中歐美非道路移動(dòng)機(jī)械排放標(biāo)準(zhǔn)解析

關(guān)鍵詞：非道路移動(dòng)機(jī)械，排放標(biāo)準(zhǔn)，排放限值

0引言

多年來，隨著房地產(chǎn)、基建、礦業(yè)等行業(yè)的快速發(fā)展，非道路移動(dòng)機(jī)械保有量也不斷攀升。受非道路移動(dòng)機(jī)械排放影響，空氣污染等環(huán)境問題也愈發(fā)嚴(yán)重。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2022年，全國(guó)機(jī)動(dòng)車一氧化碳（CO）、碳?xì)浠衔铮℉C）、氮氧化物（NOx）、顆粒物（PM）排放量分別為743.0萬(wàn)噸、191.2萬(wàn)噸、526.7萬(wàn)噸、5.3萬(wàn)噸，非道路移動(dòng)源排放二氧化硫（SO2）、HC、NOx、PM分別為17.6萬(wàn)噸、42.7萬(wàn)噸、474.2萬(wàn)噸、23.1萬(wàn)噸[1]；數(shù)據(jù)顯示，2022年，非道路移動(dòng)機(jī)械的NOx排放量接近于機(jī)動(dòng)車，PM排放量是機(jī)動(dòng)車4.36倍。截至2023年底，中國(guó)工程機(jī)械主要產(chǎn)品保有量為862萬(wàn)～934萬(wàn)臺(tái)[2]。當(dāng)前非道路移動(dòng)源排放已成為影響空氣質(zhì)量的重要污染源之一。為有效減排，中國(guó)在2022年12月1日正式實(shí)施非道路移動(dòng)機(jī)械第四階段排放標(biāo)準(zhǔn)。與國(guó)三標(biāo)準(zhǔn)相比，國(guó)四標(biāo)準(zhǔn)的NOx和HC限值收緊13%～45%，PM限值收緊50%～94%。隨著標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施，國(guó)四非道路移動(dòng)機(jī)械保有量占比逐步增加，將有效減少NOx、HC和PM等污染物的排放量。

國(guó)四標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施將進(jìn)一步提高中國(guó)非道路移動(dòng)機(jī)械用柴油機(jī)技術(shù)水平，縮小中國(guó)與歐美排放控制體系的差距，而將中歐美非道路移動(dòng)機(jī)械排放現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)進(jìn)行對(duì)比分析將有助于國(guó)際化工程機(jī)械企業(yè)識(shí)別中歐美排放差異，幫助企業(yè)補(bǔ)齊短板，提升產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力。

1中歐美非道路移動(dòng)機(jī)械排放標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)發(fā)展歷程

1.1中國(guó)排放標(biāo)準(zhǔn)

中國(guó)于2007年10月1日開始實(shí)施國(guó)一排放標(biāo)準(zhǔn)，2009年10月1日開始實(shí)施國(guó)二排放標(biāo)準(zhǔn)，2014年10月1日開始分步實(shí)施國(guó)三排放標(biāo)準(zhǔn)。

2020年12月28日，生態(tài)環(huán)境部與國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局聯(lián)合發(fā)布了GB20891—2014修改單和HJ1014—2020，并在標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定中國(guó)自2022年12月1日正式實(shí)施非道路移動(dòng)機(jī)械第四階段排放標(biāo)準(zhǔn)。2024年7月1日，HJ1322—2023《非道路移動(dòng)機(jī)械排放遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)規(guī)范》正式實(shí)施。中國(guó)非道路移動(dòng)機(jī)械排放標(biāo)準(zhǔn)適應(yīng)范圍及主要技術(shù)變化如圖1所示。

1.2歐盟排放法規(guī)

1997年12月16日，97/68/EC指令發(fā)布。該法規(guī)規(guī)定歐盟非道路移動(dòng)機(jī)械用柴油機(jī)第I階段排放標(biāo)準(zhǔn)（即歐I排放標(biāo)準(zhǔn)）于1999年實(shí)施，歐II排放標(biāo)準(zhǔn)于2001—2004年實(shí)施。

2004年4月21日，2004/26/EC指令提出了非道路柴油機(jī)的歐IIIA、歐IIIB、歐IV階段排放要求。2012年，2012/46/EC指令發(fā)布，主要增加了“NOxcontrol”的控制要求（從歐IIIB階段開始）、增加了反應(yīng)劑和后處理裝置的監(jiān)控要求（從歐IIIB階段開始）、增加了曲軸箱排放的控制要求（從歐IV階段開始）、增加了CO2的監(jiān)控要求。

2016年9月14日，歐盟發(fā)布了EU2016/1628號(hào)法規(guī)（歐V排放標(biāo)準(zhǔn)），2016年11月19日，其配套法規(guī)EU2017/654技術(shù)要求、EU2017/655在用車管理要求和EU2017/656文件管理要求也陸續(xù)發(fā)布。相比于歐IV階段，歐V階段主要增加了PEMS和PN排放限值要求。歐盟非道路移動(dòng)機(jī)械排放法規(guī)主要技術(shù)變化如圖2所示。

1.3美國(guó)排放法規(guī)

美國(guó)是世界上控制非道路用柴油機(jī)尾氣排放最早的國(guó)家。美國(guó)國(guó)家環(huán)保局（EPA）從1990年著手研究和限制非道路用柴油機(jī)的尾氣排放。1998年8月27日，EPA簽署了40CFRPART89法規(guī)，規(guī)定了非道路用柴油機(jī)第一、二、三階段排放標(biāo)準(zhǔn)（即Tier1、Tier2、Tier3）。

40CFRPART1039是美國(guó)非道路移動(dòng)機(jī)械用柴油機(jī)第四階段的排放標(biāo)準(zhǔn)（Tier4）。Tier4從2008年開始實(shí)施，2008年到2014年為過渡時(shí)期，過渡期的Tier4相比Tier3只是加嚴(yán)了NOx的排放限值；2014年后Tier4正式實(shí)施，相比于過渡期又加嚴(yán)了顆粒物的限值要求。

1.4全球統(tǒng)一的非道路移動(dòng)機(jī)械排放法規(guī)和ISO排放標(biāo)準(zhǔn)

2009年11月12日，全球統(tǒng)一的非道路移動(dòng)機(jī)械（NRMM）排放法規(guī)（GlobaltechnicalregulationNo.11）發(fā)布。該法規(guī)只規(guī)定了排氣污染物的測(cè)量方法。其測(cè)量方法與歐美第四階段測(cè)量方法要求相對(duì)應(yīng)，但該法規(guī)沒有制定統(tǒng)一的排放限值要求，也沒有統(tǒng)一的實(shí)施日期。

ISO制定了ISO8178《往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)排放測(cè)量》系列標(biāo)準(zhǔn)。歐盟和美國(guó)非道路用柴油機(jī)的試驗(yàn)方法均按照ISO8178《往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)排放測(cè)量》制定。ISO8178作為國(guó)際通用試驗(yàn)準(zhǔn)則，適用范圍較寬，沒有排放限值要求。

2中國(guó)與歐美非道路移動(dòng)機(jī)械排放標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比分析

2.1排放標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施時(shí)間對(duì)比

從圖2可知，美國(guó)最先提出非道路用柴油機(jī)尾氣排放要求，排放標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施時(shí)間最早，歐盟次之，中國(guó)非道路移動(dòng)機(jī)械排放標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施時(shí)間總體晚于歐美。

2.2排放限值對(duì)比

中國(guó)非道路移動(dòng)機(jī)械排放標(biāo)準(zhǔn)與歐美排放標(biāo)準(zhǔn)相比，各類排氣污染物限值差別不大，中歐美現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)排放限值對(duì)比見表1[3-6]。

2.2.1中歐美CO排放限值對(duì)比

從表1可以看出，在CO限值上，中歐美排放限值差異不大（在Pmax≥37kW的功率區(qū)間，中歐美限值相同），其差異主要體現(xiàn)在Pmax＜37kW的小功率區(qū)間。當(dāng)Pmax＜19kW時(shí)，歐盟和美國(guó)的排放限值相同（Pmax＜8kW時(shí)，其限值約為中國(guó)的1.45倍；8≤Pmax＜19kW時(shí)，其限值為中國(guó)的1.2倍），中國(guó)的要求最為嚴(yán)格；當(dāng)19≤Pmax＜37kW時(shí)，中國(guó)和美國(guó)的排放限值相同（中美的限值是歐盟的1.1倍），歐盟的要求最嚴(yán)格。

2.2.2中歐美HC排放限值對(duì)比

從表1可以看出，在HC限值上，歐美的排放限值始終相同，中國(guó)與歐美的排放限值差異不大，其差異主要體現(xiàn)在Pmax＞560kW的大功率區(qū)間（中國(guó)的限值約為歐美的2.11倍），中國(guó)的要求最寬松；在Pmax＜56kW的小功率區(qū)間，中歐美沒有要求單項(xiàng)的HC限值，只對(duì)HC+NOx排放限值提出了具體要求。

2.2.3中歐美NOx排放限值對(duì)比

從表1可以看出，在NOx限值上，歐美的排放限值始終相同，中國(guó)與歐美的排放限值存在明顯的差異，其差異主要體現(xiàn)在56≤Pmax≤560kW的功率區(qū)間。當(dāng)56≤Pmax＜130kW時(shí)，中國(guó)的排放限值為歐美的8.25倍，中國(guó)的要求最寬松；當(dāng)130≤Pmax≤560kW時(shí)，中國(guó)的排放限值為歐美的5倍，中國(guó)的要求最寬松；Pmax＜56kW時(shí)，中歐美沒有要求單項(xiàng)的NOx限值，只對(duì)HC+NOx排放限值提出了具體要求。

2.2.4中歐美HC+NOx排放限值對(duì)比

從表1可以看出，在HC+NOx限值上，歐美的排放限值始終相同，中國(guó)與歐美排放限值差異不大，其差異主要體現(xiàn)在19≤Pmax≤37kW的小功率區(qū)間（中國(guó)的限值約為歐美的1.6倍），中國(guó)的要求最寬松。

2.2.5中歐美PM排放限值對(duì)比

從表1可以看出，在PM限值上，中歐美排放限值差異較大。總體上看，歐盟的要求最嚴(yán)格，美國(guó)次之，中國(guó)的要求最寬松。當(dāng)Pmax＜19kW時(shí)，歐美排放限值相同，中國(guó)的限值為歐美的1.5倍，中國(guó)的要求最寬松；當(dāng)19≤Pmax＜37kW時(shí)，中國(guó)的排放限值為歐盟的40倍，為美國(guó)的20倍，在該功率區(qū)間內(nèi)，中國(guó)排放要求與歐美存在較大差距；當(dāng)37≤Pmax＜56kW時(shí)，美國(guó)的排放限值為歐盟的2倍，為中國(guó)的1.2倍，歐盟的要求最嚴(yán)格，中國(guó)次之，美國(guó)的要求最寬松；當(dāng)56≤Pmax≤560kW時(shí)，中國(guó)的排放限值約為歐盟的1.67倍，為美國(guó)的1.25倍，歐盟的要求最嚴(yán)格，美國(guó)次之，中國(guó)的要求最寬松；當(dāng)Pmax＞560kW時(shí)，中國(guó)的排放限值約為歐盟的2.22倍，為美國(guó)的2.5倍，美國(guó)的要求最嚴(yán)格，歐盟次之，中國(guó)的要求最寬松。

2.2.6中歐美NH3排放限值對(duì)比

NH3排放限值是中國(guó)針對(duì)使用反應(yīng)劑后處理系統(tǒng)的柴油機(jī)提出的附加要求，歐美沒有相關(guān)要求。

2.2.7中歐美PN排放限值對(duì)比

從表1可以看出，在PN限值上，中歐美排放限值差異較大，總體上看，歐盟的要求最嚴(yán)格，中國(guó)次之，美國(guó)沒有規(guī)定PN限值要求。當(dāng)Pmax＞560kW和Pmax＜19kW時(shí)，中歐美均沒有要求PN排放限值；當(dāng)37≤Pmax≤560kW時(shí)，中國(guó)的排放限值為歐盟的5倍，歐盟的要求最嚴(yán)格；19≤Pmax＜37kW時(shí)，中美均沒有要求PN排放限值，歐盟的要求最嚴(yán)格。

2.3排放標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)要求對(duì)比

中國(guó)非道路移動(dòng)機(jī)械排放控制技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)在參考?xì)W盟EU2016/1628指令的同時(shí)，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了補(bǔ)充。與歐美法規(guī)相比，主要技術(shù)差異如下：

（1）中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)的控制范圍是柴油機(jī)和非道路移動(dòng)機(jī)械，歐美法規(guī)主要控制范圍是柴油機(jī)、氣體發(fā)動(dòng)機(jī)、雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)。

（2）美國(guó)Tier4中NRTC（瞬態(tài)試驗(yàn)循環(huán)）的要求與中國(guó)和歐盟存在差異。美國(guó)在Tier4標(biāo)準(zhǔn)中使用的NRTC對(duì)冷啟動(dòng)循環(huán)的污染物結(jié)果賦予5%的權(quán)重，而熱啟動(dòng)循環(huán)的污染物結(jié)果則賦予95%的權(quán)重。中國(guó)和歐盟權(quán)重分配相同，冷啟動(dòng)與熱啟動(dòng)循環(huán)的權(quán)重分別為10%和90%[6]。

（3）中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)的非標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)排放要求與歐美存在差異。中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)修改采用了EU2016/1628法規(guī)關(guān)于控制區(qū)域部分的要求，中國(guó)與歐盟的要求較為接近。美國(guó)則采用了由EPA制定的基于車載排放測(cè)試技術(shù)的NTE（Not-To-Exceed）法規(guī)，該法規(guī)為美國(guó)在用重型車符合性檢查的強(qiáng)制測(cè)試法規(guī)，該方法也適用于美國(guó)非道路移動(dòng)機(jī)械的排放測(cè)試。

（4）歐盟、美國(guó)都制定了曲軸箱排放要求，中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)沒有規(guī)定曲軸箱排放要求。歐盟從歐IV階段開始，就增加了曲軸箱排放的控制要求。美國(guó)的Tier4將曲軸箱排放作為整個(gè)排放控制系統(tǒng)的一部分，規(guī)定曲軸箱通風(fēng)系統(tǒng)也需要配備適當(dāng)?shù)奈廴疚锟刂蒲b置。

（5）中國(guó)和歐盟都提出了CO2的監(jiān)控要求。中歐標(biāo)準(zhǔn)中都沒有規(guī)定CO2的排放限值，但歐盟標(biāo)準(zhǔn)要求穩(wěn)態(tài)的試驗(yàn)循環(huán)CO2排放量要高于瞬態(tài)試驗(yàn)循環(huán)的CO2排放量。美國(guó)Tier4沒有規(guī)定CO2的排放要求。

（6）中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)由于實(shí)施時(shí)間較短，市場(chǎng)中老設(shè)備存量較多，排放超標(biāo)嚴(yán)重，柴油機(jī)排放黑煙現(xiàn)象尤為突出，因此中國(guó)制定了在用非道路移動(dòng)機(jī)械柴油機(jī)的排氣煙度限值，而歐美非道路移動(dòng)機(jī)械排放標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施時(shí)間較早，所以沒有相關(guān)要求。

（7）中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)為確保非道路移動(dòng)機(jī)械監(jiān)管效果，37kW及以上的機(jī)械增加了PEMS（便攜式排放測(cè)試系統(tǒng)）測(cè)試要求，要求測(cè)量的90%有效功基窗口的CO和NOX排放量小于限值的2.5倍；歐盟歐V標(biāo)準(zhǔn)中PEMS的使用范圍為56kW到560kW的非道路移動(dòng)機(jī)械，但因?yàn)槿鄙贁?shù)據(jù)支撐，限值暫未制定；美國(guó)Tier4中沒有提出相關(guān)要求。

（8）中國(guó)為了方便對(duì)運(yùn)行機(jī)械排放狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)37kW及以上的工程機(jī)械提出了加裝遠(yuǎn)程排放管理終端的要求，歐美沒有遠(yuǎn)程監(jiān)控的相關(guān)要求。

（9）中國(guó)為了更好實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械的監(jiān)管（因?yàn)橹袊?guó)非道路移動(dòng)機(jī)械以前沒有掛牌和注冊(cè)登記制度），標(biāo)準(zhǔn)對(duì)37kW及以上的工程機(jī)械增加了精準(zhǔn)定位要求，歐美沒有精準(zhǔn)定位的相關(guān)要求。

3結(jié)論

基于以上分析，本研究得出以下結(jié)論：

（1）在標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施時(shí)間上，中國(guó)非道路移動(dòng)機(jī)械排放標(biāo)準(zhǔn)的研究與實(shí)施時(shí)間晚于歐美，這反映了中國(guó)在該領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展與標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)制定上存在一定的滯后性；

（2）在排放限值上，中國(guó)、歐洲和美國(guó)在現(xiàn)行的非道路移動(dòng)機(jī)械排放標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)各類排氣污染物的限值設(shè)定差異不大，但中國(guó)在限值要求上總體落后于歐美，這表明中國(guó)在該領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)限值設(shè)定上仍存在提升空間；

（3）在技術(shù)要求上，中國(guó)非道路移動(dòng)機(jī)械排放標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)要求與歐盟保持較高的一致性，與美國(guó)存在一定差異，這間接反映了中國(guó)、歐盟與美國(guó)的技術(shù)路徑和環(huán)保政策存在差異；

（4）在監(jiān)管要求上，中國(guó)對(duì)在用非道路移動(dòng)機(jī)械的監(jiān)管要求比歐盟、美國(guó)更加嚴(yán)格，這體現(xiàn)了中國(guó)對(duì)環(huán)境保護(hù)的高度重視；

（5）在技術(shù)趨勢(shì)上，非道路移動(dòng)機(jī)械排放要求日益嚴(yán)苛，技術(shù)難度不斷升級(jí)，發(fā)動(dòng)機(jī)和整機(jī)廠的成本控制面臨較大的挑戰(zhàn)，這一趨勢(shì)也為新能源工程機(jī)械的發(fā)展帶來契機(jī)。

綜上所述，中國(guó)的非道路移動(dòng)機(jī)械排放標(biāo)準(zhǔn)在研制與實(shí)施、排放限值設(shè)定、技術(shù)要求等方面與歐美仍存在一定差距。一方面，中國(guó)工程機(jī)械企業(yè)應(yīng)正視這些差距，加快先進(jìn)污染控制技術(shù)的自主研發(fā)和國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程，并基于國(guó)家或區(qū)域排放差異，研發(fā)、生產(chǎn)面向不同區(qū)域市場(chǎng)的工程機(jī)械整機(jī)產(chǎn)品；另一方面，面對(duì)日益嚴(yán)格的排放要求和嚴(yán)峻的技術(shù)挑戰(zhàn)，中國(guó)工程機(jī)械企業(yè)應(yīng)抓住新能源技術(shù)的發(fā)展機(jī)遇，避開歐美在傳統(tǒng)動(dòng)力系統(tǒng)上的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，在新能源工程機(jī)械上實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破。