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重點(diǎn)行業(yè)減污降碳協(xié)同增效是落實(shí)我國(guó)“雙碳”目標(biāo)的重要舉措，需求十分迫切。鋼鐵、水泥、火電等重點(diǎn)行業(yè)大氣污染物與CO2排放量巨大，跨介質(zhì)復(fù)合污染嚴(yán)重、排放機(jī)理復(fù)雜，行業(yè)減污降碳面臨協(xié)同效應(yīng)機(jī)理不明、理論與方法體系不完善等挑戰(zhàn)。同時(shí)，重點(diǎn)行業(yè)節(jié)能減排指標(biāo)日益增多、日趨嚴(yán)格，同樣面臨巨大的減污降碳?jí)毫?。亟需開(kāi)展科學(xué)研究，解答“如何表征減污降碳協(xié)同效應(yīng)及優(yōu)化路徑”和“如何揭示效率的空間異質(zhì)性及精準(zhǔn)管理路徑”兩大科學(xué)問(wèn)題，完善細(xì)化工業(yè)減污降碳實(shí)施路徑，以期為推進(jìn)行業(yè)減污降碳協(xié)同增效提供參考。
一 減污降碳協(xié)同效應(yīng)及路徑優(yōu)化：構(gòu)建研究路線
為回答上述科學(xué)問(wèn)題，研究團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了工業(yè)減污降碳協(xié)同路徑研究技術(shù)路線(圖)，在以下四方面開(kāi)展了系列科學(xué)研究，具體框架如下：
研究技術(shù)路線圖
1、工業(yè)減污降碳綜合措施的系統(tǒng)模擬
以2017年為基準(zhǔn)年，2025/2030/2035年為優(yōu)化年，研究團(tuán)隊(duì)搭建了基于自底向上建模(原料-工藝-措施-產(chǎn)品/廢棄物)的鋼鐵、水泥、火電等工業(yè)重點(diǎn)行業(yè)三類(lèi)七項(xiàng)減污降碳管理措施系統(tǒng)(表1)，并識(shí)別了9項(xiàng)共性技術(shù)。研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)計(jì)算進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)三類(lèi)六項(xiàng)管理措施(行業(yè)規(guī)模控制、原料-產(chǎn)品結(jié)構(gòu)升級(jí)、主體工藝結(jié)構(gòu)升級(jí)、清潔生產(chǎn)技術(shù)推廣、末端治理技術(shù)推廣、共生技術(shù)推廣)的節(jié)能、減排和經(jīng)濟(jì)效益的數(shù)值化表征。
表1. 工業(yè)減污降碳管理措施系統(tǒng)
2、工業(yè)減污降碳路徑高維多目標(biāo)優(yōu)化
基于行業(yè)污染物和碳排放的沖突關(guān)系(碳/污染物減排導(dǎo)致其他環(huán)境指標(biāo)排放的提升)與其共生效益普遍并存的科學(xué)認(rèn)知，研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)立了協(xié)同效應(yīng)理論，通過(guò)優(yōu)化變量(175項(xiàng)減污降碳措施)、目標(biāo)(18維)、約束條件(邏輯、工藝-技術(shù)匹配等5項(xiàng)約束)等模型輸入，在基于行業(yè)協(xié)同節(jié)能減排優(yōu)化模型中引入基于目標(biāo)分解的NSGA-II-ELECTRE-III復(fù)合算法，并利用基于Vague集的不同目標(biāo)偏好樣本篩選，最終形成綜合優(yōu)化路徑。
3、工業(yè)地市級(jí)減污降碳管理效率評(píng)估
基于各行業(yè)產(chǎn)能分布、主體工藝設(shè)備結(jié)構(gòu)、末端治理技術(shù)效率等多源數(shù)據(jù)，研究團(tuán)隊(duì)測(cè)算各地市的能耗、碳排放及污染排放現(xiàn)狀，設(shè)定投入產(chǎn)出變量，并利用基于松弛變量的求解方法，識(shí)別各行業(yè)效率較高地區(qū)。
4、地市級(jí)減污降碳實(shí)施路徑及效益測(cè)算
研究團(tuán)隊(duì)設(shè)置了不同碳達(dá)峰目標(biāo)情景(2025年前達(dá)峰、2030年前達(dá)峰)，提出地市級(jí)減污降碳實(shí)施路徑，并評(píng)估了火電行業(yè)各地市在2019-2035年減污降碳效益及經(jīng)濟(jì)成本。
二 減污降碳協(xié)同效應(yīng)及路徑優(yōu)化：分析研究結(jié)果
研究團(tuán)隊(duì)利用上述技術(shù)路線開(kāi)展了系列研究，得出以下四個(gè)主要結(jié)論：
1、節(jié)能和減污目標(biāo)實(shí)現(xiàn)路徑呈現(xiàn)較大差異
就減污降碳管理措施而言，行業(yè)規(guī)?？刂坪凸采夹g(shù)推廣措施對(duì)實(shí)現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)貢獻(xiàn)較大；原料-產(chǎn)品結(jié)構(gòu)升級(jí)和共生技術(shù)推廣措施的二氧化硫減排效果較好；末端治理技術(shù)推廣的氮氧化物和煙粉塵減排效果較好。此外，共生技術(shù)推廣措施顯著拓展了節(jié)能減污空間。
2、需加強(qiáng)重點(diǎn)減污降碳協(xié)同措施的推廣及應(yīng)用
應(yīng)注重重點(diǎn)減污降碳措施的推廣(表2)，并關(guān)注部分措施目標(biāo)沖突風(fēng)險(xiǎn)(如生物質(zhì)燃料應(yīng)用技術(shù)的碳減排-節(jié)能目標(biāo)沖突，氫能還原鐵、大型煤電機(jī)組等設(shè)備的節(jié)能減排-經(jīng)濟(jì)收益沖突)。
表2. 工業(yè)減污降碳重點(diǎn)推廣措施
3、不同地市的行業(yè)減污降碳管理效率存在明顯差異
對(duì)于鋼鐵行業(yè)，煉鐵工序在京津冀地區(qū)減污降碳管理效率較高；對(duì)于水泥行業(yè)，熟料煅燒工序在長(zhǎng)江中下游城市群效率較高；河套平原和東南沿海城市的火電行業(yè)減污降碳效率較高，但由于該地區(qū)屬于高能耗/排放地區(qū)，潛力空間和經(jīng)濟(jì)性未必顯著。
4、應(yīng)因地制宜制定減污降碳目標(biāo)及實(shí)施路徑
對(duì)于火電行業(yè)，需科學(xué)推斷火電行業(yè)各地市碳達(dá)峰時(shí)間，制定差異化的達(dá)峰時(shí)間目標(biāo)，實(shí)施一地一策，推進(jìn)有條件地市率先達(dá)峰，對(duì)于在2030年前達(dá)峰有風(fēng)險(xiǎn)的94個(gè)地市，合理制定目標(biāo)，避免“沖鋒式”減排，支撐“雙碳”目標(biāo)全局統(tǒng)籌、科學(xué)有序推進(jìn)。
三 未來(lái)研究展望
上述研究為行業(yè)減污降碳管理及政策制定提供了決策支撐，未來(lái)我國(guó)應(yīng)持續(xù)開(kāi)展相關(guān)研究，在“雙碳”目標(biāo)約束下的工業(yè)減污降碳管理平臺(tái)開(kāi)發(fā)、自上而下模型與自底向上模型的耦合連接、CCUS工藝系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)控及區(qū)域應(yīng)用路徑研究三方面加強(qiáng)工作(表3)，全面推進(jìn)減污降碳工作。
表3. 未來(lái)研究工作
作者|溫宗國(guó) 清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院教授
原標(biāo)題：專家觀點(diǎn)|溫宗國(guó)：行業(yè)污染物與碳減排的協(xié)同效應(yīng)及路徑優(yōu)化
