深圳港船舶大气污染物排放核算

梁永贤，廖汝娥，颜　敏，郑卓云，徐光仪

(深圳市环境科学研究院，广东 深圳 518001)



深圳港船舶大气污染物排放核算

梁永贤，廖汝娥，颜敏，郑卓云，徐光仪

(深圳市环境科学研究院，广东 深圳 518001)

摘要：以深圳港船舶大气污染排放为研究对象，通过自下而上的方法核算深圳远洋船舶和内河船舶的大气污染物排放量。结果表明，2013年深圳港船舶排放可吸入颗粒物1,736t 、细颗粒物1,411t 、氮氧化物19,992t 、二氧化硫13,106t 、一氧化碳2,224t 、挥发性有机物822t。与全市排放总量相比，船舶排放对细颗粒物、氮氧化物、二氧化硫的排放有重要影响，分担率分别为5.2%、16.4%和58.9%。其中，以远洋船舶为首要来源，占船舶排放总量的90%左右。

关键词：船舶；大气污染物；排放清单；深圳港

0引言

近年来，随着快速城市化和经济发展以及特殊地理气候条件影响，深圳市大气污染日益呈现复合性大气污染特征，以高浓度臭氧为代表的光化学污染和以高细颗粒物浓度为代表的灰霾污染时有发生，给公众健康带来危害，并制约社会经济的可持续发展。

深圳市作为重要的港口城市，2007年之前，港口货运吞吐量一直以15%左右高速增长，虽然近年来增长变缓，但依然保持2%左右的增长速度，深圳港集装箱吞吐量连续9年位居世界集装箱港口第四位，2013年超越香港，成为世界第三大集装箱港。由此带来的大气污染物排放问题已经引起了广泛关注。特别在电厂、重要工业源及机动车污染控制措施有效实施以后，船舶污染排放对深圳市环境空气质量的贡献将更为突出。然而，由于国内对船舶污染控制相对于其他污染源的研究较为滞后，对船舶污染的排放特征、基础排放数据等信息十分缺乏，深圳市及国内其他城市港口船舶污染控制仍处于起步阶段，难以支撑针对船舶大气污染控制对策的制定。

本文以2013年进出深圳港的船舶为研究对象，深入分析船舶排放的核算方法，以深圳进出港船舶类型和工况等活动水平信息为基础，估算深圳港船舶各种大气污染物的排放总量，以期完善深圳的大气污染污染源排放清单以及为其他港口城市进行同类研究提供方法参考。

1研究方法

船舶在行驶过程以及停泊港口和码头期间都会排放大气污染物。本研究采用动力法即基于船舶发动机做功状况对船舶排放进行计算。为此，需首先确定船舶发动机(包括主机、辅机和锅炉)在不同运行工况下的发动机功率，根据排放因子以及相应的发动机负载校正因子、油品校正因子，结合对应工况下的运行时间计算得到排放量。

1.1计算公式

船舶发动机排放计算式为：

E=W×EF×FCF×CF×10-6

式中：E为排放量，t/a；EF为排放因子，g/(kW·h)；FCF为燃料修正因子；CF为排放控制因子(使用了减排措施后的变化)。

船舶发动机功率计算式为：

W=MCR×LF×Act

式中：W为船舶所做的功，kW·h；MCR为发动机额定功率；LF为特定工况负载因子(平均负荷与最大负荷的比值)；Act为工作时间(h)。

排放因子修正公式为：

EF=EF0×LLA

式中：EF0为基础EF，LLA为低负载调整系数。

1.2工况

国际上研究通常将船舶从出港到进港停泊的行驶状态分为巡航、进出港和停泊3种。

(1)巡航工况

船舶以正常航速(或慢速)行驶，船舶主机工作时间=航线长度/平均航速。

船舶主机的功率：通过确定船舶总吨与主机功率的关系获得不同等级船舶的平均功率[2][3]。

船舶主机负载：通过工况调查，确定船舶在深圳水域巡航工况的主机平均负载和顶推拖轮主机平均负载。

辅机功率：各船种差别较大，通过调查数据，结合美国洛杉矶港/长滩港的研究方法，确定不同段位船舶对应的辅机功率。另外，该工况下，船舶使用废气预热锅炉，因此船舶锅炉处于停用状态。

(2)进出港工况

船舶从正常航行减速至停靠状态，期间大型船舶可能需要拖轮顶推完成停泊。进出港期间，船舶主机处于低负荷作业状态，顶推拖轮处于高负荷作业状态。

在进出港期间，辅机功率相应上升，主机功率下降，废气锅炉停止运转，船舶的锅炉开启使用。

(3)停泊工况

船舶处于停靠状态，主机关机，辅机和锅炉仅提供船舶正常运转所需电力和热能需要的功率。

1.3远洋船舶排放因子

作为IMO(国际海事组织)MARPOL73/78附则VI的缔约国，中国境内的远洋船排放因子应与CARB(加州空气资源委员会)的排放因子接近，因此研究选取美国洛杉矶港大气污染物排放清单的排放因子[4-10]。计算过程中主要使用了主机排放因子、辅机排放因子、锅炉排放因子以及燃油校正因子和主机低负载校正因子。

表1　远洋船舶主机排放因子　(g/kW·h)

表2　远洋船舶辅助发动机排放因子　(g/kW·h)

表3　远洋船舶锅炉排放因子　(g/kW·h)

表4　燃油校正因子

表5　船舶主机低负载校正因子

1.4内河船排放因子

在本研究中，为了核算方便，作出了以下假设：①所有内河船使用的燃料是含硫率为0.5%的轻柴油；②所有内河船的主机都是中速柴油机；③所有内河船上都没有安装锅炉，因此就没有锅炉排放。

内河船的排放因子见表6和表7。

表6　内河运输船主机和辅机的排放因子　(g/kW·h)[1]

表7　高速客船和普通客船主机和辅机的排放因子　(g/kW·h)[1]

2船舶排放量

2013年进出深圳港的远洋船和内河船排放可吸入颗粒物1,736t、细颗粒物1,411t、氮氧化物19,992t、二氧化硫13,106t、一氧化碳2,224t、挥发性有机物822t，见表8。

由于远洋船舶进出港数量大，吨位重，使用高硫燃料，远洋船排放的污染物占了大部分，特别是颗粒物和二氧化硫，占比达到90%左右。

表8　2013年深圳船舶大气污染排放　(t)

表9　2013年深圳船舶大气污染排放(占比)　%

3船舶排放在深圳大气污染物排放总量中的分担率

对比深圳市排放可知[11]，2013年深圳船舶排放的细颗粒物、氮氧化物和二氧化硫占深圳市排放的比例分别为5.2%、16.4%和58.9%。由此可见，船舶中的二氧化硫和氮氧化物是深圳大气污染重要的来源。

4结论

本文通过调查深圳港船舶工况、船队构成、航行距离、油品质量和功率状况等关键参数，采用动力法对深圳港船舶排放清单开展系统研究，获得了深圳港船舶常规大气污染物排放清单，研究结果可为政府主管部门加强对船舶大气污染治理提供基础数据和参考。

参考文献：

[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]伏晴艳, 沈寅, 等. 上海港船舶大气污染物排放清单研究[J]. 安全与环境学报, 2012, 12(5).

[11]深圳市环境科学研究院. 深圳市环境空气质量达标规划研究报告[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

作者简介：梁永贤(1981-)，男，高级工程师，硕士，主要从事大气环境模拟与大气污染控制研究。

中图分类号：X51

文献标志码：A

文章编号：1673-9655(2016)02-0027-05