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2016年11月,国务院办公厅发布《控制污染物排放许可制实施方案》[1],提出要“将排污许可制建设成为固定污染源环境管理的核心制度”。2017年6月,生态环境部发布《固定污染源排污许可分类管理名录(2017年版)》[2],确定了排污许可证核发的实施路线图。按照规定,火电行业在2017年6月底前完成首批排污许可证核发工作。在排污许可证管理过程中,如何科学、合理对排污企业核定排污许可量,是固定点源污染物排放管理的依据,对于许可证制度的顺利实施具有重要意义。从目前国际上对于排污许可证、碳排放权等初始核定的经验来看,主要包括历史排放法、行业基准线法等主要方法[3-6],见表1。
根据生态环境部发布的《火电行业排污许可证申请与核发技术规范》[7],燃煤电厂主要依据排放绩效法开展许可排放量的核定,因此,如已完成超低排放改造企业,依据超低排放绩效要求进行核定。而上海在国家要求的基础上,基于环境质量改善的需求,提出了更为严格的核定要求,根据上海市环保局《关于印发上海市固定污染源重点污染物许可排放量核定规则(试行)的通知(沪环保总〔2016〕200号)》[6],燃煤电厂主要依据达标前提下的历史排放法开展许可排放量的核定,因此,如已完成超低排放改造的上海燃煤电厂,按照其超低排放改造后的实际排放量进行核定。对比国家和上海市对于排污许可证的核定规则,不难发现,国家推荐采用基于行业排放标准的基准线法[8],上海市则采用基于达标前提下的历史排放总量的核定方法,要求比国家更为严格,但也可能会存在不够公平与效率等问题。
实际上,在碳排放权交易中,基于历史排放绩效水平制定的基准线法通常是火电行业的首选考虑。张宁等[9]基于天津市2014 a15家主要发电企业的32台发电机组数据,展开不同情景的基准线对天津市电力行业碳减排的适用性分析,结果表明,在数据和统计基础较好、产品单一的行业采用基准线法进行配额分配,有利于碳市场资源的公平、合理配置,可有效促进区域电力行业低碳发展。常莎莎等[10]基于沈阳市 72 家供热企业的调研数据,核算分析了不同热源形式的碳排放强度,在考虑当地行业特征的前提下设置了6种基准线情景,并最终选择技术领先前40%企业情景下的基准值作为当地热力行业的碳排放基准线。为此,本研究以上海10家市管公用燃煤电厂为例,采用情景分析法,制定基于历史排放绩效水平的基准线,对第一许可年的许可排放量进行重新模拟核定,并将许可量与实际排放量进行对比,分析不同基准线设定对电厂的影响,为上海未来优化火电行业乃至其他行业的排污许可证核定规则提供参考借鉴。
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上海10家市管公共燃煤电厂均为装机容量大于300 MW以上的机组,共24台机组,总装机容量13 300 MW,2017 a平均发电小时数为4 440 h。按照国家规定,2017 a底前上海10家市管公共燃煤电厂已全部完成超低排放改造。计算排放绩效所需的污染物实际排放量数据来自上海市环境监测中心,发电量数据来自国家电网公司华东分部,许可排放量数据来自全国排污许可证管理信息平台。排放绩效计算见式(1)。
式(1)中,E.*?>=>ij为某企业j的某种污染物i排放绩效,g/kW·h;P.*?>=>ij为某企业j的某种污染物i年排放量,g;D.*?>=>j为某企业j的年发电量,kW·h。
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一般来说,基准线的设定主要依据“最佳实践法”(Best Practice)和“最佳可获得技术法”(Best Available Technology)2种原理确定。典型的基准线法基于“最佳实践法”的原则,基本思路是将不同企业(设施)同种产品的单位产品排放由小到大进行排序,选择其中前10%位作为基准线(也可以选取前30%位或行业平均值,这个比例并不是固定的)。欧盟碳交易系统第三阶段开始就将对免费配额的部分推行基于“最佳实践法”的基准线分配方法,欧盟委员会制定了52种产品基准线。美国加州碳交易市场的免费配额也是基于这种基准线法,基准线值等于不同企业单位产品碳排放平均值的90%,共制定了18个行业中28个产品的基准值。新西兰碳交易市场对工业行业的分配则基于单位产值的碳强度:对适度碳密集型行业,以行业单位产值碳强度的60%为基准线获得配额;对高碳密集型行业,以行业单位产值碳强度的90%为基准线获得配额[11]。
另一种相对简化的基准线分配方法基于“最佳可获得技术”的原则,即根据企业(设施)可获得的最优技术确定单位产品(产值)基准线。美国《清洁水法》[12]对该核定方法的规制最为周全,主要通过现行最佳实用控制技术(BPT)、经济可达的最佳可行技术(BAT)、最佳常规污染物控制技术(BCT)和新源执行标准(NSPS)等构成美国的水污染物排污许可限值的技术基础,旨在根据不同类型污染物、新旧点源等制定SO.*?>=>2的不同严格程度、适用不同阶段的技术标准,既考虑了不同时期的环境保护要求,又考虑到企业的经济成本,科学又务实,在实践中效果良好。“最佳可获得技术”更适用于容易确定最优技术的工业行业设定基准线[13]。
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参考国际上基准线设定方法,同时结合上海公用燃煤电厂的实际情况,考虑到其产品结构单一,在线监测污染排放数据较为可靠,超低排放改造也已完成,因此,本研究参考“最佳实践法”,设定火电行业不同基准线,以基于历史排放数据的排放绩效作为基准线参考,考虑4种情景设定方式,见图1。
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考虑到2016、2017 a燃煤电厂均处于超低排放改造过程,且2016 a污染物排放绩效高于2017 a,故弱减排情景下,取2016~2017 a上海10家市管公用燃煤电厂单位发电量污染物排放的加权平均值作为许可排放量核定的基准线,同时乘以每家电厂第一许可年的发电量,模拟得到每家电厂第一许可年的许可排放量。
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取2017 a上海10家市管公用燃煤电厂单位发电量污染物排放的加权平均值作为许可排放量核定的基准线,同时乘以每家电厂第一许可年的发电量,模拟得到每家电厂第一许可年的许可排放量。
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取2017 a上海10家市管公用燃煤电厂排名前50%单位发电量污染物排放绩效的加权平均值作为许可排放量核定的基准线,同时乘以每家电厂第一许可年的发电量,模拟得到每家电厂第一许可年的许可排放量。
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2018 a上海PM.*?>=>2.5年均浓度达到36 μg/m3,根据上海市环境科学研究院《长三角地区战略环境影响评价上海子课题大气环境影响评价专题终期成果报告》,2035 a如上海空气质量达到25 μg/m3[14],则需在2015 a基础上各类污染物减排率至少达到50%。按照目前情况,10家燃煤电厂2017 a实际排放量已分别在2015 a基础上,颗粒物减排60.6%,SO.*?>=>2减排69.7%,NO.*?>=>x减排37.4%。因此,考虑到电厂已开展超低排放改造,未来已不太可能开展大规模减排工作,且当前颗粒物、SO.*?>=>2已在2015 a基础上减排超过50%,如果上海空气质量中长期目标为25 μg/m3,下一步重点应放在NO.*?>=>x减排。按照核定许可量在2015年基础上颗粒物、SO.*?>=>2以及NO.*?>=>x各减排50%进行推算,与之匹配的许可量核定原则为:颗粒物、SO.*?>=>2排放绩效基准线根据2016和2017 a加权平均水平来进行设定,NO.*?>=>x排放绩效基准线则达到2017 a前50%加权平均水平,在此基础上,乘以每家电厂第一许可年的发电量,模拟得到每家电厂第一许可年的许可排放量。
1.1. 研究对象
1.2. 基准线设定方法
1.3. 情景分析法
1.3.1. 弱减排情景
1.3.2. 中度减排情景
1.3.3. 强减排情景
1.3.4. 综合减排情景
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经过本研究核算,第一许可年实际情景下,10家市管公共燃煤电厂第一个许可年的颗粒物许可量是实际排放量的3.63倍,SO.*?>=>2许可量是实际排放量的2.49倍,NO.*?>=>x许可量是实际排放量的1.48倍。第一许可年颗粒物排放绩效为0.006 g/kW·h,仅为超低排放绩效的1/3左右;SO.*?>=>2排放绩效为0.040 g/kW·h,仅为超低排放绩效的1/3左右;NO.*?>=>x排放绩效为0.071 g/kW·h,约为超低排放绩效的40%左右。且3种污染物排放绩效均远低于美国新建、扩建燃煤电厂基于热量输入及能量(电量)输出的污染物质量排放限值要求[15-16]见表2。上海公共燃煤电厂污染物排放绩效平均水平已处于国际先进水平,未来如继续按照达标前提下的实际排放量核定许可排放量,可能对先期减排工作做得好的企业造成不公平。
弱减排情景下,10家公共燃煤电厂颗粒物、SO.*?>=>2和NO.*?>=>x排放绩效分别选取0.011、0.061和0.095 g/kW·h作为基准线,开展许可排放量的初始分配。此种情景下,十家电厂第一许可年的颗粒物许可总量为676 t,为实际排放量的1.29倍;SO.*?>=>2许可总量为3 835 t,为实际排放量的1.50倍;NO.*?>=>x许可总量为5 985 t,为实际排放量的1.32倍,见表3。与此同时,由于采用基准线法进行分配,实际排放绩效高于基准线的电厂,如不开展相应减排措施,其实际排放量会大于许可排放量,弱减排情景下,20%的电厂颗粒物实际排放量高于许可排放量,30%的电厂SO.*?>=>2实际排放量高于许可排放量,30%的电厂NO.*?>=>x实际排放量高于许可排放量,见表4。总体来看,弱减排情景下,10家燃煤电厂排污许可总量依然大于实际排放量,但与现有历史排放法分配的许可量相比,排放空间有所压缩,但火电行业总体减排压力并未明显上升,且采用基准线法后,对排放绩效相对较差的企业形成减排约束,而排放绩效相对较好的企业则起到鼓励作用,待上海空气质量达标,污染物减排压力相对减轻,应更多考虑公平效率,对大部分电厂来说,维持超低排放改造后的稳定排放即能满足实际排放量小于许可排放量的要求,弱减排情景可作为排污许可规则优化的首选考虑。
中度减排情景下,10家公共燃煤电厂颗粒物、SO.*?>=>2和NO.*?>=>x排放绩效分别选取0.004、0.033和0.063 g/kW·h作为基准线,开展许可排放量的初始分配。此种情景下,10家电厂第一许可年的颗粒物许可总量为389 t,为实际排放量的0.74倍;SO.*?>=>2许可总量为2879 t,为实际排放量的1.13倍;NO.*?>=>x许可总量为4 984 t,为实际排放量的1.10倍。另外,在中度减排情景下,50%的电厂颗粒物实际排放量高于许可排放量,40%的电厂SO.*?>=>2实际排放量高于许可排放量,50%的电厂NO.*?>=>x实际排放量高于许可排放量。同时,如未能采取有效减排措施,将近有50%的电厂面临许可排放量大于实际排放量的风险。该初始分配方法对颗粒物的减排要求较高,但目前本市所有燃煤机组均已安装高效除尘装置,实现超低排放,因此,颗粒物进一步减排难度较大,考虑到当前污染物减排重点为NO.*?>=>x,故该情景下设定的排污许可规则与实际管理需求匹配性较差。
强减排情景下,10家公共燃煤电厂颗粒物、SO.*?>=>2和NO.*?>=>x排放绩效分别选取0.004、0.033和0.063 g/kW·h作为基准线,开展许可排放量的初始分配,代表上海最好水平的某电厂2017 a颗粒物、SO.*?>=>2和NO.*?>=>x排放绩效为0.004、0.033 g和0.044 g/kW·h,强减排情景下颗粒物及SO.*?>=>2排放绩效已基本与代表上海最好水平的某电厂2017年排放绩效水平持平。此种情景下,10家电厂第一许可年的颗粒物许可总量为253 t,为实际排放量的0.48倍;SO.*?>=>2许可总量为2 082 t,为实际排放量的0.82倍;NO.*?>=>x许可总量为3 959 t,为实际排放量的0.88倍。另外,在中度减排情景下,60%的电厂颗粒物实际排放量高于许可排放量,50%的电厂SO.*?>=>2实际排放量高于许可排放量,70%的电厂NO.*?>=>x实际排放量高于许可排放量。该初始分配方法对污染物减排要求极高,颗粒物还需在现有基础上减排52%、SO.*?>=>2还需减排18%、NO.*?>=>x还需减排12%,考虑到2017 a底前10家公用燃煤电厂均已完成超低排放改造,进一步大规模减排工作难度较大,存在技术层面的可行性问题,短时间内突破较难,且对于电厂来说,刚完成超低排放改造又进一步加压,政策的不稳定和不连续也会对电厂造成困扰。同时,如未能采取有效减排措施,超过50%的电厂面临许可排放量大于实际排放量的风险。因此,该情景下无论是政策层面还是技术层面,都存在较大的不确定性,实际应用的价值不大。
综合减排情景下,10家公共燃煤电厂颗粒物、SO.*?>=>2和NO.*?>=>x排放绩效分别选取0.011、0.061和0.063 g/kW·h作为基准线,开展许可排放量的初始分配,该情景基于空气质量改善的需求,更侧重NO.*?>=>x的减排考虑。此种情景下,10家电厂第一许可年的颗粒物许可总量为676 t,为实际排放量的1.29倍;SO.*?>=>2许可总量为3 835 t,为实际排放量的1.50倍;NO.*?>=>x许可总量为3 959 t,为实际排放量的0.88倍。另外,在综合减排情景下,20%的电厂颗粒物实际排放量高于许可排放量,30%的电厂SO.*?>=>2实际排放量高于许可排放量,70%的电厂NO.*?>=>x实际排放量高于许可排放量。该初始分配方法主要基于PM.*?>=>2.5浓度达到25 μg/m3的目标设定,对NO.*?>=>x减排要求较为严格,颗粒物和SO.*?>=>2方面仅对个别排放绩效相对落后的企业形成约束。中长期空气质量目标如要达到25 μg/m3,可结合综合减排情景,通过排污许可核定规则的优化达到公平效率推进减排的效果。
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本研究以燃煤电厂为例,探讨现有基于历史排放法的核定规则向基于历史排放绩效的基准线法核定规则转变的可能性,结果显示,对于产品结构单一的火电行业,具备采用基于历史排放绩效的基准线法开展许可排放量初始分配的基础,同时也可结合环境质量改善目标,达到通过排污许可证核发促进环境质量改善的目的。
1)当前上海空气质量尚未达标的情况下,基于超低排放改造后的历史排放法相比国家要求更加严格,更有利于上海减排工作的推进和空气质量达标目标的实现。
2)上海空气质量达标后,应在落实减排工作的同时,兼顾公平与效率,可考虑排污许可证核定规则由历史排放法逐步转向基于历史排放绩效的基准线法,且基准线的取值可参考弱减排情景,未来可与排污权交易结合。
3)上海中长期空气质量目标如要达到25 μg/m3,则应更多考虑大力推进NO.*?>=>x的减排,排污许可证核定规则的基准线法取值可参考综合减排情景。
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上海所采用的基于达标前提下的历史排放法核定原则严于国家相关要求,此原则核定的许可排放量形成的排放总量约束可促进企业不断推进减排工作,但对于行业内排放绩效较好的企业,如要进一步减排,一方面可能成本效益不明显,同时可能对先进减排企业造成不公平。基准线法可有效避免“鞭打快牛”,对排放绩效落后的企业会形成相对较大的减排压力,但当前基于排放标准的基准线法相对宽松,应进一步根据同一行业企业历史排放水平、产品产量等制定基于历史排放绩效的基准线。从技术层面来说,对于单一产品企业如火电行业,具备此类基于历史排放绩效的基准线法核定许可排放量的技术基础,但从当前实际情况来看,类似火电行业产品结构单一、且排放监测数据可靠的行业相对较少,综合考虑上海环境质量管理需求及企业的排放数据管理基础,历史排放法核定规则依然为上海排污许可证核定规则的首选,但应尽早启动基于历史排放绩效的基准线法研究,兼顾公平与效率,并由易及难,逐步由产品种类单一行业扩大至产品种类复杂行业,促进高质量发展。