随着中东部能源资源日益消耗, 我国煤电发展战略逐渐西移。内蒙古自治区境内的能源基地, 正逐步充当煤电供应的主力, 成为支撑我国经济社会长期发展的国家能源战略基地^[1]。锡林郭勒盟(以下简称锡盟)作为我国北方重要的生态安全屏障^[2], 同时也是我国重要的能源基地之一, 是内蒙古自治区境内的主要煤电基地之一。煤电基地的生产作业方式伴生着不可忽视的大气污染物排放^[3-5], 加之锡盟近首都的区位特点与草原型的自然生态环境特征, 决定了锡盟煤炭资源开发必须高度重视生态环境的敏感性与脆弱性。就煤电基地建设开发现状来看, 大气环境污染物主要包括煤炭露天开采过程中表层剥离、爆破、铲装、运输、卸载、排土过程中产生的粉尘与煤尘；储煤场产生的粉尘；煤矸石以及灭火区自燃产生的一氧化碳、二氧化硫和氮氧化物等有毒有害气体^[6], 尤其是近年来因大气颗粒物诱发雾霾而倍受关注, PM_2.5、PM₁₀成为重要监测指标。

因此, 煤电基地开发建设必须充分考虑地区及近周边的大气环境容量。锡盟煤电基地作为我国重要能源开发基地的代表, 具备煤电基地生态环境质量考量与保障的典型意义。本文从对锡盟区域大气环境质量的现状入手, 选取SO₂、NO_x、PM_2.5、PM₁₀为主要监测指标, 进行环境容量与利用率的测算, 进行锡盟大气承载力的现状分析, 在此基础上, 结合锡盟煤电基地的开发规划以及相关政策标准, 选取2020年为未来目标节点, 分不同情景对区域进行大气环境质量与容量的预测, 分析锡盟总量控制目标的可达性, 以期为锡盟煤电基地的区域生态环境保护与规划、煤电基地开发与利用模式提供理论依据。

1 研究方法 1.1 锡盟大气环境质量功能区划

考虑到锡盟与北京毗邻的特殊地域特征, 同时《京津冀及周边地区落实大气污染防治行动计划实施细则》使锡盟面临较大的节能减排压力, 锡盟面临更严格的环境标准来保证空气质量的需求, 因此在计算环境容量时, 煤炭矿区和中心城区参考执行新空气质量标准的二级浓度标准, 除煤炭矿区以外的区域均执行空气浓度一级浓度标准。

1.2 区域大气环境容量核算方法

采用A值法核算锡盟区域大气环境容量(GB/T13201-91), A值法系数的确定主要是依据《制定地方大气污染物排放标准的技术方法》(GB/T 3840-91) 中的区域划分, 内蒙古属于2类区域。A值范围为5.6—7.0(10⁴km²/a)。本次A值的取值按下列公式进行计算：

经计算, 内蒙古参数A取5.74(10⁴ km²/a)。

1.3 锡盟大气环境质量的预测

以2020年为预测目标时间节点, 按煤电基地电源点脱硫、脱硝效率的不同, 将预测情景分类为3种, 情景1的脱硫效率为95%, 脱硝效率为80%；情景2的脱硫效率为95%, 脱硝效率为90%；情景3为规划煤电基地电源点执行燃气标准的排放量。

2 结果与分析 2.1 锡盟大气环境承载力现状评价

锡盟规划煤电基地涉及的面积为20.3万km², 锡盟煤电基地SO₂、NO_x、PM₁₀、PM_2.5的排放量及环境容量如图 1所示。由此可以计算出各行政区的环境容量利用率(图 2)。

SO₂环境容量利用率较高的行政区有正蓝旗、二连浩特市、多伦县和锡林浩特市, NO_x环境容量利用率较高的行政区有多伦县、正蓝旗和锡林浩特市。PM₁₀环境容量利用率较高的行政区有多伦县、正蓝旗和二连浩特市。PM_2.5环境容量利用率较高的行政区有多伦县、正蓝旗和二连浩特市。除正蓝旗外, 其它各行政区的SO₂和NO_x的环境容量利用率均低于50%。

锡盟大气环境容量地域性差异分布呈现北低南高、西低东高的特征, 尤其是东北部的东乌珠穆沁旗, 其颗粒物污染物排放比较典型, 是锡盟最严重的颗粒物排放区域。而西部的阿巴嘎旗, SO₂排放居诸区域之首。南部的正蓝旗和多伦县环境容量富余较高。因此在锡盟的空间布局上, 需要以环境容量的地域性分布为基础, 充分考量工业企业、环境保护措施、城镇发展的地带性布局, 充分利用高承载力区域的环境容量, 着重改善西北部地区的生态环境质量, 降低区域生态风险。

2.2 锡盟生态环境承载力预测

依据污染物排放总量与环境容量, 分析2020年锡盟煤电基地建设运行期锡盟环境容量利用率, 研究锡盟未来大气污染物排放与总量控制目标的可达性, 综合评判锡盟的环境承载能力。通过设置不同的总量控制情景, 结合预测排放量进行锡盟节能减排的可达性分析。

规划煤电基地在煤炭开采过程和发电过程都会产生大气污染物, 煤电基地开发主要污染物排放量预测核算计算方式为^[7]：

式中, P_排放为主要污染物排放预测, P_基数为基础年排放量, P_削减为考虑“十二五”、“十三五”期间开展节能减排进行的污染物削减量, P_新增为煤电基地新建所排放的主要污染物。将主要企业现状排放量、可削减量及预测新增排放量进行叠加, 即计算出到锡盟煤电基地主要大气污染源污染物排放情况。

2020年, 锡盟规划煤电基地7个矿区在开采过程的粉尘和SO₂排放量, 见表 1。

参考火电行业主要污染物产排污系数^[8]、各电厂可研报告及环评报告书, 得到主要电源基地SO₂、氮氧化物和烟尘的产污系数。参考各电厂的可研报告、环评报告, 规划12个电厂的工艺能够达到95%的脱硫效率, 80%的脱硝效率, 99.8%的除尘效率, 当各电厂满足这些条件时, 预测2020年规划电源基地正常运行后大气污染物排放量(表 2)。

根据规划及相关要求^[9-10], 锡盟2013—2020年电力行业削减项目涉及国控电厂4个。减排项目主要包括小热电项目、水泥项目、煤化工项目。至2020年, 锡盟在2013年基础上可削减SO₂排放量为82107.46t, NO_x排放量82070.69t。

以锡盟地区2015年总量控制目标为标准, 其中SO₂排放量控制在8.7万t, NO_x排放量控制在9.07万t。设置不同的3个情景, 其中情景1为规划新电源点脱硫效率为95%, 脱硝效率为80%；情景2为规划新上电厂脱硫效率为95%, 脱硝效率为90%；情景3为规划电厂执行燃气标准的排放量(表 3, 表 4)。

综上, 2020年, 在排放量最大的情景下, 将行政区现状削减后的排放量叠加新增电厂区位及预测排放量, 得到未来各行政区主要大气污染物排放情况(图 3)。

可以看出, 锡林浩特市仍然是行政区中大气污染物排放量最大的地区, 大气颗粒物尤为突出, 其次是西乌珠穆沁旗和正蓝旗。从空间上, 大气污染物排放量主要集中在锡盟中部和东部煤电基地建设区。

根据预测2020年污染物排放量和容量可以算出各行政区的环境容量利用率(图 4)。

其中, SO₂环境容量利用率高于50%的行政区有多伦县、锡林浩特市和乌拉盖管理区, 分别为70.76%, 87.82%, 72.96%。NO_x环境容量利用率高于50%的行政区有多伦县和锡林浩特市, 分别为81.28%和62.61%。锡盟煤电重点开发单元的其他行政区的环境容量利用率均低于50%。

3 结论

根据《锡林郭勒环境保护“十二五”规划》, 锡盟地区2015年SO₂排放量控制在8.7万t, NO_x排放量控制在9.07万t。而锡盟2013年SO₂和NO_x现状排放量分别为10.44和10.36万t, 污染物总量控制指标将对锡盟煤电基地发展构成硬性约束。

对2020年设置了不同的总量控制情景, 与预测排放量进行对比。其中, 情景1以2015年总量为控制目标, 节能减排要求相对宽松, SO₂, NO_x预测排放量分别为67547.11t/a, 66710.03t/a, 总量控制目标分别为87000 t/a, 90700t/a, 预测排放量占总量控制目标比率分别为77.64%, 73.55%;情景2参考“十一五”、“十二五”减排比率, 在2015年节能减排目标基础上进一步削减, SO₂和NO_x分别减少5.9%、4.6%, 节能减排要求相对严格, SO₂, NO_x预测排放量分别为67547.11t/a, 66681.17t/a, 总量控制目标分别为81867t/a, 86527.8t/a, 预测排放量占总量控制目标比率分别为82.51%, 77.06%；情景3是以更高的要求和标准来严格控制, 进一步加大节能减排力度, 2020年总量控制目标在2015年的基础上减少8%, 6%, SO₂, NO_x预测排放量分别为67547.11t/a, 66681.17t/a, 总量控制目标分别为80040t/a, 85258t/a, 预测排放量占总量控制目标比率分别为84.39%, 78.21%。

结果表明, 在3种情景下SO₂和NO_x的预测排放量均达到总量控制的指标。在情景1节能减排要求相对宽松的条件下, 锡盟各行政区SO₂和NO_x的预测排放量小于总量控制的指标；在情景2相对严格的条件下, 西乌珠穆沁旗的SO₂预测排放量超出总量控制目标, 其它行政区均达标；在情景3更为严格的条件下, 西乌珠穆沁旗和锡林浩特市的SO₂预测排放量超出总量控制目标, 其它行政区的预测排放量均满足总量控制目标。