深圳港船舶大氣污染物排放核算

梁永賢，廖汝娥，顏　敏，鄭卓云，徐光儀

(深圳市環(huán)境科學(xué)研究院，廣東 深圳 518001)

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深圳港船舶大氣污染物排放核算

梁永賢，廖汝娥，顏敏，鄭卓云，徐光儀

(深圳市環(huán)境科學(xué)研究院，廣東 深圳 518001)

摘要：以深圳港船舶大氣污染排放為研究對象，通過自下而上的方法核算深圳遠(yuǎn)洋船舶和內(nèi)河船舶的大氣污染物排放量。結(jié)果表明，2013年深圳港船舶排放可吸入顆粒物1,736t 、細(xì)顆粒物1,411t 、氮氧化物19,992t 、二氧化硫13,106t 、一氧化碳2,224t 、揮發(fā)性有機(jī)物822t。與全市排放總量相比，船舶排放對細(xì)顆粒物、氮氧化物、二氧化硫的排放有重要影響，分擔(dān)率分別為5.2%、16.4%和58.9%。其中，以遠(yuǎn)洋船舶為首要來源，占船舶排放總量的90%左右。

關(guān)鍵詞：船舶；大氣污染物；排放清單；深圳港

0引言

近年來，隨著快速城市化和經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及特殊地理氣候條件影響，深圳市大氣污染日益呈現(xiàn)復(fù)合性大氣污染特征，以高濃度臭氧為代表的光化學(xué)污染和以高細(xì)顆粒物濃度為代表的灰霾污染時有發(fā)生，給公眾健康帶來危害，并制約社會經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。

深圳市作為重要的港口城市，2007年之前，港口貨運吞吐量一直以15%左右高速增長，雖然近年來增長變緩，但依然保持2%左右的增長速度，深圳港集裝箱吞吐量連續(xù)9年位居世界集裝箱港口第四位，2013年超越香港，成為世界第三大集裝箱港。由此帶來的大氣污染物排放問題已經(jīng)引起了廣泛關(guān)注。特別在電廠、重要工業(yè)源及機(jī)動車污染控制措施有效實施以后，船舶污染排放對深圳市環(huán)境空氣質(zhì)量的貢獻(xiàn)將更為突出。然而，由于國內(nèi)對船舶污染控制相對于其他污染源的研究較為滯后，對船舶污染的排放特征、基礎(chǔ)排放數(shù)據(jù)等信息十分缺乏，深圳市及國內(nèi)其他城市港口船舶污染控制仍處于起步階段，難以支撐針對船舶大氣污染控制對策的制定。

本文以2013年進(jìn)出深圳港的船舶為研究對象，深入分析船舶排放的核算方法，以深圳進(jìn)出港船舶類型和工況等活動水平信息為基礎(chǔ)，估算深圳港船舶各種大氣污染物的排放總量，以期完善深圳的大氣污染污染源排放清單以及為其他港口城市進(jìn)行同類研究提供方法參考。

1研究方法

船舶在行駛過程以及停泊港口和碼頭期間都會排放大氣污染物。本研究采用動力法即基于船舶發(fā)動機(jī)做功狀況對船舶排放進(jìn)行計算。為此，需首先確定船舶發(fā)動機(jī)(包括主機(jī)、輔機(jī)和鍋爐)在不同運行工況下的發(fā)動機(jī)功率，根據(jù)排放因子以及相應(yīng)的發(fā)動機(jī)負(fù)載校正因子、油品校正因子，結(jié)合對應(yīng)工況下的運行時間計算得到排放量。

1.1計算公式

船舶發(fā)動機(jī)排放計算式為：

E=W×EF×FCF×CF×10-6

式中：E為排放量，t/a；EF為排放因子，g/(kW·h)；FCF為燃料修正因子；CF為排放控制因子(使用了減排措施后的變化)。

船舶發(fā)動機(jī)功率計算式為：

W=MCR×LF×Act

式中：W為船舶所做的功，kW·h；MCR為發(fā)動機(jī)額定功率；LF為特定工況負(fù)載因子(平均負(fù)荷與最大負(fù)荷的比值)；Act為工作時間(h)。

排放因子修正公式為：

EF=EF0×LLA

式中：EF0為基礎(chǔ)EF，LLA為低負(fù)載調(diào)整系數(shù)。

1.2工況

國際上研究通常將船舶從出港到進(jìn)港停泊的行駛狀態(tài)分為巡航、進(jìn)出港和停泊3種。

(1)巡航工況

船舶以正常航速(或慢速)行駛，船舶主機(jī)工作時間=航線長度/平均航速。

船舶主機(jī)的功率：通過確定船舶總噸與主機(jī)功率的關(guān)系獲得不同等級船舶的平均功率[2][3]。

船舶主機(jī)負(fù)載：通過工況調(diào)查，確定船舶在深圳水域巡航工況的主機(jī)平均負(fù)載和頂推拖輪主機(jī)平均負(fù)載。

輔機(jī)功率：各船種差別較大，通過調(diào)查數(shù)據(jù)，結(jié)合美國洛杉磯港/長灘港的研究方法，確定不同段位船舶對應(yīng)的輔機(jī)功率。另外，該工況下，船舶使用廢氣預(yù)熱鍋爐，因此船舶鍋爐處于停用狀態(tài)。

(2)進(jìn)出港工況

船舶從正常航行減速至停靠狀態(tài)，期間大型船舶可能需要拖輪頂推完成停泊。進(jìn)出港期間，船舶主機(jī)處于低負(fù)荷作業(yè)狀態(tài)，頂推拖輪處于高負(fù)荷作業(yè)狀態(tài)。

在進(jìn)出港期間，輔機(jī)功率相應(yīng)上升，主機(jī)功率下降，廢氣鍋爐停止運轉(zhuǎn)，船舶的鍋爐開啟使用。

(3)停泊工況

船舶處于停靠狀態(tài)，主機(jī)關(guān)機(jī)，輔機(jī)和鍋爐僅提供船舶正常運轉(zhuǎn)所需電力和熱能需要的功率。

1.3遠(yuǎn)洋船舶排放因子

作為IMO(國際海事組織)MARPOL73/78附則VI的締約國，中國境內(nèi)的遠(yuǎn)洋船排放因子應(yīng)與CARB(加州空氣資源委員會)的排放因子接近，因此研究選取美國洛杉磯港大氣污染物排放清單的排放因子[4-10]。計算過程中主要使用了主機(jī)排放因子、輔機(jī)排放因子、鍋爐排放因子以及燃油校正因子和主機(jī)低負(fù)載校正因子。

表1　遠(yuǎn)洋船舶主機(jī)排放因子　(g/kW·h)

表2　遠(yuǎn)洋船舶輔助發(fā)動機(jī)排放因子　(g/kW·h)

表3　遠(yuǎn)洋船舶鍋爐排放因子　(g/kW·h)

表4　燃油校正因子

表5　船舶主機(jī)低負(fù)載校正因子

1.4內(nèi)河船排放因子

在本研究中，為了核算方便，作出了以下假設(shè)：①所有內(nèi)河船使用的燃料是含硫率為0.5%的輕柴油；②所有內(nèi)河船的主機(jī)都是中速柴油機(jī)；③所有內(nèi)河船上都沒有安裝鍋爐，因此就沒有鍋爐排放。

內(nèi)河船的排放因子見表6和表7。

表6　內(nèi)河運輸船主機(jī)和輔機(jī)的排放因子　(g/kW·h)[1]

表7　高速客船和普通客船主機(jī)和輔機(jī)的排放因子　(g/kW·h)[1]

2船舶排放量

2013年進(jìn)出深圳港的遠(yuǎn)洋船和內(nèi)河船排放可吸入顆粒物1,736t、細(xì)顆粒物1,411t、氮氧化物19,992t、二氧化硫13,106t、一氧化碳2,224t、揮發(fā)性有機(jī)物822t，見表8。

由于遠(yuǎn)洋船舶進(jìn)出港數(shù)量大，噸位重，使用高硫燃料，遠(yuǎn)洋船排放的污染物占了大部分，特別是顆粒物和二氧化硫，占比達(dá)到90%左右。

表8　2013年深圳船舶大氣污染排放　(t)

表9　2013年深圳船舶大氣污染排放(占比)　%

3船舶排放在深圳大氣污染物排放總量中的分擔(dān)率

對比深圳市排放可知[11]，2013年深圳船舶排放的細(xì)顆粒物、氮氧化物和二氧化硫占深圳市排放的比例分別為5.2%、16.4%和58.9%。由此可見，船舶中的二氧化硫和氮氧化物是深圳大氣污染重要的來源。

4結(jié)論

本文通過調(diào)查深圳港船舶工況、船隊構(gòu)成、航行距離、油品質(zhì)量和功率狀況等關(guān)鍵參數(shù)，采用動力法對深圳港船舶排放清單開展系統(tǒng)研究，獲得了深圳港船舶常規(guī)大氣污染物排放清單，研究結(jié)果可為政府主管部門加強(qiáng)對船舶大氣污染治理提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和參考。

參考文獻(xiàn)：

[1]Institute for the Environment, The Hong Kong University of Science & Technology. Study on Marine Vessels Emission Inventory[R]. For HKEPD, Final Report, 2012.

[2]Entec UK Limited. CONCAWE Ship Emissions Inventory - Mediterranean Sea[R].2007.

[3]Entec UK Limited. UK Ship Emissions Inventory[R]. Final Report, 2010.

[4]Port of Los Angeles and Port of Long Beach. San Pedro Bay Ports Clean Air Action Plan[R].Technical Report,2006.

[5]Port of Los Angeles and Port of Long Beach. San Pedro Bay Ports Clean Air Action Plan[R].Technical Report, Draft 2010 Update,2010.

[6]Starcrest Consulting Group.Port of Los Angeles Inventory of Air Emissions 2009[R]. Technical Report, 2010.

[7]Starcrest Consulting Group.Port of Los Angeles Inventory of Air Emissions 2010[R]. Technical Report, 2011.

[8]Starcrest Consulting Group.Port of Los Angeles Inventory of Air Emissions 2011[R]. Technical Report, 2012.

[9]Starcrest Consulting Group.Port of Los Angeles Inventory of Air Emissions 2012[R]. Technical Report, 2013.

[10]伏晴艷, 沈寅, 等. 上海港船舶大氣污染物排放清單研究[J]. 安全與環(huán)境學(xué)報, 2012, 12(5).

[11]深圳市環(huán)境科學(xué)研究院. 深圳市環(huán)境空氣質(zhì)量達(dá)標(biāo)規(guī)劃研究報告[R]. 2013.

Accounting the Vessels Air Pollutant Emissions in Shenzhen Port

LIANG Yong-xian, LIAO Ru-e, YAN Min, ZHENG Zhuo-yun, XU Guang-yi

(Shenzhen Academy of Environmental Sciences, Shenzhen Guangdong 518001,China)

Abstract：The vessels air pollution emissions in Shenzhen port was accounted by the bottom-up approach. The results showed that the vessels emitted 1,736 tons of PM10, 1,411 tons of PM2.5, 19,992 tons of NOx, 13,106 tons of SO2, 2,224 tons of CO and 822 tons VOCs in 2013. The emissions from vessels were a great contribution of PM2.5, NOx and SO2 in the whole city, which accounted for 5.2%, 16.4% and 58.9% respectively. The ocean-going vessels were the primary sources of air pollutants accounting for about 90 percent of total emissions from all vessels.

Key words：vessels; air pollutants; emission inventory; Shenzhen port

收稿日期：2015-08-28

作者簡介：梁永賢(1981-)，男，高級工程師，碩士，主要從事大氣環(huán)境模擬與大氣污染控制研究。

中圖分類號：X51

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1673-9655(2016)02-0027-05