城市能源與大氣環(huán)境耦合模型建立及在北京的應(yīng)用研究.pdf

1、能源供給與大氣環(huán)境是現(xiàn)代城市發(fā)展面臨的兩大重要問題。北京市屬于能源資源短缺地區(qū)，能源自給率低，大部分能源都由外省市提供，隨著經(jīng)濟的快速增長，能源需求逐年增大，能源供給、能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化與調(diào)整成為北京市政府關(guān)注的一個重要問題。研究發(fā)現(xiàn)城市大氣環(huán)境不僅與工業(yè)生產(chǎn)、人民生活相關(guān)，同時與城市能源活動息息相關(guān)。因此建立城市能源與大氣環(huán)境耦合模型系統(tǒng)，研究城市能源消耗與大氣環(huán)境間的互動關(guān)系，優(yōu)化管理城市能源結(jié)構(gòu)，控制大氣污染排放，改善大氣環(huán)境質(zhì)量，對

2、促進(jìn)經(jīng)濟發(fā)展、提升城市競爭力、改善城市人居環(huán)境具有重要意義。
　　 本文建立了北京及周邊地區(qū)MM5-CAMx-PSAT耦合大氣環(huán)境質(zhì)量模型，對北京市SO2、PM10大氣環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行了來源分析研究，定量分析了北京周邊省市、北京市各地理分區(qū)、北京市各行業(yè)、北京市行業(yè)-地區(qū)綜合排放源對北京市大氣環(huán)境質(zhì)量的影響，篩選出了對北京市大氣環(huán)境質(zhì)量影響較大的本地主要行業(yè)、主要地區(qū)和主要行業(yè)-地區(qū)綜合排放源。
　　 基于北京市SO2貢獻(xiàn)來

3、源分析結(jié)果，建立4種SO2減排情景分別對全市、本地主要行業(yè)、本地主要地區(qū)、本地主要行業(yè)-地區(qū)進(jìn)行等量減排，應(yīng)用MM5-CAMx耦合模型系統(tǒng)對減排后北京市SO2大氣環(huán)境質(zhì)量的改善情況進(jìn)行模擬預(yù)測。模擬預(yù)測結(jié)果表明，通過優(yōu)先或重點控制減排主要區(qū)域和主要行業(yè)的SO2排放將有效改善北京市SO2大氣環(huán)境質(zhì)量，達(dá)到減排量相同而空氣質(zhì)量改善量最大的最優(yōu)結(jié)果。在對減排模擬預(yù)測結(jié)果、經(jīng)濟投入、技術(shù)可行性的綜合分析的基礎(chǔ)上，提出了北京市改善SO2大氣環(huán)境質(zhì)

4、量的近期和遠(yuǎn)期減排控制方案。
　　 建立了城市敏感源篩選方法，并基于此提出了減排控制方案的制定原則。在篩選城市敏感源的過程中，提出了城市主要貢獻(xiàn)源、城市減排效率較大的源和城市敏感源的概念。城市主要貢獻(xiàn)源是CESCR（累計貢獻(xiàn)率）≥80％的城市排放源；城市減排效率較大的源是CRUER（污染物單位排放率的大氣環(huán)境質(zhì)量貢獻(xiàn)率）≥ACRUER(城市平均CRUER)的排放源；城市敏感源即同時滿足以上兩個條件的排放源。依據(jù)城市敏感源篩選方法

5、對北京市行業(yè)、地區(qū)以及行業(yè)-地區(qū)綜合敏感源進(jìn)行了篩選，并根據(jù)篩選結(jié)果分別制定了減排控制方案。城市敏感源篩選，可以為不同層次和不同目標(biāo)的城市大氣環(huán)境質(zhì)量控制方案的制定提供科學(xué)、全面的依據(jù)，該方法具有推廣示范意義。
　　 應(yīng)用偏最小二乘法(PLS)進(jìn)行了北京市主要能源消費量的中長期預(yù)測，同時采用VaR(ValueatRisk)風(fēng)險評估法對北京市中長期能源需求預(yù)測結(jié)果的不確定性進(jìn)行了分析。通過構(gòu)建能源消耗量、能源成本、大氣污染排放量、

6、大氣污染貢獻(xiàn)濃度之間的影響關(guān)系，建立了北京市能源-大氣雙目標(biāo)優(yōu)化管理模型。利用先進(jìn)的MM5-ARPS-CMAQ耦合模型系統(tǒng)對北京市PM10大氣環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行了模擬分析，建立了各行業(yè)污染排放-貢獻(xiàn)濃度響應(yīng)關(guān)系，為建立雙目標(biāo)城市能源-大氣優(yōu)化管理模型提供基礎(chǔ)參數(shù)。與單目標(biāo)優(yōu)化模型相比北京市能源-大氣雙目標(biāo)優(yōu)化管理模型綜合考慮了能源成本和PM10貢獻(xiàn)濃度的優(yōu)化問題，在不同限制條件下均取得了較好的優(yōu)化效果，得到了北京市能源成本和PM10貢獻(xiàn)濃度的