吴力波等：基于智能电网大数据的工业企业大气污染排放特征研究

2研究方法与数据

从理论角度看，工业企业属于高耗能行业，用于生产过程的电能在总电能消耗量中占主要份额，而非生产过程（如办公）用电量则占据相对较小的份额。假设生产每单位产品工序i耗电量为Ei，每工作日非生产过程用电量为E0，每工作日产量为Y，那么每天的总用电量为，则单位产出耗电量。单位产出耗电量在短期之内技术水平不变的前提下，将保持在稳定的数值上。

2.1污染物排放估算方法综述

估算点源大气污染物排放的方法有多种，在一定情形下应根据数据的可得性、估算结果的科学性选择合适的方法。通过梳理和比较，以往研究中有四种计算工业企业污染物排放量的方法，分别为行业污染排放系数估算法、分工序估算法、历史数据估算法和流量监测法。前三种估算方法均以排放系数为依据，而最后一种方法不以排放系数为依据。

2.1.1行业污染排放系数估算法

估算工业企业各类大气污染物排放的第一种方法，是根据各行业污染物排放系数进行测算。工业企业一定时间段内的各类大气污染物的排放可表达为。在该表达式中，A代表污染物排放源活动水平，在本研究中指工业企业的燃料消耗量，在估计生活污染排放量时则指天然气等使用量，在计算交通工具污染物排放量时则指行驶里程数；EFi,j,k为企业j的第i种污染物在区域k内的排放系数；µi,j为企业j的尾气治理设施对第i种大气污染物的去除效率。本公式适用于各类污染源，如电站锅炉、工业锅炉、工业窑炉等燃烧设施；医院、宾馆、酒店、楼宇等商业建筑使用的燃料，除此以外民用燃气及秸秆燃烧、道路扬尘、交通行驶的污染排放也可用该公式计算。唐飞以城市为研究对象，应用LEAP模型，使用污染排放系数结合情景分析法，构建了该城市交通运输能源与环境模型。基于技术发展和节能政策的实施，从终端用能的角度，分析预测了未来该城市交通运输在三种不同情景下的能源需求和环境排放情况，探究该城市节能减排潜力。

值得注意的是，各行业生产工序、使用燃料的种类和结构、尾气处理技术都有差别，因而各行业每单位燃料消耗的污染物排放系数均有差异。因而首先需要测算出各行业的单位产出污染排放系数，再结合企业燃料使用量和尾气处理能力，计算出各企业污染物排放量。根据吴晓璐测算的长三角地区各行业不同燃料的污染物排放系数，结合污染物普查数据库提供的宝钢燃料使用量，我们可以估算出宝钢各类大气污染物年排放量。

2.1.2分工序估算法

第二种方法是分工序估算法，这种方法适合在掌握各个企业生产流程详细信息的情况下使用。郑军为了获得砂型铸造工艺过程各个工序的碳排放情况，有针对性地开展节能减排措施，分析了砂型铸造生产过程的特点，提出了基于工序碳源的铸造工艺过程碳排放建模方法。通过分析铸造生产中的各个环节，用工序特征要素描述砂型铸造工序基本状态。建立了五类基础工序碳源，利用基础工序碳源表示并计算各个工序的碳排放量。结合某农用车箱体铸件生产过程进行验证，估算了该铸件的工序碳排放量。

根据《工业污染物产生和排放系数手册》给出的各工业行业每单位产量各道工序的污染物排放系数，结合企业年产量数据，也可以计算出各个企业污染物排放的年度数量。《工业污染物产生和排放系数手册》提供了燃烧单位质量/体积的煤、油、燃料气的一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化合物、二氧化硫、烟尘等的排放量，也提供了冶金工业、煤炭工业、化学工业、轻工业、制革工业、纤维板制造业、建材工业、机械工业、电力工业、乡镇工业等几个工业分类下的子工业各道工序的相关污染物排放系数。例如钢铁行业的主要排污工序可分为炼焦、烧结、炼铁、炼钢（转炉）、炼钢（平炉）、炼钢（电炉）和连铸几道工序，结合手册提供的每单位产出在各个工序中各类污染物排放量，以及钢铁企业的产量，便可计算出生产这一产量过程中的污染排放量。徐洪波，卢晓军对沈阳市人造板制作工业进行调研，对生产工序中排放的废气污染物进行监测。确定人造板工业产、排污特点，分析行业的特征废气污染因子；对板材单位产品产生的废气污染物定量进行研究，得出各类板材生产过程中甲醛、氨气、粉尘排放强度，估算了人造板工业产生的排污负荷。针对沈阳市人造板企业生产及污染物排放实际情况提出污染控制方法。

2.1.3历史数据估算法

第三种方法根据历史产量和污染物排放数据估算排放系数，结合目前产量估算污染物排放。适合在无法获得行业生产流程信息、企业生产工序燃料使用量等明细数据的情况下使用。SO2和NOx的排放量直接采用全国污染源普查、企业环境影响回顾性评价报告和排污申报的数据。其中全国污染源普查数据库以企业为单位记录全年各大气污染物的排放量，适用于排放口少的工业中小点源和生活点源。排污申报数据按照工艺类型分别给出污染物排放量，环境影响回顾性评价报告采用物料平衡法估算不同工艺的排放量，适用于多排放口的大型工业企业。TSP排放量同样来自以上三个数据库，取粉尘与烟尘排放量之和。同时，根据燃煤源颗粒物中PM10、PM2.5的粒径比例计算PM10与PM2.5的排放量，具体计算数值可参考张强等的研究成果。对于CO、VOCs和NH3排放量的估算，由于在全国污染源普查数据库中没有直接可用的数据，因此对于工业中小点源和生活点源采用排放系数法计算，可应用方法一中提供的基本公式。

2.1.4流量监测法

第四种方法在污染源（电站锅炉、工业锅炉、工业窑炉等燃烧设施）排污口直接实时监测污染物排放浓度，结合排放流量数据，计算一定时间内的总排放量。这种方法对资本设备要求较高，在实际中可行度较低，但测算污染物排放量数据最为精确。

根据工业企业用电量与产量之间的数量关系、产量与污染物排放的数量关系，可以建立工业企业污染物排放监测与反馈机制。在这一机制下，根据工业企业实时用电量数据，可以估算出该企业实时大气污染物排放量，对于污染物排放量超过一定标准的企业给予警示，甚至通过行政手段限制其生产行为，将上海市大气污染物排放量控制在一定范围内，保证市内空气质量。

2.2本文研究方法

本研究采用行业污染排放系数估算法，计算各个工业企业的污染物排放量。该技术在亚洲地区应用还比较少，DavidG.Streets等根据美国航空航天局(NASA)的Trace-P项目研制了2000年亚洲地区的排放清单。胡尧也曾基于中国的投入产出表进行了中国能源消费的碳排放估算，但是其侧重于碳排放研究，很少涉及污染物的排放。

首先，根据企业用电量和产量的历史数据，建立二者之间的数量关系。然后，通过行业污染物排放系数建立起企业产量与污染物排放之间的数量关系。从而，可以进一步建立企业用电量与污染物排放的数量关系。在此基础之上，建立污染物排放监测机制，根据智能电表观测到的企业实时用电量计算企业实时污染排放量，通过电力供给控制、错峰填谷等手段调节企业用电量，利用行政手段引导工业企业改变生产计划，从而达到上海市工业企业整体单位时间内用电量、污染排放量保持基本稳定的目标。通过污染物排放反馈机制得到调整后的各企业污染物排放量，进一步利用电力供给控制、错峰填谷措施进行调整。工业企业实时污染物排放量的测算根据以下三个步骤进行。

（1）获取工业企业一段时期内的一次能源投入量数据，根据各行业燃煤排放系数、燃油排放系数，计算在这一段时间内该企业的各类大气污染物排放量。

（2）根据企业在一段时间内的污染物排放和同一段时间的用电数据，计算单位用电量的各类污染物排放，获得污染系数。

（3）得到单位用电量的各类污染物排放数据后，结合智能电表监测到的企业15分钟用电量的高频数据，计算得到高频的大气污染排放物曲线。