重型柴油貨車ＮOx與PM減排效應(yīng)真的那么明顯嗎？

戴淼 孟慶闊

隨著公路運(yùn)輸業(yè)的不斷發(fā)展，重型貨車的產(chǎn)銷規(guī)模和保有量不斷擴(kuò)大，所帶來的汽車尾氣污染問題也日益嚴(yán)峻，控制汽車尾氣排放對于改善大氣環(huán)境質(zhì)量意義重大。根據(jù)汽車保有量數(shù)據(jù)，重型貨車保有量占比小，但NO和PM排放量卻占全部汽車排放量的一半以上，成為治理的重中之重。

根據(jù)國家生態(tài)環(huán)境部發(fā)布的《機(jī)動車環(huán)境管理年報》中對于重型貨車、柴油車主要排放污染物歷年的統(tǒng)計可以看出：重型貨車保有量儀占全部汽車保有量的5%以下并且占比在逐年下降，但NO。和PM排放分擔(dān)率高達(dá)50%和60%，且NO。的排放分擔(dān)率還在逐年上升，詳見圖1。

近幾年來，機(jī)動車排放法規(guī)升級迭代速度加快，從重型柴油車領(lǐng)域來看，國Ⅲ標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行時間為5年，國Ⅳ標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行時間為4年，國V標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行時間為3年，詳見圖2。

從排放標(biāo)準(zhǔn)限值來看，穩(wěn)態(tài)工況下，國VI階段NOn排放限值相比國V階段加嚴(yán)80%，PM排放限值加嚴(yán)50%，國VI重型柴油貨車的大范圍切換將帶來巨大的環(huán)境效益。

然而，排放標(biāo)準(zhǔn)的加速升級給生產(chǎn)企業(yè)帶來巨大的研發(fā)及成本壓力，行業(yè)內(nèi)對排放標(biāo)準(zhǔn)升級的合理性、必要性和效果產(chǎn)生了質(zhì)疑。針對這種情況，本文將重型柴油貨車作為研究對象，參照排放標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合歷史數(shù)據(jù)及重型柴油貨車市場調(diào)研情況，建立重型柴油貨車N0n與PM減排效應(yīng)模型，以測算在國VI標(biāo)準(zhǔn)升級和國Ⅲ車輛淘汰因素的作用下，2018～2025年重型柴油貨車NOx和PM的排放量，對排放升級所產(chǎn)生的減排效果進(jìn)行綜合評估。

減排效應(yīng)模型構(gòu)建

2.1模型假設(shè)條件

假設(shè)1：根據(jù)國務(wù)院《大氣污染防治行動計劃》要求，2017年基本淘汰全國范圍的黃標(biāo)車：同時環(huán)境部《中國機(jī)動車環(huán)境管理年報》顯示，全國范圍內(nèi)黃標(biāo)車逐年下降，2017年進(jìn)入收尾階段。因此作出假設(shè)：2018年起全國范圍內(nèi)重型柴油貨車中黃標(biāo)車已淘汰完畢，現(xiàn)有存量中最低排放標(biāo)準(zhǔn)車輛為國Ⅲ階段車輛。

假設(shè)2：2018～2025年重型柴油貨車報廢因素為自然淘汰和政策引導(dǎo)低排放標(biāo)準(zhǔn)車輛提前報廢，兩方面因素疊加，預(yù)測2018～2025年年均報廢率為7%。

車輛年報廢率η計算公式如下：

η=

公式一

其種，X為當(dāng)年報廢量，BL為上一年保有量。

報廢量X計算公式如下：

其中 ，Z為當(dāng)年新車增量，BN為當(dāng)年保有量。

將公式二帶入公式一，可以得出報廢率η計算公式如下：

X= Z-（Bn-Bt）……………公式二

根據(jù)《大氣污染防治行動計劃》中2017年底基本淘汰全國范圍黃標(biāo)車的要求，由此可知，受政策因素影響，近幾年的實際報廢率高于自然報廢率。隨著國I和國Ⅱ標(biāo)準(zhǔn)重型柴油貨車淘汰工作的結(jié)束，國Ⅲ標(biāo)準(zhǔn)重型柴油貨車所受限制也越來越多，鼓勵國Ⅲ標(biāo)準(zhǔn)重型柴油貨車淘汰的政策相繼出臺，如國務(wù)院在《打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)三年行動計劃》中指出：“重點(diǎn)區(qū)域采取經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償、限制使用、嚴(yán)格超標(biāo)排放臨管等方式，大力推進(jìn)國Ⅲ及以下排放標(biāo)準(zhǔn)營運(yùn)柴油貨車提前淘汰更新”。

綜合以上因素，預(yù)測2018～2025年年均報廢率η計算公式如下：

……………公式四

其η，為近幾年年平均報廢率，x1為黃標(biāo)車淘汰政策影響下的歷史修正系數(shù)，X2為預(yù)測修正系數(shù)（未來可能出臺加速國Ⅲ標(biāo)準(zhǔn)重型柴油貨車淘汰的政策）。

因此，結(jié)合公式四和歷史保有量數(shù)據(jù)，預(yù)測2018～2025年年均報廢率為7%。

假設(shè)3：根據(jù)對相關(guān)企業(yè)國VI產(chǎn)品準(zhǔn)備情況的調(diào)研，假設(shè)整車企業(yè)產(chǎn)品均跨越國VIa階段，直接銷售國Ⅵb階段產(chǎn)品。同時，根據(jù)國VI產(chǎn)品準(zhǔn)備情況、國Ⅵ油品供應(yīng)情況、國Ⅵ標(biāo)準(zhǔn)對實施日期的要求，結(jié)合行業(yè)專家調(diào)研，假設(shè)部分地區(qū)2019年丌始提前實施國VI標(biāo)準(zhǔn)，2020年提前實施國VI標(biāo)準(zhǔn)區(qū)域擴(kuò)大并且全部城市運(yùn)輸車輛滿足國VI標(biāo)準(zhǔn)，2021年開始所有車輛滿足國Ⅵ排放標(biāo)準(zhǔn)。據(jù)此假定2018-2021年國Ⅵ重型柴油貨車的銷售情況如表2所示：

假設(shè)4：重型燃?xì)夂推蛙囕v由于總量較小，不對模型測算結(jié)果產(chǎn)生影響，因此假設(shè)重型貨車全部為柴油車輛。根據(jù)對歷史銷量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計，結(jié)合政策及市場發(fā)展情況，經(jīng)貨車企業(yè)調(diào)研及行業(yè)專家指導(dǎo)，得到2018～2025年重型柴油貨車預(yù)測銷量如表3所示：

由于2017年重型貨車市場大幅增長，透支了部分需求，加之貨運(yùn)市場競爭激烈導(dǎo)致運(yùn)費(fèi)持續(xù)下降，2 01 8年與2017年相比會出現(xiàn)大幅下降，但總量仍然多于2016年總量：2019年重型貨車銷量繼續(xù)回落，市場進(jìn)入平穩(wěn)期，部分企業(yè)在部分區(qū)域小批量提前投放國Ⅵ產(chǎn)品;2020年是國Ⅵ標(biāo)準(zhǔn)實施第一年，要求全部城市車輛滿足國VI排放標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)歷史經(jīng)驗，作為全面實施國Ⅵ標(biāo)準(zhǔn)的前一年，會有大量國V車輛集中上牌，致使2020年市場出現(xiàn)較大幅度增長，但是這種增長具有不可持續(xù)性;進(jìn)入2021年，重型貨車市場繼續(xù)回歸至平穩(wěn)期，2021年～2025年銷量保持在70萬輛作用左右上下波動。

假設(shè)5：重型柴油貨車按照品系類別分為：牽引車、載貨車、自卸車、專用車四大類，各品系類別的車輛按照比例均勻淘汰。

假設(shè)6：車輛只有在出勤的狀態(tài)下才會產(chǎn)生排放，假設(shè)重型柴油貨車年均出勤天數(shù)CN日均行駛時間為tt時，按照每年出勤天數(shù)計算，將全年重型柴油貨車銷量平均至每天，車輛從銷售后一日起投入使用。如某輛新車第n天銷售，那么該車當(dāng)年的總行駛時間Tm計算如下： TN=（CN—n）·tr…………公式五

假設(shè)7：將車輛年報廢量平均至每天，自報廢后一日起停止使用，折算報廢之前的行駛時間，如某輛車第m天報廢，那么該車當(dāng)年的總行駛時間TG計算如下：

TG=m·tr……………公式六

假設(shè)8：排放標(biāo)準(zhǔn)的升級對于車輛功率分布無影響。

2.2模型建立

2.2.1重要參數(shù)確定

（1）重型柴油貨車日均行駛時間tr計算公式如下：

公式七

其中，Lm代表車輛月行駛里程，C代表車輛月出勤天數(shù)，代表平均車速。

重型柴油貨車分為牽引車、載貨車、自卸車、專用車四類，根據(jù)對重型貨車運(yùn)營強(qiáng)度的調(diào)查，四類車型運(yùn)營強(qiáng)度如表4所示：

將調(diào)查所得數(shù)據(jù)帶入公式七，得出各類車型曰行駛時間，如表5所示：

考慮各類車型占比權(quán)重不同，重型柴油貨車日均行駛時間tt計算公式如下：

t=σ1·tr1+σ2·tr2+σ3·tr3+σ4·tr3……………公式八

其中，tr1為牽引車日行駛時間，tr2為載貨車日行駛時間，tr3為專用車日行駛時間，tr4為專用車日行駛時間，σ1為牽引車權(quán)重系數(shù)，σ2為載貨車權(quán)重系數(shù)，σ3為自卸車權(quán)重系數(shù)，σ4為專用車權(quán)重系數(shù)。

根據(jù)表5中各類車型日行駛時間，結(jié)合重型柴油貨車歷史保有量數(shù)據(jù)中各類車型的權(quán)重，計算得出重型柴油貨車日均行駛時間tt為7.41小時。

（2）重型柴油貨車年均出勤天數(shù)CN

重型柴油貨車年均出勤天數(shù)CN計算公式如下：

……公式九

其中，C1為牽引車月出勤天數(shù)，C1為載貨車月出勤天數(shù)，C1為自卸車月出勤天數(shù)，C1為專用車月出勤天數(shù)。

根據(jù)表4中各類車型月出勤天數(shù)，結(jié)合重型柴油貨車歷史保有量數(shù)據(jù)中各類車型的權(quán)重，計算得出重型柴油貨車年均出勤天數(shù)CN為270天。

（3）重型柴油貨車平均功率P

重型柴油貨車平均功率≯計算公式如下：

公式三

其中，P1、P2 …Px為每種車型所對應(yīng)的發(fā)動機(jī)功率，n1、n2…nx為每種車型所對應(yīng)的車型保有量，x為車型總數(shù)，B為總保有量。

根據(jù)歷史保有量數(shù)據(jù)，計算得出重型柴油貨車平均功率為218kW。

（4） 2018～2025年重型柴油貨車保有量

根據(jù)假設(shè)2、假設(shè)3、假設(shè)4，計算得出2018～2025年重型柴油貨車預(yù)測保有量情況如表6所示：

2.2.2建立排放量模型

（1）國Ⅵ新車排放量

按照假設(shè)條件，國Ⅵ新車銷售年度銷量Wy計算公式如下：

Wy=Sy×Py…………………公式十一

其中，Sy為某年重型柴油貨車總銷量，Py代表當(dāng)年國Ⅵ新車的銷售占比。

國Ⅵ新車總行駛時間Tmy計算公式如下：

…………公式十二

將公式五、公式十一帶入公式十二可得：

…………公式十三

國Ⅵ新銷售車輛NOx放量ENox和PM排放量Epm計算公式為：

…………公式十五

其中，為重型柴油車國Ⅵ穩(wěn)態(tài)循環(huán)NOx排放限值，aPm為重型柴油車國Ⅵ穩(wěn)態(tài)循環(huán)PM排放限值。

（2）報廢車輛排放減少量

假設(shè)車輛第m天報廢，則報廢車輛排放的減少量來自于車輛報廢后減少的行駛時間Tmy，Tmy計算公式為：

…………公式十六

報廢銷售車輛減少的NO。排放量Fnox和PM排放量FPM計算公式為：

其中，bⅣox為重型柴油車國ni穩(wěn)態(tài)循環(huán)NOx排放限值，bPM為重型柴油車國Ⅲ穩(wěn)態(tài)循環(huán)PM排放限值。

（3）排放量模型

排放量模型的基本原理為：當(dāng)年污染物排放量=上年污染物排放量+新車排放量-報廢車減少的排放量，即當(dāng)年污染物排放量H計算公式為：

H=HL+E—F…………公式十九

其中，HL為上年污染物排放量，E為新增車輛排放量，F(xiàn)為報廢車輛所減少排放量。

由于在過渡年份，新增車輛由國V標(biāo)準(zhǔn)和國Ⅵ標(biāo)準(zhǔn)車輛構(gòu)成，因此，Nox年排放量年排放量Hnox計算公式為：

其中，HLNOX為上年NON排放量，CNOX為國V階段NOX排放限值。

PM年排放量HPw計算公式為：

其中，HLPM為上年P(guān)M排放量，CPM為國V階段PM排放限值。

基于新車銷售和低排放車輛報廢的重型柴油貨車排放量預(yù)測

根據(jù)已經(jīng)建立的重型柴油貨車排放量模型，結(jié)合環(huán)境部歷史排放數(shù)據(jù)，計算得出2018～2025年重型柴油貨車NOx和PM排放量如表7所示：

其中，按照每年7%的報廢率計算，參考國Ⅲ標(biāo)準(zhǔn)重型柴油貨車保有量，國Ⅲ標(biāo)準(zhǔn)重型柴油貨車預(yù)計于2024年淘汰完畢。

結(jié)論與展望

由歷史排放數(shù)據(jù)可知，2018年以前，在黃標(biāo)車淘汰政策和排放標(biāo)準(zhǔn)升級的雙重作用下，NOx和PM排放量并術(shù)隨著保有量的增長而大幅增長，反而呈現(xiàn)緩慢下降的趨勢。在國VI標(biāo)準(zhǔn)實施前夕，由于國V標(biāo)準(zhǔn)車輛相比國VI標(biāo)準(zhǔn)車輛具有明顯的成本優(yōu)勢，因此根據(jù)以往經(jīng)驗，國V車型銷量會出現(xiàn)一個短暫的峰值，對應(yīng)主要污染物NOX排放量則表現(xiàn)為暫時性增加。

在影響排放污染物變化的重要因素中，黃標(biāo)車的淘汰相比排放標(biāo)準(zhǔn)升級在效果上顯得更加立竿見影，隨著黃標(biāo)車淘汰工作基本結(jié)束，在無后續(xù)淘汰政策出臺的前提下，排放標(biāo)準(zhǔn)的升級成為控制排放污染物的主要因素?？紤]到未來加速國Ⅲ車輛淘汰的可能性，則排放污染物會在當(dāng)前基礎(chǔ)上，呈現(xiàn)較大幅度的下降。

由模型計算可知，在公路運(yùn)輸業(yè)蓬勃發(fā)展發(fā)展，重型貨車保有量不斷增加的大背景下，排放標(biāo)準(zhǔn)升級和加速低排放階段車輛淘汰對于控制重型柴油貨車NOx和PM排放效果明顯，可以得到較好的環(huán)境效益。

由于試驗室測試環(huán)境與實際道路環(huán)境存在差異，基于穩(wěn)態(tài)循環(huán)限值建立的重型柴油貨車NOx與PM排放模型不可避免的與重型柴油貨車NOx與PM實際排放量存在偏差，而PEMS則可以真實反映車輛排放情況。在《重型柴油車污染物排放限值及測量方法（中國第六階段）》中也增加了整車實際道路排放測試要求和限值（PEMS）柑關(guān)內(nèi)容?；赑EMS構(gòu)建重型柴油貨車污染物排放模型，可以更準(zhǔn)確地反映真實排放現(xiàn)狀，足本模型的重要改進(jìn)方向。

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