典型城市碳达峰能源政策下空气质量协同改善效益评估_杨庆珊.pdf

第 43 卷第 1 期2023 年 1 月Vol.43，No.1Jan.，2023环境科学学报Acta Scientiae Circumstantiae典型城市碳达峰能源政策下空气质量协同改善效益评估杨庆珊，朱云*，龙世程，张冰瑶，张萌萌，袁颖枝华南理工大学环境与能源学院，广东省大气环境与污染控制重点实验室，广州 510006摘要：碳达峰能源政策可同时实现减污降碳，带来明显的空气质量改善及人群健康效益.本研究综合利用LEAP模型、WRF-CMAQ模型和BenMAP-CE模型，量化评估了惠州市能源政策和大气污染控制措施对二氧化碳和大气污染物排放、空气质量和人群健康的影响.结果表明，不实施碳达峰的基准情景下惠州市CO2排放将持续增长，而能源转型能使惠州市在2030年实现碳达峰值6906万t目标，碳减排贡献最大是 电力部门；大气污染末端控制措施叠加能源政策可从源头进一步减少SO2、VOCs、NOx、PM2.5的排放，较基准年2019分别减排4695、44142、38422、12493 t.能源转型情景下惠州市2035年PM2.5年均浓度可以从基准情景的18.25 g m-3下降至14.95 g m-3，小于世界卫生组织过渡期 第3阶段目标（15 g m-3），O3年均浓度也可大幅降低至133.68 g m-3；进而得到归因于PM2.5和O3的可避免早逝人数分别为448例（95%CI：143737）和36例（95%CI：1161），相对于基准情景获得的人群健康效益为37.88亿元（95%CI：12.3761.56）.关键词：碳达峰；能源政策；健康效益；空气质量；LEAP模型；WRF-CMAQ模型；惠州文章编号：0253-2468（2023）01-0307-11 中图分类号：X51 文献标识码：ACo-benefits of energy policies under the CO2 emission peaking target on air quality and health improvement in a typical cityYANG Qingshan，ZHU Yun*，LONG Shicheng，ZHANG Bingyao，ZHANG Mengmeng，YUAN YingzhiGuangdong Provincial Key Laboratory of Atmospheric Environment and Pollution Control，College of Environment and Energy，South China University of Technology，Guangzhou 510006Abstract：In addition to reducing carbon emissions，energy policies for CO2 emission peaking target can considerably enhance air quality and public health.This study used an integrated modeling framework that combines three models of the LEAP，the WRF-CMAQ，and the BenMAP-CE，to quantify the impacts of both energy policies and air pollution control measures on CO2 and air pollutant emissions，air quality，and public health in Huizhou.The results showed that CO2 emissions in Huizhou will continue to increase under the baseline scenario（BAU）without the implementation of carbon mitigation policies，while the CO2 emissions will peak at 69.06106 t in 2030 due to energy transition，in which the power sector making the highest contribution to carbon reduction.With the combination of end-of-pipe air pollution control measures and energy policies，the source reductions of SO2，VOCs，NOx，and PM2.5 emissions were 4695，44142，38422，and 12493 tons respectively compared to the base year 2019.The annual average PM2.5 concentration in Huizhou can be reduced from 18.25 g m-3 in the baseline scenario to 14.95 g m-3 in 2035，which is less than the WHO Interim Target-3（15 g m-3），and the annual average O3 concentration can be significantly decreased to 133.68 g m-3.Accordingly，there were 448（95%CI：143737）and 36（95%CI：1161）avoided premature deaths related to PM2.5 and O3，respectively，with a health benefit of 3.788（95%CI：1.2376.156）billion Chinese Yuan（CNY）over the baseline scenario.Keywords：CO2 emissions peaking；energy policies；health benefits；air quality；LEAP model；WRF-CMAQ model；Huizhou1引言（Introduction）习近平主席在第七十五届联合国大会一般性辩论上庄严承诺我国“二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和”.温室气体（二氧化碳）和大气污染物同根、同源性强（熊华文，2022），碳达峰能源政策在实现降碳的同时（Huang et al.，2019），也可大幅减少大气污染物排放（Braspenning Radu DOI：10.13671/j.hjkxxb.2022.0452杨庆珊，朱云，龙世程，等.2023.典型城市碳达峰能源政策下空气质量协同改善效益评估 J.环境科学学报，43（1）：307-317YANG Qingshan，ZHU Yun，LONG Shicheng，et al.2023.Co-benefits of energy policies under the CO2 emission peaking target on air quality and health improvement in a typical city J.Acta Scientiae Circumstantiae，43（1）：307-317收稿日期：2022-10-10 修回日期：2022-11-26 录用日期：2022-12-05基金项目：广东省科技计划项目（科技创新平台类）（No.2019B121201002）；无人机集群高精度快速溯源项目（No.2130218003008）；南方海洋 科学与工程广东省实验室（珠海）创新团队建设项目（No.311021001）作者简介：杨庆珊（1998），女，E-mail：；*责任作者，E-mail：环境科学学报43 卷et al.，2016；Liu et al.，2019），由此带来的空气质量改善及人群健康效益明显（Wu et al.，2021）.因此，广东省将“推动珠三角城市碳排放率先达峰”及“加强温室气体和大气污染物协同控制”作为全省工作重点（广东省人民政府，2021a）.惠州市作为珠三角的重要节点城市，近年来碳排放总量的增长速度超出珠三角平均水平；与此同时，惠州市现有末端治理为主的大气污染控制措施减排潜力有限，难以满足未来空气质量持续改善要求，开展碳达峰能源政策下空气质量协同改善效益评估需求迫切.目前，国内外碳减排政策与空气质量协同改善效益相关研究已经开展.Selvakkumaran等（2015）、Mittal等（2015）运用 AIM 模型研究了泰国、印度运输部门低碳政策下空气污染协同效益.Lu 等（2019）、Shu 等（2022）利用GAINS模型评估了京津冀地区能源措施的减污降碳效果及成本效益.为改进单一模型分析的局限性，也有不少研究采用多个模型集成的综合框架实现环境、人群健康和经济价值评估.Xie等（2018）结合AIM/CGE模型、WRF-CMAQ模型和健康影响评估模型研究了亚洲地区实现2 目标的空气质量和人群健康协同效益.He等（2010）将LEAP模型、CMAQ模型和BenMAP模型结合评估了中国能源政策的污染减排效果及健康效益.Zhang等（2021）链接IMED|CGE模型、GAINS模型和IMED|HEL模型以评估四川省气候政策和大气污染控制政策的综合影响.Peng等（2018）基于WRF-Chem和流行病学浓度-响应关系分析了中国电气化措施的实施效果.Chen等（2022）利用LEAP模型、WRF-CMAQ模型评估了顺德区能源转型对碳减排和空气质量的影响.这些研究主要集中在国家、区域等较大尺度或者具体部门，碳达峰能源政策下空气质量协同 改善效益评估研究并不多见.有鉴于此，本文综合利用LEAP模型、WRF-CMAQ模型和BenMAP-CE模型评估能源政策和大气污染 控制措施对惠州市二氧化碳和大气污染物排放、空气质量及人群健康的影响，以期为惠州市减污降碳路径评估提供基础数据，并为我国城市开展碳达峰能源政策下空气质量协同改善效益评估提供方法参考.2研究方法（Research methods）2.1技术路线本文以2019年为基准年，2035年为目标年，量化评估惠州市未来能源政策和大气污染治理政策的协同改善效益，总技术路线如图 1所示.首先采用长期能源可替代规划系统（LEAP）模型预测能源政策实施下与能源相关的CO2和大气污染物排放量，整合末端控制措施实施下各部门的大气污染物的过程排放，获得不同情景下的大气污染物总排放量.随后利用先进的空气质量模拟体系（WRF-CMAQ）模拟惠州市 PM2.5和 O3 浓度.为验证模型的可靠性，利用国控点的监测数据进行对比校验并通过达标评估工具（SMAT-CE）对模拟结果进行数据融合以减小模拟误差，然后根据调整后的浓度分析惠州市空气质量改善效果.最后将融合后的污染物浓度输入空气污染与健康效益评估工具（BenMAP-CE），结合人口、患病率等数据，通过健康影响 函数、价值评估函数分别对不同环境浓度下的人群暴露水平、健康损害进行量化和货币化，分析得到惠州市空气质量改善带来的健康效益.2.2排放量估算2.2.1情景设置基于广东省和惠州市相关规划（广东省人民政府，2021b；惠州市人民政府，2022b；2022c；国家能源局国家发展改革委，2016），综合考虑能效改善、能源消费、运输结构优化、技术及排放标准升级等政策措施和技术选项，构建了基准情景（BAU）、污染控制情景（APC）和能源转型情景（ET），分析惠州市能源政策和大气污染控制措施对污染物和碳排放、空气质量改善和环境健