锅炉空气污染控制政策的综合评估：对台湾地区排放、空气质量及公共健康的影响

《Atmospheric Pollution Research》：Integrated assessment of boiler air pollution control policy: Impacts on emissions, air quality, and public health in Taiwan

本研究评估台湾首阶段锅炉改进计划对可持续工业转型的影响，基于TEDS数据模拟2021年基准情景与政策实施情景，发现燃料结构显著转变，主要污染物排放减少，经济收益与成本比达9.7。

　　

邓尼斯·高（Dennis Kao）| 林宏志（Hung-Jui Lin）| 蔡一春（I-Chun Tsai）| 谢怡云（I-Yun Lisa Hsieh）

台湾国立大学土木工程系，罗斯福路4段1号，台北10617

摘要

本研究全面评估了台湾的锅炉改造计划第一阶段及其对可持续工业转型的贡献。通过使用台湾排放数据系统（TEDS）提供的排放和能源数据，我们比较了2021年的两种模拟情景：一种是未采取政策干预的基准情景（参考情景），另一种是实施了政策干预后的情景（锅炉改造情景）。结果显示，国家燃料结构发生了显著变化。在没有政策干预的情况下，燃油的使用占比为55.6%；而在实施政策后，这一比例下降到了32.8%。煤炭的使用占比从27.0%上升至42.8%，而基于电力的能源（包括热泵）的使用占比从6.7%增加到10.1%。这些变化导致主要空气污染物显著减少：总悬浮颗粒物（TSP）减少了87.9%，PM_2.5减少了84.9%，PM₁₀减少了86.3%，NO_x减少了72.1%，SO_x减少了68.9%，总碳氢化合物（THC）减少了53.1%，非甲烷碳氢化合物（NMHC）减少了50.0%，铅减少了97.5%。相比之下，CO排放量增加了19.5%，这主要是由于燃气锅炉和燃煤锅炉的使用增加所致。尽管如此，该政策仍带来了显著的协同效益。健康影响评估估计，每年可避免约317例过早死亡病例，并减少了呼吸系统和心血管系统的住院次数。经济评估表明，每年可带来128亿新台币（4.586亿美元）的健康效益和10.8亿新台币（3880万美元）的气候效益，效益与累计成本的比率为9.7。虽然分析仅涵盖了部分锅炉改造情况，但结果已经显示出在环境、健康和经济方面的显著收益，并为未来的空气污染控制策略提供了可行的见解。

引言

空气污染仍然是全球最紧迫的环境健康问题之一。世界卫生组织（WHO，2024年）报告称，环境空气污染每年导致约420万人过早死亡，突显了空气质量差对健康的严重影响。联合国环境规划署（UNEP，2025年）进一步估计，空气污染每年导致超过700万人死亡，将其列为一个重大的全球健康危机。世界气象组织（WMO）和国际全球大气化学（IGAC）项目（Baklanov等人，2016年；WMO–IGAC，2016年）的研究也证实了大城市在加剧空气质量恶化、气候变化以及破坏水生和陆地生态系统方面的作用。这些不良影响源于高浓度的空气污染物和温室气体（GHGs），而密集的人口和高能源消耗产生的废热进一步加剧了这一问题。

锅炉作为能源转换系统的核心组成部分，在各个行业中提供热能方面发挥着重要作用。它们广泛应用于工业过程和发电，特别是驱动蒸汽涡轮机，以及商业和住宅建筑中的空间加热、热水供应和基于蒸汽的应用，如洗衣和厨房（Barma等人，2017年；Pezzutto等人，2019年；Shen等人，2017年）。由于锅炉广泛依赖化石燃料（包括煤炭、石油和天然气），它们对全球能源消耗做出了巨大贡献（Barma等人，2017年）。然而，它们的燃烧过程也会排放大量空气污染物，包括氮氧化物（NO_x）、硫氧化物（SO_x）、总悬浮颗粒物（TSP）和挥发性有机化合物（VOCs），这些都是城市空气污染的主要来源（Cheng等人，2023年；Wang等人，2021年；Yue等人，2020年）。此外，锅炉还是温室气体（GHGs）和重金属（如汞（Hg）、铬（Cr）、镉（Cd）、砷（As）和铅（Pb）排放的主要来源（Tian等人，2015年），对环境和公共健康构成了严重威胁。

针对工业锅炉的空气污染控制政策已被广泛认为是减少标准空气污染物的有效策略，同时也在减少温室气体排放方面带来了协同效益（Cheng等人，2023年）。例如，Wang等人（2021年）记录了2015年至2017年中国全国范围内实施锅炉控制措施后，PM_2.5排放量减少了63%，NO_x排放量减少了38%。这些措施还改善了人群加权空气质量，并减少了重金属沉积。Cheng等人（2023年）进一步报告称，2006年至2020年间，中国燃煤工业锅炉的排放量显著下降，SO₂和TSP分别减少了65.6%和63.3%，而温室气体和VOCs的排放量分别减少了67.8%和58.8%。Tong等人（2024年）对1991年至2020年的进一步纵向分析显示，PM/CO₂和SO₂/CO₂等排放强度比率分别下降了96.3%和87.2%，表明存在强烈的协同减排效应。然而，NO_x/CO₂比率仅下降了28.0%，这表明需要进一步将NO_x控制纳入气候缓解政策中。这些研究共同强调了空气污染控制政策在实现空气质量与气候目标方面的显著协同效益。

在台湾，工业和商业锅炉约占PM排放量的21%，SO_x排放量的13%，以及NO_x排放量的10%（McCarthy，2012年）。为应对日益严重的空气污染危机，台湾环境部于2020年启动了“空气污染控制计划”（MOENV，2024a）。该计划包括27项针对不同污染源的管控措施，涵盖四个主要类别：固定源、 fugitive emissions（暂未明确中文对应词，可能为“逸散排放”）、移动源和综合策略。其中，固定源是重点关注对象，例如2017年推出的“燃油锅炉更换补贴规定”和2018年制定的“锅炉空气污染物排放标准”。截至2021年，这些措施已帮助超过7000台锅炉转向更清洁的能源，累计投资约为14.3亿新台币（5120万美元）（MOENV，2021年）。

大量研究表明，改善空气质量可带来显著的健康效益，包括减少过早死亡、呼吸系统和心血管疾病以及总体发病率（Barma等人，2017年；Li等人，2022年；Silveira等人，2016年；Xie等人，2024年）。越来越多的文献还从经济角度量化了这些效益。具体而言，清洁的空气可以降低医疗支出，防止生产力损失，并产生超过污染控制措施成本的净经济效益（Qu等人，2020年；Reis等人，2022年；Vandyck等人，2018年；Wang等人，2024年）。然而，关于政策驱动的锅炉能源使用和排放控制措施变化如何影响空气质量及相关健康结果的研究仍较为有限。特别是在2024年启动了锅炉空气污染控制计划第二阶段（MOENV，2024a）之后，这一差距尤为突出，因为此前已在2020年开始了相关政策举措。评估这些干预措施的健康和经济效益的实证证据仍然不足，尤其是在台湾向更清洁的工业能源系统转型的背景下。

锅炉对环境的影响通常在两个主要研究主题下进行探讨：（1）技术改进和减排策略（Lin和Wu，2023年；Vicente等人，2022年；Xu等人，2025年）；（2）环境和健康结果的定量评估（Bhander和Jozewicz，2017年；Cheng等人，2023年；Tong等人，2024年；Wang等人，2021年；Wright和Lewis，2021年）。例如，Lin和Wu（2023年）通过实验分析了使用传统柴油、低硫柴油以及各种生物柴油和未精炼生物柴油混合物（UB）的工业锅炉的排放和热性能。他们的发现表明，UB有效减少了NO_x和SO₂的排放，无需对锅炉进行改造即可达到法规要求。能源和能量分析进一步显示，虽然烟气再循环（FGR）有助于减排，但会降低系统整体效率，而生物柴油和UB则提供了最佳的综合性能。同样，Xu等人（2025年）提出了一个针对1000兆瓦燃煤锅炉的数据驱动优化框架，结合了壁温波动分析和基于案例的推理，旨在同时减少排放、保持燃烧稳定性并提高运行安全性。在评估方面，Bhander和Jozewicz（2017年）开发了UISIS-PNP模块，用于设计纸浆和造纸行业的成本效益高的排放控制策略。该工具可以量化排放和相关成本，并支持各种污染控制方案的情景分析。这些研究强调了实施强有力的锅炉排放控制措施在减轻环境退化和健康风险方面的全球重要性。在中国，Wang等人（2021年）、Cheng等人（2023年）和Tong等人（2024年）的研究表明，SO₂、TSP、VOCs和温室气体排放量显著减少，NO_x控制也取得了一定进展，突显了锅炉干预措施在空气-气候方面的协同效益。

尽管相关文献日益增多，但仍存在一个关键缺口：很少有研究对锅炉控制政策进行综合和定量评估，同时考察其对空气质量、碳排放、公共健康和经济成本的影响。此外，台湾目前缺乏针对工业和商业锅炉的全面、本地化的排放清单，限制了政策制定者设计数据驱动干预措施和评估政策效果的能力。为填补这一缺口，本研究对台湾的锅炉改造计划及其相关的环境和健康影响进行了多维度评估。具体而言，我们：

• 1. 制定台湾工业锅炉的本地化排放清单，涵盖政策实施前后的情况；
• 2. 量化锅炉相关政策实施后主要空气污染物（如PM、NO_x、SO_x）和温室气体排放量的变化；
• 3. 通过估计空气质量改善对心血管和呼吸系统疾病发病率的影响来评估公共健康影响；
• 4. 评估污染物引起的发病率和死亡率的经济成本，提供避免的健康负担的货币价值。

通过结合环境数据、流行病学建模和经济评估，本研究全面展示了有针对性的锅炉控制策略如何不仅有助于减轻空气污染，还有助于实现更广泛的气候和健康目标。这些发现为改进综合环境-健康政策设计奠定了基于证据的基础，并加速了台湾实现2050年净零排放和可持续发展目标的进程。

研究框架概述

图1展示了本研究的整体方法框架。分析首先构建了两个政策情景，以评估台湾锅炉空气污染控制措施的有效性。排放数据来自台湾环境部发布的台湾排放数据系统（TEDS），这些数据是情景开发和分析的基础。

台湾锅炉单元的空间和行业分布

本研究分析了TEDS中报告的4350个设施中的9982台锅炉单元。这些单元的空间和行业分布如图3所示。图(a)展示了研究区域，包括行政边界和台湾主要城市的位置，为锅炉部署提供了地理背景。图(b)将锅炉单元分为三种主要设施类型：工业设施、非工业设施和发电厂。图(c)提供了...

结论

利用TEDS数据集的排放数据，本研究全面评估了台湾的锅炉改造计划及其对排放、空气质量和公共健康的影响。采用了一个假设2016年至2021年间锅炉技术和空气污染控制没有进步的REF情景，以2021年的能源使用数据（TEDS12）作为基准。研究结果指出，燃料使用结构发生了显著变化：燃油的使用占比从55.6%下降到了...

CRediT作者贡献声明

邓尼斯·高（Dennis Kao）：撰写——初稿撰写、验证、方法论制定、调查、数据分析、数据整理。林宏志（Hung-Jui Lin）：撰写——初稿撰写、可视化、验证、方法论制定、调查、数据分析、数据整理。蔡一春（I-Chun Tsai）：撰写——审稿与编辑、资源协调、调查、数据分析、数据整理。谢怡云（I-Yun Lisa Hsieh）：撰写——审稿与编辑、验证、监督、方法论制定、调查、资金筹集、概念构思。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

本研究得到了台湾环境部的空气污染控制基金资助的科学技术研究计划的支持（项目编号：MOENV113F019和MOENV114F037）。