PEMS在中國機動車排放研究中的應(yīng)用

PEMS在中國機動車排放研究中的應(yīng)用賀克斌姚志良王岐東霍紅劉歡張英志張潔清華大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程系2008.6.26“機動車車載尾氣排放測試（PEMS）技術(shù)與法規(guī)”研討會內(nèi)容背景第一代PEMS及其應(yīng)用第二代PEMS及其應(yīng)用后續(xù)工作小結(jié)Background:Urbanization

(1)Beijingurbanbuilt-upareasextension,1984-2002Urbanareain1982,1999and2002inChinaCityClustersinChina

Source:Tanget.al.Background:Urbanization(2)Background:MotorizationAnnualgrowthrate11.2%

Annualgrowthrate23.0%

BackgroundUrbanizationMotorizationemissions:localandglobalGrowingcongestionandsafetyconcernsEnergypressureSatelliteimagery(GOMEandSCIAMACHY)isprovidingimportantnewinformationonemissions(Nature,September1,2005)Trendsandchallenges:localemissions(1)北京天津空氣質(zhì)量較好區(qū)域污染嚴(yán)重2005.10.29API482005.10.26API176AirPollutionComplex:Visibility

AirPollutionComplex:Haze

Source:WuDuiet.Al.

O3

nonattainmentdaysO3

nonattainmenthoursNationalStandard:200ug/m3

AirQualityinBeijing:O3YangtzeRiverDelta:O3O3ConcentrationCourtesyofProf.TangXYmaximum,minimumandaverageO3concentrationsbetweenDec.2005andJun.2006O3PollutioninPRDCourtesyofGuangdongEPBUrbanNOx/SO2increase機動車污染嚴(yán)重機動車排放研究框架排放測試關(guān)鍵因素對排放的影響排放因子排放因子/清單模型排放清單污染物濃度分布空氣質(zhì)量模型機動車活動水平支持機動車污染控制決策微觀層面宏觀層面國內(nèi)機動車排放測試研究現(xiàn)狀從90年代中期以來我國先后對國外排放因子/清單模型，如MOBILE，COPERT，IVE等解析和應(yīng)用，但一直受排放因子本地化的困擾；目前已積累大量臺架測試數(shù)據(jù)，但受臺架測試制約，在法規(guī)外工況及重型車排放測試和研究方面存在明顯不足；本世紀(jì)初，國內(nèi)研究人員開始逐步引入PEMS，并開展測試研究，探索機動車在實際道路的真實排放。內(nèi)容背景第一代PEMS及其應(yīng)用第二代PEMS及其應(yīng)用后續(xù)工作小結(jié)第一代PEMS2000年以前，國際上廣泛應(yīng)用類似系統(tǒng)進行車載測試，如加州大學(xué)的Holmen等,1997;歐洲的De

Vleger,1997;香港的Tong等，2000)第一代PEMS的應(yīng)用（2002-2007）研究目的獲取輕型汽油車單車排放因子；了解我國輕型汽油車排放水平；研究內(nèi)容選取典型城市開展車載排放測試；分析輕型汽油車排放特征；建立輕型汽油車排放速率庫。測試城市固定路線，涵蓋快速、主干道和居民路；測試時間分高峰和非高峰2個時段測試車輛-LDGV化油器車電噴（無三元催化）歐I歐II歐III小計北京4-64-14重慶218--11長春2-4--6成都--5--5吉林1-1--2上海1112-5寧波11316小計113259149數(shù)據(jù)分析技術(shù)路線VSP及VSPBin劃分每一VSPBin污染物排放率計算VSP對排放的影響分析不同道路VSPBin分布及排放特征基于ECE+EUDC工況的排放因子分析機動車比功率（VSP）定義VSP(VehicleSpecificPower)(kw/ton)發(fā)動機每移動一噸重量(包括自重)所輸出的功率與速度,加速度,高度變化相關(guān)

grade=(ht=0-ht=-1)/v(t=-1to0) v=速度(m/s) a=加速度(m/s2) h=海拔(m)VSPBin的劃分VSP模式劃分VSP模式劃分1VSP<-22-2≤VSP<030≤VSP<141≤VSP<454≤VSP<767≤VSP<10710≤VSP<13813≤VSP<16916≤VSP<191019≤VSP<2311VSP≥23Note:VSPinkW/ton基于北卡研究人員發(fā)展的14個VSPBin，并結(jié)合中國實際工況，劃分了11個VSPBin(YaoZLetal.AWMA2007)VSP對排放的影響分析13#夏利，1.0L當(dāng)VSP為負(fù)時，HC、CO、NOx和油耗基本穩(wěn)定維持在較低水平，當(dāng)VSP為正時，HC、CO、NOx和油耗呈近似線性快速遞增不同道路行駛工況行駛模式分布行駛工況受道路類型影響顯著，并存在地域差異不同道路機動車排放及燃油消耗對CO、HC、NOx和油耗，居民路最高，約是快速路的1.4~2倍。車輛排放和油耗快速路主干路居民路01#CO(g/km)3.665.926.56HC(g/km)0.110.180.20NOx(g/km)0.400.580.63油耗（L/100km）7.2812.0412.2302#CO(g/km)0.851.191.27HC(g/km)0.130.220.24NOx(g/km)0.530.780.83油耗（L/100km）6.3010.311.1903#CO(g/km)19.6435.3839.28HC(g/km)1.692.973.30NOx(g/km)0.660.971.08油耗（L/100km）7.6513.1714.6604#CO(g/km)2.393.884.31HC(g/km)0.150.250.28NOx(g/km)0.080.110.11油耗（L/100km）8.6113.7614.81行駛里程對排放的影響＞8萬km車輛的CO,HC,和NOx

排放因子分別是<8萬車輛的

2.47,2.05和2.28

倍。機動車技術(shù)對排放的影響與化油器車相比，歐２技術(shù)車輛的CO、HC和NOx排放因子分別降低86.2%,88.2%和64.5%。測試結(jié)果的應(yīng)用基于排放測試結(jié)果，在1998年已有排放數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，對歐1和歐2車輛的排放因子進行補充，應(yīng)用MOBILE模型建立了我國機動車1995-2004年NOx排放清單內(nèi)容背景第一代PEMS及其應(yīng)用第二代PEMS及其應(yīng)用后續(xù)工作小結(jié)尾氣質(zhì)量流量計SEMTECH-DS顆粒分析儀DMM-230稀釋系統(tǒng)GPS，溫濕傳感器第二代PEMSCO2,CO,NOx,THC.PM2.5第二代PEMS的應(yīng)用研究（2007-）目的獲取機動車排放特征，建立機動車排放清單模型研究內(nèi)容開展柴油車排放車載測試；分析柴油車排放特征；研究關(guān)鍵參數(shù)對柴油車排放的影響；確定重型柴油車排放因子；測試城市北京西安典型測試路線要求涵蓋：高速和非高速道路典型測試路線1典型測試路線2測試柴油車輛信息國1國2國3小計LD2930564MD74314HD43411RVs12總計523712101測試現(xiàn)場數(shù)據(jù)分析采用與輕型車同樣的方法，分析了柴油車VSP與CO、HC、NOx和PM2.5排放的關(guān)聯(lián);基于污染源調(diào)查項目獲取的中國卡車工況，確定不同車型排放因子，并分析了控制技術(shù)對排放的影響。VSP與排放速率的關(guān)聯(lián)分析2#LD,歐1與輕型汽油車類似，當(dāng)負(fù)VSP時CO、HC、NOx和PM2.5排放基本穩(wěn)定維持在較低水平，當(dāng)VSP為正時呈近似線性快速遞增；排放控制技術(shù)對排放的影響與歐1技術(shù)柴油車相比，各車型歐3技術(shù)車輛排放大大降低；但輕型和重型車輛歐3技術(shù)排放NOx無下降趨勢。負(fù)載對排放的影響測試結(jié)果表明：滿載（100%負(fù)載）時CO、HC、NOx、和PM2.5分別是空載（0%負(fù)載）時的1.07、0.90、1.47和1.35倍。車載測試轉(zhuǎn)鼓測試燃料對柴油車顆粒排放的影響居民路京津塘高速四環(huán)三環(huán)生物柴油B100（S）市售柴油B50S=80共三種燃料速度劃分(m/s)[0,1)、[1,2)……[29,30)、[30,+∞)加速度劃分負(fù)加速區(qū)間N1,N2,N3,N4,N5

正加速區(qū)間P1,P2,P3,P4,P5

勻速O顆粒物質(zhì)量排放速率1號車2號車1號車2號車減速加速減速加速燃料變化對1號車（年份新，行駛里程?。┑挠绊懘笥?號車隨生物柴油含量上升，1號車的顆粒物排放速率下降1號車與純柴油相比，生物柴油平均降低柴油車顆粒物排放13%-75%重型柴油車排放因子確定—全國第一次污染源普查基于對重型柴油車的PEMS排放測試，采用IVE模型中VSPBin的劃分原則和方法，建立各VSPBin的排放速率庫；利用工況測試結(jié)果，計算重型柴油車基本排放因子；對重型柴油車基本排放因子進行海拔、環(huán)境、負(fù)載等參數(shù)修正，最終確定綜合排放因子。內(nèi)容背景第一代PEMS及其應(yīng)用第二代PEMS及其應(yīng)用后續(xù)工作小結(jié)后續(xù)工作：中國機動車排放模型框架基本排放因子模塊：以VSP作為核心參數(shù)建立模擬方式，輕型車主要采用臺架數(shù)據(jù)，重型車主要采用車載數(shù)據(jù)；行駛工況模塊：利用GPS進行工況調(diào)查，建立基于VSP的Bin分布；修正因子模塊：利用臺架測試數(shù)據(jù)并結(jié)合國外模型；車隊構(gòu)成模塊：基于公安部車型分類，數(shù)據(jù)從地方獲取.基本排放因子模塊車隊構(gòu)成模塊修正因子模塊行駛工況模塊基本排放因子模塊排放計算模塊內(nèi)容背景第一代PEMS及其應(yīng)用第二代PEMS及其應(yīng)用后續(xù)工作小結(jié)小結(jié)PEMS車載測試能夠捕捉真實工況的排放，特別是法規(guī)外的工況，與臺架測試構(gòu)成重要的互補；針對重型車，PEMS車載能夠獲取整車排放特征，可彌補臺架僅能獲取發(fā)動機排放的缺陷；利用PEMS已在全國分不同區(qū)域、城市和車型開展了較大量實際道路測試。測試表明PEMS具有較好的適用性和可操作性；基于已積累的經(jīng)驗以及PEMS技術(shù)的發(fā)展，建議更多的單位開展PEMS及其應(yīng)用研究，促進PEMS在中國通過法規(guī)認(rèn)證，在機動車污染控制管理方面發(fā)揮更大作用。發(fā)表文章WangQD,HuoH,HeKB,etal.CharacterizationofVehicleDrivingPatternsandDevelopmentofDrivingCyclesinChineseCities.TransportationResearchPartD,2008,(13):289–297(SCI)YaoZL,WangQD,HeKB,etal.Characteristicsofreal-worldvehicularemissionsinChinesecities.J.Air&WasteManage.Assoc.,2007,57:1379-1386(SCI)ZhangQ,StreetsDG,HeKB,etal.