城市能源与大气环境耦合模型建立及在北京的应用研究

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1、摘要摘要能源供给与大气环境是现代城市发展面临的两大重要问题。北京市属于能源资源短缺地区，能源自给率低，大部分能源都由外省市提供，随着经济的快速增长，能源需求逐年增大，能源供给、能源结构的优化与调整成为北京市政府关注的一个重要问题。研究发现城市大气环境不仅与工业生产、人民生活相关，同时与城市能源活动息息相关。因此建立城市能源与大气环境耦合模型系统，研究城市能源消耗与大气环境间的互动关系，优化管理城市能源结构，控制大气污染排放，改善大气环境质量，对促进经济发展、提升城市竞争力、改善城市人居环境具有重要意义。本文建立了北京及周边地区MM5．CAMx．PSAT耦合大气

2、环境质量模型，对北京市S02、PMlo大气环境质量进行了来源分析研究，定量分析了北京周边省市、北京市各地理分区、北京市各行业、北京市行业．地区综合排放源对北京市大气环境质量的影响，筛选出了对北京市大气环境质量影响较大的本地主要行业、主要地区和主要行业．地区综合排放源。基于北京市S02贡献来源分析结果，建立4种S02减排情景分别对全市、本地主要行业、本地主要地区、本地主要行业．地区进行等量减排，应用MM5．CAMx耦合模型系统对减排后北京市S02大气环境质量的改善情况进行模拟预测。模拟预测结果表明，通过优先或重点控制减排主要区域和主要行业的S02排放将有效改善北

3、京市S02大气环境质量，达到减排量相同而空气质量改善量最大的最优结果。在对减排模拟预测结果、经济投入、技术可行性的综合分析的基础上，提出了北京市改善S02大气环境质量的近期和远期减排控制方案。建立了城市敏感源筛选方法，并基于此提出了减排控制方案的制定原则。在筛选城市敏感源的过程中，提出了城市主要贡献源、城市减排效率较大的源和城市敏感源的概念。城市主要贡献源是CESCR(累计贡献率)≥80％的城市排放源；城市减排效率较大的源是CRUER(污染物单位排放率的大气环境质量贡献率)>_ACRUER(城市平均CRUER)的排放源：城市敏感源即同时满足以上两个条件的排放源

4、。依据城市敏感源筛选方法对北京市行业、地区以及行业．地区综合敏感源进行了筛选，并根据筛选结果分别制定了减排控制方案。城市敏感源筛选，可以为不同层次和不同目标的城市大气环境质量控制方案的制定提供科学、全面的依据，该方法具有推广示范意义。应用偏最小二乘法(PLS)进行了北京市主要能源消费量的中长期预测，同时采用VaR(ValueatRisk)风险评估法对北京市中长期能源需求预测结果的不确定性进行了分析。通过构建能源消耗量、能源成本、大气污染排放量、大气污染北京工业大学工学博士掌位论文贡献浓度之间的影响关系，建立了北京市能源．大气双目标优化管理模型。利用先进的MM5

5、．ARPS．CMAQ耦合模型系统对北京市PMlo大气环境质量进行了模拟分析，建立了各行业污染排放．贡献浓度响应关系，为建立双目标城市能源．大气优化管理模型提供基础参数。与单目标优化模型相比北京市能源．大气双目标优化管理模型综合考虑了能源成本和PMlo贡献浓度的优化问题，在不同限制条件下均取得了较好的优化效果，得到了北京市能源成本和PMlo贡献浓度的最优化数据。同时，应用该双目标优化管理模型对北京市中长期的能源成本和PM】o贡献浓度进行优化模拟分析。根据城市能源大气管理需要，该模型能广泛的应用于相关政策和措施实施后对能源成本和PMlo贡献浓度影响的评估。该模型将

6、为城市能源．大气优化管理与控制提供新方法。关键词城市敏感源；大气环境；来源分析；能源优化；耦合模式ABSTRACTABSTRACTEnergysupplyandairpollutionarctwomajorproblemsforthedevelopmentofthemoderncity．BeijingwhichislocatedintheregionwithrareenergyresolM'ceshasthelowenergyself-supportingrate；therefore，muchoftheenergyistransportedfromthereg

7、ionoutsideofBeijing．Withthetremendouseconomicdevelopment，Beijingenergydemandisincreasingeveryyear,andenergysupply,optimizationandadjustmentofene'rgyconsumptionstructureisanimportantproblemfacingtotheBeijinggovernment．Previousresearchdemonstratedthatcityairqualityisnotonlyrelatedtoin

8、dustryproductionand