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最新研究 | 卫星数据揭示中国煤电厂连续排放监测系统数据夸大减排成效

2018-7-26 09:33 来源: 能源大嘴 |作者: 大嘴君

近日,美国国家科学院院刊(PNAS)刊登了一篇题为《量化评估中国煤电厂执行更严格的二氧化硫排放标准的情况(Quantifying coal power plant responses to tighter SO2 emissions standards in China)的论文。
 

最新研究


论文摘要提到,通过比较煤电厂连续排放监测系统(CEMS)报告的数据和美国国家航空和宇宙航行局(NASA)的卫星数据,发现在现有煤电厂在执行更严格的大气污染物排放标准(《火电厂大气污染物排放标准(GB13223-2011)》)起始日期,也就是2014年7月1日后,虽然煤电厂CEMS显示SO2排放浓度大幅下降,但是卫星数据显示的SO2减排幅度仅为煤电厂CEMS报告的一半。这一结论吸引了大嘴君的眼球,并将要点摘录编译如下。

编者注:

连续排放监测系统(CEMS)是排污单位安装自动监测设备并自行监测主要污染物,自动监测设备与环境保护主管部门联网,监测数据传输上报环境保护主管部门[1]。 本研究所分析的数据截止到2016年7月,通过卫星数据反映出重点地区煤电厂的连续排放监测系统 (CEMS) 数据存在失实之处。企业CEMS数据造假行为屡见不鲜,这在中央环保督查中也得到印证。在2016年第一批中央环境保护督察中企业CEMS弄虚作假就被列为典型案例 [2],在2017年环境保护部京津冀及周边地区大气污染防治强化督查中也查处多起CEMS涉嫌弄虚作假行为[3]。 


数据来源


连续排放监测系统(CEMS)数据:

研究者通过环保厅(局)公开数据平台收集了广东、湖北、山东和上海这四个省市,共计256个煤电厂从2013年11月到2016年7月的CEMS数据,其中包含43个装机超过1000MW的大型电厂。
 
NASA OMSO2e卫星数据:

研究者也获取了同一时期NASA OMSO2e的SO2排放卫星观测数据。根据CEMS电厂清单,研究者以各个电厂为中心划定半径35公里的圆形区域,取位于该圆形区域内OMSO2e网格的SO2浓度平均值为该电厂SO2排放数据。
 
对标CEMS数据和OMSO2e卫星数据:

大部分电厂位于工业密集地区,某一电厂周边的电厂或工业排放对该电厂卫星数据存在一定干扰[4],为此研究者进行数据对标。从电厂清单中筛选出区域位置相独立出的电厂为样本,这些电厂的装机量占到35公里范围内所有电厂装机量的50%以上。CEMS清单中有16%的电厂可以满足区域位置相对独立的要求。

研究结果

结果一:执行新标准后,CEMS和卫星数据均显示煤电厂SO2排放浓度呈下降趋势

图1显示了CEMS数据中SO2浓度的变化趋势。可以看到标准执行起始日期,即2014年7月前,SO2浓度显著下降,起始日期之后下降趋势仍有延续。

图1. CEMS报告的SO2浓度变化趋势

图2显示了CEMS数据和OMSO2e卫星数据对标结果。数据选取了装机大于1000MW大型电厂,因为这些电厂应该会在卫星观测中留下最强的信号。可以看到这些大型电厂CEMS数据和卫星数据变化趋势相似,都在2014年7月后显著下降。

图2. 装机大于1000MW煤电厂的CEMS报告SO2浓度数据和该区域卫星观测SO2浓度柱比较


结果二:执行新标准后,卫星数据显示的SO2排放降幅为CEMS数据显示降幅的一半

研究者估算了现有电厂在新SO2排放标准执行起始日期后CEMS和卫星SO2测量值变化(所有变化用对数估算),如表1所示。第1栏显示了2014年7月以后,CEMS数据中SO2浓度平均下降13.9%。在第2和第3栏中,为了比较标准执行起始日期后CEMS和卫星数据的下降幅度,选取了区域位置相对独立的电厂,它们的装机量占到其半径35km范围内所有电厂总装机量的50%以上。
 
这些样本电厂的两类数据都显示,执行新的排放标准后,SO2排放有所下降。其中,CEMS数据显示下降36.8%,而卫星数据显示下降18.3%。卫星数据估计的降幅占到CEMS数据估算降幅的0.5(0.183/0.368)。第4栏和第5栏,研究者将数据进一步限定到区域位置相对独立的大型电厂(装机量大于1000MW),得到相似的结果。

表1. 现有电厂新SO2排放标准执行起始日期2014年7月后CEMS和卫星SO2测量值变化

结果三:执行新标准后,重点地区煤电厂的CEMS数据合规性跌至50%
 
图3显示2014年7月新标准执行起始日期前后,重点地区和非重点地区煤电厂执行标准的合规性情况。合规性定义为在CEMS测量的SO2浓度达标的月份内,未丢失测量数据的小时数的占比。在重点地区,电厂的合规率在执行更严格的新标准后从100%大幅下降到50%。而在非重点地区,执行的新标准要相对宽松,合规率从90%小幅下降,并在2015年初回升至100%。

图3. 重点地区(蓝色实线)和非重点地区(绿色虚线)煤电厂新标准执行起始日期前后,即2014年7月前后(用竖线标记),小时数据每月合规率。


结果四:执行新标准后,在重点地区,卫星数据显示煤电厂SO2排放浓度并未有大幅下降,与CEMS数据显示的50%多的降幅差异巨大。数据矛盾显示CEMS存在弄虚作假
 
表2比较了重点地区和非重点地区CEMS和卫星观测数据的降幅。在第1栏和第2栏中所示,在新标准执行后,在非重点地区内,所有区域位置独立的煤电厂的CEMS报告的SO2浓度下降了32.5%,它们的卫星数据显示下降了20.8%。卫星数据降幅是CEMS数据所示降幅的0.64(0.208/0.325)。

第3栏和第4栏中所示,装机量大于1000MW的大型电厂降幅之比为0.77(0.227/0.293)。与非重点地区不同,在重点地区,研究者没有发现类似的相关性。

在重点地区第1栏中显示,在新标准执行后,CEMS数据的SO2浓度降幅为51%,大于非重点地区。如果重点地区的煤电厂确实如CEMS数据显示的减少了排放,那么卫星观测数据应该可以在一定程度上捕获到类似的减少趋势。但重点地区第2列的数据却显示了接近于0的变化。大型电厂的这两类数据也表现出相同的结果。

表2. 新标准执行起始日期后,重点地区和非重点地区煤电厂CEMS和卫星测量SO2数据的变化

重点地区煤电厂两类数据变化趋势不一致,可能的解释是这些电厂CEMS数据存在造假或虚报,夸大了减排幅度。严格的新规和巨大的合规压力可能促使电厂管理者造假或选择性的提交数据。除此之外,电厂也可能把更多生产安排在同厂没有安装CEMS监测设备的机组,偷偷超标排放。

图为中央电视台报道中央环保督查组于今年6月25日通报的部分企业监测数据造假案例

结论

研究者发现,更严格的火电厂大气排放标准大幅减少了中国煤电厂SO2的排放量。CEMS数据显示新标准执行后,SO2排放浓度平均降低了13.9%,而卫星数据仅印证了非重点地区的排污降幅,在减排压力更大的重点地区没有监测到相应的降幅。重点地区的卫星数据,反映出这些地区的煤电厂CEMS系统存在虚报。
 
数据造假受到的惩罚一直以来低于超标排放受到的惩罚。最初出台的新标准并未给出具体的CEMS有效数据要求,没有定义新标准执行中可能出现的数据造假,也没有明确针对数据造假的系列惩罚措施。新标准在这些方面的不完善,加之电厂面临的合规压力,导致数据不能正确反映现实。
 
2014年7月前后SO2浓度下降,表明新标准执行确有一定的成效。多数电厂开始积极改善排放模式,比如提高尾气治理设备的利用率。但这些短期的减排成效有限,因为这些成效主要归因于旧有的尾气治理设备。重点地区的很多电厂仍需要改进它们的尾气处理设备和生产操作,才能达到新的排放要求。截至2016年6月,重点地区近一半的电厂未能达到新标,大量小型电厂没有安装CEMS设备。

政策建议

为了有效改善空气质量,研究提出有关部门仍需完善相关规定,建立健全鼓励机制,督促电厂上报精确完整的排放数据。首先,规定有效数据标准,明确数据错误和谎报数据的惩罚措施,例如明确CEMS监测需要包括电厂全部运行时段内所有正在运行设备的排放量,而非特定时段的部分设备。其次,保证执行力度的同时给电厂更多调整的时间。第三,关停污染排放严重,污染控制成本高的电厂。总的来说,提高CEMS普及度,提高监测数据准确性将会有助于大气质量的改善。

[1] 关于印发“十二五”主要污染物总量减排统计、监测办法的通知
http://www.mep.gov.cn/gkml/hbb/bwj/201302/t20130204_245884.htm

[2]2016年第一批中央环境保护督察地方整改典型案例
http://www.mep.gov.cn/gkml/sthjbgw/qt/201611/t20161123_368060.htm

[3]环境保护部通报京津冀及周边地区大气污染防治强化督查情况
http://www.mep.gov.cn/gkml/hbb/qt/201704/t20170421_411887.htm

[4] 非电厂排放源干扰验证部分请参考原文

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