紅河州機動車污染物排放特征研究

劉啟龍

(紅河州生態環境應急監測中心，云南 蒙自 661100)

0 引言

隨著經濟社會持續快速發展和城市化進程的加快，中國機動車保有量繼續保持高速增長態勢，機動車尾氣污染已成為城市空氣質量危害的主要來源[1]，其排放的污染物經過一系列復雜大氣化學反應生成二次污染物，是造成近年來全國各大城市霧霾頻發的重要成因[2]。據有關研究結果，城市中機動車尾氣排放CO、HC和NOx尾氣污染分別占城市總污染物的60%～70%、40%～50%、30%～40%，并隨著機動車數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PM2.5污染在線源解析質譜儀對全國多個城市空氣中PM2.5的監測結果，機動車尾氣排放對城市PM2.5污染的貢獻率平均在20%左右，在重污染天氣情況發生時，機動車尾氣排放的貢獻率相應大幅度增加[3]。隨著大氣污染防治工作的不斷深入，機動車排放控制對改善城市環境質量的重要性也顯得格外重要。在機動車保有量和持續上升的嚴峻形勢下，科學評估區域機動車排放特征是實施機動車污染控制的基礎。本研究以《道路機動車大氣污染物排放清單編制技術指南》(以下簡稱《指南》)[4]為基礎，建立紅河州2019年機動車排放清單，為紅河州機動車大氣污染防治和環境綜合治理提供決策依據和參考。

1 研究方法

1.1 排放量計算

機動車排放量主要包括尾氣排放和HC蒸發排放，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類車型機動車保有量；VKTi為i類機動車的年均行駛里程，單位為km/輛。

機動車HC蒸發量計算按(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蒸發排放量，單位為t；EF1為機動車行駛過程中的排放系數，單位g/h；V為機動車平均行駛速度，單位km/h；EF2為駐車期間綜合排放系數，單位g/d；P為以汽油為燃料的機動車保有量。

機動車SO2排放主要來自燃油中硫的燃燒生成，根據硫的質量平衡，機動車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分別為機動車汽油和柴油的消耗量，單位為t；αg和αd分別為機動車汽油和柴油的年均含硫量，單位ppm。

1.2 參數確定

1.2.1 排放系數獲取

排放系數根據《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%載重系數等情景下的基準排放系數，結合實際環境、道路狀況、油品等進行修正，按公式(4)計算得到不同排放標準的不同車輛類型的排放系數：

EFi,j=BEFi×φj×γj×λi×θi

(4)

式中：BEFi為i類車的綜合基準排放系數，φj為j地區的環境修正因子，γj為j地區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境修正因子φj。目前，紅河州氣柴油供應全部為國Ⅴ以上油品，因此，汽柴油含硫排放修正因子按國Ⅴ限值10ppm進行修正。車速、車輛使用條件等參數參照基準條件，不進行修正。排放因子見表1。

1.2.2 機動車年均行駛里程

機動車年均行駛里程采用《指南》提供的數據，見表2。

表1 汽柴油車環境修正因子

表2 各車型機動車年均行駛里程 (km)

2 結果與討論

2.1 機動車排放清單和分擔率

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

燃料類型對機動車污染物排放貢獻的影響也很大，汽油車是CO和HC排放的主要貢獻源，柴油車是NOx和顆粒物排放的主要貢獻源。表4給出了汽柴油機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，分擔率分別為82.01%和96.64%；另外HC的蒸發排放量為8103t，分擔率為68.05%，由此可知機動車行駛和駐車期間的蒸發排放量是HC的主要排放源；NOx、PM2.5和PM10排放量分別為11483、203和224t，分擔率分別為86.62%、74.36%和75.00%。

表3 紅河州2019年機動車污染物排放清單和分擔率

表4 不同排放標準汽柴油車污染物排放清單

另外不同排放標準的機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車對機動車CO、HC、NOx、PM2.5和PM10的分擔率分別為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(黃標車)已按國家要求全部完成淘汰。

2.2 機動車排放清單驗證

2.2.1 氮氧化物排放驗證

結合“十三五”全國機動車氮氧化物總量減排核算系統對機動車氮氧化物排放量計算，2019年紅河州機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、柴油供應量分別為374398、341125t。汽油車油耗通過乘用車和摩托車加權平均計算，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《營運客車燃料消耗量限值及測量方法》第二階段限值及《營運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數據僅包括中石油和中石化數據，小型私立加油站的油品銷售數據不全；另一方面是車輛油耗數據選取的是標準排放限值，不是實際值，從而導致有一定誤差。

3 結論

(1) 基于《指南》建立了紅河州2019年機動車CO、HC、NOx、PM2.5、PM10和SO2排放清單，結果表明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排放貢獻最大，兩者排放占總排放量的82.97%，此外HC的蒸發排放量為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) 燃料類型對機動車的排放貢獻影響也較大，汽油車是CO和HC機動車污染物排放的主要貢獻源，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的主要貢獻源。

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