火电厂大气污染物排放清单三维时空分配处理方法和装置与流程

本发明涉及污染物排放清单及大气污染治理领域，具体涉及一种火电厂大气污染物排放清单三维时空分配处理方法和装置。
背景技术：
：随着经济社会的发展，我国能源消费水平迅速增加，污染物排放量居高不下。经济飞速发展推动了电力规模的迅速增大，火力发电一般是指利用煤炭、石油和天然气等燃料燃烧时产生的热能来加热水，使水变成高温、高压水蒸气，然后再由水蒸气推动发电机来发电的方式的总称。我国的火电厂以燃煤为主，火电一直占据我国能源结构举足轻重的地位，数据显示2007年至2012年，火电装机容量比重和发电量比重基本处于0.7和0.8左右，在我国能源结构用处于主导地位。在今后相当长的时间内，我国以煤炭为主的能源消费结构不会改变，我国“富煤贫油”的基本国情决定了我国火电以煤炭为主。火电厂作为特别具有代表性的高架点源，排放的大气污染物是造成我国区域大气污染的重要因素，且火电厂排放污染物烟气抬升后在较大风速的作用下，区域间互相影响和传输。大气“国十条”针对恶劣的雾霾天气，提出了达标任务。火电是重点控制行业之一，控制火电具有降低PM2.5和臭氧浓度的双重效果。污染源排放是影响环境空气质量最重要的因素，污染源排放清单是开展大气环境规划、大气环境影响评价以及大气污染扩散输送模拟的基础。目前有采用稀疏矩阵源处理模式以及基于人口和燃煤量分布对污染源时空分配进行处理。采用稀疏矩阵源处理模式主要是采用稀疏矩阵源处理模式SMOKE处理污染源时空分配，对于高架点源，需要点源的经纬度及烟气的温度、风速、点源的高度等物理量，进行抬升计算，然后进一步计算源的时空分布。但该模式需要在Linux系统下运行，且前处理各种文档较为繁琐，时空分配的思路使用于欧美等发达国家，对我国高架源时空分配系数没有本地化。数值模型较为昂贵，计算方法复杂，不能保证时效性。采用基于人口和燃煤量分布对污染源进行时空分配时，在垂直方向上人为分配系数变化。该方法简单，但是污染源日变化系数不明显，没有考虑气象条件的变化。技术实现要素：本发明要解决的技术问题是提供一种能够建立三维网格化的中国地区火电厂大气污染物排放清单的火电厂大气污染物排放清单三维时空分配处理方法和装置，该方法和装置能够为火电厂大气污染物排放标准以及相关环境管理规划政策的制定与评估提供科学依据。为解决上述技术问题，本发明提供技术方案如下：一种火电厂大气污染物排放清单三维时空分配处理方法，包括：步骤1：获取火电厂大气污染物的排放清单，其中所述火电厂大气污染物的排放清单中记载有各省火电厂大气污染物的年排放量及全国火电厂大气污染物的年排放量；步骤2：结合社会用电平均负荷数据，对所述火电厂大气污染物的排放清单进行时间分配，得到各火电厂大气污染物的月分配系数、日分配系数和小时分配系数，并输入空气质量模型；步骤3：先将火电厂大气污染物的全国年排放量依据燃煤量和发电量分配到省，然后根据各省的火电厂的位置、数量、发电量利用空间分析工具插值到空气质量模型的网格中；步骤4：从地面到高空，按照空气质量模式设置及火电厂排放的大气污染物垂直抬升的实际情况，将火电厂大气污染物排放到大气边界层之下的空间从0m到390m高度分为8层，分别在每一层分配火电厂大气污染物的排放量，将火电厂大气污染物的排放清单进行时间和空间分配后，即得全国火电厂大气污染物的三维网格化的排放清单。一种火电厂大气污染物排放清单三维时空分配处理装置，包括：获取模块，用于获取火电厂大气污染物的排放清单，其中所述火电厂大气污染物的排放清单中记载有各省火电厂大气污染物的年排放量及全国火电厂大气污染物的年排放量；时间分配模块，用于结合社会用电平均负荷数据，对所述火电厂大气污染物的排放清单进行时间分配，得到各火电厂大气污染物的月分配系数、日分配系数和小时分配系数，并输入空气质量模型；空间分配模块，用于先将火电厂大气污染物的全国年排放量依据燃煤量和发电量分配到省，然后根据各省的火电厂的位置、数量、发电量利用空间分析工具插值到空气质量模型的网格中；垂直分配模块，用于从地面到高空，按照空气质量模式设置及火电厂排放的大气污染物垂直抬升的实际情况，将火电厂大气污染物排放到大气边界层之下的空间从0m到390m高度分为8层，分别在每一层分配火电厂大气污染物的排放量，将火电厂大气污染物的排放清单进行时间和空间分配后，即得全国火电厂大气污染物的三维网格化的排放清单。本发明具有以下有益效果：与现有技术相比，本发明的火电厂大气污染物排放清单三维时空分配处理方法和装置合理制定了火电厂大气污染物的月分配系数、日分配系数和小时分配系数，在进行空间分配时，首先提出按照火电厂发电量和燃煤量相结合的分配思路，首先将火电厂大气污染物的全国排放量分配到省，然后根据各省的火电厂的位置、数量、发电量利用空间分析工具空间插值到空气质量模型的网格中去，最终形成三维网格化的中国地区火电厂污染物的排放清单，能够为火电厂大气污染物排放标准以及相关环境管理规划政策的制订及评估提供科学依据；为区域大气污染防治，特别是火电厂大气污染物的控制提供了科学依据，同时支撑了区域传输定量计算和重污染应急工作，响应了根据环境保护部发布的《京津冀及周边地区落实大气污染防治行动计划实施细则》等文件。附图说明图1为本发明的火电厂大气污染物排放清单三维时空分配处理方法的流程示意图；图2为采用本发明的火电厂大气污染物排放清单三维时空分配处理方法得到的月分配系数；图3为采用本发明的火电厂大气污染物排放清单三维时空分配处理方法得到的日分配系数；图4为采用本发明的火电厂大气污染物排放清单三维时空分配处理方法得到的小时分配系数；图5为全国火电厂的位置示意图；图6为采用本发明的火电厂大气污染物排放清单三维时空分配处理方法得到的网格化的火电厂大气污染物NOx的空间分布示意图；图7为采用本发明的火电厂大气污染物排放清单三维时空分配处理方法得到的火电厂大气污染物PM2.5的垂直分配系数；图8为本发明的火电厂大气污染物排放清单三维时空分配处理装置的结构示意图。具体实施方式为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。一方面本发明提供一种火电厂大气污染物排放清单三维时空分配处理方法，如图1至图7所示，包括：步骤S1：获取火电厂大气污染物的排放清单，其中火电厂大气污染物的排放清单中记载有各省火电厂大气污染物的年排放量及全国火电厂大气污染物的年排放量；本步骤中，本实施例的火电厂大气污染物的排放清单为从中国多尺度排放清单模型(简称MEIC)数据库中获取的2012年各省火电厂大气污染物的排放清单，如表1所示。表12012年各省火电厂大气污染物排放清单(万吨)SO2NOXPM2.5SO2NOXPM2.5江苏38263145湖南951559山东71165454黑龙江16428723广东38342635甘肃431518内蒙古92090381新疆9817115河南74457152江西1819511浙江23933625广西1511035山西36841929天津47995河北27942933四川28815014安徽12028819吉林14818216福建17010814云南7513914辽宁29835024重庆102776陕西12617911北京4101贵州81444322海南21232上海65947青海2381宁夏6114610西藏1100.5湖北1111509步骤S2：结合社会用电平均负荷数据，对各火电厂大气污染物的排放清单进行时间分配，得到该火电厂大气污染物的月分配系数、日分配系数和小时分配系数，并输入空气质量模型；本步骤中，本实施例根据电力资源是完全依据用电负荷来进行生产和调配的，因此使用社会用电平均负荷数据进行综合研究，能够充分体现电力行业的大气污染物月排放变化情况、日排放变化情况和小时排放变化情况，得到的小时分配系数即可用于空气质量模型，本发明中的空气质量模型可以是多尺度空气质量模型(即CMAQ模型)或综合空气质量模型和扩展(即CAMx模型)。步骤S3：先将火电厂大气污染物的全国排放量依据燃煤量和发电量分配到省，然后根据各省的火电厂的位置、数量、发电量利用空间分析工具插值到空气质量模型的网格中；本步骤中，本实施列进行火电厂大气污染物的空间分配时首先提出按照火电厂发电量和燃煤量相结合的分配思路，这种分配思路能较好地展示火电厂大气污染物排放的特点，降低对火电厂大气污染物排放量统计时的不确定性。步骤S4：从地面到高空，按照空气质量模式设置及火电厂排放的大气污染物垂直抬升的实际情况，将火电厂大气污染物排放到大气边界层之下的空间从0m到390m高度分为8层，分别在每一层分配火电厂大气污染物的排放量，将火电厂大气污染物的排放清单进行时间和空间分配后，即得全国火电厂大气污染物的三维网格化的排放清单。此清单在后续火电厂大气污染物的种类分配的基础上可直接被空气质量模型调取，空气质量模型调取此清单后可用于对火电厂大气污染物进行模拟。本步骤中，本实施例根据火电厂大气污染物的抬升规律和文献资料等将将火电厂大气污染物排放到大气边界层之下的空间从0m到350m高度分为8层，其中第一层的高度范围为0～39m，层厚39m，第二层的高度范围为39～78m，层厚为39m，第三层的高度范围为78～119m，层厚为41m，第四层的高度范围为119～157m，层厚为38m，第五层的高度范围为157～197m，层厚为40m，第六层的高度范围为197～237m，层厚为40m，第七层的高度范围为237～315m，层厚为78m，第八层的高度范围为315～390m，层厚为75m。本实施例在前人的经验和方法的基础上经过多次情景分析模拟测试，建立了火电厂大气污染物的垂直分配谱，计算火电厂大气污染物的垂直上升，并计算进入每一层的排放量，最后形成火电厂大气污染物的三维排放清单。情景分析模拟测试是将不同分配系数模拟的结果与实测结果比对，总结其模拟的正确率、相关系数、误差等，将最优的垂直分配系数提取出来。PM2.5在每层的分配系数大致为0％、1％、16％、33％、33％、16％、1％、0％，如图6所示。当然通过本步骤还可以计算得出SO2、NOx等大气污染物在每层的分配系数，其中SO2在每层的分配系数大致为25％、5％、30％、30％、2.5％、2.5％、2.5％、2.5％；NOx在每层的分配系数大致为2.5％、5％、35％、25％、20％、5％、5％、2.5％。本发明的火电厂大气污染物排放清单三维时空分配处理方法合理制定了火电厂大气污染物的月分配系数、日分配系数和小时分配系数，在进行空间分配时，首先提出按照火电厂发电量和燃煤量相结合的分配思路，首先将火电厂大气污染物的全国排放量分配到省，然后根据各省的火电厂的位置、数量、发电量利用空间分析工具空间插值到空气质量模型的网格中去，最终形成三维网格化的中国地区火电厂污染物的排放清单，能够为火电厂大气污染物排放标准以及相关环境管理规划政策的制订及评估提供科学依据；为区域大气污染防治，特别是火电厂大气污染物的控制提供了科学依据，同时支撑了区域传输定量计算和重污染应急工作，响应了根据环境保护部发布的《京津冀及周边地区落实大气污染防治行动计划实施细则》等文件。作为本发明的一种改进，步骤S2中，月分配系数的计算公式优选为：Rk=Si,j,kΣSi,j,k]]>式中：R为火电厂大气污染物的月分配系数，S为由火电厂统计的月用电量，i为地区，j为月份，k为火电厂的污染物种类。本实施例根据电力资源是完全依据用电负荷来进行生产和调配的，因此使用社会用电平均负荷数据进行综合研究，能够充分体现电力行业的大气污染物月排放变化情况。本实施例中计算得到的月分配系数能够很好地展现了7～8月份夏季用电需求较大增长后大气污染物排放增加的态势。进一步的，步骤S2中，日分配系数的计算公式可以为：Dk=Ti,j′,kΣj′=1nTi,j′,k]]>式中：D为火电厂大气污染物的日分配系数，T为火电厂的烟气自动监控系统监测的日均排放浓度，i为地区，n为进行所述日分配时的总日数，j'为日，k为火电厂的污染物种类。烟气自动监控系统适用于各种锅炉连续废气排放量的监测，采用直接抽取法，可以连续在线监测颗粒物的浓度、二氧化硫(SO2)的浓度、氮氧化合物(NOx)的浓度等，本实施例以星期为单位计算火电厂大气污染物的日分配系数，n＝7，本实施例中计算得到的日分配系数显示了火电厂大气污染物浓度在工作日的变化不大，不超过2％，而在周末则会低于工作日10～15％左右。优选的，步骤S2中，小时分配系数的计算公式为：Wk=Pi,j′′,kΣj′′=023Pi,j′′,k]]>式中，W为火电厂大气污染物的小时分配系数，P为火电厂统计的小时社会用电量，i为地区，j”为小时，k为火电厂的污染物种类。本实施例计算得到的小时配系数的变化符合社会生产与居民生活规律，高峰期与工作和企业的生产时间较为一致，从07:00时企业开始正常运转起来，电网负荷爬升很快，迅速攀升到上午高峰，而低谷期与作息和出行时间一致，室内活动下降，用电负荷也随之下降。作为本发明的另一种改进，步骤S3中，各省的所有火电厂大气污染物的分配量的计算公式优选为：ni,k=ui,k×vi,kΣui,k×vi,k]]>式中，u为各省的所有火电厂的燃煤量，i为各省的编号，v为各省的所有火电厂的发电量，k为各省所有火电厂的污染物种类；每个网格的分配量的计算公式优选为：mi,l,k=ni,kl×ci,k]]>式中，m为每个网格的分配量，l为各省的火电厂的数量，ci，k为火电厂所在网格的分配因子，i为各省的编号，k为所有火电厂的污染物种类。通过此计算方法能够得到全国各省网格化的大气污染物的空间分布情况，本实施例根据此计算方法以及各省的所有火电厂的燃煤量和发电量得到2012年各省火电厂大气污染物的空间分配系数，如表2所示。表22012年各省火电厂大气污染物的空间分配系数另一方面，本发明提供一种高架点源污染物排放清单三维时空分配处理装置，如图8所示，包括：获取模块11，用于获取火电厂大气污染物的排放清单，其中所述火电厂大气污染物的排放清单中记载有各省火电厂大气污染物的年排放量及全国火电厂大气污染物的年排放量；时间分配模块12，用于结合社会用电平均负荷数据，对所述火电厂大气污染物的排放清单进行时间分配，得到各火电厂大气污染物的月分配系数、日分配系数和小时分配系数，并输入空气质量模型；空间分配模块13，用于先将火电厂大气污染物的全国年排放量依据燃煤量和发电量分配到省，然后根据各省的火电厂的位置、数量、发电量利用空间分析工具插值到空气质量模型的网格中；垂直分配模块14，用于从地面到高空，按照空气质量模式设置及火电厂排放的大气污染物垂直抬升的实际情况，将火电厂大气污染物排放到大气边界层之下的空间从0m到390m高度分为8层，分别在每一层分配火电厂大气污染物的排放量，将火电厂大气污染物的排放清单进行时间和空间分配后，即得全国火电厂大气污染物的三维网格化的排放清单。本发明的火电厂大气污染物排放清单三维时空分配处理装置合理制定了火电厂大气污染物的月分配系数、日分配系数和小时分配系数，在进行空间分配时，首先提出按照火电厂发电量和燃煤量相结合的分配思路，首先将火电厂大气污染物的全国排放量分配到省，然后根据各省的火电厂的位置、数量、发电量利用空间分析工具空间插值到空气质量模型的网格中去，最终形成三维网格化的中国地区火电厂污染物的排放清单，能够为火电厂大气污染物排放标准以及相关环境管理规划政策的制订及评估提供科学依据；为区域大气污染防治，特别是火电厂大气污染物的控制提供了科学依据，同时支撑了区域传输定量计算和重污染应急工作，响应了根据环境保护部发布的《京津冀及周边地区落实大气污染防治行动计划实施细则》等文件。作为本发明的一种改进，时间分配模块12中，用于计算月分配系数的公式优选为：Rk=Si,j,kΣSi,j,k]]>式中：R为火电厂大气污染物的月分配系数，S为由所述火电厂统计的月用电量，i为地区，j为月份，k为所述火电厂的污染物种类。本实施例根据电力资源是完全依据用电负荷来进行生产和调配的，因此使用社会用电平均负荷数据进行综合研究，能够充分体现电力行业的大气污染物月排放变化情况。本实施例中计算得到的月分配系数能够很好地展现了7～8月份夏季用电需求较大增长后大气污染物排放增加的态势。进一步的，时间分配模块12中，用于计算日分配系数的公式可以为：Dk=Ti,j′,kΣj′=1nTi,j′,k]]>式中：D为火电厂大气污染物的日分配系数，T为所述火电厂的烟气自动监控系统监测的日均排放浓度，i为地区，n为进行所述日分配时的总日数，j'为日，k为所述火电厂的污染物种类。烟气自动监控系统适用于各种锅炉连续废气排放量的监测，采用直接抽取法，可以连续在线监测颗粒物的浓度、二氧化硫(SO2)的浓度、氮氧化合物(NOx)的浓度等，本实施例以星期为单位计算火电厂大气污染物的日分配系数，n＝7，本实施例中计算得到的日分配系数显示了火电厂大气污染物浓度在工作日的变化不大，不超过2％，而在周末则会低于工作日10～15％左右。优选的，时间分配模块12中，用于计算小时分配系数的公式为：Wk=Pi,j′′,kΣj′′=023Pi,j′′,k]]>式中，W为火电厂大气污染物的小时分配系数，P为所述火电厂统计的小时社会用电量，i为地区，j”为小时，k为所述火电厂的污染物种类。本实施例计算得到的小时配系数的变化符合社会生产与居民生活规律，高峰期与工作和企业的生产时间较为一致，从07:00时企业开始正常运转起来，电网负荷爬升很快，迅速攀升到上午高峰，而低谷期与作息和出行时间一致，室内活动下降，用电负荷也随之下降。作为本发明的另一种改进，空间分配模块13中，用于计算各省的所有火电厂大气污染物的分配量的公式为：ni,k=ui,k×vi,kΣui,k×vi,k]]>式中，u为各省的所有火电厂的燃煤量，i为各省的编号，v为各省的所有火电厂的发电量，k为各省所有火电厂的污染物种类；用于计算每个网格的分配量的公式为：milk=ni,kl×ci,k]]>式中，m为每个网格的分配量，l为各省的火电厂的数量，ci，k为火电厂所在网格的分配因子，i为各省的编号，k为各省的火电厂的污染物种类。通过此计算方法能够得到全国各省网格化的大气污染物的空间分布情况，本实施例根据此计算方法以及各省的所有火电厂的燃煤量和发电量得到2012年各省火电厂大气污染物的空间分配系数，如表2所示。综上，本发明具有以下有益效果：(1)本发明合理制定了火电厂大气污染物的月分配系数、日分配系数和小时分配系数，摒弃了之前研究的弊端。(2)进行空间分配时，本发明首先提出按照火电厂发电量和燃煤量相结合的分配思路，首先将火电厂大气污染物的全国排放量分配到省，然后根据各省的火电厂的位置、数量、发电量利用空间分析工具插值到空气质量模型的网格中，最终形成网格化的中国地区火电厂大气污染物排放清单。(3)建立了三维网格化的排放清单，能够为火电厂大气污染物的排放标准以及相关环境管理规划政策的制订及评估提供科学依据。(4)为区域大气污染防治，特别是火电厂的控制提供了科学依据，同时支撑了区域传输定量计算和重污染应急工作，响应了根据环境保护部发布的《京津冀及周边地区落实大气污染防治行动计划实施细则》等文件。(5)全国火电厂大气污染物排放清单的建立为各级政府和环境保护部门进行科学管理提供了依据。政府部门在宏观调控的过程中需要掌握大量的准确的资料才能够制定出科学、合理、有效的政策方针和管理制度。全国火电厂大气污染物排放清单的建立正可以为政府提供分区域、分时间、分行业的大气污染物排放情况，为政府能够正确决策保驾护航。以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本
技术领域：
的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。当前第1页1 2 3