PEMS在中国机动车排放研究中的应用.ppt

PEMS在中国机动车排放 研究中的应用,贺克斌 姚志良 王岐东 霍红 刘欢 张英志 张洁 清华大学 环境科学与工程系 2008.6.26,“机动车车载尾气排放测试（PEMS）技术与法规”研讨会,内容,背景 第一代PEMS及其应用 第二代PEMS及其应用 后续工作 小结,Background: Urbanization (1),Beijing urban built-up areas extension, 1984-2002,Urban area in 1982, 1999 and 2002 in China,City Clusters in China,Source: Tang et. al.,Background: Urbanization (2),Background: Motorization,Annual growth rate 11.2%,Annual growth rate 23.0%,Background,Urbanization,Motorization,emissions : local and global,Growing congestion and safety concerns,Energy pressure,Satellite imagery (GOME and SCIAMACHY) is providing important new information on emissions (Nature, September 1, 2005),Trends and challenges: local emissions(1),北京,天津,空气质量较好,区域污染严重,2005.10.29 API 48,2005.10.26 API 176,Air Pollution Complex: Visibility,Air Pollution Complex: Haze,Source: Wu Dui et. Al.,O3 nonattainment days,O3 nonattainment hours,National Standard: 200ug/m3,Air Quality in Beijing: O3,Yangtze River Delta: O3,O3 Concentration,Courtesy of Prof. Tang XY,maximum, minimum and average O3 concentrations between Dec. 2005 and Jun. 2006,O3 Pollution in PRD,Courtesy of Guangdong EPB,Urban NOx/SO2 increase,机动车污染严重,机动车排放研究框架,排放测试,关键因素对排放的影响,排放因子,排放因子/清单模型,排放清单,污染物浓度分布,空气质量模型,机动车活动水平,支持机动车污染控制决策,微观层面,宏观层面,国内机动车排放测试研究现状,从90年代中期以来我国先后对国外排放因子/清单模型，如MOBILE，COPERT， IVE等解析和应用，但一直受排放因子本地化的困扰； 目前已积累大量台架测试数据，但受台架测试制约，在法规外工况及重型车排放测试和研究方面存在明显不足； 本世纪初，国内研究人员开始逐步引入PEMS，并开展测试研究，探索机动车在实际道路的真实排放。,内容,背景 第一代PEMS及其应用 第二代PEMS及其应用 后续工作 小结,第一代PEMS,2000年以前，国际上广泛应用类似系统进行车载测试，如加州大学的Holmen等, 1997;欧洲的De Vleger,1997; 香港的Tong等，2000),第一代PEMS的应用（2002-2007）,研究目的 获取轻型汽油车单车排放因子； 了解我国轻型汽油车排放水平； 研究内容 选取典型城市开展车载排放测试； 分析轻型汽油车排放特征； 建立轻型汽油车排放速率库。,测试城市,固定路线，涵盖快速、主干道和居民路； 测试时间分高峰和非高峰2个时段,测试车辆-LDGV,数据分析技术路线,VSP及VSP Bin划分,每一VSP Bin污染物排放率计算,VSP对排放的影响分析,不同道路VSP Bin分布及排放特征,基于ECE+EUDC工况的排放因子分析,机动车比功率（VSP）定义,VSP (Vehicle Specific Power) (kw/ton) 发动机每移动一吨重量 (包括自重) 所输出的功率 与速度, 加速度, 高度变化相关 grade = (ht=0-ht=-1)/v(t=-1to0) v = 速度 (m/s) a = 加速度 (m/s2) h = 海拔 (m),VSP Bin的划分,Note: VSP in kW/ton,基于北卡研究人员发展的14个VSP Bin，并结合中国实际工况，划分了 11个VSP Bin ( Yao ZL et al. AWMA 2007),VSP对排放的影响分析,13# 夏利，1.0L,当VSP为负时，HC、CO、NOx和油耗基本稳定维持在较低水平，当VSP为正时， HC、CO、NOx和油耗呈近似线性快速递增,不同道路行驶工况行驶模式分布,行驶工况受道路类型影响显著，并存在地域差异,不同道路机动车排放及燃油消耗,对CO、 HC、 NOx和油耗， 居民路最高， 约是快速路 的1.42倍。,行驶里程对排放的影响,8万 km 车辆的CO, HC, 和 NOx 排放因子分别是 8万车辆的 2.47, 2.05和 2.28 倍 。,机动车技术对排放的影响,与化油器车相比，欧技术车辆的CO、 HC和NOx排放因子分别降低86.2%, 88.2%和64.5% 。,测试结果的应用,基于排放测试结果，在1998年已有排放数据的基础上，对欧1和欧2车辆的排放因子进行补充，应用MOBILE模型建立了我国机动车1995-2004年NOx排放清单,内容,背景 第一代PEMS及其应用 第二代PEMS及其应用 后续工作 小结,尾气质量流量计,SEMTECH-DS,颗粒分析仪 DMM-230,稀释系统,GPS，温湿传感器,第二代PEMS,CO2,CO, NOx, THC.,PM2.5,第二代PEMS的应用研究（2007-）,目的 获取机动车排放特征，建立机动车排放清单模型 研究内容 开展柴油车排放车载测试； 分析柴油车排放特征； 研究关键参数对柴油车排放的影响； 确定重型柴油车排放因子；,测试城市,北京 西安,典型测试路线,要求涵盖：高速和非高速道路,典型测试路线1,典型测试路线2,测试柴油车辆信息,测试现场,数据分析,采用与轻型车同样的方法，分析了柴油车VSP与CO、HC、NOx和PM2.5排放的关联; 基于污染源调查项目获取的中国卡车工况，确定不同车型排放因子，并分析了控制技术对排放的影响。,VSP与排放速率的关联分析,2# LD, 欧1,与轻型汽油车类似，当负VSP时CO、HC、NOx和PM2.5排放基本稳定维持在较低水平，当VSP为正时呈近似线性快速递增；,排放控制技术对排放的影响,与欧1技术柴油车相比，各车型欧3技术车辆排放大大降低；但轻型和重型车辆欧3技术排放NOx无下降趋势。,负载对排放的影响测试,结果表明：满载（100%负载）时CO、HC、NOx、和PM2.5分别是空载（0% 负载）时的1.07、0.90、1.47和1.35倍。,车载测试,转鼓测试,燃料对柴油车颗粒排放的影响,生物柴油 B100（S）,市售柴油,B50,S= 80,共三种燃料,速度划分(m/s) 0,1)、1,2)29,30)、30,+) 加速度划分 负加速区间 N1, N2, N3, N4, N5 正加速区间 P1, P2, P3, P4, P5 匀速 O,颗粒物质量排放速率,1号车,2号车,1号车,2号车,燃料变化对1号车（年份新，行驶里程小）的影响大于2号车 随生物柴油含量上升， 1号车的颗粒物排放速率下降,1号车,与纯柴油相比，生物柴油平均降低柴油车颗粒物排放13%-75%,重型柴油车排放因子确定全国第一次污染源普查,基于对重型柴油车的PEMS排放测试，采用IVE模型中VSP Bin的划分原则和方法，建立各VSP Bin的排放速率库； 利用工况测试结果，计算重型柴油车基本排放因子； 对重型柴油车基本排放因子进行海拔、环境、负载等参数修正，最终确定综合排放因子。,内容,背景 第一代PEMS及其应用 第二代PEMS及其应用 后续工作 小结,后续工作：中国机动车排放模型框架,基本排放因子模块：以VSP作为核心参数建立模拟方式，轻型车主要采用台架数据，重型车主要采用车载数据； 行驶工况模块：利用GPS进行工况调查，建立基于VSP的Bin分布； 修正因子模块：利用台架测试数据并结合国外模型； 车队构成模块：基于公安部车型分类，数据从地方获取.,基本排放因子模块,车队构成模块,修正因子模块,行驶工况模块,基本排放因子模块,排放计算模块,内容,背景 第一代PEMS及其应用 第二代PEMS及其应用 后续工作 小结,小结,PEMS车载测试能够捕捉真实工况的排放，特别是法规外的工况，与台架测试构成重要的互补； 针对重型车，PEMS车载能够获取整车排放特征，可弥补台架仅能获取发动机排放的缺陷； 利用PEMS已在全国分不同区域、城市和车型开展了较大量实际道路测试。测试表明PEMS具有较好的适用性和可操作性； 基于已积累的经验以及PEMS技术的发展，建议更多的单位开展PEMS及其应用研究，促进PEMS在中国通过法规认证，在机动车污染控制管理方面发挥更大作用。,发表文章,Wang QD, Huo H, He KB, et al. Characterization of Vehicle Driving Patterns and Development of Driving Cycles in Chinese Cities. Transportation Research Part D, 2008, (13): 289297(SCI) Yao ZL, Wang QD, He KB, et al. Characteristics of real-world vehicular emissions in Chinese cities. J. Air & Waste Manage. Assoc.,2007,57:1379-1386(SCI) Zhang Q, Streets DG, He KB, et al. NOx emission trends for China, 1995-2004: The view from the ground and the view from space. J. Geophys. Res.112, D22306, doi:10.1029/2007JD008684(SCI) He KB, Yao ZL, Huo H, et al. Characteristics of driving and on-road emissions of light-duty gasoline vehicles in Chinese cities. 233rd ACS National Meeting, Chicago, IL, March 25-29, 2007 王岐东 贺克斌 姚志良等