大氣環(huán)境造成的影響。另一方面，提高熱源效率、減少燃料燃燒產(chǎn)生的污染物排放也是改善大氣環(huán)境的重要手段。

下面針對(duì)采用不同燃料的供暖熱源，分別討論其單位供熱量的污染物排放強(qiáng)度。

2 不同熱源方式的污染物排放強(qiáng)度

2.1 污染物的直接排放與間接排放

2.1.1 直接排放與間接排放的定義

針對(duì)供熱導(dǎo)致的污染物排放，本文將其分為直接排放和間接排放兩類：其中直接排放即為熱源的在地實(shí)際排放，間接排放為采用遠(yuǎn)地（長(zhǎng)途輸送）熱源或熱源用電進(jìn)而在發(fā)電廠產(chǎn)生的排放。對(duì)于燃煤、燃?xì)忮仩t，它們?nèi)繉儆诋?dāng)?shù)刂苯优欧?；?duì)于電驅(qū)動(dòng)的供暖熱源，它們?nèi)繉儆陂g接排放。

然而對(duì)于熱電聯(lián)產(chǎn)，發(fā)電和產(chǎn)熱都消耗燃料，也都產(chǎn)生污染物。而目前，熱電廠之所以建在城市附近的目的就是供熱，因此在城市的熱電廠發(fā)電排放的污染也應(yīng)計(jì)入供熱排放中。對(duì)于當(dāng)?shù)氐臒犭娐?lián)產(chǎn)，由于全部燃料燃燒產(chǎn)生的污染物都在當(dāng)?shù)嘏欧牛远紝儆诋?dāng)?shù)刂苯优欧?，由此?dǎo)致單位供熱量直接排放強(qiáng)度大；對(duì)于電廠坐落地與供熱城市很遠(yuǎn)，熱量經(jīng)長(zhǎng)途輸送到城市，且兩地污染物不相關(guān)的情況，其全部燃料在異地燃燒，因而其產(chǎn)生的污染物都屬于間接排放。

把熱電聯(lián)產(chǎn)發(fā)電的排放都算入供熱當(dāng)?shù)嘏欧?；同時(shí)由于發(fā)電，減少了外地電廠的排放，所以要增加一個(gè)負(fù)的發(fā)電間接排放。

2.1.2 直接排放與間接排放的計(jì)算

本文對(duì)熱源排放因子的計(jì)算均落腳到單位供熱量排放強(qiáng)度（單位g/GJ）。

(1）直接排放強(qiáng)度

不同熱源的直接污染物排放強(qiáng)度可按照下式進(jìn)行計(jì)算：

其中：

在地排放總量為一個(gè)采暖季內(nèi)，NOX、SO2、粉塵等污染物在熱源當(dāng)?shù)赜捎谌剂先紵a(chǎn)生的全部排放量，單位為g。

供熱總量為一個(gè)采暖季內(nèi)，熱源向外供出的總熱量，單位為GJ。

不同熱源的單位供熱量直接排放強(qiáng)度可以通過(guò)調(diào)研實(shí)測(cè)方法獲?。罕疚膶?duì)我國(guó)部分熱電聯(lián)產(chǎn)和鍋爐房熱源的實(shí)際供熱量和污染物排放進(jìn)行了調(diào)研，同時(shí)對(duì)農(nóng)村生物質(zhì)及散煤熱源排放進(jìn)行實(shí)測(cè)。

此外，本文還依據(jù)國(guó)家和地方的火電廠和鍋爐排放相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)熱源的排放強(qiáng)度進(jìn)行折算。計(jì)算公式如（2）所示：

單位供熱量污染物直接排放強(qiáng)度=單位供熱量耗燃料量×單位燃料污染物排放量（2)

其中：

單位供熱量耗燃料量可依據(jù)熱源供熱效率確定，單位為g（燃料）/GJ或Nm3/GJ;

單位燃料污染物排放量可依據(jù)國(guó)家或地方相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中的電廠排放限值、鍋爐排放限值進(jìn)行計(jì)算，單位為g（污染物）/g（燃料）或g（污染物）/Nm3。

(2）間接排放強(qiáng)度

熱源由于用（發(fā)）電產(chǎn)生的污染物排放為間接排放，可按照下式進(jìn)行計(jì)算。

其中對(duì)間接排放總量區(qū)分為用電熱源（電熱泵等）和發(fā)電熱源（熱電聯(lián)產(chǎn)）進(jìn)行討論：

用電熱源（電熱泵等）單位供熱量間接排放強(qiáng)度按（4）計(jì)算：

用電熱源單位供熱量污染物間接排放強(qiáng)度=單位供熱量耗電量×單位發(fā)電耗燃料量×單位燃料排放量（4)

其中：

單位供熱量耗電量為熱源供出一份熱量所消耗的電力，單位為kWh/GJ;

考慮到我國(guó)電力是以煤電為主，因此將熱源用電按發(fā)電煤耗法折算到大型燃煤電廠，即單位發(fā)電耗燃料量取310gce/（kWh);

單位燃料排放量取值方法同上，單位為g（污染物）/gce。

發(fā)電熱源（熱電聯(lián)產(chǎn)）單位供熱量間接排放強(qiáng)度按（5）計(jì)算：

發(fā)電熱源單位供熱量污染物間接排放強(qiáng)度=-單位供熱量發(fā)電量×單位發(fā)電耗燃料量×單位燃料排放量（5)

值得注意的是，熱電聯(lián)產(chǎn)在供出熱量的同時(shí)供出了電量，因而其間接排放應(yīng)為負(fù)值。其中：

單位供熱量發(fā)電量為熱電聯(lián)產(chǎn)熱源供出一份熱量的同時(shí)所發(fā)出的電力，單位為kWh/GJ;

單位發(fā)電耗燃料量為熱電聯(lián)產(chǎn)熱源的發(fā)電煤耗（氣耗），單位為gce/（kWh）或Nm3/（kWh），在熱源處按分?jǐn)偡ㄓ?jì)算；

單位燃料排放量取值方法同上，單位為g（污染物）/gce或g（污染物）/Nm3。

2.2 燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)排放

燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)是目前北方城鎮(zhèn)采暖的主力熱源，本文對(duì)我國(guó)北方部分大型燃煤電廠（發(fā)電裝機(jī)普遍在300MW以上）在2015至2017年NOX、SO2和煙塵的排放因子進(jìn)行了調(diào)研，如圖2至圖4所示?？梢钥闯?，大型燃煤電廠單位煙氣污染物排放因子整體呈現(xiàn)逐年下降的趨勢(shì)，其中SO2和煙塵排放下降明顯。

圖2 實(shí)際部分大型燃煤熱電廠NOX煙氣排放因子

圖3 實(shí)際部分大型燃煤熱電廠SO2煙氣排放因子

圖4 實(shí)際部分大型燃煤熱電廠煙塵煙氣排放因子

同時(shí)，針對(duì)燃煤火電廠的污染物排放，現(xiàn)行的GB13223-2011《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)一般地區(qū)和重點(diǎn)地區(qū)均有相應(yīng)的排放限值；此外，國(guó)家發(fā)改委、能源局等十部委在《北方地區(qū)冬季清潔取暖規(guī)劃（2017-2021年）》也對(duì)燃煤超低排放機(jī)組做出了明確要求。

針對(duì)所調(diào)研的大型燃煤熱電廠，依據(jù)2.1節(jié)中的計(jì)算方法，計(jì)算它們?cè)?017年的單位供熱污染物直接排放和間接發(fā)電排放強(qiáng)度，結(jié)果如圖5至圖7所示。其中燃煤產(chǎn)生煙氣量按10.4m3/kgce計(jì)算（基準(zhǔn)含氧量6%，過(guò)量空氣系數(shù)1.40）。

負(fù)的間接發(fā)電排放因子絕對(duì)值越高表明熱電廠供出一份熱量的同時(shí)發(fā)出了更多的電量，從而產(chǎn)生了更多的污染物。以NOX排放因子為例，間接發(fā)電排放因子絕對(duì)值小的熱電廠其熱電比普遍在0.8～1.2，排放因子絕對(duì)值高的熱電廠其熱電比普遍在0.2左右。

直接排放因子高，一方面是由于熱電廠熱電比較低，導(dǎo)致供出單位熱量需要消耗更多燃料，從而排放更多污染物；另一方面是由于熱電廠本身單位煙氣中污染物濃度較高，即未做好尾氣處理工作。

可以發(fā)現(xiàn)，熱電聯(lián)產(chǎn)單位供熱直接污染物排放量與熱電比緊密相關(guān)。熱電比越低，即供出一份熱量的同時(shí)需要發(fā)出更多的電量，那么也就需要消耗更多的燃料，因而其單位供熱直接污染物排放強(qiáng)度要更高。目前，我國(guó)實(shí)際的燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)電廠熱電比一般在0.5～2.0之間。

圖5 調(diào)研熱電廠單位供熱NOX排放因子

圖6 調(diào)研熱電廠單位供熱SO2排放因子

圖7 調(diào)研熱電廠單位供熱煙塵排放因子

2.3 燃煤鍋爐房排放

燃煤鍋爐的實(shí)測(cè)結(jié)果發(fā)現(xiàn)：對(duì)于20t/h以下的小型燃煤鍋爐，由于較難上脫硫裝置，其排放濃度普遍較高，單位排煙量的SO2排放可以是80t/h鍋爐的2倍～3倍，顆粒物排放可以是后者的8倍～10倍；此外，小型鍋爐效率較低，單位供熱量排放的煙氣量很大，其整體污染物排放要高于大型燃煤鍋爐。近兩年隨著“藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)”的打響，多地開(kāi)展了清潔熱源替代小型燃煤鍋爐的行動(dòng)，燃煤鍋爐的整體排放情況得到改善。

同時(shí)，現(xiàn)行的GB13271-2014《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中對(duì)一般地區(qū)（在用）和重點(diǎn)地區(qū)的燃煤鍋爐排放限值做了相應(yīng)規(guī)定。

2.4 燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)排放

近年來(lái)，天然氣在我國(guó)電源結(jié)構(gòu)和城市集中熱源結(jié)構(gòu)中呈現(xiàn)上漲趨勢(shì)。對(duì)我國(guó)部分大型燃?xì)廨啓C(jī)2017年的實(shí)際排放調(diào)研發(fā)現(xiàn)，煙氣中NOX、SO2和煙塵的排放因子平均分別為14mg/m3、0.58mg/m3、0.87mg/m3煙氣；均遠(yuǎn)小于國(guó)標(biāo)限值，其中SO2排放因子能低至國(guó)標(biāo)的十分之一。

針對(duì)燃?xì)饣痣姀S的污染物排放，現(xiàn)行的GB13223-2011《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)天然氣鍋爐電源和天然氣燃?xì)廨啓C(jī)分別做出了規(guī)定。值得說(shuō)明的是，在電廠內(nèi)燃?xì)廨啓C(jī)單位燃?xì)獾奈廴疚锱欧乓蜃訒?huì)高于燃?xì)忮仩t，尤其是NOX的排放。這是因?yàn)槿細(xì)廨啓C(jī)的燃燒溫度高于燃?xì)忮仩t，所以會(huì)生成更多的熱力型氮氧化物。

2.5 燃?xì)忮仩t房排放

現(xiàn)行國(guó)標(biāo)（GB13271-2014）對(duì)燃?xì)忮仩t的排放限值相對(duì)寬泛，近年來(lái)隨著整體大氣治理要求的不斷提高，各地相繼出臺(tái)的污染物排放控制標(biāo)準(zhǔn)也在不斷升級(jí)：目前北京執(zhí)行的地標(biāo)（DB11-139-2015）總體上已嚴(yán)于歐洲鍋爐排放標(biāo)準(zhǔn)，接近最嚴(yán)格的美國(guó)南加州鍋爐排放標(biāo)準(zhǔn)。國(guó)標(biāo)一般地區(qū)（在用）與北京（新建）燃?xì)忮仩t在NOX排放上可有十余倍之差。為了實(shí)現(xiàn)低排放標(biāo)準(zhǔn)，燃?xì)忮仩t房一般需要采用多種節(jié)能減排技術(shù)措施。

圖8 北京部分燃?xì)忮仩tNOX排放強(qiáng)度

針對(duì)所調(diào)研的北京燃?xì)忮仩t房排放，依據(jù)2.1節(jié)中的計(jì)算方法，計(jì)算它們?cè)诮陙?lái)的單位供熱污染物直接排放強(qiáng)度，其中燃?xì)忮仩t房產(chǎn)生煙氣量按13.0m3/Nm3（基準(zhǔn)含氧量3.5%，過(guò)量空氣系數(shù)1.20）計(jì)算，結(jié)果如圖8至圖9所示。發(fā)現(xiàn)北京實(shí)際燃?xì)忮仩t排放均能滿足嚴(yán)格的地方標(biāo)準(zhǔn)。

2.6 生物質(zhì)及散煤熱源排放

近年來(lái)，生物質(zhì)作為可再生資源日益受到人們的重視。尤其是在農(nóng)村地區(qū)，利用木質(zhì)顆?；蜃魑锝斩掃M(jìn)行壓塊后替代散煤土暖氣供暖逐漸成為我國(guó)北方農(nóng)村地區(qū)清潔取暖的主要方式。本文對(duì)大型生物質(zhì)鍋爐和戶用生物質(zhì)采暖爐以及散煤土暖氣的排放因子進(jìn)行了實(shí)測(cè)，結(jié)果見(jiàn)表1。

圖9 北京部分燃?xì)忮仩tSO2排放強(qiáng)度

表1 生物質(zhì)及散煤熱源污染物排放因子

注：表中PM2.5為燃料燃燒排放的一次細(xì)顆粒物，不包含污染物在大氣中反應(yīng)生成的二次污染物。以上排放因子均為我國(guó)北方農(nóng)村的實(shí)測(cè)結(jié)果，其中NOX和SO2排放因子與燃料成分和采暖爐的燃燒情況有關(guān)，表1中秸稈壓塊單位熱量排放因子高于秸稈顆粒，主要是因?yàn)槎邔?shí)測(cè)地點(diǎn)不同，燃料成分和采暖爐燃燒情況有較大差異。

2.7 不同熱源方式的比較

以下對(duì)不同熱源方式的單位供熱量污染物排放分為發(fā)/用電間接排放和當(dāng)?shù)刂苯优欧胚M(jìn)行計(jì)算匯總。

依據(jù)2.1節(jié)所述計(jì)算方法，對(duì)調(diào)研樣本數(shù)目較多的熱源方式按熱量加權(quán)平均得到其實(shí)際排放強(qiáng)度。此外熱電聯(lián)產(chǎn)和鍋爐房還分別依據(jù)相關(guān)排放標(biāo)進(jìn)行折算：其中燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)（乏汽余熱充分回收）、燃?xì)廨啓C(jī)、燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)、燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)（回收部分煙氣余熱）的供熱效率取為55%、40%、23%、35%，即供出1GJ熱量分別需要62kgce燃料，71Nm3、124Nm3、82Nm3天然氣（天然氣熱值取35MJ/Nm3）；燃煤熱電比按1.6、發(fā)電煤耗按260gce/（kWh）（分?jǐn)偡ǎ?，上述燃?xì)鉄犭姳确謩e按1.1、0.5、0.7，發(fā)電氣耗分別按0.23Nm3/（kWh）、0.19 Nm3/（kWh）、0.18Nm3/（kWh）（分?jǐn)偡ǎ┯?jì)算，求得單位供熱量的直接排放和間接發(fā)電排放因子。燃煤鍋爐和燃?xì)忮仩t供熱效率分別按85%和90%計(jì)算，即供熱1GJ熱量需要40kgce燃料或31Nm3天然氣。

從表2、表3中可以看出：

1）熱電聯(lián)產(chǎn)的單位供熱直接排放強(qiáng)度高。這是因?yàn)槠湓诠┏鰺崃康耐瑫r(shí)還需要燃燒更多的燃料用于發(fā)電。熱電聯(lián)產(chǎn)的熱電比越低，單位熱量對(duì)應(yīng)的當(dāng)?shù)刂苯游廴疚锱欧帕吭礁?。但是?duì)比大型燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)和燃煤鍋爐，依據(jù)國(guó)標(biāo)重點(diǎn)地區(qū)排放限制折算出的NOX和煙塵/顆粒物的直接排放強(qiáng)度相差不大，這是因?yàn)椤痘痣姀S大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中對(duì)電廠鍋爐的排放要求比《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中對(duì)普通鍋爐的排放要求更嚴(yán)格；這表明了輸出相同熱量，熱電聯(lián)產(chǎn)和燃煤鍋爐的在地排放量相差不大，但熱電聯(lián)產(chǎn)同時(shí)還輸出了電力，對(duì)節(jié)能和減少大區(qū)域污染物排放做出貢獻(xiàn)。

表2 不同熱源方式的單位供熱量污染物排放因子（一）

注：(1)表中燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)調(diào)研最優(yōu)折算為考慮目前煙氣處理水平較高的電廠充分發(fā)掘供熱能力的情況下，其單位供熱量的排放強(qiáng)度；煙氣中污染物濃度取尾氣處理水平前10%的電廠的調(diào)研平均值，供熱效率取55%，熱電比按1.6計(jì)算。(2)表中燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)（深度回收余熱）調(diào)研最優(yōu)折算為考慮目前煙氣處理水平較高的電廠充分發(fā)掘供熱能力的情況下，其單位供熱量的排放強(qiáng)度；深度回收余熱是指利用基于降低熱網(wǎng)回水溫度的燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)余熱回收技術(shù)[9]，該技術(shù)能深度回收煙氣中的冷凝潛熱。煙氣中污染物濃度取北京某煙氣處理水平較高的燃?xì)怆姀S的調(diào)研值，供熱效率取50%，熱電比按1.2計(jì)算。

表3 不同熱源方式的單位供熱量污染物排放因子（二）

注：表中細(xì)顆粒物比煙塵/顆粒物范圍要小，PM10等顆粒物并未統(tǒng)計(jì)在內(nèi)。

2）對(duì)比燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)（調(diào)研最優(yōu)折算）和燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)（調(diào)研最優(yōu)折算），即在考慮了目前較好的煙氣處理水平和熱電廠余熱充分發(fā)掘的前提下，我們發(fā)現(xiàn)燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)的單位供熱NOX排放仍然高于燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)，而NOX與霧霾的產(chǎn)生關(guān)系更密切。這一方面是因?yàn)槿細(xì)廨啓C(jī)燃燒溫度高，會(huì)生成大量的熱力型NOX；另一方面燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)的熱電比較低：為了滿足供熱需求，供出相同的熱量，燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)需要發(fā)出更多的電量，也即要消耗更多的燃料，排放更多的污染物，同時(shí)還加劇了我國(guó)電力過(guò)剩的情況。此外，由于燃?xì)鉄犭姀S也在“以熱定電”模式運(yùn)行，喪失了對(duì)電力的調(diào)峰功能，并消耗了大量寶貴的天然氣資源。因而天然氣熱電聯(lián)產(chǎn)不適宜大規(guī)模推行。

3）天然氣鍋爐相比燃煤鍋爐，單位供熱污染物排放水平低，通過(guò)《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（重點(diǎn)地區(qū)）折算的SO2排放因子中，前者約為后者的四分之一；但在與霧霾更為相關(guān)的NOX排放上，二者處于同一量級(jí)。此外，在環(huán)保要求更為嚴(yán)苛的北京，燃?xì)忮仩t的實(shí)際污染物排放可以做到很低。

4）地源熱泵、空氣源熱泵由于從自然環(huán)境中取熱，供暖用能強(qiáng)度較低，污染物排放（按照COP折電后）也較低。

5）散煤土暖氣的單位供熱直接污染物排放量要遠(yuǎn)高于燃煤熱電廠和燃煤鍋爐，其NOX直接排放因子約為燃煤鍋爐（國(guó)標(biāo)重點(diǎn)地區(qū)）的三倍，一次細(xì)顆粒物更是后者的數(shù)十倍。這一方面是散煤土暖氣的供熱效率低，意味著滿足相同供熱需求需要消耗更多的燃料；另一方面是散燒煤的尾氣難以處理，因而其導(dǎo)致的污染物水平明顯偏高。

6）大型生物質(zhì)鍋爐和戶用生物質(zhì)采暖爐可以顯著降低SO2和細(xì)顆粒物的單位供熱排放量；但由于生物質(zhì)中含有一定量的氮元素，因而戶用生物質(zhì)采暖爐的NOX排放仍處于較高的水平。

3“2+26”城市群的供熱直接排放量

3.1 京津冀大氣污染傳輸通道的提出

目前，不少學(xué)者的研究表明霧霾的產(chǎn)生不僅和當(dāng)?shù)匚廴疚锱欧庞嘘P(guān)，還會(huì)受到周圍城市的影響。大氣污染呈現(xiàn)明顯的區(qū)域性特征，在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、人口集中的城市群，大氣污染不再局限于單個(gè)城市內(nèi)，城市間大氣污染變化過(guò)程呈現(xiàn)明顯的同步性，區(qū)域性污染特征十分顯著。

因此，在治理大氣污染問(wèn)題上，區(qū)域城市間應(yīng)協(xié)同合力，做到聯(lián)防聯(lián)控。環(huán)保部在2016年6月20日發(fā)布的《京津冀大氣污染防治強(qiáng)化措施（2016-2017）》（以下簡(jiǎn)稱《強(qiáng)化措施》）中規(guī)定了20個(gè)傳輸通道城市（以下簡(jiǎn)稱“2+18”城市）：北京，天津，河北省石家莊、唐山、保定、廊坊、滄州、衡水、邯鄲、邢臺(tái)，山東省濟(jì)南、淄博、聊城、德州、濱州，河南省鄭州、新鄉(xiāng)、鶴壁、安陽(yáng)、焦作。這是傳輸通道首次出現(xiàn)在大眾視野，但其實(shí)區(qū)域聯(lián)防聯(lián)控在北京環(huán)保工作中早就被提出：在“2+18”城市提出之前，2015年就提出了“2+4”城市，這指的是京津冀核心區(qū)6市：北京+廊坊和保定、天津+唐山和滄州。

而后在2017年3月23日，環(huán)保部發(fā)布的《京津冀及周邊地區(qū)2017年大氣污染防治工作方案》（以下簡(jiǎn)稱《工作方案》）確定實(shí)施范圍為京津冀大氣污染傳輸通道共計(jì)28個(gè)城市（以下簡(jiǎn)稱“2+26”）。其中所提到的傳輸通道城市比此前還多了8個(gè)，分別是河南省濮陽(yáng)、開(kāi)封市，山東省濟(jì)寧、菏澤市，山西省太原、陽(yáng)泉、長(zhǎng)治、晉城市。

3.2 傳輸通道城市PM2.5相關(guān)性分析

以下對(duì)《工作方案》中確定的28個(gè)城市的大氣污染相關(guān)性進(jìn)行分析：依據(jù)中國(guó)空氣質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)分析平臺(tái)（真氣網(wǎng)https://）整理得到28個(gè)城市從2013年12月至2018年11月的月均PM2.5數(shù)據(jù)，進(jìn)一步計(jì)算出“2+26”城市之間的皮爾遜相關(guān)系數(shù)。

分析顯示“2+26”城市在PM2.5污染上整體相關(guān)性較強(qiáng)，但在內(nèi)部不同城市之間的相關(guān)性也存在差別。對(duì)于地理位置相近的城市，他們之間的相關(guān)性要明顯高些。以北京為例，它與毗鄰的廊坊（相關(guān)系數(shù)0.913）、唐山（相關(guān)系數(shù)0.872）和天津（相關(guān)系數(shù)0.867）高度正相關(guān)，但與地理位置相距較遠(yuǎn)的晉城（相關(guān)系數(shù)0.531）、濟(jì)寧（相關(guān)系數(shù)0.589）和長(zhǎng)治（相關(guān)系數(shù)0.620）相關(guān)程度較弱。

為更好地描述這一問(wèn)題，我們對(duì)這28個(gè)城市進(jìn)行聚類分析。按大氣污染相關(guān)性強(qiáng)弱，可將28個(gè)城市細(xì)分到六個(gè)小城市群：A（北京、廊坊、天津、唐山、滄州），B（石家莊、保定、邢臺(tái)、邯鄲、安陽(yáng)），C（衡水、德州、聊城、濮陽(yáng)、菏澤），D（濱州、淄博、濟(jì)南、濟(jì)寧），E（開(kāi)封、鶴壁、鄭州、新鄉(xiāng)、焦作），F(xiàn)（太原、陽(yáng)泉、長(zhǎng)治、晉城）。為保證城市群在地理上的連續(xù)性，將部分周邊城市并入小城市群進(jìn)行分析：其中晉中并入F城市群，泰安、萊蕪并入D城市群。

將這些高相關(guān)性小城市群在地圖上中標(biāo)出，如圖10所示。發(fā)現(xiàn)京廣線沿線城市群（保定、石家莊、邢臺(tái)、邯鄲、安陽(yáng)）和京九線沿線城市群（衡水、德州、聊城、菏澤）內(nèi)部大氣污染相關(guān)性較高。

圖1 0“2+26”及部分周邊城市大氣污染聚類城市群

3.3 各區(qū)域冬季供熱的直接排放量

按照前文的相關(guān)分析，把京津冀大氣污染傳輸通道城市群分為六個(gè)小城市群，其中小城市群內(nèi)部PM2.5污染相關(guān)關(guān)系較為緊密，假設(shè)污染影響僅發(fā)生在小城市群內(nèi)部，不同小城市群之間相互影響小，可以忽略。對(duì)上述六個(gè)小城市群供熱導(dǎo)致的直接排放進(jìn)行相加，作為供熱對(duì)這個(gè)區(qū)域的大氣環(huán)境影響。

如圖11所示，為2016年清潔供暖改造工程之前六個(gè)小城市群（行政區(qū)域）單位面積的各類污染物排放量，城市群內(nèi)部柱形依次為NOX、SO2、城鎮(zhèn)煙塵和農(nóng)村細(xì)顆粒物排放情況，其中NOX、SO2總排放量由城鎮(zhèn)和農(nóng)村累加表示。同時(shí)，認(rèn)為污染物擴(kuò)散能力與空間成正比，因此用每個(gè)區(qū)域單位面積排放強(qiáng)度來(lái)評(píng)價(jià)這一地區(qū)的污染物排放強(qiáng)度。

可以看出，在NOX排放上，A城市群（北京、廊坊、天津、唐山、滄州）要遠(yuǎn)高于B、C、D、E城市群，略高于F城市群（太原、陽(yáng)泉、長(zhǎng)治、晉城、晉中）。其中，A城市群主要是城鎮(zhèn)排放的NOX偏高，而F城市群則是農(nóng)村供熱排放偏高。在SO2排放上，同樣是A城市群略高于F城市群，明顯高于其他城市群。在城鎮(zhèn)煙塵排放上，A城市群高于其他城市群，但總體排放強(qiáng)度不高。在農(nóng)村細(xì)顆粒物排放上，六個(gè)城市群的單位面積排放量均偏高。

以下分別對(duì)各城市群進(jìn)行分析：

A城市群（北京、廊坊、天津、唐山、滄州）：在該城市群中，由于北京、天津供熱面積大，其熱負(fù)荷需求也較高，因而其抬升了該城市群的單位土地面積污染物總排放量。因此，為改善該區(qū)域供熱對(duì)大氣環(huán)境的影響，應(yīng)該一方面提高建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)性能降低熱負(fù)荷需求，另一方面充分挖掘電廠和工業(yè)余熱潛力用于供熱，并在熱源側(cè)做好尾氣處理工作，也就是執(zhí)行更嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)可以考慮從區(qū)域外（例如張家口地區(qū)）引熱入京，替代域內(nèi)熱源，降低城內(nèi)污染。此外，減少農(nóng)村地區(qū)的細(xì)顆粒物和NOX排放也是工作重點(diǎn)。

B城市群（石家莊、保定、邢臺(tái)、邯鄲、安陽(yáng)）：在該城市群中，農(nóng)村供熱產(chǎn)生的污染物已經(jīng)高于城鎮(zhèn)供熱導(dǎo)致的直接污染物，應(yīng)優(yōu)先治理農(nóng)村地區(qū)的細(xì)顆粒物和NOX排放，利用生物質(zhì)壓塊顆?；驘犸L(fēng)型空氣源熱泵等清潔方式替代散煤土暖氣取暖，周邊有條件的可以考慮采用電廠或工業(yè)余熱進(jìn)行供暖。

C城市群（衡水、德州、聊城、濮陽(yáng)、菏澤）：該城市群與B城市群類似，應(yīng)優(yōu)先治理農(nóng)村地區(qū)的細(xì)顆粒物和NOX排放。

D城市群（濱州、淄博、濟(jì)南、濟(jì)寧、泰安、萊蕪）：該城市群農(nóng)村細(xì)顆粒和NOX排放強(qiáng)度較高，應(yīng)優(yōu)先治理。

圖11? 小城市群冬季采暖形成的單位面積直接污染物排放

E城市群（開(kāi)封、鶴壁、鄭州、新鄉(xiāng)、焦作）：該城市群農(nóng)村供熱產(chǎn)生的NOX和SO2約為城鎮(zhèn)供熱產(chǎn)生的3～4倍，同時(shí)農(nóng)村細(xì)顆粒物也偏高，須優(yōu)先重點(diǎn)治理農(nóng)村供熱污染物排放。

F城市群（太原、陽(yáng)泉、長(zhǎng)治、晉城、晉中）：該城市群與E城市群類似，應(yīng)優(yōu)先重點(diǎn)治理農(nóng)村供熱污染物排放。

4 清潔供熱相關(guān)對(duì)策

對(duì)大氣污染分析發(fā)現(xiàn)，在冬天采暖季各類污染物均呈現(xiàn)上漲趨勢(shì)，明顯高于非采暖季。除了氣候條件對(duì)此產(chǎn)生的影響外，我國(guó)北方冬天采暖導(dǎo)致的污染物排放也是惡化大氣質(zhì)量的關(guān)鍵因素。如何降低供熱產(chǎn)生的各類污染物排放總量應(yīng)該是清潔供暖最終要解決的問(wèn)題。在對(duì)不同熱源方式單位供熱量產(chǎn)生的污染物排放強(qiáng)度和“2+26”城市群供熱產(chǎn)生的污染物分析的基礎(chǔ)上，本文對(duì)清潔供熱相關(guān)對(duì)策有以下幾點(diǎn)建議：

1）改善建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)性能，從源側(cè)降低熱負(fù)荷需求；同時(shí)減少供熱各環(huán)節(jié)的能源損失，“節(jié)約下的能源是最清潔的能源”。

2）充分挖掘熱電聯(lián)產(chǎn)供熱潛力，盡可能多地對(duì)電廠余熱進(jìn)行回收，提高供給側(cè)熱電比，減少供熱導(dǎo)致的直接污染物排放。避免新建燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)對(duì)城市進(jìn)行供熱，因?yàn)槠錈犭姳容^低，供應(yīng)相同熱量產(chǎn)生的直接污染物排放強(qiáng)度高。對(duì)于已有燃?xì)鉄犭姀S，應(yīng)改為電力調(diào)峰模式，同時(shí)挖掘煙氣余熱潛力供熱，提高熱電比。

3）對(duì)于燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)供熱潛力不足的城市，可以考慮跨區(qū)域的長(zhǎng)途輸熱。例如已完成的太原古交長(zhǎng)距離輸熱工程，利用距離太原市約40km的古交興能電廠向太原市供熱，供熱面積可達(dá)8000萬(wàn)m2，能有效降低太原市的污染。從污染物排放治理角度看，長(zhǎng)輸輸熱是非常有效的措施。

4）由于大氣具有流動(dòng)性，污染物可以從一個(gè)城市擴(kuò)散到另一個(gè)城市；因而對(duì)大氣污染的治理，區(qū)域城市間應(yīng)協(xié)同合力、做到聯(lián)防聯(lián)控。分析發(fā)現(xiàn)北京的霧霾污染與天津、廊坊、唐山等地具有較強(qiáng)的相關(guān)性，因而把相鄰城市高污染方式導(dǎo)致的排放量降下來(lái)起到的改善作用要比治理北京一些低排放污染源更為有效。

5）重點(diǎn)治理農(nóng)村散煤燃燒導(dǎo)致的污染物排放，尤其是一次細(xì)顆粒物排放。對(duì)“2+26”城市群供熱導(dǎo)致的污染物排放分析發(fā)現(xiàn)，農(nóng)村供熱產(chǎn)生的一次細(xì)顆粒物是目前很多城市的主要污染物。