紅河州機(jī)動(dòng)車(chē)污染物排放特征研究

劉啟龍

(紅河州生態(tài)環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測(cè)中心，云南 蒙自 661100)

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)持續(xù)快速發(fā)展和城市化進(jìn)程的加快，中國(guó)機(jī)動(dòng)車(chē)保有量繼續(xù)保持高速增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣污染已成為城市空氣質(zhì)量危害的主要來(lái)源[1]，其排放的污染物經(jīng)過(guò)一系列復(fù)雜大氣化學(xué)反應(yīng)生成二次污染物，是造成近年來(lái)全國(guó)各大城市霧霾頻發(fā)的重要成因[2]。據(jù)有關(guān)研究結(jié)果，城市中機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣排放CO、HC和NOx尾氣污染分別占城市總污染物的60%～70%、40%～50%、30%～40%，并隨著機(jī)動(dòng)車(chē)數(shù)量的增長(zhǎng)呈上升趨勢(shì)，而其中50%以上來(lái)源于20%以下的高污染車(chē)的排放，根據(jù)PM2.5污染在線(xiàn)源解析質(zhì)譜儀對(duì)全國(guó)多個(gè)城市空氣中PM2.5的監(jiān)測(cè)結(jié)果，機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣排放對(duì)城市PM2.5污染的貢獻(xiàn)率平均在20%左右，在重污染天氣情況發(fā)生時(shí)，機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣排放的貢獻(xiàn)率相應(yīng)大幅度增加[3]。隨著大氣污染防治工作的不斷深入，機(jī)動(dòng)車(chē)排放控制對(duì)改善城市環(huán)境質(zhì)量的重要性也顯得格外重要。在機(jī)動(dòng)車(chē)保有量和持續(xù)上升的嚴(yán)峻形勢(shì)下，科學(xué)評(píng)估區(qū)域機(jī)動(dòng)車(chē)排放特征是實(shí)施機(jī)動(dòng)車(chē)污染控制的基礎(chǔ)。本研究以《道路機(jī)動(dòng)車(chē)大氣污染物排放清單編制技術(shù)指南》(以下簡(jiǎn)稱(chēng)《指南》)[4]為基礎(chǔ)，建立紅河州2019年機(jī)動(dòng)車(chē)排放清單，為紅河州機(jī)動(dòng)車(chē)大氣污染防治和環(huán)境綜合治理提供決策依據(jù)和參考。

1 研究方法

1.1 排放量計(jì)算

機(jī)動(dòng)車(chē)排放量主要包括尾氣排放和HC蒸發(fā)排放，CO、HC、NOx、PM2.5和PM10的排放量按(1)公式計(jì)算：

E1=ΣiPi×EFi×VKTi×10-6

(1)

式中：E1為排放量，單位為t；EFi為i類(lèi)機(jī)動(dòng)車(chē)行駛單位距離尾氣所排放的污染物量，單位為g/km；P為所在地i類(lèi)車(chē)型機(jī)動(dòng)車(chē)保有量；VKTi為i類(lèi)機(jī)動(dòng)車(chē)的年均行駛里程，單位為km/輛。

機(jī)動(dòng)車(chē)HC蒸發(fā)量計(jì)算按(2)公式計(jì)算：

E2=(EF1×VKT/V+EF2×365)×P×10-6

(2)

式中：E2為每年行駛及駐車(chē)期間HC蒸發(fā)排放量，單位為t；EF1為機(jī)動(dòng)車(chē)行駛過(guò)程中的排放系數(shù)，單位g/h；V為機(jī)動(dòng)車(chē)平均行駛速度，單位km/h；EF2為駐車(chē)期間綜合排放系數(shù)，單位g/d；P為以汽油為燃料的機(jī)動(dòng)車(chē)保有量。

機(jī)動(dòng)車(chē)SO2排放主要來(lái)自燃油中硫的燃燒生成，根據(jù)硫的質(zhì)量平衡，機(jī)動(dòng)車(chē)SO2排放量計(jì)算按(3)公式如下：

ESO2=2.0×10-6×(Fg×αg+Fd×αd)

(3)

式中：Fg和Fd分別為機(jī)動(dòng)車(chē)汽油和柴油的消耗量，單位為t；αg和αd分別為機(jī)動(dòng)車(chē)汽油和柴油的年均含硫量，單位ppm。

1.2 參數(shù)確定

1.2.1 排放系數(shù)獲取

排放系數(shù)根據(jù)《指南》提供的基于平均累計(jì)行駛里程、平均行駛速度30km/h、溫度15℃、相對(duì)濕度50%、汽油含硫50ppm、柴油含硫350ppm和 50%載重系數(shù)等情景下的基準(zhǔn)排放系數(shù)，結(jié)合實(shí)際環(huán)境、道路狀況、油品等進(jìn)行修正，按公式(4)計(jì)算得到不同排放標(biāo)準(zhǔn)的不同車(chē)輛類(lèi)型的排放系數(shù)：

EFi,j=BEFi×φj×γj×λi×θi

(4)

式中：BEFi為i類(lèi)車(chē)的綜合基準(zhǔn)排放系數(shù)，φj為j地區(qū)的環(huán)境修正因子，γj為j地區(qū)的平均速度修正因子，λi為i類(lèi)車(chē)的劣化修正因子，θi為車(chē)輛的使用條件。

從實(shí)驗(yàn)室測(cè)試設(shè)備的先驅(qū)發(fā)展成為歐洲最大的電子測(cè)量?jī)x器制造廠(chǎng)商，羅德與施瓦茨公司在無(wú)線(xiàn)通信和測(cè)量領(lǐng)域已成為最具影響的跨國(guó)公司之一。該公司在全球雇員大約為7 500人，業(yè)務(wù)遍布全球主要市場(chǎng)。如今，該公司在世界各地?fù)碛?0多家子公司和辦事處，建立了一個(gè)國(guó)際化的服務(wù)和銷(xiāo)售網(wǎng)絡(luò)，確保就近為客戶(hù)提供便利的支持與服務(wù)。

紅河州2019年年均氣溫18.9℃，相對(duì)濕度76%[5]，本研究采用拉格朗日線(xiàn)性插值法計(jì)算溫度的修正因子，與濕度因子相乘最終得到環(huán)境修正因子φj。目前，紅河州氣柴油供應(yīng)全部為國(guó)Ⅴ以上油品，因此，汽柴油含硫排放修正因子按國(guó)Ⅴ限值10ppm進(jìn)行修正。車(chē)速、車(chē)輛使用條件等參數(shù)參照基準(zhǔn)條件，不進(jìn)行修正。排放因子見(jiàn)表1。

1.2.2 機(jī)動(dòng)車(chē)年均行駛里程

機(jī)動(dòng)車(chē)年均行駛里程采用《指南》提供的數(shù)據(jù)，見(jiàn)表2。

表1 汽柴油車(chē)環(huán)境修正因子

表2 各車(chē)型機(jī)動(dòng)車(chē)年均行駛里程 (km)

2 結(jié)果與討論

2.1 機(jī)動(dòng)車(chē)排放清單和分擔(dān)率

根據(jù)交警部門(mén)提供的車(chē)輛明細(xì)，建立車(chē)輛型號(hào)、燃料類(lèi)型和排放標(biāo)準(zhǔn)的三級(jí)道路機(jī)動(dòng)車(chē)排放源清單，利用公式(1)(2)(3)計(jì)算得到紅河州2019年機(jī)動(dòng)車(chē)CO、HC、NOx、PM2.5、PM10和SO2的排放清單，紅河州2019年機(jī)動(dòng)車(chē)CO、HC、NOx、PM2.5、PM10和SO2排放量分別為29494、11908、13259、273、301和138t/a。

由表3可知，對(duì)CO排放貢獻(xiàn)較大的分別是小型汽油載客車(chē)、輕型汽油載貨車(chē)和摩托車(chē)，分擔(dān)率分別為29.29%、28.85%和23.16%；對(duì)HC貢獻(xiàn)較大的是小型汽油載客車(chē)和摩托車(chē)，分擔(dān)率分別為43.67%和39.30%；對(duì)NOx、PM2.5和PM10貢獻(xiàn)最大的是大型柴油載貨車(chē)，其分擔(dān)率分別為55.19%、41.04%和41.33%。

燃料類(lèi)型對(duì)機(jī)動(dòng)車(chē)污染物排放貢獻(xiàn)的影響也很大，汽油車(chē)是CO和HC排放的主要貢獻(xiàn)源，柴油車(chē)是NOx和顆粒物排放的主要貢獻(xiàn)源。表4給出了汽柴油機(jī)動(dòng)車(chē)污染物排放清單，由表4可以看出，汽油車(chē)CO和HC排放量分別為24187t和11508t，分擔(dān)率分別為82.01%和96.64%；另外HC的蒸發(fā)排放量為8103t，分擔(dān)率為68.05%，由此可知機(jī)動(dòng)車(chē)行駛和駐車(chē)期間的蒸發(fā)排放量是HC的主要排放源；NOx、PM2.5和PM10排放量分別為11483、203和224t，分擔(dān)率分別為86.62%、74.36%和75.00%。

表3 紅河州2019年機(jī)動(dòng)車(chē)污染物排放清單和分擔(dān)率

表4 不同排放標(biāo)準(zhǔn)汽柴油車(chē)污染物排放清單

另外不同排放標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)動(dòng)車(chē)污染物排放量也存在很大差異。由圖1可知，占保有量81.49%的國(guó)Ⅲ和國(guó)Ⅵ車(chē)對(duì)機(jī)動(dòng)車(chē)CO、HC、NOx、PM2.5和PM10的分擔(dān)率分別為60.76%、71.41%、73.41%、84.62%和84.67%；國(guó)Ⅰ和國(guó)Ⅱ車(chē)輛的分擔(dān)率低的主要原因是2018年汽油國(guó)Ⅰ以下和柴油國(guó)Ⅲ以下車(chē)輛(黃標(biāo)車(chē))已按國(guó)家要求全部完成淘汰。

2.2 機(jī)動(dòng)車(chē)排放清單驗(yàn)證

2.2.1 氮氧化物排放驗(yàn)證

結(jié)合“十三五”全國(guó)機(jī)動(dòng)車(chē)氮氧化物總量減排核算系統(tǒng)對(duì)機(jī)動(dòng)車(chē)氮氧化物排放量計(jì)算，2019年紅河州機(jī)動(dòng)車(chē)氮氧化物排放量為14597t，本研究計(jì)算氮氧化物排放量為13259t，相差1338t，誤差為9.2%。

2.2.2 年均行駛里程(VKT)驗(yàn)證

2019年汽油、柴油供應(yīng)量分別為374398、341125t。汽油車(chē)油耗通過(guò)乘用車(chē)和摩托車(chē)加權(quán)平均計(jì)算，2019年乘用車(chē)油耗5.5L/100km[6]，摩托車(chē)油耗約為2.5L/100km，計(jì)算得到汽油車(chē)平均油耗為3.75L/100km。柴油車(chē)油耗參考《營(yíng)運(yùn)客車(chē)燃料消耗量限值及測(cè)量方法》第二階段限值及《營(yíng)運(yùn)貨車(chē)燃料消耗量限值及測(cè)量方法》第四階段限值計(jì)算，得到柴油車(chē)平均油耗約為17.5L/100km。計(jì)算得到汽、柴油車(chē)年均行駛里程分別為13.9×109km和2.3×109km。本研究的汽柴油年均行駛里程分別為13.6×109km和2.7×109km，誤差分別為2.2%和14.8%。影響因素一方面是油品供應(yīng)數(shù)據(jù)僅包括中石油和中石化數(shù)據(jù)，小型私立加油站的油品銷(xiāo)售數(shù)據(jù)不全；另一方面是車(chē)輛油耗數(shù)據(jù)選取的是標(biāo)準(zhǔn)排放限值，不是實(shí)際值，從而導(dǎo)致有一定誤差。

3 結(jié)論

(1) 基于《指南》建立了紅河州2019年機(jī)動(dòng)車(chē)CO、HC、NOx、PM2.5、PM10和SO2排放清單，結(jié)果表明2019年紅河州CO、HC、NOx、PM2.5、PM10和SO2排放總量分別為29494、11908、13259、273、301和138t/a。

(2) 不同車(chē)型對(duì)CO、HC、NOx、PM2.5和PM10的排放貢獻(xiàn)水平差別較大，小型汽油載客車(chē)、輕型汽油載貨車(chē)和摩托車(chē)是CO的主要排放來(lái)源，三者排放占總排放量的81.3%；小型汽油載客車(chē)和摩托車(chē)對(duì)HC排放貢獻(xiàn)最大，兩者排放占總排放量的82.97%，此外HC的蒸發(fā)排放量為8103t，占總排放量的68.05%，是HC的最大來(lái)源；對(duì)NOx、PM2.5和PM10貢獻(xiàn)最大的是大型柴油載貨車(chē)，其排放量分別占排放總量的55.19%、41.04%和41.33%。

(3) 燃料類(lèi)型對(duì)機(jī)動(dòng)車(chē)的排放貢獻(xiàn)影響也較大，汽油車(chē)是CO和HC機(jī)動(dòng)車(chē)污染物排放的主要貢獻(xiàn)源，其排放量分別占排放總量的82.01%和96.64%，柴油車(chē)是NOx、PM2.5和PM10的主要貢獻(xiàn)源。

(4) 國(guó)Ⅴ標(biāo)準(zhǔn)車(chē)輛的污染物排放量均小于其余排放標(biāo)準(zhǔn)的車(chē)輛排放量，說(shuō)明提高車(chē)輛排放標(biāo)準(zhǔn)是降低污染物排放的重要手段。