内蒙古典型城市煤炭消费与大气质量的关联分析及政策建议-内蒙古北方城乡发展研究院&NRDC.pdf

2022.07 内蒙古典型城市煤炭消费与大气 质量的关联分析及政策建议 中国煤炭消费总量控制方案和政策研究 煤控研究项目 中国是世界煤炭生产和消费第一大国。以煤炭为主的能源结构 支撑了中国经济的高速发展，但也对生态环境造成了严重的破 坏。为了应对气候变化、保护环境和减少空气污染，国际环保 组织自然资源保护协会 NRDC 作为课题协调单位，与政府智 库、科研院所和行业协会等 20 多家有影响力的单位合作，于 2013 年 10 月共同启动了“中国煤炭消费总量控制方案和政策研 究”项目（即“煤控研究项目”），为设定全国煤炭消费总量 控制目标、实施路线图和行动计划提供政策建议和可操作措施， 助力中国实现资源节约、环境保护、气候变化与经济可持续发 展的多重目标。请访问网站了解更多详情 http//coalcap.nrdc.cn/ 自然资源保护协会（ NRDC）是一家国际公益环保组织，成立于 1970 年。 NRDC 拥有 600 多名员工，以科学、法律、政策方面 的专家为主力。 NRDC 自上个世纪九十年代中起在中国开展环 保工作，中国项目现有成员 30 多名。 NRDC 主要通过开展政策 研究，介绍和展示最佳实践，以及提供专业支持等方式，促进 中国的绿色发展、循环发展和低碳发展。请访问网站了解更多 详情 http//www.nrdc.cn/ 内蒙古北方城乡发展研究院成立于 2017 年 11 月，是一家自治区 民政厅批准登记的由自治区社科联业务管理的民办非企业社会 智库，主要开展城乡及区域发展理论与实践的研究、咨询、推广、 交流等工作。 煤控研究报告 内蒙古典型城市煤炭消费与大气质量的关联分析及政策建议 内蒙古采煤沉陷区生态修复与可再生能源利用研究 “十四五”山西省非煤经济发展研究 碳达峰碳中和背景下山西煤电行业转型发展研究 碳达峰碳中和背景下山西焦化行业转型发展研究 中国典型省份煤电转型优化潜力研究 碳达峰碳中和目标约束下重点行业的煤炭消费总量控制路线 图研究 中国典型省份煤电转型优化潜力研究执行摘要 碳达峰碳中和目标约束下重点行业的煤炭消费总量控制路线 图研究执行摘要 碳达峰碳中和目标约束下水泥行业的煤炭消费总量控制路线 图研究 碳达峰碳中和目标约束下电力行业的煤炭消费总量控制路线 图研究 碳达峰碳中和目标约束下钢铁行业的煤炭消费总量控制路线 图研究 碳达峰碳中和目标约束下煤化工行业煤炭消费总量控制路线 图研究 山西省“十四五”煤炭消费总量控制政策研究 “十四五”电力行业煤炭消费控制政策研究 新冠疫情后的中国电力战略路径抉择煤电还是电力新基建 中国散煤综合治理研究报告 2020 “十三五”时期重点部门煤控中期评估及后期展望 “十三五”电力煤控中期评估与后期展望 中国煤控项目“十三五”中期评估与后期展望研究报告 中国实现全球 1.5℃目标下的能源排放情景研究 持续推进电力改革 提高可再生能源消纳执行报告 2012 煤炭的真实成本 请访问网站了解更多详情 http//www.nrdc.cn/ 内蒙古北方城乡发展研究院 INNER MONGOLIA BEIFANG CHENGXIANG FAZHAN YANJIUYUAN 封面图片 Catazul on Pixabay 内蒙古典型城市煤炭消费与大气质量的关联分析及政策建议 煤控研究项目系列报告 内蒙古典型城市煤炭消费与大气 质量的关联分析及政策建议 内蒙古北方城乡发展研究院 自然资源保护协会（ NRDC） 2022 年 07 月 煤控研究项目 目录 执行摘要 1 1.典型城市煤炭消费、大气质量现状及趋势分析 5 1.1研究对象说明 1.2能源和煤炭消费现状 1.3大气质量现状 1.4煤耗及大气质量趋势分析 2.煤炭消费对大气质量的影响分析 15 2.1本研究技术路线 2.2关联性模拟分析结果 3.政策建议 25 3.1推进工业企业减少煤炭使用、提高清洁能源使用 3.2推进大气污染物减排技术在工业领域的应用 3.3严控散煤燃烧、逐步引导居民生活用煤清洁化替代 3.4对各典型城市煤炭消费实施差异化管控 3.5加强区域大气污染及煤炭消费控制联防联控 参考文献 30 1 内蒙古典型城市煤炭消费与大气质量的关联分析及政策建议 执行摘要 重工业在内蒙古自治区经济发展中占主体地位，也是煤炭消费主力。本研究选取重 工业较发达的呼和浩特、包头、乌海作为研究对象，即 “典型城市”。其中，呼和浩特 市煤炭消费以电力行业为主，包头市以钢铁、有色、电力行业为主，乌海以煤化工为主， 具有较好的行业代表性。上述城市所处呼包鄂城市群，乌海及附近区域是内蒙古大气污 染最严重的区域之一，研究其煤炭消费与大气质量的关系具有较强现实意义。 本研究通过统计资料分析、企业调研等，梳理了上述三个典型城市2010年至2019 年煤炭消费、大气污染物排放、大气质量现状和问题，分析了其煤炭消费与大气污染的 关联度并提出政策建议，以期对内蒙古自治区其他城市及我国北方类似区域和城市的大 气污染防治工作提供借鉴。 本研究采用大气质量传输模型、敏感性分析等方法，结合煤炭消费、大气污染排放 以及大气质量构建模型，分析三个典型城市煤炭消费总量控制与大气质量提升的关系， 结合三市煤炭消费的行业特征，研究了各种控制措施的大气质量效益。 典型城市中，乌海的单位GDP能耗最高，其次是包头，最后是呼和浩特。由于城 市产业结构不同，呼和浩特和包头的单位工业产值能耗均高于单位GDP能耗。 煤控研究项目 2 各典型城市单位 GDP 能耗、单位工业产值能耗对比（吨标煤 / 万元） 乌海工业能耗数据缺失，故无法计算乌海单位工业产值能耗 从趋势上看，呼和浩特、包头能源消费量、原煤消费量均持续上升，能耗强度持续 下降。由于城市的经济持续增长与能源效率提升，乌海市能源消费总量呈现先降低后上 升的趋势，但能耗强度总体上也呈下降趋势。各典型城市空气质量整体上逐渐改善，但 在2018至2019年，各典型城市PM 2.5 浓度出现反弹。 研究发现，典型城市煤炭消费控制对于大气质量变化的贡献主要受城市排放总量、 产业结构、地理环境等基本情况影响，煤炭消费对大气质量变化贡献的敏感度不同。各 典型城市大气质量对居民生活用煤、工业用煤消费量变化敏感性较高；由于超低排放标 准的执行，大气质量对电力用煤消费量变化敏感度较低。其中，包头大气质量对于各行 业煤炭消费量变化的敏感度均高于呼和浩特。乌海大气质量对于各行业煤炭消费量变化 的敏感性为三个城市中最低。 0 1 2 3 4 2010 2012 2014 2016 2018 各典型城市能耗强度 呼和浩特单位GDP能耗呼和浩特单位工业产值能耗 包头单位GDP能耗包头单位工业产值能耗 乌海单位GDP能耗 3 内蒙古典型城市煤炭消费与大气质量的关联分析及政策建议 地市可控源、区域可控源、不可控源对各典型城市大气污染物浓度贡献度 各典型城市大气污染物浓度对煤炭消耗的平均敏感度 （横轴为敏感度取对数结果） 0 20 40 60 80 100 地市可控源贡献率区域可控源贡献率 不可控源贡献率 地市可控源贡献率区域可控源贡献率 不可控源贡献率 地市可控源贡献率区域可控源贡献率 不可控源贡献率 地市可控源贡献率区域可控源贡献率 不可控源贡献率 CO NO2 SO2 PM2.5 不同排放源对本地大气污染物浓度贡献度 呼和浩特包头乌海 -4.5 -4 -3.5 -3 -2.5 -2 -1.5 -1 -0.5 0 CO NO2 SO2 PM2.5 呼和浩特 包头 乌海 [ 单位lg （毫克每立方米每万吨标准煤）（CO ）、lg （微克每立方米每万吨标准煤）（PM 2.5 、 SO2、 NO2）] 各典型城市大气污染物浓度对煤炭消耗的平均敏感度 煤控研究项目 4 分析结果表明，加强工业煤耗管控、提高工业污染减排对于提升大气质量效果最为 显著；居民生活用煤的优化也可在一定程度上提升大气质量；电力行业的减排潜力已随 着超低排放技术的广泛应用逐渐降低；在工业企业领域积极推进超低排放技术，将显著 改善地区大气污染。 基于研究结果，我们提出以下政策建议 一是推进工业企业提高能效，降低煤耗，并加快燃煤锅炉替代。典型城市根据行业 特点分别推广不同的工业控煤和煤炭清洁化替代方案。 二是大力推进成熟减排技术在工业企业中的应用，适当引导前沿减排技术示范落地， 重点关注钢铁、水泥和焦化等行业，力争将工业领域大气污染物排放处理能力提升至电 力行业相当水平。 三是严控散煤燃烧、逐步引导居民生活用煤清洁化替代，优先发展集中供热，完 善城镇供热管网，逐步提高集中供热率，推进“煤改电”、“煤改气”双替代等清洁取 暖改造。 四是在兼顾发展与安全前提下，对各典型城市煤炭控制实施差异化管控。根据各典 型城市主导行业及其大气污染物排放的行业分布的不同，采取针对性和差异化措施。 五是加强区域大气污染控制及煤炭消费联防联控。建立区域内城市排放分配机制、 区域大气质量管理机制、区域间转移支付机制等，建立区域管理的科学与决策支持系统。 1 典型城市煤炭消费、大气 质量现状及趋势分析 煤控研究项目 6 1.1 研究对象说明 重工业在内蒙古自治区经济发展中占主体地位，也是煤炭消费主力。本研究选取重 工业较发达的呼和浩特、包头、乌海作为研究对象，即 “典型城市”。其中，呼和浩特 市煤炭消费以电力行业为主，包头市以钢铁、有色、电力行业为主，乌海以煤化工为主， 具有较好的行业代表性。上述城市所处呼包鄂城市群，乌海及附近区域是内蒙古大气污 染最严重的区域之一，研究其煤炭消费与大气质量的关系具有较强现实意义。 本研究通过统计资料分析、企业调研等，梳理了典型城市2010年至2019年煤炭消 费、大气污染物排放、大气质量现状和问题，分析了其煤炭消费与大气污染的关联度并 提出政策建议，以期对内蒙古自治区其他城市及我国北方类似区域和城市的大气污染防 治工作提供借鉴。 1.2 能源和煤炭消费现状 1.2.1能源消费总量攀升，能耗强度下降 2010年至2019年，呼和浩特和包头能源消费总量均呈上升趋势；乌海能源消费总 量在2010年至2017年呈波动下降，2017年后转为上升趋势。三市能耗强度总体下降， 个别年份存在波动或下降趋势放缓。2019年，呼和浩特、包头、乌海的能源消费总量分 别为1725、4658、2039万吨标准煤。 2010年至2019年，呼和浩特和包头的能源消费总量年均增速分别为4.2和 4.4。乌海2012年至2017年能源消费总量降幅达到14.1。在2017年后两年，由 于乌海工业快速增长，煤炭消费也出现反弹，分别为18.8、8.1。 1 三市能耗强度整体下降，但趋势尚不稳定，存在波动或降幅平缓等情况。 呼和浩 特单位GDP能耗由2010年的1.47tce/万元下降至2016年的0.46tce/万元，后波动 升至2019年的0.67tce/万元。包头单位GDP能耗由2010年的1.37tce/万元下降至 1 2017-2018，乌海市第二产业生产总值显著增加（2016、2017年第二产业增长分别为4.5、6.4，而2018年达到 18.3），其中工业增加值分别增长5.0（2016）、9.8（2017）、30.8（2018）。 7 内蒙古典型城市煤炭消费与大气质量的关联分析及政策建议 2019年的0.97tce/万元，但2017年起下降趋势放缓。2012年至2017年，乌海单位 GDP能耗从3.5tce/万元持续降至2.6tce/万元,2018年起略有起伏。 工业是呼和浩特和包头能源消费的主力，占两市能源消费总量的 80 以上。 工业能 耗增长是两市能源消费增长的主要原因。2010到2019年，呼和浩特规模以上（以下简 称“规上”）工业能源消费从1091万吨标准煤增至1516万吨标准煤，平均增速3.7。 包头规上工业能源消费由2010年的2617万吨标准煤增至2019年的3966万吨标准 煤，平均增速4.7。 两市规上工业单位增加值能耗呈现与各自单位 GDP 能耗类似的变 化趋势。 2010年至2016年，呼和浩特规上工业能耗强度由3.71tce/万元降至2.14tce/ 万元,2016年至2017年明显上升，于2019年回落至2.37tce/万元，接近2015年 水平。包头规上工业单位增加值2010年的2.63tce/万元降至2017年的1.48tce/万 元,2018年略微上升后在2019年回落，“十三五”整体呈现平缓波动状态。 图 1 典型城市能源消费总量（万吨标煤） 1183 1281 1340 1394 1480 1532 1543 1649 1663 1726 3135 3525 3664 3800 3937 4059 4154 4198 4458 4659 1850 1872 1907 1633 1614 1587 1886 2039 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 典型城市能源消费总量（万吨标煤） 呼和浩特包头乌海 煤控研究项目 8 图 2 各典型城市单位 GDP 能耗、单位工业产值能耗对比 吨标煤 / 万元 乌海工业能耗数据缺失，故无法计算乌海单位工业产值能耗 1.2.2煤炭消费呈现波动上升趋势，行业集聚明显 2010年至2019年，呼和浩特规上工业原煤消费量由2025万吨波动上升至3542 万吨，平均增速为6.4。2019年，电力、化工、建材、医药、有色等五个行业原煤消 耗合计占呼和浩特全市规上工业原煤消耗的97，其中电力行业占比达90。电力行 业原煤消耗量由2010年的1815万吨增至2013年的2445万吨，2019年增至3174万 吨。化工行业和建材行业原煤消耗量在2010到2019年间增幅分别达到23、72。 2019年医药行业和有色行业的原煤消耗量在2010到2019年分别下降26、99。 2010至2019年，呼和浩特规上工业焦炭消费量从52万吨降至7万吨。呼和浩特 焦炭消费主要集中在钢铁和化工行业，2010年分别占呼和浩特全市规上工业焦炭消费量 的84.5、13.0。 近年来，这两个行业的焦炭消费量减少，钢铁行业焦炭消费量由2010年的44万吨 下降至2019年的1.6万吨，降幅96；化工行业焦炭消费量由7.4万吨下降至5.7万 吨，降幅15。 0 1 2 3 4 2010 2012 2014 2016 2018 各典型城市能耗强度 呼和浩特单位GDP能耗呼和浩特单位工业产值能耗 包头单位GDP能耗包头单位工业产值能耗 乌海单位GDP能耗 9 内蒙古典型城市煤炭消费与大气质量的关联分析及政策建议 图 3 呼和浩特规模以上工业原煤消耗量（万吨） 包头工业煤炭消费呈现“两段式”规上工业原煤消费在2012年至2016年由 3594万吨增至4519万吨。2017年，由于包头煤炭开采行业紧缩，导致包头规上工业 原煤消耗量急剧下降，原煤消耗急剧减少至3389万吨，之后由于重点工业项目重新上 马，至2019年再次增至4525万吨。 电力、煤炭、有色、化工、钢铁五个行业为包头主要的原煤消费行业，占包头2019 年规上工业原煤消费总量的99.6。 2012年至2019年，包头电力行业原煤消费量及占全市原煤消费总量的比例持续发 生波动，其中2016年，包头电力煤耗为近八年历史最低值约1176万吨，占比26.0， 2019年增至1949万吨，占比43.1。 包头有色行业原煤消费量变化总体呈增加趋势，从2012年的587万吨增至2019 年的1347万吨，占比达29.8。 近几年包头煤炭（煤炭开采）行业原煤消费明显减少，从2013年至2016年的年均 超过1200万吨水平，2016年后降至年均百万吨级水平，2019年为493万吨。 包头化工行业、钢铁行业历年原煤消费量在410-470万吨、160-290万吨范围 内波动。 包头规上工业焦炭消费量在2012到2014年持续减少，随后持续上升至2019年的 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 电力化工建材医药有色其他（34个行业） 呼和浩特原煤消费量（万吨） 煤控研究项目 10 约991万吨。除个别年份，包头规上工业焦炭消费量占内蒙古自治区消费量比例均高于 41.0。包头工业焦炭消费的98以上用于钢铁行业。2019年，包头钢铁行业焦炭消 费量约为980万吨，较2012年增加46.6。2012年至2019年，化工行业和有色行业 焦炭消耗量在全市规上工业的占比不足2。 由于数据缺乏，乌海历年规上工业原煤消耗变化、工业焦炭消耗变化尚不清楚。 图 4 包头规模以上工业原煤消耗量（万吨） 1.3 大气质量现状 1.3.1大气污染物排放量总体下降，个别区域及年份有波动 呼和浩特大气污染物排放量总体波动下降。 2019年，呼和浩特实施了严格的大气污 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 包头原煤消费量（万吨） 电力煤炭有色化工钢铁其他（30个行业） 11 内蒙古典型城市煤炭消费与大气质量的关联分析及政策建议 染管控，制定实施了治煤、降尘等多个专项方案，还加强了工业领域大气污染治理 2 。当 年，呼和浩特二氧化硫、氮氧化物，烟粉尘排放量相较2015年分别下降74、68、 72，其中2018到2019年间烟粉尘减排成效尤为显著。 包头大气污染物排放量先降后增。 2015年至2016年，包头二氧化硫排放量由17.6 万吨降低至4.2万吨，烟粉尘排放量由10.4万吨降低至6.1万吨，氮氧化物排放量由 9.4万吨下降至4.3万吨，降幅分别达到76、41、54。2016至2019年，上述污 染物排放量持续波动、无显著下降。 乌海大气污染物排放量逐年减少。 2015年至2018年，乌海二氧化硫、烟粉尘排放 量分别由8.1万吨、5.7万吨减少至2.2万吨、2.9万吨，降幅达50、19。2018年 乌海氮氧化物排放量为1.8万吨，相较于2017年排放量下降了0.3万吨。 图 5 近年典型城市废气排放总量变化趋势（亿立方米） 2 https//www.sohu.com/a/437327520_120871729 4411 3512 4811 3785 4202 8954 6965 7876 9765 9521 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 2015 2016 2017 2018 2019 废气排放量（亿立方米） 呼和浩特 包头 煤控研究项目 12 1.3.2空气质量指数波动较为普遍，2019 反弹明显 2015年至2019年，呼和浩特年平均AQI分别为86、84、90、65、81，其中， 2017年1月、5月分别出现了AQI高于400的严重污染，2018年呈现较大改善， 2019年出现反弹。呼和浩特月平均AQI变化呈现夏季相对低、其他季节相对高的特点， 夏季和冬季的主要污染物类型分别为O 3 和PM 2.5 。 2015年至2019年，包头平均AQI分别为92、89、88，65、79，即2015至 2018年包头整体大气质量持续改善，但在2019年出现反弹。除2018年以外，其他年 份均出现AQI高于200的情况。包头月平均AQI变化亦呈现夏季相对低、其他季节相 对高的趋势。 乌海2015年的年平均AQI为97，后持续下降至2018年的68.5，2019年又升至 83.1。2015年至2019年，乌海均有AQI大于200的重度污染发生，除2018年外的其 他年份甚至有AQI大于300的严重污染发生。 1.3.3大气质量优良天数比例有所改善 大气质量优良天数比例方面，呼和浩特为波动上升，包头和乌海为持续上升。 2015 年及2019年，呼和浩特全年优良天数比例分别为76、77、70、75，80。 包头全年大气质量优良天数由2015年的69上升至2019年的83。乌海2015年的 62上升至2019年的83。 1.3.4主要大气污染物浓度整体下降，2019 年多有反弹 呼和浩特大气污染物浓度在2017至2018年改善，在2019年反弹。 呼和浩特 2019年全年平均PM 2.5 浓度和PM 10 浓度较2015年分别下降12和26，但较2018 年水平均有小幅上升。2015年至2019年，呼和浩特全年平均CO（一氧化碳）浓度、 全年平均SO 2 （二氧化硫）浓度变化均趋近稳定，相较于2015年水平分别下降0.3毫 克每立方米，上升0.4微克每立方米。呼和浩特全年平均NO 2 （氮氧化物）浓度在2015 年至2019年持续下降，降幅达到58。历年二次污染物O 3 臭氧全年平均浓度呈上 升趋势，由2015年的81.8微克每立方米增至2019年的92.5微克每立方米。 包头大气污染物浓度在2015至2018年波动改善，但在2019年多有反弹。 2015 年至2018年，包头PM 10 和PM 2.5 全年平均浓度持续下降，降幅分别达到40和 39，但2019年又分别上升至81微克每立方米和39微克每立方米。包头全年平均 SO 2 同样在2015年至2018年浓度持续下降，降幅达到42，随后在2019年略微上 升。包头全年平均NO 2 、O 3 浓度在2015年至2019年持续波动，其中，2019年包头 全年平均NO 2 浓度和全年平均O 3 浓度相较2015年水平分别下降2.2微克每立方米， 13 内蒙古典型城市煤炭消费与大气质量的关联分析及政策建议 上升1.7微克每立方米。 乌海颗粒物、 SO 2 浓度在 2015 至 2018 年下降，2019 年反弹；其他污染物浓度下 降不明显或持续升高。 2015年至2018年，乌海全年平均PM 10 和PM 2.5 浓度逐年下降， 降幅分别达到42和45，但在2019年又分别上升至92微克每立方米和31微克每 立方米。2015年至2019年，乌海全年平均SO 2 浓度逐年下降，降幅达到48，而全 年平均O 3 浓度逐年上升，增幅达到11。乌海全年平均NO 2 浓度波动中轻微上升， 2019年较2015年上升10。2015年至2019年，乌海全年平均CO浓度在0.9至1.1 毫克每立方米范围持续波动。 1.4 煤耗及大气质量趋势分析 1.4.1主要耗煤行业推动地区能源消费增长 呼和浩特电力行业用煤需求快速增加引发能源消费总量增长，钢铁行业焦炭消费锐 减拉低全市焦炭消费量。 呼和浩特规上工业能源消耗增长主要来自快速增长的原煤消费， 其中电力行业贡献最大。2016年至2017年，呼和浩特规上工业原煤消耗增量为650万 吨，同期电力行业原煤消耗增量为634万吨。由于呼和浩特钢铁行业焦炭消费量减少， 该市规上工业焦炭消费量在2010年至2019年显著下降86。同一时期，呼和浩特钢 铁行业焦炭消费量由43.9万吨下降至1.6万吨，降幅达到96。 包头煤炭行业、有色行业、电力行业先后推动能源消费增长。 2010年至2019年， 包头能源消费总量与规上工业能源消费量累计增幅分别达到48.6和51.6。2016年 至2017年，包头规上工业原煤消耗减少1130万吨，同一时期煤炭行业原煤消耗减量 1399万吨是主要贡献因素。2017年后，包头全市规上工业原煤消耗量急剧上升，有色 行业、电力行业原煤消耗增长成为这一时期的原煤消费推动主力，2016年后电力行业原 煤消耗占比急剧上升。包头历年规上工业焦炭消费量持续上升，其中超过98用于钢铁 行业，并且占内蒙古自治区焦炭消费总量比例始终高于35。 乌海能源消费总量、单位GDP能耗均呈现先下降、后上升趋势。 2012年至2017 年，乌海总能源消费与单位GDP能耗均持续下降，降幅分别达到14.1和21.2， 2017年至2019年，乌海能源消费总量持续增加，单位GDP能耗略有上升。 煤控研究项目 14 1.4.2煤耗、大气污染物排放、大气质量间存在复杂非线性关系 呼和浩特电力用煤的年际剧增导致2017年大气质量显著恶化；气象扩散条件差 影响2019年大气质量。 2019年呼和浩特大气污染物排放量较2015年水平整体显著 下降，优良天数比例有所上升，全年平均PM 10 、PM 2.5 、NO 2 浓度等指标均有显著改 善。然而，2017年，呼和浩特烟粉尘排放量相较于2016年增加40，可能与2016至 2017年呼和浩特电力原煤消耗急剧上升相关。烟粉尘排放量的显著增加引发了大气质量 恶化。2017年，呼和浩特月平均AQI指数明显高于其他年份，甚至出现AQI高于400 的极端污染，2017年呼和浩特大气质量优良天数比例也创下2015至2019年最低水平 （70）。这一时期的全年平均PM 2.5 浓度、SO 2 浓度、O 3 浓度也为五年最高水平。 气象条件的年际波动也会影响大气质量，2019年全国大气污染扩散条件偏差，主要体现 为冷空气活动偏弱，平均风速偏小，小风日数增多，有效降水日数偏少等 3 。 包头和乌海大气污染物排放总量和其浓度间呈现非同步变化，体现了气象因素的影 响。 2015年至2019年，包头二氧化硫排放量显著下降74，但同时期全年平均二氧化 硫浓度仅下降5.4。2017年至2019年，包头能源消费总量、原煤消费量均持续上升， 大气污染物排放量变化不大，全年平均PM 2.5 、PM 10 、SO 2 、CO、NO 2 、O 3 浓度出现 先降后升的波动趋势。2015年至2018年，乌海大气污染物排放持续下降，优良天数比 例持续增加，但全年平均PM 2.5 、PM 10 、SO 2 、NO 2 浓度先降后升。污染物排放总量和 浓度间的不确定关联现象体现了气象条件等因素对大气质量的复杂影响。 3 2019年大气环境气象公报，中国政府网站http//www.gov.cn/xinwen/2020-04/30/content_5507626.htm 2 煤炭消费对大气质量的 影响分析 煤控研究项目 16 三个典型城市空气质量整体上逐渐改善，但个别年份的反弹现象表明城市原煤消耗、 大气污染物排放、大气质量之间存在较复杂的关联性。本研究借鉴国内外已有的分析方 法，构建了内蒙古典型城市煤炭消费与大气质量关联性分析模型进行相关定量分析。 2.1 本研究技术路线 基于前期的方法学筛选和评价，我们建立了以大气化学传输模式（GEOS-Chem） 模拟诊断、排放因子、浓度贡献率等方法为基础的分析方法研究煤炭消费与大气质量间 的关系。研究技术路线图如下 图 6 本研究技术路线图 本课题采用东亚区域嵌套的GEOS-Chem模式对内蒙古区域的大气污染排放、传 输、化学转换及沉降等过程进行模拟。该模式水平分辨率约为20公里，与采用的大气污 染物排放清单（MIX清单 4 ）的分辨率相当（约10公里）。课题采用2019年为基准年， 使用当年的气象数据对全年的空气质量进行了模拟。 4 中国多尺度排放清单模型 http//meicmodel.org/ 17 内蒙古典型城市煤炭消费与大气质量的关联分析及政策建议 本课题采用的大气质量对煤耗敏感性计算公式如下 城市 i，大气污染物 j 日平均浓度（大气质量）对煤炭消耗敏感度 城市 i，大气污染物 j 日平均浓度变化率 城市 i，原煤消耗量变化率 城市 i，大气污染物 j 模拟日平均浓度变化率 城市 i，污染物总排放变化率 城市 i，大气污染物 j 观测日平均浓度变化率 其中， 城市 i，地市可控源污染物排放变化率，包括电力、工业、生活、交通、农 业等行业的所有人为排放。这部分排放是本行政区政策所能改变和控制的排放。 城市 i 区域可控源（除本地外自治区其他地区）污染物排放变化率。包括 自治区其他地区的所有人为排放。这部分排放和区域传输有密切关系。 城市 i 不可控源（非地市可控源、区域可控源等以外的源）污染物排放变 化率。这些排放包括自治区内的所有非可控源，包括各种天然源如沙尘排放、植被的 排放等。也包括自治区外的所有源（包括中国和其它所有国家）。这是自治区的排放政 策所不能改变的“背景”排放部分。 本课题将CO、NO x ，SO 2 和PM 2.5 作为目标污染物来考察原煤消耗对空气污染的 影响，由于数据可得性等因素暂未分析O 3 浓度数据。 煤控研究项目 18 2.2 关联性模拟分析结果 2.2.1大气污染物排放与污染物浓度关系 基于模型，我们计算出在典型城市大气污染本地源排放下降25、50两种情景 下，各典型城市不同大气污染物日平均浓度变化率。 图 7 呼和浩特大气污染物地市可控源排放减少 25（左）、 50（右）后，各大气污染物 （ CO、 NO 2 、 SO 2 、 PM 2.5 ）浓度变化下降百分比分布 19 内蒙古典型城市煤炭消费与大气质量的关联分析及政策建议 在大气污染地市可控源排放下降后，呼和浩特各地区大气污染物平均浓度出现不同 程度的下降，其中SO 2 平均浓度下降幅度最大，CO平均浓度降幅最小。大气污染地市 可控源排放下降50情景中各污染物平均浓度下降幅度比25情景更大。 图 8 包头大气污染物地市可控源排放减少 25（左）、 50（右）后，各大气污染物 日平均浓度（ CO、 NO 2 、 SO 2 、 PM 2.5 ）变化下降百分比分布 包头分析结果与呼和浩特类似，SO 2 平均浓度降幅最大，CO平均浓度降幅最小， 这一相似变化可能与两个城市地理位置相邻有关。在同样比例的地市可控源排放减少情 景下，包头的CO、NO 2 、PM 2.5 平均浓度下降比例均低于呼和浩特。 煤控研究项目 20 图 9 乌海大气污染物地市可控源排放减少 25（左）、 50（右）后，各大气污染物日 平均浓度（ CO、 NO 2 、 SO 2 、 PM 2.5 ）变化下降百分比分布 在同等大气污染地市可控源排放减少的情形下，乌海CO、NO 2 、PM 2.5 平均浓度下 降幅度均低于呼和浩特和包头，但SO 2 平均浓度下降比例高于呼和浩特和包头。在不同 的大气污染地市可控源排放减少的情形下，乌海CO平均浓度下降比例最小。 21 内蒙古典型城市煤炭消费与大气质量的关联分析及政策建议 图 10 内蒙古全区大气污染物地市可控源排放减少 25（左）、 50（右）后，各大气污 染物浓度（ CO、 NO 2 、 SO 2 、 PM 2.5 ）变化下降百分比分布 受到大气污染区域可控源排放减少的影响，在内蒙古全区排放下降25、50情 景中，各典型城市各大气污染物浓度均出现更显著下降。其中，呼和浩特各大气污染 物日平均浓度下降比例较仅地市可控源下降情形的下降比例增加1-6。包头CO、 SO 2 、PM 2.5 日平均浓度下降比例较仅地市可控源下降情形分别增加1-14不等。乌 海CO、SO 2 日平均浓度下降比例较仅地市可控源下降情形分别增加1-20不等。 煤控研究项目 22 2.2.2大气污染排放源贡献度分析 我们进一步计算出不同大气污染源对本地大气污染物浓度下降的贡献度（图11）。 总的来说，对于呼和浩特、包头、乌海三个城市，可控源（包括地市可控源 5 和区域可控 源 6 ）均为NO 2 、SO 2 的最大贡献。管控煤炭消费对于改善呼和浩特、包头、乌海三个煤 烟型大气污染城市的NO 2 、SO 2 污染具有积极作用。 对于呼和浩特，本地地市可控源是本地CO、NO 2 、SO 2 的最大贡献源，而不可控 源 7 也是当地PM 2.5 的重要贡献源。因此，控煤对于提升本地空气质量具有积极作用。 对于包头，区域可控源是NO 2 、SO 2 的最大贡献源,周边城市如呼和浩特、鄂尔多 斯等的大气污染传输具有中重要贡献。不可控源为CO、PM 2.5 最大来源，本地地市可控 源的贡献率略低于不可控源地市可控源。 对于乌海，本地地市可控源是NO 2 、SO 2 的最大贡献源。不可控源为CO、PM 2.5 最大来源，这可能与周边包括乌兰布和沙漠在内的传输贡献有关。乌海区域可控源对 于NO 2 的贡献率仅略低于本地地市可控源贡献，这一情况可能与乌海行政区划面积较 小有关。 5 地市可控源本行政区电力、工业、生活、交通、农业等行业的所有人为排放。这部分排放是本行政区管控政策所能改变 和控制的排放。 6 区域可控源除本行政区区域内其他地市污染物排放变化率。包括区域内其他地市的所有人为排放。这部分排放和区域传 输有密切关系。 7 不可控源非地市可控源、区域可控源等以外的污染物排放变化率。这些排放包括区域内的所有非可控源，包括各种天然源 如沙尘排放、植被的排放等。也包括区域外的所有源（包括中国和其它所有国家）。这是区域的管控政策所不能改变的“背景” 排放部分。 23 内蒙古典型城市煤炭消费与大气质量的关联分析及政策建议 图 11 地市可控源、区域可控源、不可控源对各典型城市大气污染物浓度贡献度 2.2.3大气质量对煤炭消费量的敏感度分析 通过结合模型模拟结果、煤炭消费数据、大气污染物排放数据、大气质量监测数据 与排放系数，我们计算出不同减排控制情景下大气质量对煤炭消耗的敏感度。 基础情景下，各典型城市大气质量对煤炭消费的平均敏感度变化呈现类似规律。 对 三个城市来说（图12），NO 2 对煤炭消耗变化的平均敏感度均最大，CO对煤炭消费的 平均敏感度均最小。理想情况下，每减少100万吨标准煤的煤炭消耗，呼和浩特NO 2 浓 度、CO浓度可分别下降约1微克每立方米、约0.01毫克每立方米；包头NO 2 浓度下 降约2微克每立方米，CO浓度下降0.01毫克每立方米；乌海NO 2 浓度减少0.5微克 每立方米，CO浓度减少0.006毫克每立方米。 0 20 40 60 80 100 地市可控源贡献率区域可控源贡献率 不可控源贡献率 地市可控源贡献率区域可控源贡献率 不可控源贡献率 地市可控源贡献率区域可控源贡献率 不可控源贡献率 地市可控源贡献率区域可控源贡献率 不可控源贡献率 CO NO2 SO2 PM2.5 不同排放源对本地大气污染物浓度贡献度 呼和浩特包头乌海 煤控研究项目 24 图 12 各典型城市大气污染物浓度对煤炭消耗的平均敏感度（横轴为敏感度取对数结果） 各典型城市大气质量对居民生活用煤、工业用煤消费量变化敏感性相对较高，对电 力用煤消费量变化敏感度相对较低。 居民生活用煤每下降100万吨，或可使呼和浩特 PM 2.5 、SO 2 、NO 2 浓度下降0.6-2.8微克每立方米，CO浓度下降0.06毫克每立方 米；工业用煤每下降100万吨，或可使呼和浩特PM 2.5 、SO 2 、NO 2 浓度下降0.2-1.3 微克每立方米，CO浓度下降0.01毫克每立方米。 包头大气质量对于各行业煤炭消费量变化的敏感度均高于呼和浩特。 居民生活用煤 每下降100万吨，或可使包头PM 2.5 、NO 2 、SO 2 浓度下降1.3-3.7微克每立方米，CO 浓度下降0.06毫克每立方米；工业用煤每下降100万吨，或可使包头PM 2.5 、NO 2 、 SO 2 浓度下降0.2-2.52微克每立方米，CO浓度下降0.012毫克每立方米。 乌海大气质量对于各行业煤炭消费量变化的敏感性为三个城市中最低。 居民生活 用煤每下降100万吨，或可使包头PM 2.5 、NO 2 、SO 2 浓度下降0.3-2.5微克每立方 米，CO