PEMS在中国机动车排放研究中的应用

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)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)北京天津空气质量较好区域污染严重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PEMS2000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化油器车电喷（无三元催化）欧I欧II欧III小计北京4-64-14重庆218--11长春2-4--6成都--5--5吉林1-1--2上海1112-5宁波11316小计113259149数据分析技术路线VSP及VSPBin划分每一VSPBin污染物排放率计算VSP对排放的影响分析不同道路VSPBin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(VehicleSpecificPower)(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)VSPBin的划分VSP模式划分VSP模式划分1VSP<-22-2≤VSP<030≤VSP<141≤VSP<454≤VSP<767≤VSP<10710≤VSP<13813≤VSP<16916≤VSP<191019≤VSP<2311VSP≥23Note:VSPinkW/ton基于北卡研究人员发展的14个VSPBin，并结合中国实际工况，划分了11个VSPBin(YaoZLetal.AWMA2007)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1.4~2倍。车辆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２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PEMSCO2,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测试柴油车辆信息国1国2国3小计LD2930564MD74314HD43411RVs12总计523712101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居民路京津塘高速四环三环生物柴油B100（S）市售柴油B50S=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号车减速加速减速加速燃料变化对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VSPBin的划分原则和方法，建立各VSPBin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.