红河州机动车污染物排放特征研究

刘启龙

(红河州生态环境应急监测中心，云南 蒙自 661100)

0 引言

随着经济社会持续快速发展和城市化进程的加快，中国机动车保有量继续保持高速增长态势，机动车尾气污染已成为城市空气质量危害的主要来源[1]，其排放的污染物经过一系列复杂大气化学反应生成二次污染物，是造成近年来全国各大城市雾霾频发的重要成因[2]。据有关研究结果，城市中机动车尾气排放CO、HC和NOx尾气污染分别占城市总污染物的60%～70%、40%～50%、30%～40%，并随着机动车数量的增长呈上升趋势，而其中50%以上来源于20%以下的高污染车的排放，根据PM2.5污染在线源解析质谱仪对全国多个城市空气中PM2.5的监测结果，机动车尾气排放对城市PM2.5污染的贡献率平均在20%左右，在重污染天气情况发生时，机动车尾气排放的贡献率相应大幅度增加[3]。随着大气污染防治工作的不断深入，机动车排放控制对改善城市环境质量的重要性也显得格外重要。在机动车保有量和持续上升的严峻形势下，科学评估区域机动车排放特征是实施机动车污染控制的基础。本研究以《道路机动车大气污染物排放清单编制技术指南》(以下简称《指南》)[4]为基础，建立红河州2019年机动车排放清单，为红河州机动车大气污染防治和环境综合治理提供决策依据和参考。

1 研究方法

1.1 排放量计算

机动车排放量主要包括尾气排放和HC蒸发排放，CO、HC、NOx、PM2.5和PM10的排放量按(1)公式计算：

E1=ΣiPi×EFi×VKTi×10-6

(1)

式中：E1为排放量，单位为t；EFi为i类机动车行驶单位距离尾气所排放的污染物量，单位为g/km；P为所在地i类车型机动车保有量；VKTi为i类机动车的年均行驶里程，单位为km/辆。

机动车HC蒸发量计算按(2)公式计算：

E2=(EF1×VKT/V+EF2×365)×P×10-6

(2)

式中：E2为每年行驶及驻车期间HC蒸发排放量，单位为t；EF1为机动车行驶过程中的排放系数，单位g/h；V为机动车平均行驶速度，单位km/h；EF2为驻车期间综合排放系数，单位g/d；P为以汽油为燃料的机动车保有量。

机动车SO2排放主要来自燃油中硫的燃烧生成，根据硫的质量平衡，机动车SO2排放量计算按(3)公式如下：

ESO2=2.0×10-6×(Fg×αg+Fd×αd)

(3)

式中：Fg和Fd分别为机动车汽油和柴油的消耗量，单位为t；αg和αd分别为机动车汽油和柴油的年均含硫量，单位ppm。

1.2 参数确定

1.2.1 排放系数获取

排放系数根据《指南》提供的基于平均累计行驶里程、平均行驶速度30km/h、温度15℃、相对湿度50%、汽油含硫50ppm、柴油含硫350ppm和 50%载重系数等情景下的基准排放系数，结合实际环境、道路状况、油品等进行修正，按公式(4)计算得到不同排放标准的不同车辆类型的排放系数：

EFi,j=BEFi×φj×γj×λi×θi

(4)

式中：BEFi为i类车的综合基准排放系数，φj为j地区的环境修正因子，γj为j地区的平均速度修正因子，λi为i类车的劣化修正因子，θi为车辆的使用条件。

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红河州2019年年均气温18.9℃，相对湿度76%[5]，本研究采用拉格朗日线性插值法计算温度的修正因子，与湿度因子相乘最终得到环境修正因子φj。目前，红河州气柴油供应全部为国Ⅴ以上油品，因此，汽柴油含硫排放修正因子按国Ⅴ限值10ppm进行修正。车速、车辆使用条件等参数参照基准条件，不进行修正。排放因子见表1。

1.2.2 机动车年均行驶里程

机动车年均行驶里程采用《指南》提供的数据，见表2。

表1 汽柴油车环境修正因子

表2 各车型机动车年均行驶里程 (km)

2 结果与讨论

2.1 机动车排放清单和分担率

根据交警部门提供的车辆明细，建立车辆型号、燃料类型和排放标准的三级道路机动车排放源清单，利用公式(1)(2)(3)计算得到红河州2019年机动车CO、HC、NOx、PM2.5、PM10和SO2的排放清单，红河州2019年机动车CO、HC、NOx、PM2.5、PM10和SO2排放量分别为29494、11908、13259、273、301和138t/a。

由表3可知，对CO排放贡献较大的分别是小型汽油载客车、轻型汽油载货车和摩托车，分担率分别为29.29%、28.85%和23.16%；对HC贡献较大的是小型汽油载客车和摩托车，分担率分别为43.67%和39.30%；对NOx、PM2.5和PM10贡献最大的是大型柴油载货车，其分担率分别为55.19%、41.04%和41.33%。

燃料类型对机动车污染物排放贡献的影响也很大，汽油车是CO和HC排放的主要贡献源，柴油车是NOx和颗粒物排放的主要贡献源。表4给出了汽柴油机动车污染物排放清单，由表4可以看出，汽油车CO和HC排放量分别为24187t和11508t，分担率分别为82.01%和96.64%；另外HC的蒸发排放量为8103t，分担率为68.05%，由此可知机动车行驶和驻车期间的蒸发排放量是HC的主要排放源；NOx、PM2.5和PM10排放量分别为11483、203和224t，分担率分别为86.62%、74.36%和75.00%。

表3 红河州2019年机动车污染物排放清单和分担率

表4 不同排放标准汽柴油车污染物排放清单

另外不同排放标准的机动车污染物排放量也存在很大差异。由图1可知，占保有量81.49%的国Ⅲ和国Ⅵ车对机动车CO、HC、NOx、PM2.5和PM10的分担率分别为60.76%、71.41%、73.41%、84.62%和84.67%；国Ⅰ和国Ⅱ车辆的分担率低的主要原因是2018年汽油国Ⅰ以下和柴油国Ⅲ以下车辆(黄标车)已按国家要求全部完成淘汰。

2.2 机动车排放清单验证

2.2.1 氮氧化物排放验证

结合“十三五”全国机动车氮氧化物总量减排核算系统对机动车氮氧化物排放量计算，2019年红河州机动车氮氧化物排放量为14597t，本研究计算氮氧化物排放量为13259t，相差1338t，误差为9.2%。

2.2.2 年均行驶里程(VKT)验证

2019年汽油、柴油供应量分别为374398、341125t。汽油车油耗通过乘用车和摩托车加权平均计算，2019年乘用车油耗5.5L/100km[6]，摩托车油耗约为2.5L/100km，计算得到汽油车平均油耗为3.75L/100km。柴油车油耗参考《营运客车燃料消耗量限值及测量方法》第二阶段限值及《营运货车燃料消耗量限值及测量方法》第四阶段限值计算，得到柴油车平均油耗约为17.5L/100km。计算得到汽、柴油车年均行驶里程分别为13.9×109km和2.3×109km。本研究的汽柴油年均行驶里程分别为13.6×109km和2.7×109km，误差分别为2.2%和14.8%。影响因素一方面是油品供应数据仅包括中石油和中石化数据，小型私立加油站的油品销售数据不全；另一方面是车辆油耗数据选取的是标准排放限值，不是实际值，从而导致有一定误差。

3 结论

(1) 基于《指南》建立了红河州2019年机动车CO、HC、NOx、PM2.5、PM10和SO2排放清单，结果表明2019年红河州CO、HC、NOx、PM2.5、PM10和SO2排放总量分别为29494、11908、13259、273、301和138t/a。

(2) 不同车型对CO、HC、NOx、PM2.5和PM10的排放贡献水平差别较大，小型汽油载客车、轻型汽油载货车和摩托车是CO的主要排放来源，三者排放占总排放量的81.3%；小型汽油载客车和摩托车对HC排放贡献最大，两者排放占总排放量的82.97%，此外HC的蒸发排放量为8103t，占总排放量的68.05%，是HC的最大来源；对NOx、PM2.5和PM10贡献最大的是大型柴油载货车，其排放量分别占排放总量的55.19%、41.04%和41.33%。

(3) 燃料类型对机动车的排放贡献影响也较大，汽油车是CO和HC机动车污染物排放的主要贡献源，其排放量分别占排放总量的82.01%和96.64%，柴油车是NOx、PM2.5和PM10的主要贡献源。

(4) 国Ⅴ标准车辆的污染物排放量均小于其余排放标准的车辆排放量，说明提高车辆排放标准是降低污染物排放的重要手段。