（环境工程专业论文）机动车能源方案选择及大气污染物排放分析.pdf

浙江大学硕士学位论文 摘要 随着机动车数量的剧增，我国燃油消费量不断增加，统计显示1 9 9 0 2 0 0 4 年机动车燃油消耗量以每年9 8 1 的速度增长。与此同时，城市污染问题也由 过去单一的煤烟型逐步转化为煤烟光化学污染型。鉴于这种现状，本课题从 机动车节能和污染物减排出发，以2 0 0 4 年为基准年，设定了提高机动车排放控 制技术水平的b a u 方案、降低机动车百公里油耗的a f c 方案和采用替代能源 的a e r 方案，并研究了三种方案下2 0 0 5 2 0 3 0 年间机动车的能源消耗和污染物 排放。研究结果为杭州市相关能源、环境决策以及大气污染治理措施的优先选 择提供了科学依据，同时也为国内同类研究提供了可靠的研究方法。 论文采用基于燃料消耗的排放因子，建立了2 0 0 4 年杭州市区机动车c 0 2 、 c o 、h c 、n o 。和p m l o 基于燃料消耗的排放清单。2 0 0 4 年杭州市机动车p m l o 、 c o 、n o x 、c 0 2 和h c 的排放量分别为8 7 吨、8 4 2 7 万吨、4 5 9 万吨、3 0 3 9 3 万吨和4 2 5 万吨。 论文以l e a p 2 0 0 6 ( l o n g r a n g ee n e r g ya l t e r n a t i v ep l a n n i n g2 0 0 6 ) 模型为计量 工具，采用人均g d p 弹性系数法和历史数据回归分析法，分别预测了2 0 0 5 2 0 3 0 年杭州市区机动车总保有量、乘用车保有量和货车、摩托车的保有量。 论文通过考虑2 0 0 5 2 0 3 0 年各类型机动车保有量的变化、每年淘汰车数量 和新增车数量的变化、在用车累计行驶里程的变化以及新车排放控制技术标准 的实施年限情况，应用i v e 模型计算了每种类型机动车各年的平均排放因子， 并建立了机动车c o z 、c o 、h c 、n o x 和p m l o 的基于燃料消耗的年际变化排放 因子数据库。2 0 0 4 - - 2 0 3 0 年，各车型c o 、h c 、n o x 、p m l o 和c 0 2 的排放因 子均有所下降，其下降幅度分别为：汽油乘用车4 8 1 1 、7 7 5 8 、7 1 8 4 、 5 2 8 2 和一3 7 5 ；柴油乘用车7 4 6 、8 1 2 5 、4 3 1 6 、6 0 和0 3 6 ；汽 油轻型货车5 8 9 、8 6 4 6 、7 5 8 7 、3 7 9 7 和一1 2 5 1 ；柴油轻型货车1 3 5 3 、 8 6 ，3 8 、4 9 5 9 、6 6 7 1 和一0 7 6 ；摩托车6 2 4 3 、6 9 4 3 、3 3 1 5 、3 6 4 5 和一4 1 1 6 ；汽油重型货车6 1 1 6 、6 2 3 、6 8 8 8 、7 1 3 3 和一2 0 8 1 ；柴油 重型货车6 9 6 、4 2 、7 2 8 、7 8 6 3 和1 7 4 ；汽油公交车5 3 4 4 、5 6 3 2 、 6 9 1 5 、6 8 7 6 和5 9 7 ：柴油公交车6 9 2 5 、4 1 6 、7 2 7 、4 7 7 和1 7 1 。 本论文从机动车控制技术水平、百公里油耗和替代能源三个角度入手，设 一i 一 浙江大学硕士学位论文 定了三种情景分析方案：1 ) 假设严格实施国家规定的机动车控制技术标准和乘 用车百公里油耗限值的b a u ( b u s i n e s sa su s u a l ) 方案；2 ) 在前一方案基础上 继续降低其他类型机动车百公里油耗限值的a f c ( a v e r a g ef u e lc o n s u m p t i o n r e d u c t i o n ) 方案；3 ) 替代能源a e r ( a l t e r n a t i v ee n e r g yr e p l a c e m e n t ) 方案。经计 算，到2 0 3 0 年三种方案下机动车燃油消耗量分别为2 4 1 2 2 万吨、1 7 8 0 2 万吨 和1 0 8 9 4 万吨标准油。与b a u 方案相比，a f c 和a e r 方案分别可节约6 3 1 9 万吨和1 2 2 8 4 万吨标准油。 论文将计算所得的各类型机动车动态变化排放因子与燃油消耗量相结合， 计算了2 0 0 4 2 0 3 0 年间杭州市区机动车c 0 2 、c o 、h c 、n o x 和p m i o 的排放量。 至2 0 3 0 年，b a u 方案中机动车】0 2 2 2 1 万吨、6 8 7 6 万吨、5 6 7 万吨、7 2 2 万 吨、和9 5 9 吨；a f c 方案中机动车c 0 2 、c o 、h c ，n o x 和p m i o 的排放量分 别为8 2 1 ，6 2 万吨、4 9 3 5 万吨、4 3 2 万吨、5 3 9 万吨和6 9 8 吨；a e r 方案中机 动车c 0 2 、c o 、h c 、n o x 和p m l o 的排放量分别为6 1 0 5 9 万吨、4 1 0 1 万吨、 2 0 7 万吨、3 1 9 万吨和4 9 3 吨。 关键词：机动车；燃油消耗；污染物排放；i v e 模型；l e a p 2 0 0 6 模 型 浙江大学硕士学位论文 a b s t r a c t 1 1 1 ea m o u n to fo i lc o n s u m p t i o ni n c r e a s ec o n t i n u o u s l ya st h et h er a p i dg r o w t h o fm o t o rv e h i c l e si nc h i n a t h es t a t i s t i c ss h o wt h a tt h et o t a la m o u n to fo i l c o n s u m p t i o no fm o t o r v e h i c l e sw i l li n c r e a s ew i t h9 8l g r o w t hr a t ep e ry e a rd u r i n g 19 9 0 2 0 0 4 a tt h es a m et i m e t h ea i rp o l l u t i o ni nl a r g ec h i n e s ec i t i e sc o n v e r t sf r o m t h ec o n v e n t i o n a lc o a lc o m b u s t i o nt y p et ot h em i x e dc o a 】c o m b u s t i o n m o t o rv e t l i c l e e m i s s i o nt y p e a c c o r d i n gt ot h i ss i t u a t i o n s ，t h er e s e a r c ha i m e da tt h ee n e r g y e c o n o m i z a t i o na n dt h er e s t r i c t i o no ft h ep o l l u t a n t sa n dt a k et h ey e a ro f2 0 0 4a st h e b e n c h m a r k a n dt h e l lt h et h r e es c h e m e si n c l u d i n gb a u 、a f ca n da e rw e r e d e t e r m i n e d u n d e rt h et h r e es c h e m e s ，t h ee n e r g yc o n s u m p t i o na n dt h ep o l l u t a n t s d r a i n a g eo fm o t o rv e h i c l e sd u r i n g2 0 0 5 2 0 3 0w e r es t u d i e d t h er e s u l t sn o to n l y p r o v i d e d s c i e n t i f i c p r o o ff o r t h ep r e s e l e c t i o ni n c o r r e s p o n d e n te n e r g y 、 e n v i r o n m e n t a ld e c i s i o na n dt h es o l u t i o nf o rt h ea i rp o l l u t i o ni nh a n g z h o uc i t y , b u t a l s op u tf o r w a r dar e l i a b l er e s e a r c hm e t h o df o rt h es i m i l a rr e s e a r c h o nt h eb a s i so ft h ef u e l b a s e de m i s s i o nf a c t o r , af u e t b a s e de m i s s i o ni n v e n t o r y w a sb u i l tf o r t h ec 0 2 、c o 、h c 、n o x a n dp m l oo f m o t o r v e h i c l e si nh a n g z h o uc i t y i nt h ey e a ro f 2 0 0 4 7 西pe m i s s i o na m o u n to f p m l 0 ，c o ，n o x ，c 0 2a n dh ca r e8 7 ， 8 4 3 x 1 0 5 4 5 9 x 10 4 3 0 4 x 1 0 6a n d4 2 5 1 0 4t o n sr e s p e c t i v e l y l e a p 2 0 0 6m o d e lw a si n t r o d u c e dt ob eam e a s u r e m e n tt 0 0 1 a n dt h em o t h o do f a v e r a g eg d pe l a s t i c i t yc o e f f i e i e n ta n dt h ea n a l y t i c a lm e t h o do fh i s t o r i c a l d a t a r e g r e s s i o nw e r ea l s oi n t r o d u e dt of o r e c a s tt h et o t a ls t o c ko fm o t o rv e h i c l e s 、t h e t o t a ls t o c ko fp a s s e n g e rv e h i c l e sa n dt h et o t a ls t o c ko ft r u c ka n dm o t o rc y c l e v e h i c l e s t h ec h a n g ed u r i n g2 0 0 5 2 0 3 0o f t h et o t a ls t o c ko f a l lk i n d so f m o t o rv e h i c l e s 、 t h ea m o u n to fs c m p v e h i c l e sa n dt h en e wv e h i c l e s 、t h ea c c u m u l a t i n gt r a v e ld i s t a n c e o fo n u s e dv e h i c l e sa n dt h ee m i s s i o nc o n t r 0 1t e e h n o l o g ys t a n d a r do fn e wv e h m e s w e r ec o n s i d e r e d i v em o d e lw a su s e dt oc a l c u l a t et h ea v e r a g ee m i s s i o nf a c t o ro f e v e r yk i n do fm o t o rv e h i c l e s a n dad a t a t ，a s eo f 如e l c o n s l i m p t i o n b a s e de m i s s i o n f a c t o rf o rt h ec 0 2 、c 0 、h c 、n o xa n dp m l o o f m o t o rv e h i c l e sw e r ec o n s t r u c t e d d u r i n g2 0 0 4t o2 0 3 0 t h ee m i s s i o nf a c t o r so f c o 、h c 、n o x 、p m i oa n dc 0 2a r ea l l d e c l i n e d ，t h aa m p l i t u d eo f t h ed e c l i n ea r ea sf o l l o w s ：4 8 1 1 、7 7 5 8 、7 1 8 4 、 5 2 8 2 a n d 一3 7 5 f o r p e t r o lp a s s e n g e r v e h i c l e s ；7 4 6 、8 1 2 5 、4 3 i 6 、6 0 a n d 0 3 6 f o rd i e s e lp a s s e n g e rv e h i c l e s ；5 8 9 、8 6 4 6 、7 5 8 7 、3 7 9 7 a n d 1 2 5 1 f o rp e t r o ll i g h td u t yt r u c k ；1 3 5 3 、8 6 3 8 、4 9 5 9 、6 6 7 1 a n d - 0 7 6 f o rd i e s e li i g h td u t yt r u c k ；6 2 4 3 、6 9 4 3 、3 3 1 5 、3 6 4 5 a n d 一4 1 1 6 f o r m o t o r c y c l e s ；6 1 1 6 、6 2 3 、6 8 8 8 、7 1 ，3 3 a n d 一2 0 8 1 f o r p e t r o lh e a v yd u t y t r u c k ；6 9 6 、4 2 、7 2 8 、7 8 ，6 3 和一1 7 4 f o rd i e s e lh e a v yd u t yt r u c k ；5 3 4 4 、 u l 浙江大学硕士学位论文 5 6 - 3 2 、6 9 1 5 、6 8 7 6 a n d 5 9 7 f o rp e t r o lb u s ；6 9 2 5 、4 1 6 、7 2 7 、 4 7 7 a n d 1 7 1 f o rd i e s e lb u s c o n s i d e r e dt h ec o n t r o lt e c h n o l o t yo f m o t o rv e h i c l e s 、a v e r a g ef u e lc o n s u m p t i o n a n dt h ea l t e r n a t i v ee n e r g y , t h r e es e n a r i o sa n a l y s i ss c h e m e sw e r ed e t e r m i n e d 1 、i s t h es e n a r i oo fb u s i n e s sa su s u a l ( b a u ) ：2 ) i st h es e n a r i oo fa v e r a g ef u e i c o n s u m p t i o nr e d u c t i o n ( a f c ) ；3 、i s t h es e n a r i oo fa l t e r n a t i v e e n e r g y r e p l a c e m e n t ( a e r ) a c c o r d i n gt ot h ec a l c u l a t i o n ，t h ef u e lc o n s u m p t i o no ft h r e e s e n a r i o si n2 0 3 0i s2 4 1 1o ，1 7 8 】0 3 ，】0 9 10 t o n sr e s p e c t i v e l y c o m p a r e dt ot h e b a us e e n a r i o t h ea m o u n to ft o t a lo i ld e m a n di sm u c hl e s s i nt h ea f ca n da e r s c e n a r i o s 。s a v i n g0 6 3a n d1 2 3m i l l i o nt o e sr e s p e c t i v e l y t h ea r t i c l ec o m b i n e dt h ed y n a m i ce m i s s i o nf a c t o r so fa l lk i n d so fm o t o r v e h i c l e sa n dt h ef u e lc o n s u 埘i p t i o n ，a n dt h e nc a l c u l m e dt h ee m i s s i o no fc 0 2 、c o 、 h c 、n o xa n dp m l oo fh a n g z h o u sm o t o rv e h i c l e sd u r i n g2 0 0 4 - 2 0 3 0 i n2 0 3 0 ，t h e e m i s s i o no fc 0 2 、c o 、h c 、n o xa n dp m j oa c c o r d i n gt ot h et h r e es e n a r i o sa r ea s f o l l o w s ：1 0 2 2 x 1 0 5 ，8 2 1 1 0 5 a n d6 1 0 x 1 0 5t o n s ；o 6 9 x 1 0 5 ，0 4 9 1 0 5a n do 4 1 x 1 0 5 t o n s ；o 5 7 x 1 0 4 , 0 4 3 x 1 0 4 a n d0 2 1 10 4t o n s ：o 7 2 x 1 0 4 0 5 4 x 1 0 4a n d0 3 2 x 10 4t o n s ； 0 9 6 1 0 1 0 6 9 x 1 0 1 a n d0 4 9 x 1 0 4t o n s k e y w o r d s ：m o t o rv e h i c l e ；o i lc o n s u m p t i o n ；p o l l u t a n t se m i s s i o n ；i v em o d e l ； l e a p 2 0 0 6m o d e l 一1 v 一 浙江大学硕士学位论文 第1 章绪论 1 1 课题研究背景及意义 当今世界各国城市化进程的规模是历史上从未有过的。城市化进程的加速意 味着更多的人和更多的货物要在城市中或城市间运输，因而机动车成了必不可少 的工具，并且给人们提供了实实在在的利益，如速度和方便。但是人们在享受这 些利益的同时，危机也随之而来。一方面机动车已经成为主要的燃油消费工具； 另一方面大中城市的机动车尾气污染日趋严重。发达国家的机动车燃油消耗量越 来越大。以加拿大为例，2 0 0 4 年仅乘用车消耗的燃油就占全国燃油消耗量的2 0 1 1 。据美国国家环保局估算，1 9 9 8 年美国全国的机动车排放对一氧化碳( c o ) 、 碳氢化合物( h c ) 和氮氧化物( n o x ) 的贡献率分别达到6 0 ，4 4 和3 1 1 2 j ， 道路上行驶的机动车已成为对这三类主要污染物贡献最大的污染源。在发展中国 家，各大中城市机动车保有量迅速增长，而车辆排放控制技术水平却较低，结果 导致机动车不但消耗了大量的燃油，而且造成了日益严重的空气污染。2 0 0 2 年， 墨西哥城机动车的燃油消耗量占整个国家燃油消耗总量的1 0 i 3 j 。2 0 0 5 年尼泊尔 全国机动车排放对一氧化碳( c o ) 和碳氢化合物( h c ) 氮氧化物( n q ) 的贡 献率分别达到5 7 和3 8 3 l i 。 近年来，随着我国经济的持续高速增长和城市化进程的逐步加快，城市居民 的交通需求迅速增长，机动车保有量大幅增加。如图1 1 所示，从上世纪九十年 代至2 0 0 4 年我国机动车保有量呈急速发展状态，十几年问我国机动车保有量年平 均增长率达1 8 0 5 ，其中货车的保有量年均增长率为6 1 3 ，乘用车保有量年均 增长率则高达11 3 1 5 1 。乘用车保有量占到机动车总保有量的一半。随着机动车 数量的剧增，我国石油消费总量不断增大，如图1 2 所示。2 0 0 4 年机动车燃油消 费量在国内燃油消耗总量中占的比例，汽油己达到9 0 以上，柴油也达到了 2 7 1 6 1 ，如图1 3 所示。1 9 9 0 2 0 0 4 年我国机动车燃油消耗量以每年9 8 1 的速度增 长，其中汽油消耗量占机动车燃油总消耗量的半以上。如此快速的增长趋势， 使我国原油消费量以每年7 2 的速度增加1 7 】。从2 0 0 3 年起我国已成为仅次于美国 的世界第二大石油消费国，2 0 0 4 年我国石油消费量占世界石油消费新增量的 4 0 ，我国交通运输部门石油消费量占国内石油消费总量的4 9 ，这一比例接近 浙江大学硕士学位论文 全球统计数字5 5 1 【8 1 。与此同时，机动车数量的快速增长，n o ，和h c 的排放量 增加，使城市光化学污染问题也日益突出，从1 9 9 8 年起北京、南宁和深圳等城市 先后出现过光化学烟雾事件的报道i9 1 。城市污染问题已由过去单一的煤烟型逐步 转化为煤烟与机动车尾气复合型污染。国家环保总局2 0 0 5 年的环境状况公报显 示，2 0 0 4 年监测的3 4 2 个城市中，仅1 3 2 个城市达到国家二级标准，占3 8 6 ；空 气质量为三级的城市有1 4 1 个，占4 1 2 ；劣于三级的城市有6 9 个，占2 0 2 。虽 然统计结果中所有城市的氮氧化物( n o 、) 浓度达到二级标准，但北京、上海、广 州、武汉等大城市的n o x 浓度值仍相对较高i 。据国家环保总局公布的数据， 2 0 0 4 年我国大城市机动车尾气排放的n o x 的分担率平均为5 0 以上j ，机动车污 染已成为我国城市大气污染的主要来源i l ”。 图1 11 9 9 0 - 2 0 0 4 年我国机动车保有爱变化 酗1 21 9 9 0 - 2 0 0 4 年中国机动车燃油消费 矗变化趋势 一2 一 浙江大学硕士学位论文 图1 - 32 1 1 0 4 年国内燃油消费结构 综上所述，机动车数量的迅速增长，不但给燃油供应带来很大压力，而且随 之而来的污染物排放对城市大气污染也带来了显著影响。因此，预测机动车保有 量增长所导致的燃油需求量和污染物担 放量增加，并据此提出解决该问题的可行 性方案已成为国际上的研究热点。但是，目前这类研究对影响机动车燃油需求量 等因素作了太多的简化【1 3 】，对基准年及未来机动车的排放因子和排放清单的计算 也只采用单一的排放因子进行计算【h 1 。因此，本论文拟以杭州市为案例城市，以 2 0 0 4 年为基准年，对2 0 0 5 2 0 3 0 年机动车保有量的增长趋势进行预测。通过设定 提高机动车排放控制技术水平、降低百公里油耗和采用替代能源三种情景分析方 案，研究未来机动车在该三种方案中的燃油需求量和污染物排放量。从而为未来 机动车能源需求和污染物减排规划提供科学依据和参考。 1 2 本论文的研究目的 1 、采用人均g d p 弹性系数法，预测未来杭州市区机动车总保有量和乘用车 的保有量。通过对历史数据进行线性回归，得到货车和摩托车的保有量变化趋势， 从而预测其保有量。 2 、采用基于燃料消耗的方法，通过设定提高机动车排放控制技术水平、降 低百公里油耗和采用替代能源的情景分析方案，预测2 0 0 5 2 0 3 0 年各方案下杭州 市区机动车的能源需求量，为杭州市有效的开展机动车能源规划提供科学依据。 与此同时，探索种较准确的我国机动车能源需求的预测方法。 3 、综合考虑机动车保有量变化、旧车淘汰量和新车增加量、在用车累计行 驶里程变化及国家规定的机动车排放控制标准实施情况，以i v e 模型为数据处理 平台，建立杭州市机动车实时动态的污染物排放因子数据库，将该动态排放因子 与上述三种能源方案相结合，预n 2 0 0 5 2 0 3 0 年杭州市机动车大气污染物排放清 一一 浙江大学硕十学位论文 单，为机动车年际变化排放因子数据库的建立提供了较为可靠的方法。 1 3 本论文的章节设置 第章论述了本课题的研究背景和意义，提出研究的内容、目的和研究路 线。 第二章讨论了机动车燃油消耗的影响因素，机动车污染物排放的影响因 素，降低机动车燃油消耗和污染物排放的措施及能源需求的预测方法。 第三章设定了研究技术路线，选择了指标污染物。 第四章统计了 2 0 0 4 年杭州市区分类型机动车保有量、百公里油耗和年均行 驶里程，介绍t 2 0 0 4 年杭州市区机动车的燃油消耗量的计算方法。采用基于燃料 消耗的排放因子，结合各类型机动车的燃油消耗量，建立t 2 0 0 4 年杭州市区机 动车基于燃料消耗的污染物排放清单。 箢五章以l e a p 2 0 0 6 模型为计量工具，通过设定模型中人均g d p 等影响机 动车保有量的驱动因素，预测了2 0 0 5 2 0 3 0 年杭州市区机动车保有量的变化。 第六章根据各年份机动车保有量的变化及年代登记变化等，应用i v e 模型 计算了机动车的年际变化排放因子，建立了机动车排放因子的动态变化数据库。 第七章在设定的提高机动车排放控制技术水平、降低百公里油耗和采用替 代能源的三种情景分析方案中，分别预测了机动车的燃油需求量和污染物排放 量。 第八章总结了本文的主要工作，指出了研究中存在的不足，并对今后的工 作提出了建议。 4 浙江大学硕士学位论文 第2 章文献综述 本章将对国内外与机动车燃油消耗和污染物排放相关的研究进行系统的综 述介绍。主要内容包括：机动车能源消耗和污染物排放的影响因素、降低机动 车燃油消耗和污染物排放的措施以及目前预测未来机动车能源需求量的方法。 2 1 城市机动车燃油消耗的影晌因素 目前国际上通用的机动车燃油消耗计算公式为机动车保有量、机动车燃油 经济性和机动车年均行驶里程三者的乘积。如果仅从公式中寻找影响城市机动 车燃油消耗的影响因素，则这三个变量就是直接影响因素，但是在城市机动车 实际行驶过程中，还存在其他因素的影响。 2 1 1 机动车保有量 导致车辆增长的因素主要有三个：人口增长、城市化进程和经济水平的提 高。为确定是哪一种因素起主导作用，从2 0 世纪6 0 年代开始，许多科研小组 已经对城市和乡村机动车的数量的决定因素展开研究【1 5 】。研究结果表明，收入 水平是一个主要因素，在城市机动化有超过8 0 是收入水平引起的。这里的收 入水平通常是按照人均g d p 来计算的。 机动车保有量的增长趋势与人均收入水平的相关性通常用g o m p e r t z 曲线 表达1 1 6 l ，如图2 ，1 所示。当人均收入水平超过2 万美元时，机动车保有量的增 长趋势放缓，保有量趋于饱和。我国目前正处于经济快速发展时期，根据国际 经合组织( o e c d ) 预测，中国在未来2 0 年里年均增长率将是世界上最高的，因 此机动车保有量仍处于快速增长时期。事实上按照发达国家车辆增长趋势的经 验，这种趋势总共要保持3 0 4 0 年。机动车保有量增加带来的直接后果就是燃 油需求量的剧增。 一5 浙江大学硕士学位论文 9 0 0 s o o 7 0 u ( 0 0 一； c5 0 0 ， 4 0 0 3 0 0 2 0 0 l ) o 0 01 0 2 1 2 燃油经济性 2 03 0 ，0 ：i p i 0 0 0 琵，t ， 豳2 - 1 机动车保有量的g o m p e r t z 曲线 机动车的燃油经济性是标识机动车燃油消耗量的一个重要指标。中国、日 本和欧洲以百公里油耗( l 1 0 0 k i n ) 表示。对同一机动车而言，百公里油耗越高则 行驶相同里程消耗的燃油量越高。因此提高机动车燃油经济性，是降低机动车 燃油消耗量的一个直接手段。而且燃油经济性好可以降低汽车的使用费用，减 少国家对进口石油的依赖性，节省石油资源，同时也降低了发动机产生的温室 效应气体的排放量，起到防止地球变暖的作用。 当外界条件相同时，影响机动车燃油经济性最主要的因素是发动机，包括 发动机类型、发动机的最大功率和发动机的万有特性i 。因此，提高机动车的 燃油经济性，必须从机动车自身的结构因素着手，以真正实现节省机动车燃油 的目的。 2 1 3 行驶里程 机动车行驶里程分为累计行驶里程和年均行驶里程，年均是由机动车累计 行驶里程计算得到的，计算公式将在第四章中列出。当机动车保有量和百公里 油耗一定时，年均行驶里程越大则机动车的燃油消耗量越高。而事实上，根据 我国已有的机动车燃油经济性调查数据，机动车的累计行驶里程对百公里油 耗存在很大的影响。 一6 一 浙江大学硕士学位论文 根据我国机动车油耗现状的调查结果，我们发现无论是对于大型客车还是 货车，在车辆使用初期，即磨合期内，由于不能在经济车速内行驶，故油耗较 高；随着磨合期的结束，百公里油耗开始下降，直到行驶到某累计行驶里程时( 大 型客车为1 5 万公里，货车为8 1 5 万公里) ，由于车辆的内部磨损等达到最佳状 态，油耗达到最低数值；然后随着行驶里程的增加，车辆的技术状况开始下降， 燃油经济性开始下降，百公里油耗增加。 对于乘用车，调查结果显示油耗状况变化较小。在车辆使用初期，也是存 在磨合的缘故，油耗较高，但总体呈下降趋势。当磨合期过后( 累计行驶里程为 7 万公里1 ，乘用车的百公里油耗的变化开始变小。当累计行驶里程超过3 0 万 公里，百公里油耗也开始增加。 除上述几种因素外，城市的道路交通状况对机动车的燃油消耗也有很大影 响。 2 2 机动车污染物排放的影响因素 机动车污染物的排放水平通常使用机动车排放因子来衡量，其影响因素包 括机动车的排放控制技术、燃油经济性和行驶工况等。 2 2 1 排放控制技术水平 机动车排放控制水平是影响排放因子的最重要的因素，也是作为机动车排 放污染控制的基础和手段。由于机动车污染物主要由排气管、曲轴箱和燃油系 统排出( 见表2 1 ) ，分别为尾气、曲轴箱排放物和燃油蒸发排放物。因此，机 动车排放控制技术主要划分为以下三个方面1 5 】： ( 1 ) 控制燃料的蒸发排放 为了防止燃油蒸发泄漏面采取的控制技术主要包括：曲轴箱密闭，燃油蒸 汽的贮存和吸附。任何一辆现代化的汽油车都必会采取这两项控制措施，使曲 轴箱基本达到零排放，燃油系统的蒸发摊放也降低到极低的程度。 ( 2 ) 发动机的机内净化技术 机内控制排放就是利用发动机本身的工作过程来降低机动车污染物排放。 该措施从有害排放物的生成机理出发，对空燃混和气的燃烧方式和过程进行改 进，从而控制污染物质的产生。 一 浙江丈学硕士学位论文 ( 3 ) 发动机的机外净化技术 主要是指采用催化净化技术，在机内控制的基础上对机动车尾气排放的治 理。催化净化是在催化剂的作用下，使排放气体中的h c 、c o 和n o x 经过化 学反应后以c 0 2 、h 2 0 和n 0 2 的形式进入大气。 表2 1 机动车捧放源3 种污染物所占的比例 2 2 2 燃油经济性对污染物排放的影响 传统的观点认为，机动车的燃油经济性与污染物排放没有任何关系。但 h a r r i n g t o nw 的研究表明f 切，提高机动车的燃油经济性能够降低污染物排放量， 尤其是c o 和h c ，而且机动车车龄越高，这种关系越大，当车龄达到1 0 年以 上时，机动车燃油经济性成为影响污染物排放的主要因素之一。另外，燃料的 雷德饱和蒸气压( r e i dv a p o rp r e s s u r e ，r v p ) 对机动车污染物的排放，尤其是 h c 的排放影响较大，但相对来说燃料性质对颗粒物排放的直接影响要更明显 一些。目前，欧美等国已做了大量研究，分析油品质量对不同技术类型车辆污 染物排放的影响1 1 9 - 2 3 1 。 2 2 3 行驶工况 与机动车行驶工况( 或称行驶状态) 相关的影响因素，包括机动车平均车速、 机动车运行模式( 加速、减速、匀速或怠速) 、机动车负载( 空调使用与否、拖 车使用情况、过载比例等) 、车辆启动方式( 冷启动或热启动) 及道路坡度。研 究者做了大量实验，研究机动车各种行驶状态对排放的影响【2 牝7 1 。机动车在刚 启动时，尾气控制装置内的催化剂尚未达到最佳温度，并且为了避免发动机在 预热阶段熄火，将汽车发动机控制在富燃状态，因此机动车在启动后的几分钟 内通常产生较高的污染物排放。机动车行驶状态的特征参数纷繁复杂，1 9 9 8 年 麻省理工学院的j i m d n e z 提出了车辆特征功率( v e h i c l es p e c i f i cp o w e r ，v s p ) 的概念2 5 1 ，并用实验证明与速度和加速度相比，v s p 更能够反映机动车的实际 运行工况。现在，采用v s p 反映机动车行驶状态对机动车排放的影响已被学术 一8 一 浙江大学硕士学位论文 界广泛接受，并应用于排放模型的研究当中。 2 2 4 燃油品质 机动车的燃油质量对机动车污染物的排放也有很大影响，主要表现在机动 车的含硫量问题上。燃油中的硫是导致高排放的重要因素之一，使用无硫燃油 可以最直接有效地降低尾气污染，无硫燃油是指含硫量低于1 0 p p m ( 按重量计算) 的汽油和柴油。“欧i i i 标准”中的燃油含硫量限值为3 0 0 p p m ，“欧标准”则 为5 0 p p m 。欧盟从2 0 0 5 年1 月1 日起，在各成员国推广使用无硫柴油和汽油， 2 0 11 年起将强制性使用无硫汽油。我国汽油含硫量度高达3 0 0 0 p p m ， 柴油 的含硫量高达5 0 0 0 p p m ，随着汽油无硫化进程的推广，燃油含硫量已经得到很 大程度的降低，但仍难满足实施新法规的要求，主要原因有：燃油硫含量偏高； 汽油烯烃含量偏高；无铅汽油并非真正无铅；机油不应含磷和硫。为此，国家 环保总局决定推出燃油新标准，该标准规定自2 0 0 9 年1 2 月3 1 日起，全国范围 内的无铅汽油含硫量降为1 5 0 p p m ，届时我国将淘汰硫含量为5 0 0 p p m 的汽油。 除了上述影响因素外，环境的温度、湿度和大气压都会对机动车污染物的 排放产生影响。 2 3 降低机动车燃油消耗量和污染物排放量的措施 2 3 1 制定燃油经济性标准 全世界许多国家和地区的经验证明，机动车燃油经济性标准是控制交通领 域石油需求和温室气体排放最有效的工具之一，也对单车污染物的排放有着重 要影响。机动车燃油经济性标准可以通过多种方式表达，包括基于机动车燃油 消耗量的数值标准( 比如百公里油耗，l l o o k m ) 和燃油经济性( 比如每加仑 燃油行驶英里数，m p g ，或每升燃油行驶公里数，k m l ) 。 全世界有九个主要国家和地区正在执行或已经提交了各类燃油经济性和 温室气体排放标准，如图2 2 所示1 2 8 1 。这些标准中，欧盟和日本制定实施的标 准在全世界最严格：美国在燃油经济性方面的标准和温室气体排放的标准无论 从历史来看还是基于现行政策未来的发展都滞后于其他国家和地区。美国和加 拿大燃油经济性平均值要求最低。中国制定的新标准比澳大利亚、加拿大、加 州和美国国家标准严格，但是没有欧盟及日本标准严格。 9 浙江大学硕士学位论文 h 茳 5 轴 蝴 一 蠖 慰 晨 鬟 日本 一。 一+ 一 2 ：i 二二_ i = ；i - - ；r 盖匿 澳大崩砭 敞凌 2 ：0 b2 0 o：o 22 0 i 42 0 1 6 f ：t f ：t 妻o c 挝z f | ；+ t 、：i j j i 囊钾钥 ：垮冲野 j 叶勺t e 江。爹麓 图2 - 2 九个国家和地区的燃油经济性标准对比 由于各种不同历史的、文化的和政治的原因，不同国家和地区选择建立了 不同的燃油经济性或温室气体排放标准。我国采用以百公里油耗为单位的燃油 经济性标准，并于2 0 0 4 年通过了针对乘用车的燃料消耗限制标准( 基于n e d c 工况) 【2 9 1 。新的标准将分两个阶段执行：第一阶段从2 0 0 5 年7 月1 日开始对 新的车型生效，一年后对旧车型生效。第二阶段从2 0 0 8 年1 月】臼起对新车 型开始生效，一年后对旧车型开始生效。表2 - 2 给出了燃油消耗量限制标准。 表2 - 2 ：我国乘用乍许燃油消耗错限值( 1 t 0 0 k m ) 标准( l 1 0 0 k m ) 2 3 2 机动车排放控制技术标准 从2 0 世纪6 0 年代起，世界上一些发达国家就开始对机动车排放进行控制。 目前许多国家都有排放法规，归纳起来可分为美国、日本和欧盟三大法规体系。 一1 0 一 浙江大学硕七学位论文 我国排放标准基本采用欧洲体系( 除欧洲市场上没有的重型汽油车外) ，第一 阶段的限值都与欧i 标准相同( 欧洲1 9 9 2 年左右实施) ，已在2 0 0 1 年1 月1 日实施；第二阶段限值和第三阶段与欧i i 、欧1 1 1 标准相同，全国范围内的具体 实施日期分别定于2 0 0 5 年1 月1 日和2 0 0 7 年7 月1 日，北京则分别定于2 0 0 3 年1 月1 日和2 0 0 5 年1 月1 日1 3 0 】。 我国过去的整个排放法规和标准体系与发达国家和地区相比都存在较大的 差距。我国的排放标准虽然是在参考欧洲、美国和日本的排放法规的基础上制 订的，但机动车的总体控制水平较低。我国制定的轻型车排放标准 g b l 4 7 6 1 1 9 3 仅相当于欧洲7 0 年代末的e c e l 5 - 0 3 ，重型汽油发动机的控制水 平与美国7 0 年代中的水平相似。为了改变这种现状，1 9 9 9 年起中国开始了新 一轮的排放标准修订工作，并颁布了轻型汽车污染物排放标准 ( g w p b l 1 9 9 9 ) 和柴油车工况法排放( 包括微粒排放控制) 。中国新一轮机 动车排放控制技术水平颁布和实施的具体日期如表2 3 所示。2 0 0 5 年5 月3 0 日国家环保总局批准发布了g b l 8 3 5 2 3 - - 2 0 0 5 轻型汽车污染物排放限值及测 量方法( 中国1 1 i 、阶段) ，将分别在2 0 0 7 年7 月1 日和2 0 1 0 年7 月1 日实施 相当于欧洲i i i 、阶段的中国i i l 、阶段排放标准。同样，对于重型车，国家 环保总局2 0 0 5 年5 月3 0 日批准发布了g b l 7 6 9 l - - 2 0 0 5 车用压燃式、气体燃 料点燃式发动机与汽车排气污染物排放限值及测量方法( 中国i i i 、v 阶段) ， 并分别要求在2 0 0 8 年1 月1 日、2 0 1 1 年1 月1 日达到相当于欧洲i i i 、i v 阶段 的中国i i i 、阶段排放标准。 表2 3 中国机动车污染物排放控制水平年代分布表 浙江大学硕士学位论文 2 3 3 机动车替代燃料的应用 由于机动车数量的不断增长，传统燃料机动车不但消耗大量的汽油和柴油， 而且成为城市大气污染的主要源头。这就迫切需要人类寻找更多更好方法，既 能降低机动车对汽柴油的依赖，又能有效减少机动车污染物的排放量，因此许 多国家把目光转向了替代能源，包括液化石油气( l p g ) ，压缩天然气( c n g ) ，乙 醇燃料等1 3 1 1 。替代能源具有保存原有产品和保护能源的能力，同时又能有效 地削减机动车污染物的排放。 早在上世纪7 0 8 0 年代发达国家就已经关注柴油、乙醇等替代汽油的燃料。 而我国起步较晚，1 9 9 9 年才开始关注替代燃料，并在全国1 6 个城市推行 c n g l p g 供应站。2 0 0 2 年在全国的5 个城市试用乙醇汽油燃料汽车，2 0 0 3 年 吉林全省推行乙醇汽油燃料汽车，2 0 0 4 年开始在全国范围内推广乙醇汽油、天 然气等替代燃料f 翊。 世界各国及其各大机动车制造公司都致力于开发替代燃料机动车。按美国 e p a c t 定义( 1 9 9 2 年能源条例政策) ，替代燃料( a l t e r n a t i v ef u e l ) 包括：甲 醇、乙醇、及其与汽油的混和物( 其体积含量不少于8 5 ) ，天然气、液化石 油气和氢气，从煤中提取的液体燃料，非醇类生物燃料和电