美国火电厂污染物排放监测和控制基本情况及其对我国的启示

1、电力行业是我国节能减排的重点领域, 国务院在 节能减排 综合性工作方案 中对电力行业提出了明确要求。 如何采取相关 措施减少电力行业污染物排放, 实现 “十一五”期间污染物减排 的约束性指标, 促进经济社会可持续发展, 是我们当前的一项重 要任务。美国火电厂污染物排放监测和控制 基本情况及其对我国的启示稽查局 王云波美国发电总装机容量为 10.88亿千瓦, 是世界上电力工业规 模最大的国家, 其中煤电装机为 3.36亿千瓦, 占总容量的 30.9%。 2007年,美国总发电量为 4.16万亿千瓦时,其中燃煤发电量为 2.02万亿千瓦时, 占总发电量的 48.5%。 大量的燃煤发电使电力 行业成

2、为美国排放二氧化硫、氮氧化物和二氧化碳最多的行业, 也是造成美国上世纪 90年代初期三分之一地区酸雨的重要污染 源。对此,美国采取了一系列的控制措施,并取得了显著成效, 逐步改善了生态环境质量。1一、美国火电厂污染物排放监测和控制的基本情况为了有效控制大气污染和酸雨, 改善环境质量, 美国在电力 行业污染物控制方面采取了多项措施, 颁布了火电厂烟气排放标 准,开展了烟气连续在线监测管理,研究并实施了酸雨计划,对 二氧化硫、 氮氧化物进行总量控制和排污权交易, 逐步减少了火 电厂二氧化硫、氮氧化物的排放。(一美国火电厂污染物排放管理体制美国火电厂污染物排放监测和控制主要由联邦环保局 (EPA 和

3、各州政府环境保护部门来负责, 有关政府部门按照职权划分在 各自领域内行使环境保护监督管理职能,工作相互协调和配合。 如能源部(DOE主要开展相关能源环境政策、标准和清洁能源 利用技术的研究, 提出政策建议。 能源监管机构主要是在审批电 力项目许可时对相关环保标准和要求进行核实。联邦环保局成立于 1970年 12月, 根据一系列联邦环境保护 法律的授权, 行使有关环境保护法规的制定以及环境行政执法的 权力。其主要职责是通过有效地执法和实施各项环境保护计划, 不断提高环境质量, 保护公众健康和创造舒适优美的环境。 各州 设有州一级的环境质量委员会和环境保护局, 拥有相应的立法权 和执法权, 一方面

4、具体实施和监督联邦环境保护法律法规、 环境 标准、 环境保护计划, 另一方面也享有一定的自主权,决定哪些2污染源和行业可以通过州法规加以限制。 但是州法规只能用来制 定比现有联邦规定更严格的标准, 州实施计划要得到联邦环保局 的认可。 联邦环保局可以针对在自然资源保护和污染防治治理上 执行不力和对各项环保计划的实行不予配合的州,给予严厉惩 罚。另外, 如果州环保局不能正常履行职责,联邦环保局还可以 直接接管其运行。(二美国火电厂污染物排放控制的主要法律美国环境保护的法律法规十分健全, 和环境有关的联邦一级 立法就有 30多部,其中与火电厂污染物控制关系最为密切、最 重要的是清洁空气法 (Cle

5、anAir Act 。 清 洁空 气法 颁布 于 1970年 12月, 是最早出台的大气污染物排放控制方面较为系 统的法规, 相关标准和处罚尺度都很具体, 无需参照或类推其他 法律。 该法的主要目标是保护和提高国家空气质量, 规定了 6种 主要污染物(SO2、CO、NOx、臭氧、铅、颗粒物的环境质量标 准,并将全国划分为 247个空气质量控制区进行监测;1990年 11月,美国对清洁空气法进行了修正(CAAA1990 ,采 取 了 新的污染物排放控制策略, 即由规定单个污染源的污染物排放量 和排放速率的 “命令型控制”改为对每个厂的污染物排放总量进 行控制, 同时提出具体的减排目标, 并在此基

6、础上建立了排放权 交易制度。34(三美国火电厂污染物排放的相关标准1、联邦空气质量标准(、联邦空气质量标准(NAAQSNAAQS NAAQS 。 美国根据清洁空气法 制定了全国大气环境质量标准, 该标准规定了大气中各种污染物 的最高允许浓度。美国联邦空气质量标准 1见表 1。1美国联邦空气质量标准2、燃煤电厂污染物控制标准。 为使固定污染源排放符合排 放标准,美国通过制定和实施全国统一的新污染源排放标准一级标准二级标准 污染物种类浓度平均时间浓度平均时间CO9ppm (10mg/m3 8小时无35ppm (40mg/m3 1小时 铅 0.15µg/m3连续 3月平均 同一级标准 1.

7、5µg/m3平均每季度 同一级标准 NO 20.053ppm (100µg/m3 年算术平均值 同一级标准 PM 10150µg/m324小时 同一级标准 PM 2.515.0µg/m3年算术平均值 同一级标准 35µg/m324小时 同一级标准 O 30.075ppm 8小时 同一级标准 0.08ppm 8小时 同一级标准 0.12ppm 1小时 同一级标准SO 20.03ppm 年算术平均值 0.5ppm (1300µg/m33小时0.14ppm24小时1来源于美国环保局。5(NSPS等对燃煤电厂的污染物排放进行控制。目前,美国燃

8、煤 电厂执行的标准和规则是世界上最全面、最细致的 2,见表 2。表 2美国燃煤电厂执行的标准和规则对新厂或已有工厂扩建, 必须满足新污染源效能标准和新污 染源审核(NSR要求 3,具体见表 3。表 3美国燃煤电厂的新污染源效能标准及新污染源审核要求3、 污染物排放监测标准。 为加强对污染物排放控制的监测, 1979年,美国新建火电机组被首次要求安装烟气排放连续监测规则 规则要求新污染源效能标准 技术标准涵盖了新建、改建、重建工厂的 SO2, 氮氧化物如 NO2, TSP, PM10排放以及不透明度要求。新污染源审核 工厂在建设前必须得到许可。详细规定 SO2, 氮氧化物如 NO2, TSP,

9、PM10的排放限制和不透明度要求。 运行许可 所有污染源必须获得有排放限制的运行许可。酸雨计划 总量控制与交易计划。相关电厂必须拥有一定的二氧化硫排放额 度和 NOx 排放限制。NOx 预算交易计划在美国东部电厂通过基于市场的总量控制与交易减少 NOx 排 放 , 主要通过州规则对大的锅炉实行。污染物 新污染源效能标准(NSPS NSPS 新污染源审核(新污染源审核(NSRNSR NSR最佳可行控制技术 最佳可行控制技术/最低可排放率(最低可排放率(BACBAC BACT T /LAER/LAER排放限制 排放限制 最佳可行控制技 术 /最低可排放率 (BACT /LAER/LAER控 制工艺

10、最佳可行控制技 术 /最低可排放 率(率(BACTBACT /LAER/LAER 控制效率通常 (mg/Nm3 二氧 化硫 265-530mg/Nm3和70%到 90%的去除率53-88mg/Nm3燃用低硫煤,FGD 90-95%新建电厂 <100氮氧 化物 0.73g/kwh63mg/Nm321-42mg/Nm3选择性催化反应技术和低氮燃烧技术 50-90%新建电厂 <100PM1013.25mg/Nm3和 99%的去除率 4.4-6.6mg/Nm3电除尘器,布袋除尘器大于 99.5%30-50不透 明度20%不透明度 (平均6分钟10%不透明度电除尘器,布袋除尘器99.9%总悬

11、浮颗粒物-2来源于美国能源部。 3来源于美国能源部。系统(CEMS ,并严格执行相关的监测标准。目前美国所有燃煤 电厂均安装了连续监测系统(CEMS ,执行的污染物监测标准是 “联邦法律汇编第 40卷第 75部分-烟气排放连续监测系统现场 审计手册”(40CFR Part 75CEMS Field Audit Manual (以 下简称“Part 75” 。 Part 75对在线监测的范围、标准、准确 度等提出了很多严格细致的要求, 企业必须据此提供每小时的排 放监测数据,这也为开展排污权交易提供了统一的数据平台。 (四美国火电厂污染物减排主要措施和基本程序美国电力行业二氧化硫和氮氧化物控制以

12、排污交易为主, 企 业可以自主选择是安装脱硫设施还是购买排放额度,仅有 30%左 右的燃煤电厂安装了烟气脱硫设施, 低于中国烟气脱硫机组占煤 电机组的比例(截至 2008年底,我国 60%以上的燃煤机组安装 了烟气脱硫设施 。美国对采取何种路线进行污染物控制进行了 详细的科学分析和预测, 图 1显示了不同措施控制污染物排放的 成本对比 4。4来源于美国环保局。67 图 12010年美国污染物控制措施成本对比预测采取排污交易措施能以最低的成本使环境质量得到改善。 因 此,美国在清洁空气法修正案(CAAA1990的第四篇中提出 酸雨计划,启动了总量控制与排污交易计划(Capand Trade Pr

13、ogram 。1、酸雨计划。 酸雨计划的目标是:到 2010年,SO 2在 1980年的基础上减排 1000万吨, 总体排放水平保持在 1980年的排放 水平以下。 酸雨计划分两个阶段:第一阶段从 1995年 1月到 1999年 12月,控制对象为排放水平超过 1.1kg/GJ(2.5lb/MBtu的 110座燃煤电厂,共有 263台机组,后来又增加了 182台 机 组 , 总数达到 445台, 遍及美国东部和中西部地区的电力企业。 第二 阶段从 2000年 1月到 2010年, 涉及的机组总数达到 2000多台, 包括了所有装机容量大于 25MW 的机组。第二阶段的允许排放水 平 从 第 一

14、 阶 段 的 1.1kg/GJ(2.5lb/MBtu 下 降 到0.5kg/GJ(1.2lb/MBtu 。2、总量控制与交易计划。 酸雨计划的核心是建立在市场机 制上的二氧化硫总量控制和排放权交易。其基本流程如下: (1政府设定一个二氧化硫排放的总量限制政府组织相关机构对环境现状进行评估, 科学分析原因, 进 行模式研究,主要考虑减少多少排放量能改变对环境卫生的影 响,技术上和经济上的可行性, 所花费的时间等。在听取公众意 见后通过立法确定排放的总量、 减排的时间表、 排放额度分配规 则等。(2政府将排放额度分配给各个发电厂在分配排放额度时主要遵循公平公正、激励性、易确定性、 高效率等原则,

15、有多种不同的分配方法, 如根据发电量、 燃料量 、 烟气量、 机组效率、 是否安装脱硫设施等因素来进行考虑,各种 方法不一定都是完美的, 但不同的分配方法得到的最终减排量是 一致的。 这样就确定了各个电厂的主要职责:美国大约 530个燃 煤发电厂 (305GW ,共 1300个锅炉产生了电力行业的大部分污 染物排放:95%的 SO 2、90%的 NOx、83%的 CO 2。(3发电厂制定合规和控制策略根据政府确定的排放额度, 发电厂有一年的准备时间, 来采 取相关的措施, 建设防止污染物排放的设施或进行排放额度的交8易。 一个排放额度用来抵消一吨二氧化硫, 排放额度可以无限制 的自由交易, 正

16、式的交易需要在联邦环保局的排放额度跟踪系统 里进行登记, 当年未用完的剩余排放额度可以延续到下一年继续 使用。(4发电厂监测污染物排放数据并报告给政府发电厂负责建设、 运行和维护在线监测系统, 在线监测必须 准确、 连续, 并根据相关要求按时向州环保局和国家环保局提交 监测报告。 如果出现故障或误差, 要及时与环保局有关人员沟通 , 说明情况并及时纠正。(5政府制定相关监测方法、标准和认证程序国家环保局负责制定相关监测方法、 标准, 确保设备和数据 质量的认证程序, 以及缺失或无效数据的替换程序等, 保证数据 的完整和一致性, 另外, 对相关标准和技术不断进行改进,对某 些特殊的电厂提供可替代

17、的方案。(6政府对监测设备和排放数据等进行检验以及合规检查 政府对监测设备和排放数据等进行检验以及合规检查, , 必要时进行处罚国家环保局运用电子审核系统对在线监测系统的运行情况 和每小时的实时报告数据进行检验, 或者联合州政府的环保局现 场进行检查。 对发现不符合规定的, 一是进行经济性处罚(根据 物价情况不断变化,2008年每吨二氧化硫罚款 3327美元 ,二9是减少下一年的排放额度。(五美国主要污染物排放控制成效酸雨计划等措施实施以来,美国污染物排放得到有效控制, 近年来美国污染物排放控制水平 5见图 2。 在发电量增加 30%以上 的情况下,二氧化硫排放量下降了 40%,氮氧化物排放量

18、下降了 近 50%。图 2美国历年主要污染物控制水平二、美国污染物排放监测和控制的主要特点美国电力行业污染物排放监测和控制取得了明显的成效, 在 火电厂烟气排放法规、 标准的制定和监督, 以及利用市场机制引 导企业主动采取措施减少污染物排放方面积累了丰富的经验, 主 要有以下几个突出特点:5来源于美国环保局。10(一 将控制污染物排放的职责和相关标准在法律法规中进 行明确规定,这是控制和减少火电厂污染物排放的重要前提 美国污染物排放控制的法律法规十分齐全和完备, 从环境管 理体制和机构, 到具体的污染物排放和监测标准, 均在相关法律 法规中进行了明确的规定:一是在 清洁空气法等联邦法律中 规定

19、了联邦环保局和各州政府的职责, 并赋予了相应的执法权力 和措施; 二是规定了火电厂烟气二氧化硫、 氮氧化物、烟尘等污 染物的具体排放标准和总量控制指标;三是出台了火电厂在线监 测系统规定和要求(美国联邦法规集第 40卷第 75部分 。以上 法律法规, 均是结合火电厂污染物控制和排放情况、 地方空气环 境质量和国家环境管理需要等出台的,对火电厂具有强制效力, 如有违反,美国联邦环保局和各州环保部门将会依法处理。 (从 1995年开始,每年 3月 1日对各个火电厂下达和结算烟气总量 控制指标,未能完成当年目标任务要受到处罚。 (二 建立信息公开制度和引入市场调节机制,这是促进火 电厂自觉减少污染物

20、排放的有效方法美国电力行业现有燃煤火电厂约 1256家 , 共有 3500多台发 电机组, 每个厂的每台机组生产情况、 燃料使用情况及污染物排 放情况等数据每季度以统一的格式向美国环保局申报, 由美国环 保局审核通过后在网上向社会公布, 任何单位、 组织和个人都可11从网上查阅各火电厂污染物排放情况。 既体现了环保部门的统一 管理, 又体现了公众参与环境监督工作。 同时,美国环保局应用 了基于市场的控制策略, 实行二氧化硫排放权交易制度, 以最经 济、 最有效的方法达到二氧化硫总量控制的目标。 未完成年度二 氧化硫总量控制指标的火电厂可花钱购买其它火电厂的二氧化 硫排放量额度。 反之, 采取脱

21、硫措施的火电厂可卖出其富余的二 氧化硫排放量额度。 目前, 在美国芝加哥气候交易所注册参与排 放权交易的单位已有 400多家, 并建立了二氧化硫期货市场, 通 过核查的减排量可以在交易所竞拍, 并类似股票市场进行实时交 易。(三 加强污染治理技术研发和对火电厂设备技术改造升级 , 这是控制和减少火电厂污染物排放的必由之路联邦环保局等相关部门十分注意新技术、新产品的研究开 发,通过其设在全国的实验室,适时评估环境状况,以确定、 了 解、解决当前和未来的环境问题, 并主动借鉴相关合作伙伴, 包 括国家机构、 私人组织、 学术机构以及其他机构的研究成果。 如 美国能源部国家能源实验室 (DOE/NE

22、TL 和联邦环保局三角研究 院(EPA/RTP,两部门设有专门的研究机构,研究范围除了二氧 化硫、 氮氧化物和二氧化碳、 烟尘等传统污染物外,还有汞等重 金属污染物, 并从改进燃料种类、 提高锅炉燃烧效率到二氧化硫 、12氮氧化物和二氧化碳、 烟尘、 汞等污染物治理技术均进行了深入 的专门研究和广泛的国际交流合作。 同时, 联邦环保局还积极引 导企业进行新产品、 新技术的推广应用, 通过赞助自愿合作伙伴 和计划,会同超过一万家工厂、企业、非营利机构等,致力于超 过 40个自愿污染预防计划和能源节约方面的工作,让企业在降 低成本的同时,减少污染物排放。(四 建立严格的质量认证考核标准和监督管理体

23、系,这是 控制和减少火电厂污染物排放的根本保障为保证相关标准得到认真执行,确保排污权交易市场的公 平、公正,美国环保局作了大量的工作,进行监督和核实。建立 了统一的数据库平台(电子认证系统 ,收集、分析相关数据信 息。制定了质量保证(QA和质量控制(QC标准、误差校验标 准,以及相对精确性审计制度(RATA 、偏差测试、循环时间测 试、 线性检查等制度和方法, 对在线监测系统的准确性和企业上 报数据的真实性进行验证。企业除了报送连续性的监测数据外, 每年还要上报监测设备的认证报告, 认证报告由第三方的专业化 公司来进行,企业通过市场进行自主选择,并支付相关的费用。 如果发现企业上报的数据有偏差

24、, 环保部门会要求企业加大报送 数据和认证报告的频次,同时也就相应增加了企业的成本和负 担,从而使得企业主动确保自己上报的数据准确无误。13三、启示与建议我国电力行业污染物排放的情况与美国有一定的相似之处, 在环境管理的一些制度设计上也学习和借鉴了美国的经验, 但还 存在许多不完善和需要改进的地方。 结合我国当前火电厂污染物 排放监测和控制的现状,从中得到以下启示和建议:(一加强环保法律法规建设,明确责任划分,将污染物排 放监管纳入法制化轨道美国与我国都实行环保局统一管理、 其他相应部门分别管理 的统分管理模式, 但在美国这种体制运转良好, 而我国经常出现 部门之间互相 “扯皮”或争夺管辖权的

25、情况,最根本的原因在于 各部门的职权没有通过立法加以明确和细化。 其次我国现行的电 力环保法律法规还不完善, 某些规定过于笼统, 缺乏具体可操作 性的程序和措施, 相应的处罚手段也较少。 建议进一步明确电力 行业节能减排的政府管理职能和各方职责, 不断完善有关电力环 保与资源节约方面的法律、法规,将节能减排的理念、指标、 制 度以及行业监管职责等通过法规的形式予以确定。 同时, 要清理 、 整顿现行环保相关的法规政策, 减少法规政策间的不协调、 交叉 和矛盾的现象,以促进企业依法减排和政府依法监督。(二科学制(修订污染物排放标准,合理分配二氧化硫 总量指标14在我国当前的污染物减排工作中, 起

26、主导作用的还是各种行 政命令文件, 采用的主要是行政管理手段, 如采取签订二氧化硫 排放责任书、 确定重点工程或者行政审批等方式, 存在 “一刀切” 要求所有电厂都脱硫、 片面追求高脱硫效率的情况, 二氧化硫等 污染物的排放标准和排放量分配指标不够科学合理。 建议有关部 门进一步加强调查和研究工作, 以环境要求为目标, 以技术和经 济条件为约束, 坚持区分新老企业、 区分不同地域、促进经济治 污、促进清洁生产、鼓励科技创新等原则,制(修订火电厂排 放标准, 科学分配二氧化硫总量指标, 并将污染物排放标准以法 规形式颁布,增强其效力。(三 电力监管机构与环保部门要继续加强协作,加快完善 燃煤机组

27、脱硫在线监测系统目前,我国有 3000多家电厂安装了在线监测系统,但与环 保部门进行联网监控的还不到 30%,与电力监管机构联网的数量 更少。 监管机构在工作中存在着排放数据收集困难、 数据真实性 不高,难以实时掌控和准确评价等情况。电监会 “三定方案”中 明确, 电力监管机构具有 “协同环保部门对电力行业执行环保政 策、法规和标准进行监督检查”的职责。随着电力体制改革的逐 步深入和市场功能的发挥, 电力监管的总趋势是逐步加大对清洁 能源发展、 污染物排放、 普遍服务等社会性监管的力度。南京电15监办,贵阳电监办,济南电监办参与组织实施的烟气脱硫实时监 测信息管理系统,取得了很好的成效和宝贵经

28、验.建议电力监管 机构继续加强与环保部门的沟通和合作, 加快建设和完善脱硫机 组在线监测系统. 一是研究出台强制性在线监测安装,联网要求 和相关的激励政策,提高污染企业与环保部门,电力监管机构联 网的比率;二是对在线监测安装条件,运行管理,数据缺损等可 行性,合理性,科学性进行综合评估,结合实际情况对污染源 自动监控管理办法等规定进一步完善,细化,增强日常管理的 可操作性. (四加强监督检查和信息公开,充分发挥在线监测系统的 应有作用 目前, 我国电力行业污染物排放的统计, 监测制度尚不完善 , 监督检查和考核力度有待加强, 已安装的在线监测系统没有发挥 应有的作用,在实施脱硫电价的过程中,也没有将在线监测的结 果作为考核依据.对此建议:一是加强对火电厂执行国家污染物 排放标准和相关政策的监督检查力度,继续向社会发布电力企 业节能减排情况通报 ,广泛动员社会力量进行监督;二是开展