任秀麗 李明君 王燕 劉海燕

火電環(huán)評(píng)氮氧化物評(píng)價(jià)因子的思考

任秀麗 李明君 王燕 劉海燕

在火電環(huán)評(píng)中，NO2的占標(biāo)率在所有污染物中通常最大，是火電環(huán)評(píng)重點(diǎn)關(guān)注的污染物?！董h(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3095—2012）中新增了NOx的濃度限值，新標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施后，火電環(huán)評(píng)氮氧化物評(píng)價(jià)中應(yīng)選取NO2還是NOx作為評(píng)價(jià)因子成為眾多火電環(huán)評(píng)從業(yè)者關(guān)心的問(wèn)題。本文針對(duì)這一問(wèn)題設(shè)計(jì)了相關(guān)實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行對(duì)比研究，提出在山體高度大于200 m的復(fù)雜地形條件下，火電環(huán)評(píng)中應(yīng)增加NOx小時(shí)濃度以及占標(biāo)率的評(píng)價(jià)。

環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)；火電環(huán)評(píng)；氮氧化物；評(píng)價(jià)因子

《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3095—2012）于2012年2月29日正式發(fā)布，將于2016年1月1日起在全國(guó)范圍實(shí)施。目前，部分重點(diǎn)區(qū)域已經(jīng)根據(jù)國(guó)務(wù)院《關(guān)于推進(jìn)大氣污染聯(lián)防聯(lián)控工作改善區(qū)域空氣質(zhì)量的指導(dǎo)意見(jiàn)》提前實(shí)施。在火電環(huán)評(píng)中，已經(jīng)開(kāi)始使用新標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行空氣質(zhì)量的預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià)。

新舊標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比及問(wèn)題提出

目前在火電環(huán)評(píng)中，通常采用二氧化硫（SO2）、二氧化氮（NO2）和可吸入顆粒物（PM10）作為評(píng)價(jià)因子。對(duì)比《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3095—2012）和《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3095—1996）中這三種污染物的濃度限值，SO2取消了三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，其余沒(méi)有變化；可吸入顆粒物取消了三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的年均濃度限值變嚴(yán)；NO2取消了三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)全部變嚴(yán)，一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)小時(shí)濃度限值放寬。

變化最大的是繼2000年發(fā)布修改單取消《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3095—1996）中氮氧化物（NOx）的標(biāo)準(zhǔn)后，此次又重新增加了NOx的標(biāo)準(zhǔn)。這一變化引起眾多火電環(huán)評(píng)從業(yè)者的思考，對(duì)于氮氧化物評(píng)價(jià)中應(yīng)選取NO2還是NOx作為評(píng)價(jià)因子也是眾說(shuō)紛紜。本文將就這一問(wèn)題設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)并進(jìn)行探討。

氮氧化物評(píng)價(jià)因子對(duì)比實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

本文選用《環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則 大氣環(huán)境》推薦的AERMOD模式，分別選取NO2和NOx作為評(píng)價(jià)因子進(jìn)行大氣環(huán)境預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià)，進(jìn)行對(duì)比研究。污染源信息和氣象信息保持不變，設(shè)定簡(jiǎn)單地形、復(fù)雜地形兩種情景，分別計(jì)算各情景下NO2和NOx小時(shí)濃度、日均濃度、年均濃度及相應(yīng)占標(biāo)率。

模式相關(guān)參數(shù)及預(yù)測(cè)方案如下：

1. 污染源強(qiáng)：采用某實(shí)際項(xiàng)目的污染源數(shù)據(jù)。

2. 地形數(shù)據(jù)：采用中國(guó)區(qū)90米精度航天飛機(jī)雷達(dá)地形測(cè)繪任務(wù)（STRM）數(shù)據(jù)，模擬區(qū)域中北部存在較高的山體，高度725 m。

3. 地面氣象資料：采用當(dāng)?shù)貧庀笳?011年1月1日至2011年12月31日地面氣象資料。風(fēng)向、風(fēng)速、氣溫為逐日逐時(shí)數(shù)據(jù)；總云量、低云量為每日2時(shí)、8時(shí)、14時(shí)、20時(shí)數(shù)據(jù)。

4. 高空氣象資料：采用中尺度數(shù)值模式MM5模擬生成，把全國(guó)共劃分為149×149個(gè)網(wǎng)絡(luò)，分辨率為27 km×27 km。該模式采用的原始數(shù)據(jù)有地形高度、土地利用、陸地-水體標(biāo)志、植被組成等數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)源主要為美國(guó)的USGS數(shù)據(jù)。原始?xì)庀髷?shù)據(jù)采用NCEP/NCAR再分析數(shù)據(jù)。

5. 評(píng)價(jià)范圍：X方向[-9000，7000]；Y方向[-8000，8000]。

6. 評(píng)價(jià)區(qū)域網(wǎng)格設(shè)置：以廠址為中心，步長(zhǎng)為200 m的大尺度網(wǎng)格；在最大落地濃度點(diǎn)范圍內(nèi)，步長(zhǎng)為50 m的加密網(wǎng)格。同時(shí)計(jì)算7個(gè)環(huán)境空氣保護(hù)目標(biāo)點(diǎn)。

7. NO2/NOx參數(shù)：計(jì)算NO2濃度時(shí)，考慮NO2的化學(xué)反應(yīng)，NO2/ NOx= 0.9。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論

＞＞火電行業(yè)是氮氧化物排放大戶。過(guò)多的氮氧化物排放會(huì)形成光化學(xué)煙霧和酸雨，造成土壤和水體污染。

簡(jiǎn)單地形：在預(yù)測(cè)方案中，勾選“不考慮地形影響（采用平坦地形）”選項(xiàng)，默認(rèn)各網(wǎng)格點(diǎn)和關(guān)心點(diǎn)的地面高程為0，分別進(jìn)行NO2和NOx的模擬。分析模擬結(jié)果發(fā)現(xiàn)，簡(jiǎn)單地形下NO2和NOx的濃度分布完全一致，兩者只存在大小差異，并且所有網(wǎng)格點(diǎn)和關(guān)心點(diǎn)的濃度均無(wú)超標(biāo)現(xiàn)象，最大占標(biāo)率10.11%。各關(guān)心點(diǎn)及網(wǎng)格點(diǎn)的NO2小時(shí)濃度、日均濃度、年均濃度最大值出現(xiàn)時(shí)間以及位置均與NOx一致。簡(jiǎn)單地形下NO2小時(shí)濃度占標(biāo)率、日均濃度占標(biāo)率、年均濃度占標(biāo)率全部大于NOx，即NO2達(dá)標(biāo)NOx必然達(dá)標(biāo)。計(jì)算NO2濃度與NOx濃度的比值，發(fā)現(xiàn)NO2濃度約等于NOx濃度的0.9倍，這與模型設(shè)定的平衡態(tài)NO2在NOx中的占比基本一致；計(jì)算NO2占標(biāo)率與NOx占標(biāo)率的比值，發(fā)現(xiàn)NO2占標(biāo)率約等于NOx占標(biāo)率的1.125倍，這是因?yàn)樾聵?biāo)準(zhǔn)中NO2濃度限值恰好是NOx濃度限值的0.8倍。

復(fù)雜地形：取消“不考慮地形影響（采用平坦地形）”選項(xiàng)，其他模型參數(shù)全部保持不變，再次進(jìn)行模擬。結(jié)果表明，對(duì)于關(guān)心點(diǎn)，兩次的模擬結(jié)果非常接近。最大濃度數(shù)值、出現(xiàn)時(shí)間以及占標(biāo)率均與簡(jiǎn)單地形相差不大；NO2小時(shí)濃度占標(biāo)率、日均濃度占標(biāo)率、年均濃度占標(biāo)率全部大于NOx。對(duì)于網(wǎng)格點(diǎn)，則出現(xiàn)了較大差異。網(wǎng)格點(diǎn)最大值出現(xiàn)時(shí)間、點(diǎn)位以及濃度值均不同于簡(jiǎn)單地形，NO2小時(shí)濃度占標(biāo)率為76.79%，NOx小時(shí)濃度最大占標(biāo)率為112.16%，出現(xiàn)超標(biāo)情況。將復(fù)雜地形中NO2和NOx的占標(biāo)率進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)日均、年均濃度占標(biāo)率仍然是NO2大于NOx，其比值依然符合簡(jiǎn)單地形下算出的比例關(guān)系，約為1.125。但是小時(shí)濃度的占標(biāo)率卻出現(xiàn)了NOx大于NO2的情況。這一極端情況出現(xiàn)的概率不高，所以未對(duì)日均、年均濃度占標(biāo)率NO2大于NOx的結(jié)果產(chǎn)生影響。

統(tǒng)計(jì)NOx占標(biāo)率大于NO2占標(biāo)率出現(xiàn)的點(diǎn)位，發(fā)現(xiàn)其地面高程在250～300 m，與煙囪高度（210 m）加上煙氣抬升高度以后的高度相當(dāng)。這一高度容易造成煙羽撞山，出現(xiàn)極端數(shù)值。有學(xué)者對(duì)這一極端情況做過(guò)研究，指出AERMOD大氣預(yù)測(cè)模型比較簡(jiǎn)單，在計(jì)算大氣污染擴(kuò)散的過(guò)程中存在不完善之處，遇到山體時(shí)煙羽僅做了相對(duì)簡(jiǎn)化的分層處理，造成煙羽撞山，與實(shí)際情況有一定差異。

氮氧化物評(píng)價(jià)因子結(jié)論及展望

1. 在簡(jiǎn)單地形條件下，NO2小時(shí)濃度占標(biāo)率、日均濃度占標(biāo)率以及年均濃度占標(biāo)率全部大于NOx，并且存在簡(jiǎn)單比例關(guān)系。因此新標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施后，簡(jiǎn)單地形條件下的火電環(huán)評(píng)中仍可以沿用以前的評(píng)價(jià)方案，只以NO2作為評(píng)價(jià)因子即可滿足大氣環(huán)境影響評(píng)價(jià)的要求。

2. 在復(fù)雜地形的網(wǎng)格點(diǎn)，NO2的日均、年均濃度占標(biāo)率大于NOx，仍然符合簡(jiǎn)單比例關(guān)系；但是小時(shí)濃度的占標(biāo)率卻出現(xiàn)了NOx大于NO2的極端情況。這一極端情況出現(xiàn)的概率不高，所以沒(méi)能對(duì)日均、年均濃度占標(biāo)率NO2大于NOx的結(jié)果產(chǎn)生影響。建議在山體高度大于200 m的復(fù)雜地形條件下，火電環(huán)評(píng)中增加NOx小時(shí)濃度以及占標(biāo)率的評(píng)價(jià)。

3. 由于目前現(xiàn)狀監(jiān)測(cè)通常只給出NO2濃度，難以獲取NOx的背景值，因此對(duì)于敏感點(diǎn)，未考慮背景值疊加后的對(duì)比。今后在條件允許的情況下，應(yīng)進(jìn)行更進(jìn)一步的研究和探討。

中國(guó)電力工程顧問(wèn)集團(tuán)華北電力設(shè)計(jì)院工程有限公司科標(biāo)業(yè)項(xiàng)目“大氣預(yù)測(cè)模式中存在的主要問(wèn)題及其解決方案研究”（K2013-P01）

劉海燕，中國(guó)電力工程顧問(wèn)集團(tuán)華北電力設(shè)計(jì)院工程有限公司教授級(jí)高工；任秀麗，中國(guó)電力工程顧問(wèn)集團(tuán)華北電力設(shè)計(jì)院工程有限公司高級(jí)工程師；李明君、王燕，中國(guó)電力工程顧問(wèn)集團(tuán)華北電力設(shè)計(jì)院工程有限公司。