吳凱檳，彭旭東，楊秀芳，朱振輝，姜遠剛，陳利華

(1.國網(wǎng)電力科學(xué)研究院，湖北 武漢 430074;2.華北電力大學(xué)，河北 保定 071003;3.長沙新奧遠大能源服務(wù)有限公司，湖南 長沙 410100;4.泰格林紙集團職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 岳陽 414000)

0 引言

近期霧霾天氣突發(fā)籠罩了我國各省市多個地區(qū)。國際通行的空氣監(jiān)測指標PM2.5達到嚴重污染的程度，這和我國過往粗放式的能源結(jié)構(gòu)密不可分［1］。十八大后建設(shè)“美麗中國”，大力推動清潔能源生產(chǎn)和消費已然成為未來經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的重要保障［2］。

1 PM2.5指標爆表的影響

根據(jù)中國環(huán)境監(jiān)測總站的全國城市空氣質(zhì)量實時發(fā)布平臺顯示，北京、河北、山東等多地空氣質(zhì)量達嚴重污染，PM2.5指數(shù)直逼最大值，中國PM2.5污染情況如圖1所示。

PM2.5是指大氣中直徑小于或等于2.5 μm的顆粒物，直徑不到人的頭發(fā)絲的1/20大小，不易被阻擋。雖然PM2.5只是地球大氣成分中含量很少的組分，但它與較粗的大氣顆粒物相比，粒徑小，富含大量的有毒、有害物質(zhì)且在大氣中的停留時間長、輸送距離遠，因而對人體健康和大氣環(huán)境質(zhì)量影響更大［3］。

圖1 中國PM2.5污染情況

環(huán)境方面主要是PM2.5導(dǎo)致城市人為能見度下降，產(chǎn)生陰霾天氣。大氣能見度主要是由大氣顆粒物對光的散射和吸收決定的。在大氣氣溶膠中，主要是粒徑為0.1～1.0 μm的顆粒物通過對光的散射而降低物體與背景之間的對比度，從而降低能見度［4］。在這一粒徑范圍的顆粒物中，含有 SO4－2的粒子和含有的粒子最易散射可見光，而在大多數(shù)地區(qū)，硫和氮為所觀察到的二次PM2.5的主要組分。PM2.5對光的吸收效應(yīng)幾乎全部是由碳黑(也稱元素碳)和含有碳黑的顆粒物造成的。SOA對光化學(xué)煙霧、酸雨、臭氧層破壞等都有關(guān)。大氣中的物理化學(xué)變化復(fù)雜，PM2.5的間接影響也許更多，更嚴重。

因此國際上主要發(fā)達國家以及亞洲的日本、泰國、印度等均將PM2.5列入空氣質(zhì)量標準［5］。2012年以前，PM2.5尚未被列入我國環(huán)境空氣質(zhì)量指標;經(jīng)過此次事件以后，政府勢必將加大減排力度，這也將進一步促進我國的可持續(xù)發(fā)展［6］。

2 PM2.5大氣污染原因分析與解決路徑

2.1 原因分析

根據(jù)中科院公布的“大氣灰霾追因與控制”專項組的最新研究結(jié)果，1月份我國中東部地區(qū)發(fā)生的強霾污染物化學(xué)組成，是英國倫敦1952年煙霧事件和上世紀40至50年代美國洛杉磯光化學(xué)煙霧事件污染物的混合體，并疊加了我國特色的沙塵氣溶膠［7］。

但是，正所謂冰凍三尺非一日之寒，過去30年粗放型經(jīng)濟增長模式帶來的高污染問題并不是短時間內(nèi)就能夠扭轉(zhuǎn)的。特別是在進入工業(yè)化中后期之后，新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展剛剛起步，經(jīng)濟發(fā)展在很大程度上依舊依賴傳統(tǒng)高能耗、高排放行業(yè)的背景下，我國的環(huán)保事業(yè)走得舉步維艱［8］。以氮氧化物減排為例，“十二五”期間，氮氧化物減排目標是下降10%，由于2011年氮氧化物排放量同比上升了5.73%，因此盡管去年超額完成了目標，但今后三年氮氧化物減排壓力［9］依舊巨大。

近20年，我國能源消費總量持續(xù)增長，原煤消費比重一直維持在70%上下，原油在20%上下。2011年中國一次能源消費總量達34.8億噸標準煤，同比增長7.1%。其中原煤占68.4%，原油占18.6%，天然氣占 5%，水電、核電、風(fēng)電等僅占8%［10］。

圖2 2011年中國能源一次能源消費比例

圖3 2011年世界能源一次能源消費比例

由圖2、圖3可知，我國的能源結(jié)構(gòu)極不平衡，與世界能源結(jié)構(gòu)相比，存在著很大差距［11］。我國的能源消費絕大部分集中在煤炭這一種能源上，煤炭的燃燒排放大量的污染物，這也是PM2.5接連爆表的主因。

2.2 解決路徑

2.2.1 解決路徑的具體措施

要想從根本上緩解PM2.5的污染，需從以下幾方面入手:

(1)制定嚴格的監(jiān)控體系

世衛(wèi)組織認為，通過采取連續(xù)、持久的污染控制措施可從根本上控制PM2.5。

自上世紀70～80年代開始，歐美國家開始發(fā)布量化指標限制空氣中顆粒物的濃度。雖然在初期，歐美國家制定的空氣質(zhì)量準則對顆粒物的限定比較籠統(tǒng)，沒有對顆粒物的大小進行細分，但隨著時間的推移這些國家對PM2.5濃度已經(jīng)提出了更為嚴格的限定標準。

但由于我國不同地區(qū)空氣污染特征、經(jīng)濟發(fā)展水平和環(huán)境管理要求差異較大，新增指標監(jiān)測要開展硬件和軟件的一系列準備工作，因此目前在全國范圍內(nèi)立即開展PM2.5監(jiān)測工作還有一定難度，需要逐步推開。

(2)完善配套治理措施，加快產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級，切實控制PM2.5濃度

我國宜在技術(shù)、制度、資金等方面研究出臺適當(dāng)?shù)呐涮字卫泶胧?，參照國外已有的技術(shù)標準和管理經(jīng)驗，降低環(huán)境執(zhí)法的難度和空氣凈化的成本。具體措施有:

(a)改變?nèi)剂蠘?gòu)成

在大氣污染聯(lián)防聯(lián)控重點區(qū)域積極推進使用清潔能源，對城區(qū)重污染企業(yè)實施搬遷和節(jié)能環(huán)保技術(shù)改造。改變?nèi)剂蠘?gòu)成，選用低硫燃料，對重油和煤炭進行脫硫處理，并同時注重對太陽能、氫燃料、地?zé)岬刃履茉撮_發(fā)和利用，以達到節(jié)能減排的目的。

(b)提高環(huán)境準入門檻

在重點區(qū)域?qū)嵤└訃栏竦拇髿馕廴疚锱欧艠藴侍貏e限值，禁止新建、擴建除熱電聯(lián)產(chǎn)以外的燃煤電廠、鋼鐵廠、水泥廠、大力發(fā)展環(huán)保產(chǎn)業(yè)。

(c)深化污染減排

推進電力行業(yè)和鋼鐵、石化等非電行業(yè)二氧化硫減排治理。加快燃煤機組脫硝設(shè)施建設(shè)，加強水泥行業(yè)氮氧化物治理。

(d)工業(yè)合理布局

改變工業(yè)的布局形式，使工業(yè)布局盡可能的合理，可方便污染物的擴散，利于工廠之間互相利用廢氣，從而減少廢氣排放量。

(3)控制大氣污染源

減少PM2.5在大氣中的含量從根本上來說是控制大氣污染源。控制大氣污染源包括減少污染物的產(chǎn)生和治理凈化已產(chǎn)生的污染物兩個方面。主要措施有:

(a)合理利用能源;

(b)利用凈化裝置去除煙塵和各種工業(yè)粉塵;(c)利用物理、化學(xué)方法凈化尾氣中的有害成分;

(d)回收利用有用物質(zhì);

(e)加強監(jiān)督管理，減少事故性排放和無組織排放;

(4)實行區(qū)域集中供熱和加快實施更為嚴格的汽車排放標準

2.2.2 長期內(nèi)的重點發(fā)展方向

從長期來看，大力發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟和綠色發(fā)展才是應(yīng)對環(huán)境污染、實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的根本出路。

在世界能源消費結(jié)構(gòu)中，石油、天然氣和煤是三種最主要的能源消費品種，三者所占比重相當(dāng);與世界相比，我國天然氣所占比重差距甚大，我國只有4%左右的比例，而世界的比重卻達到了23.8%;雖然我國的電能占比最近提升較快，但與世界相比，仍然存在一定的差距，世界平均水平已經(jīng)達到了12%，而我國還低于這個水平3個百分點左右。長期來看，化石燃料仍將是我國能源的主要來源，但其比重將逐步降低。實現(xiàn)減排目標需要從三方面入手，一方面增加非化石能源比重，一方面還需推動化石能源低碳化。另一方面，如何盡快提升天然氣、電以及新能源等在能耗結(jié)構(gòu)中的比重，是我國要解決的長期問題［12］。

十八大報告中提出了到2020年GDP相比2010年翻番目標，意味著2010～2020年間GDP年平均增速約為7.2%，三大產(chǎn)業(yè)電力消費也將伴隨經(jīng)濟持續(xù)增長。在未來工業(yè)生產(chǎn)和居民生活中，大氣污染的降低必定稱為城鎮(zhèn)化發(fā)展的要點之一，具有良好環(huán)保性能的能源也將得到大規(guī)模的推廣和應(yīng)用［13］。

3 具有良好環(huán)保性能的能源

3.1 具有良好環(huán)保性能的能源種類

具有良好環(huán)保性能的能源種類主要有:天然氣分布式能源、太陽能光伏分布式能源、風(fēng)力分布式能源、生物質(zhì)分布式能源等。根據(jù)用戶需求不同，則可分為電力單供、熱電聯(lián)產(chǎn)方式(CHP)和熱電冷三聯(lián)產(chǎn)(CCHP)等方式［14］。

天然氣分布式能源:是指以天然氣為燃料，它的煙氣中含H20多、CO2少、無 SOX、NOX，排放物相當(dāng)環(huán)保。通過冷熱電三聯(lián)供等方式實現(xiàn)能源的梯級利用，綜合能源利用效率在70%以上，并在負荷中心就近實現(xiàn)能源供應(yīng)的現(xiàn)代能源供應(yīng)方式，是天然氣高效利用的重要方式［15］。

太陽能分布式能源［16］:目前太陽能的利用形式主要有光熱利用、光伏發(fā)電利用和光化學(xué)轉(zhuǎn)換三種形式。光熱利用具有低成本，方便，利用效率較高等優(yōu)點，但不利于能量的傳輸，一般只能就地使用，而且輸出能量形式不具備通用性。光化學(xué)轉(zhuǎn)換在自然界中以光合作用的形式普遍存在，但目前人類還不能很好地利用。光伏發(fā)電利用以電能作為最終表現(xiàn)形式，具有傳輸極其方便的特點，在通用性、可存儲性等方面具有前兩者無法替代的優(yōu)勢。

生物質(zhì)分布式能源［17］:生物質(zhì)能的利用主要有直接燃燒、熱化學(xué)轉(zhuǎn)換和生物化學(xué)轉(zhuǎn)換等3種途徑。而從能源當(dāng)量上看，生物質(zhì)能是僅次于煤炭、石油和天然氣，位列第四的能源，存量豐富且可以再生;在所有新能源中，生物質(zhì)能與現(xiàn)代的工業(yè)化技術(shù)和目前的現(xiàn)代化生活有最大的兼容性，它在不必對已有的工業(yè)技術(shù)做任何改進的前提下即可以替代常規(guī)能源，對常規(guī)能源有最大的替代能力。

風(fēng)力分布式能源的主要應(yīng)用形式［18］:風(fēng)力提水:風(fēng)力提水從古至今一直得到較普遍的應(yīng)用;風(fēng)力發(fā)電:利用風(fēng)力發(fā)電已越來越成為風(fēng)能利用的主要形式，由于風(fēng)能自身清潔、環(huán)保特點，受到各國的高度重視。

3.2 分布式能源的其他優(yōu)越性

(1)節(jié)省輸變電投資

分布式發(fā)電裝置直接安置于用戶近旁，由于輸電距離短，沒有或僅有很低的輸配電損耗，無需建設(shè)配電站，可避免或延緩增加輸配電成本。

(2)供電可靠性提高

由于在用戶近旁直接安置的分布式能源系統(tǒng)的動力裝置相互獨立，用戶可自行控制，與大電網(wǎng)并聯(lián)運行，可有效降低電力負荷波動對大電網(wǎng)的影響，減少發(fā)生嚴重事故的可能;電網(wǎng)一旦發(fā)生故障，分布式能源系統(tǒng)可以保證用戶的供電不受影響，避免一些災(zāi)難性后果的發(fā)生。因此，分布式能源系統(tǒng)與大電網(wǎng)配合，可大大地提高整個能源系統(tǒng)尤其是電力系統(tǒng)的運行可靠性，在電網(wǎng)崩潰和意外災(zāi)害情況下，可維持重要用戶的供電可靠性。

(3)滿足特殊場合的需求

對無法架設(shè)電網(wǎng)的西部等邊遠地區(qū)或分散的用戶，對供電安全穩(wěn)定性要求較高的醫(yī)院、銀行等特殊用戶，能源需求較為多樣化的用戶，這種供能方式最大的優(yōu)點是可進行遙控和監(jiān)測區(qū)域電力質(zhì)量和性能，輸電損失少，運行安全可靠，并可按需求方便、靈活地利用透平排氣熱量實現(xiàn)熱電聯(lián)產(chǎn)或熱、電、冷三聯(lián)產(chǎn)，提高能源利用率。

(4)為能源的綜合梯級利用提供了可能

當(dāng)用戶不僅僅需要電力，而且需要其它能量形式如冷能和熱能的供應(yīng)時，相同數(shù)量的電能能量品位最高，熱能品位較低，僅通過電力來滿足上述多種能源需要顯然是不經(jīng)濟的。而分布式能源系統(tǒng)可在某一個小的范圍內(nèi)實現(xiàn)熱、電、冷三聯(lián)產(chǎn)，既克服了冷能和熱能無法遠距離傳輸?shù)睦щy，又為能源的綜合梯級利用提供了可能，具有較高的能源利用率。

(5)為可再生能源的利用開辟了新的途徑

相對于化石能源而言，可再生能源能流密度較低、分散性強，而且目前的可再生能源利用系統(tǒng)規(guī)模小、能源利用率較低，用于集中供能是不現(xiàn)實的。我國可再生能源資源豐富，發(fā)展可再生能源是減少環(huán)境污染及替代化石能源的有效措施。因此，為充分利用資源豐富的可再生能源發(fā)電，方便安全地向偏僻、缺能地區(qū)供電，建設(shè)可再生能源與分布式能源結(jié)合系統(tǒng)應(yīng)受到高度重視［19］。

4 分布式能源發(fā)展面臨重大的歷史機遇

《我國國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十二個五年規(guī)劃綱要》提出:以構(gòu)建安全穩(wěn)定經(jīng)濟清潔的現(xiàn)代能源產(chǎn)業(yè)體系為目標，調(diào)整優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，推動能源生產(chǎn)和利用方式變革等能源發(fā)展新要求。

在國家《能源發(fā)展“十二五”規(guī)劃》中提出“大力發(fā)展分布式能源”:統(tǒng)籌傳統(tǒng)能源、新能源和可再生能源的綜合利用，按照自用為主、富余上網(wǎng)、因地制宜、有序推進的原則，積極發(fā)展分布式能源，實現(xiàn)分布式能源與集中供能系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展。

(1)積極發(fā)展天然氣分布式能源。根據(jù)常規(guī)天然氣、煤層氣、頁巖氣供應(yīng)條件和用戶能量需求，重點在能源負荷中心，加快建設(shè)天然氣分布式能源系統(tǒng)。統(tǒng)籌天然氣和電力調(diào)峰需求，合理選擇天然氣分布式利用方式，實現(xiàn)天然氣和電力優(yōu)化互濟利用。加強天然氣分布式利用技術(shù)研發(fā)，提高技術(shù)裝備自主化水平。

(2)大力發(fā)展分布式可再生能源。根據(jù)資源特性和用能需求，加快風(fēng)能、太陽能、小水電、生物質(zhì)能、海洋能、地?zé)崮艿瓤稍偕茉吹姆植际介_發(fā)利用。因地制宜在農(nóng)村、林區(qū)、牧區(qū)、海島積極推進分布式可再生能源建設(shè)，解決偏遠地區(qū)生活用能問題。

(3)營造有利于分布式能源發(fā)展的體制政策環(huán)境。將分布式能源納入電力和供熱規(guī)劃范疇，加強配套電網(wǎng)和熱力網(wǎng)建設(shè)。創(chuàng)新體制機制，研究制定分布式能源標準，完善分布式能源價格機制和產(chǎn)業(yè)政策，努力實現(xiàn)分布式發(fā)電直供及無歧視、無障礙接入電網(wǎng)。

發(fā)揮分布式能源資源分布廣、技術(shù)利用形式多樣、能源產(chǎn)品豐富、可滿足多樣化能源需求的特點，充分利用當(dāng)?shù)氐姆植际侥茉促Y源，采用綜合利用、多能互補的方式，按照分散布局、就近利用的原則，建立適應(yīng)分布式可再生能源發(fā)展的市場機制和電力運行管理體制，通過建設(shè)綜合性示范項目，加快分布式可再生能源應(yīng)用，不斷擴大分布式可再生能源在本地能源消費中的比重。

(a)綠色能源示范縣。在分布式可再生能源資源豐富地區(qū)，開展綠色能源示范縣建設(shè)，建立完善的綠色能源利用體系。到2015年，建成200個綠色能源示范縣和1000個太陽能示范村。

(b)新能源示范城市。選擇可再生能源資源豐富、城市生態(tài)環(huán)保要求高、經(jīng)濟條件相對較好的城市，采取統(tǒng)一規(guī)劃、規(guī)范設(shè)計、有序建設(shè)的方式，支持在城市及各類產(chǎn)業(yè)園區(qū)推進太陽能、生物質(zhì)能、地?zé)崮艿刃履茉醇夹g(shù)的綜合應(yīng)用。到2015年，建設(shè)100個新能源示范城市及1000個新能源示范園區(qū)。

(c)新能源微電網(wǎng)示范工程。按照“因地制宜、多能互補、靈活配置、經(jīng)濟高效”的原則，到2015年，建成30個新能源微電網(wǎng)示范工程。

5 結(jié)論

通過對國內(nèi)PM2.5污染的思考，發(fā)現(xiàn)污染源主要來自于火電燃煤排放，當(dāng)前亟待改變的是中國粗獷的能源發(fā)展模式;基于分布式能源可梯級利用、潔凈環(huán)保等諸多優(yōu)點，政府已提出了諸多對分布式能源的鼓勵政策和措施，可以預(yù)見，隨著國家落實分布式能源的相關(guān)法律法規(guī)，市場機制的不斷健全，分布式能源一定會在我國蓬勃的發(fā)展。

發(fā)展分布式能源是一個整合優(yōu)化現(xiàn)有能源系統(tǒng)，取長補短，達到整體平和的解決方案。它從電力供應(yīng)、環(huán)境治理、節(jié)能、采暖、制冷和熱力供應(yīng)多個環(huán)節(jié)實現(xiàn)總體優(yōu)化整合，通過一條全新的思路來解決我國面臨的能源與環(huán)境的挑戰(zhàn)。

［1］劉現(xiàn)志，曹揚.分布式發(fā)電并聯(lián)接入微網(wǎng)的控制技術(shù)研究綜述［J］.電網(wǎng)與清潔能源，2011，27(5):40 －46.

［2］歐陽翚，牛銘.基于不同控制策略的微網(wǎng)仿真［J］.電網(wǎng)與清潔能源，2011，27(3):19 －24.

［3］Cristiane Degobbi;Fernanda D.T.Q.S.Lopes;Regiani Carvalho－Oliveira，and etc.Correlation of fungi and endotoxin with PM2.5 and meteorological parameters in atmosphere of Sao Paulo，Brazil.Atmospheric environment［J］.2011，45(13):74－80.

［4］張靠禮，華志強，王媛，等.含分布式發(fā)電系統(tǒng)的配電網(wǎng)無功優(yōu)化研究［J］.電網(wǎng)與清潔能源，2011，27(4):22 －25.

［5］廖琴，張志強，曲建升.國際PM2.5排放標準及其實施情況比較分析［J］.環(huán)境污染與防治，2012，34(10):95－99.

［6］劉利華，解決分布式電源接入后三相一次重合閘應(yīng)用問題的研究［J］.電網(wǎng)與清潔能源，2012.28(9):34－36.

［7］施曉暉，徐祥德.北京及周邊氣溶膠區(qū)域影響與大霧相關(guān)特征的研究進展［J］.地球物理學(xué)報，2012，55(10):3230－3239.

［8］畢建剛，張濤，王峰，等.基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的變電站分布式智能在線監(jiān)測技術(shù)［J］.電網(wǎng)與清潔能源，2012，28(11):52－60.

［9］嚴剛，燕麗.“十二五”我國大氣顆粒物污染防治對策［J］.環(huán)境可持續(xù)發(fā)展，2011(5):20－23.

［10］莊園，賀海，楊曉慧，等.基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的變電站分布式智能在線監(jiān)測技術(shù)［J］.電網(wǎng)與清潔能源，2012，28(11):52－60.

［11］彭斯震，張九天.中國2020年碳減排目標下若干關(guān)鍵經(jīng)濟指標研究［J］.中國人口:資源與環(huán)景2012，22(5):27－31.

［12］蘇毅，杭乃善，盧橋，等.太陽能光伏燈具與智能電網(wǎng)并網(wǎng)的探討［J］.電網(wǎng)與清潔能源，2013，29(1):82－86.

［13］李文革，張國輝.供電企業(yè)電力營銷管理總體策略研究［J］.中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2011(5):137.

［14］蔣潤花，楊曉西，楊敏林.內(nèi)燃機分布式冷熱電聯(lián)供技術(shù)應(yīng)用及發(fā)展趨勢［J］.節(jié)能技術(shù)，2012，30(2):127－130.

［15］胡文斌，華賁.分布式能源站在我國的推廣前景及對策分析［J］.科技進步與管理，2004(12):119－120.

［16］于先坤.太陽能發(fā)電在新農(nóng)村中的應(yīng)用探討［J］.節(jié)能技術(shù)，2011，29(6):556 －559.

［17］魏延軍，秦德帥，常永平.30 MW生物質(zhì)直燃發(fā)電項目及其效益分析［J］.節(jié)能技術(shù)，2012，30(3):278 －281.

［18］林宗虎.風(fēng)能及其利用［J］.自然雜志，2009，30(6):309－314.

［19］王墨南，陶莉，平星星，等.城市建筑冷熱電能源提供模式的探討［J］.節(jié)能技術(shù)，2012，30(2):151 －154.