紅河州機(jī)動車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)測中心，云南 蒙自 661100)

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)社會持續(xù)快速發(fā)展和城市化進(jìn)程的加快，中國機(jī)動車保有量繼續(xù)保持高速增長態(tài)勢，機(jī)動車尾氣污染已成為城市空氣質(zhì)量危害的主要來源[1]，其排放的污染物經(jīng)過一系列復(fù)雜大氣化學(xué)反應(yīng)生成二次污染物，是造成近年來全國各大城市霧霾頻發(fā)的重要成因[2]。據(jù)有關(guān)研究結(jié)果，城市中機(jī)動車尾氣排放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)動車數(shù)量的增長呈上升趨勢，而其中50%以上來源于20%以下的高污染車的排放，根據(jù)PM2.5污染在線源解析質(zhì)譜儀對全國多個城市空氣中PM2.5的監(jiān)測結(jié)果，機(jī)動車尾氣排放對城市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，機(jī)動車尾氣排放的貢獻(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)動車排放控制對改善城市環(huán)境質(zhì)量的重要性也顯得格外重要。在機(jī)動車保有量和持續(xù)上升的嚴(yán)峻形勢下，科學(xué)評估區(qū)域機(jī)動車排放特征是實施機(jī)動車污染控制的基礎(chǔ)。本研究以《道路機(jī)動車大氣污染物排放清單編制技術(shù)指南》(以下簡稱《指南》)[4]為基礎(chǔ)，建立紅河州2019年機(jī)動車排放清單，為紅河州機(jī)動車大氣污染防治和環(huán)境綜合治理提供決策依據(jù)和參考。

1 研究方法

1.1 排放量計算

機(jī)動車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)公式計算：

E1=ΣiPi×EFi×VKTi×10-6

(1)

式中：E1為排放量，單位為t；EFi為i類機(jī)動車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類車型機(jī)動車保有量；VKTi為i類機(jī)動車的年均行駛里程，單位為km/輛。

機(jī)動車HC蒸發(fā)量計算按(2)公式計算：

E2=(EF1×VKT/V+EF2×365)×P×10-6

(2)

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

機(jī)動車SO2排放主要來自燃油中硫的燃燒生成，根據(jù)硫的質(zhì)量平衡，機(jī)動車SO2排放量計算按(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)動車汽油和柴油的消耗量，單位為t；αg和αd分別為機(jī)動車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行駛里程、平均行駛速度30km/h、溫度15℃、相對濕度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)合實際環(huán)境、道路狀況、油品等進(jìn)行修正，按公式(4)計算得到不同排放標(biāo)準(zhǔn)的不同車輛類型的排放系數(shù)：

EFi,j=BEFi×φj×γj×λi×θi

(4)

式中：BEFi為i類車的綜合基準(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類車的劣化修正因子，θi為車輛的使用條件。

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紅河州2019年年均氣溫18.9℃，相對濕度76%[5]，本研究采用拉格朗日線性插值法計算溫度的修正因子，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Ⅴ以上油品，因此，汽柴油含硫排放修正因子按國Ⅴ限值10ppm進(jìn)行修正。車速、車輛使用條件等參數(shù)參照基準(zhǔn)條件，不進(jìn)行修正。排放因子見表1。

1.2.2 機(jī)動車年均行駛里程

機(jī)動車年均行駛里程采用《指南》提供的數(shù)據(jù)，見表2。

表1 汽柴油車環(huán)境修正因子

表2 各車型機(jī)動車年均行駛里程 (km)

2 結(jié)果與討論

2.1 機(jī)動車排放清單和分擔(dān)率

根據(jù)交警部門提供的車輛明細(xì)，建立車輛型號、燃料類型和排放標(biāo)準(zhǔn)的三級道路機(jī)動車排放源清單，利用公式(1)(2)(3)計算得到紅河州2019年機(jī)動車CO、HC、NOx、PM2.5、PM10和SO2的排放清單，紅河州2019年機(jī)動車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CO排放貢獻(xiàn)較大的分別是小型汽油載客車、輕型汽油載貨車和摩托車，分擔(dān)率分別為29.29%、28.85%和23.16%；對HC貢獻(xiàn)較大的是小型汽油載客車和摩托車，分擔(dān)率分別為43.67%和39.30%；對NOx、PM2.5和PM10貢獻(xiàn)最大的是大型柴油載貨車，其分擔(dān)率分別為55.19%、41.04%和41.33%。

燃料類型對機(jī)動車污染物排放貢獻(xiàn)的影響也很大，汽油車是CO和HC排放的主要貢獻(xiàn)源，柴油車是NOx和顆粒物排放的主要貢獻(xiàn)源。表4給出了汽柴油機(jī)動車污染物排放清單，由表4可以看出，汽油車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)動車行駛和駐車期間的蒸發(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)動車污染物排放清單和分擔(dān)率

表4 不同排放標(biāo)準(zhǔn)汽柴油車污染物排放清單

另外不同排放標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)動車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Ⅲ和國Ⅵ車對機(jī)動車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Ⅰ和國Ⅱ車輛的分擔(dān)率低的主要原因是2018年汽油國Ⅰ以下和柴油國Ⅲ以下車輛(黃標(biāo)車)已按國家要求全部完成淘汰。

2.2 機(jī)動車排放清單驗證

2.2.1 氮氧化物排放驗證

結(jié)合“十三五”全國機(jī)動車氮氧化物總量減排核算系統(tǒng)對機(jī)動車氮氧化物排放量計算，2019年紅河州機(jī)動車氮氧化物排放量為14597t，本研究計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)驗證

2019年汽油、柴油供應(yīng)量分別為374398、341125t。汽油車油耗通過乘用車和摩托車加權(quán)平均計算，2019年乘用車油耗5.5L/100km[6]，摩托車油耗約為2.5L/100km，計算得到汽油車平均油耗為3.75L/100km。柴油車油耗參考《營運(yùn)客車燃料消耗量限值及測量方法》第二階段限值及《營運(yùn)貨車燃料消耗量限值及測量方法》第四階段限值計算，得到柴油車平均油耗約為17.5L/100km。計算得到汽、柴油車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售數(shù)據(jù)不全；另一方面是車輛油耗數(shù)據(jù)選取的是標(biāo)準(zhǔn)排放限值，不是實際值，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)動車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) 不同車型對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、輕型汽油載貨車和摩托車是CO的主要排放來源，三者排放占總排放量的81.3%；小型汽油載客車和摩托車對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的最大來源；對NOx、PM2.5和PM10貢獻(xiàn)最大的是大型柴油載貨車，其排放量分別占排放總量的55.19%、41.04%和41.33%。

(3) 燃料類型對機(jī)動車的排放貢獻(xiàn)影響也較大，汽油車是CO和HC機(jī)動車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%，柴油車是NOx、PM2.5和PM10的主要貢獻(xiàn)源。

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