一种基于活动的港区大气污染物排放清单编制方法
阅读：569发布：2020-12-07
专利汇可以提供一种基于活动的港区大气污染物排放清单编制方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种基于活动的港区大气污染物排放清单编制方法，包括港口 船舶 排放估算方法，港务船排放估算方法，港作机械排放估算方法，重型 卡车 排放估算方法，调车 机车 排放估算方法和干线运输机车 排放量 估算方法。本发明提供的一种基于活动的港区大气污染物排放清单编制方法，针对港作机械、港口船舶、港务船、干线运输机车、调车机车等排放源，基于港区活动建立港区大气污染物排放清 单体 系，有利于了解港区及内河航运业大气污染物的源汇关系，有利于正确判断航运业环境形势，可为制定合理的航运业减排方案的政策和措施提供科学依据。，下面是一种基于活动的港区大气污染物排放清单编制方法专利的具体信息内容。
1.一种基于活动的港区大气污染物排放清单编制方法，其特征在于，包括：港口船舶排放估算方法，所述港口船舶排放估算方法包括以下内容：
船舶主机、辅助发动机排放量估算法的基本方程：
Ei＝Energyi×EF×FCF×CF (1)
式(1)中，Ei代表排放量，单位为g；Energyi代表各工况下船舶所做的功，单位为kW-hr；
EF代表排放因子，单位为g/kW-hr；FCF代表燃油修正因子，无量纲；CF代表控制因子，又名减排措施修正因子，无量纲；
Energyi＝Load×Activity (2)
式(2)中，Load代表主机的发动机功率；Activity代表工作时间，单位为h；Load等于主机额定功率MCR乘以对应的负载因子LF，分别得到的不同负载下的发动机功率；
船舶主机的负载因子LF的计算公式为：
3
LF＝(SpeedActual/SpeedMaximum) (3)
式(3)中，SpeedActual代表船舶的实际航速，单位为节；SpeedMaximum代表船舶的最大设计航速，单位为节；负载因子LF小于1.0；
Activity为用AIS测得的两次船舶发出的航行信息时间做差来得到；
对于无法获取AIS数据的船舶，则采用公式(4)计算工作时间，
Activity＝DAverage/SpeedAverage (4)
式(4)中，DAverage代表路程，单位为海里；SpeedAverage代表船舶的平均船速，单位为节；
船舶主机的排放因子包括PM10、PM2.5、NOx、SOx、CO、和CO2排放因子，重燃料油的NOx排放因子乘以燃油修正因子0.94得到船用柴油的NOx排放因子；其他排放因子均可查表得到；
低速柴油机或者中速柴油机的船舶主机低负载条件下的排放因子修正公式如下：
LLA(at x％load)＝y(at x％load)/y(at 20％load) (5)
y＝a(fractional load)-x+b (6)
式(5)中，LLA代表低负荷调整因子；LLA(at x％load)代表船舶主机 在负载系数为x％时的低负荷调整因子；y(at x％load)代表船舶主机在负载系数为x％时的低负载排放因子；y(at 20％load)代表船舶主机在负载系数为20％时的低负载排放因子；y代表船舶主机发动机低负载排放因子；
式(6)中，y代表船舶主机发动机低负载排放因子；a代表系数；b代表截距；x代表指数；
fractional load代表船舶主机负载系数，取值范围为2～20％；
当负载系数<2％时，则默认为负载系数＝2％，用下式计算：
EF＝BaseEF×LLA (7)
式(7)中，BaseEF代表低速柴油机排放因子，可通过查表得到；
辅助发动机的排放因子，PM2.5的排放因子为PM10的排放因子的92％；
辅助发动机的负载功率＝船舶辅机的负荷比例系数*主机额定功率 (8)式(8)中，船舶辅机的负荷比例系数通过查表得到；主机额定功率即为MCR；
式(1)中的EF还包括辅助锅炉排放因子，当船舶主机的负载系数≤20％时，废气余热锅炉关闭，锅炉开启，锅炉排放因子可通过查表得到；当船舶主机的负载系数≤20％时，辅助锅炉的Energyi通过查表得到；
FCF可通过查表得到。
2.根据权利要求1所述的一种基于活动的港区大气污染物排放清单编制方法，其特征在于：还包括港务船排放估算方法，所述港务船排放估算方法包括以下内容：
用来估算港务船排放量的基本公式为：
E＝Power×Activity1×LF×EF1×FCF (9)
式(9)中，E代表排放量，单位为克/年；Power代表发动机额定功率，单位为马力或者千瓦；Activity1代表设备发动机年活动水平，即活动量，单位为小时/年；LF代表负载因子，即正常运作期间的平均负载与最大额定功率下满载值的比值，无量纲；EF1代表港务船排放因子，单位为g/hp-hr或g/kW-hr；FCF代表燃油修正因子，反映燃油特性随时间推移所发生的变化，无量纲；
EF1＝ZH+(DR×Cumulative Hours) (10)
式(10)中，ZH代表零时刻排放率，是由根据发动机型号年份确立的零时刻排放速率，单位：g/hp-hr或g/kW-hr；DR代表折损率，即设备排放量随 设备使用时间发生变化的比率；
Cumulative Hours代表发动机总运转时间，单位为hr；EF1则代表在没有任何会改变发动机排放量、折损率和发动机总运转时间的发动机部件故障或干扰的条件下的排放因子；
DR＝(DF×ZH)/Cumulative hours at the end of useful life (11)
式(11)中，DF代表折损因子，即使用期限的最后时刻排放量上增加的百分比，单位为％，可通过查表得到；Cumulative hours at the end of useful life代表报废前累计运作时间，单位为hr；所述使用期限可通过查表得到；
EFSOx＝S content×(SO2分子质量/S原子质量)×BSFC (12)
式(12)为港务船硫氧化物的排放因子计算公式，其中，EFSOx代表SOx排放因子；S content代表油含硫量，单位为g；BSFC代表制动燃油消耗率，即每小时单位有效功消耗的燃油量，通过传感器及无线传输模块测量传输数据综合确定一个平均制动燃油消耗率，单位为g/hp-hr。
3.根据权利要求2所述的一种基于活动的港区大气污染物排放清单编制方法，其特征在于：还包括港作机械排放估算方法，所述港作机械排放估算方法的计算公式为：
E＝Power×Activity1×LF×EF1×FCF×CF (13)。
4.根据权利要求3所述的一种基于活动的港区大气污染物排放清单编制方法，其特征在于：还包括重型卡车排放估算方法，所述重型卡车排放估算方法的内容如下：
道路车辆排放清单估算的计算公式如下：
E＝Pop×Act×BER×CorF (14)
式(14)中，E代表排放量，单位为克/年；Pop代表车辆保有量，即运输车队当中特定生产年型的车辆数量；Act代表活动量，包括每辆汽车平均行驶英里数，当汽车怠速工况下为发动机空转小时数；BER代表基础排放率，即特定生产年型车辆单位活动量下污染物的排放数量，单位为g/km；CorF代表校正因子，即对特殊活动水平和大气条件下基础排放率的一个调整，无量纲；
BER＝ZMR+(DR×CM/10000) (15)
式(15)中，ZMR代表零英里率，即车辆全新时候的排放量，单位为g/km；DR代表折损率，即表征随时间增长，发动机里程逐渐累积，发动机排放速率 逐渐增加，单位为g/km/
10000kms；CM代表累计里程，即车辆自全新起总公里数，单位为km；式(15)用于计算HC、CO、NOx、PM和CO2的基础排放率。
5.根据权利要求4所述的一种基于活动的港区大气污染物排放清单编制方法，其特征在于：还包括调车机车排放估算方法，所述调车机车排放估算方法的内容如下：
E＝Annual work×EF/(453.59g/lb×2000lb/ton) (16)
式(16)中，Annual work代表年工作水平，单位为hp-hrs/yr；EF代表排放因子，单位为g/hp-hr，可通过查表得到；E代表排放量，单位为tons/yr；PM2.5的排放量是PM10的排放量的
92％。
6.根据权利要求5所述的一种基于活动的港区大气污染物排放清单编制方法，其特征在于：还包括干线运输机车排放量估算方法，包括以下内容：
排放量＝马力小时估算值×EF (17)
式(17)中，马力小时估算值＝干线运输机车年运行小时数×机车平均马力×28％；干线运输机车年运行小时数为每年干线运输机车的数量、每列干线运输机车的机车数辆以及每列干线运输机车在港小时数三者相乘；马力小时估算值单位为hp-hr；EF代表排放因子，单位为g/hp-hr，可通过查表得到。
7.根据权利要求1所述的一种基于活动的港区大气污染物排放清单编制方法，其特征在于：所述港口船舶包括载车船、载驳船、散货船、集装箱船、游轮、杂货船、远洋拖轮、冷藏船、滚装船和油轮；所述港口船舶分为巡航状态、减速区航行状态、机动操作状态以及停泊状态；所述巡航状态为船舶实际航行速度大于12节的船舶航行状态；所述减速区航行状态船舶的实际航行速度介于8节到12节之间的船舶航行状态；所述机动操作状态为船舶的实际航行速度介于1节到8节之间的船舶航行状态；所述停泊状态为船舶的实际航行速度小于
1节的船舶航行状态。
8.根据权利要求2所述的一种基于活动的港区大气污染物排放清单编制方法，其特征在于：所述港务船包括辅助拖轮、船员联络艇、补给船、工作艇、渡轮、游览船、政府船只、海港拖轮和远洋拖轮；所述政府船只包括灭火轮和领航艇。
9.根据权利要求3所述的一种基于活动的港区大气污染物排放清单编制方法，其特征在于：所述港作机械包括叉车、轮胎式龙门起重机、侧面吊、清洁车、正面吊和牵引车；所述港作机械的动力驱动源包括柴油燃料发动机、汽油燃料发动机以及电动发动机。
10.根据权利要求6所述的一种基于活动的港区大气污染物排放清单编制方法，其特征在于：所述干线运输机车包括火车。
一种基于活动的港区大气污染物排放清单编制方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种基于活动的港区大气污染物排放清单编制方法，属于环境保护及空气污染防治技术领域。
背景技术
[0002] 随着经济的快速发展，大气污染物的排放量日益增加，环境问题变得越来越严重，突出表现为近年来中国中东部大范围同时发生严重雾霾。交通源排放已经成为当前我国诸多地区触发雾霾的重要因素，而作为交通系统重要组成的港区除PM2.5外，PM10、DPM(柴油颗粒物)、SO2、NOx等在城市分担率中占比显著，2010年上海港仅船舶排放的大气污染物PM10、PM2.5、NOx、SOx、CO、HC(碳氢化合物)分别达到0.46万t、0.37万t、0.44万t、5.73万t、3.54万t 0.49万t和0.21万t，排放温室气体CO2288.55万t、N2O 0.01万t、CH40.004万t。与全市排放清单总量相比，上海港船舶排放中SO2、NOx和PM2.5的分担率分别达到12.0％、9.0％和5.3％。内河港区大气污染物的排放由于缺乏海向的扩散转移区域、加之港口作业设备、工艺的落后，特别是移动污染源中内河船舶柴油机NOx排放基本处于无控制状态下，其污染更加严重，并直接影响当地人民健康。
[0003] 目前，国内港区节能减排最基础的排放清单尚处于起步研究阶段，适合中国港口和船舶的排放清单尚未建立，符合中国港口和船舶特别是内河港口和船舶实际的排放因子尚未发布。其次，未能将“自上而下”与“自下而上”的大气污染物排放监测方法有机结合，形成系统化的港区大气污染物排放监测体系；港区污染物排放量的计算是一个十分复杂的问题，而且受监测手段与监测力量的限制，当前港区大气污染物排放量主要靠依据物料平衡公式和经验排放系数进行估算；受监测技术和手段的影响，目前有关港口机械活动的数据进行实时监控的手段和技术还不成熟，在港口节能减排工作中应用还不够广泛，同时，能耗与排放的统计计量体系还不够完善，港口没有对不同交通工具及生产设备的能耗与排放进行分类统计，无法获得较为精确的排放与能耗的数据，尚不能根据交通工具和设备的不同工况采取对应的精确计算，因此，“自下以上”的大气污染物精细化排放监测技术及其研究尚未能在港区应用。另外，对二氧化碳之外的常规大气污染物排放尚无系统的统计。最后，港区无法获得较为精确的排放与能耗的数据，排放控制的针对性、目的性及技术发展的导向性不清晰，对港区精细化管理产生影响。
发明内容
[0004] 本发明所要解决的技术问题是，提供一种以港口-城市为研究的边界，对港口船舶的各污染物排放量进行精确统计的基于活动的港区大气污染物排放清单编制方法；进一步地本发明提供一种对港务船的各污染物排放量进行精确统计的基于活动的港区大气污染物排放清单编制方法；更进一步地，本发明提供一种对港作机械的各污染物排放量进行精确统计的基于活动的港区大气污染物排放清单编制方法；更进一步地，本发明提供一种对重型卡车的各污染物排放量进行精确统计的基于活动的港区大气污染物排放清单编制方法；更进一步地，本发明提供一种对铁路机车(包括调车机车和干线运输机车)的各污染物排放量进行精确统计的基于活动的港区大气污染物排放清单编制方法。
[0005] 为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
[0006] 一种基于活动的港区大气污染物排放清单编制方法，其特征在于，包括：港口船舶排放估算方法，所述港口船舶排放估算方法包括以下内容：
[0008] Ei＝Energyi×EF×FCF×CF (1)
[0009] 式(1)中，Ei代表排放量，单位为g；Energyi代表各工况下船舶所做的功，单位为kW-hr；EF代表排放因子，单位为g/kW-hr；FCF代表燃油修正因子，无量纲；CF代表控制因子，又名减排措施修正因子，无量纲；
[0010] Energyi＝Load×Activity (2)
[0011] 式(2)中，Load代表主机的发动机功率；Activity代表工作时间，单位为h；Load等于主机额定功率MCR乘以对应的负载因子LF，分别得到的不同负载下的发动机功率；
[0012] 船舶主机的负载因子LF的计算公式为：
[0013] LF＝(SpeedActual/SpeedMaximum)3 (3)
[0014] 式(3)中，SpeedActual代表船舶的实际航速，单位为节；SpeedMaximum代表船舶的最大设计航速，单位为节；负载因子LF小于1.0；
[0015] Activity为用AIS测得的两次船舶发出的航行信息时间做差来得到；
[0016] 对于无法获取AIS数据的船舶，则采用公式(4)计算工作时间，
[0017] Activity＝DAverage/SpeedAverage (4)
[0018] 式(4)中，DAverage代表路程，单位为海里；SpeedAverage代表船舶的平均船速，单位为节；
[0019] 船舶主机的排放因子包括PM10、PM2.5、NOx、SOx、CO、和CO2排放因子，重燃料油的NOx排放因子乘以燃油修正因子0.94得到船用柴油的NOx排放因子；其他排放因子均可查表得到；
[0020] 低速柴油机或者中速柴油机的船舶主机低负载条件下的排放因子修正公式如下：
[0021] LLA(at x％load)＝y(at x％load)/y(at 20％load) (5)
[0022] y＝a(fractional load)-x+b (6)
[0023] 式(5)中，LLA代表低负荷调整因子；LLA(at x％load)代表船舶主机在负载系数为x％时的低负荷调整因子；y(at x％load)代表船舶主机在负载系数为x％时的低负载排放因子；y(at 20％load)代表船舶主机在负载系数为20％时的低负载排放因子；y代表船舶主机发动机低负载排放因子；
[0024] 式(6)中，y代表船舶主机发动机低负载排放因子；a代表系数；b代表截距；x代表指数；fractional load代表船舶主机负载系数，取值范围为2～20％；
[0025] 当负载系数<2％时，则默认为负载系数＝2％，用下式计算：
[0026] EF＝BaseEF×LLA (7)
[0027] 式(7)中，BaseEF代表低速柴油机排放因子，可通过查表得到；
[0028] 辅助发动机的排放因子，PM2.5的排放因子为PM10的排放因子的92％；
[0029] 辅助发动机的负载功率＝船舶辅机的负荷比例系数*主机额定功率 (8)[0030] 式(8)中，船舶辅机的负荷比例系数通过查表得到；主机额定功率即为MCR；
[0031] 式(1)中的EF还包括辅助锅炉排放因子，当船舶主机的负载系数≤20％时，废气余热锅炉关闭，锅炉开启，锅炉排放因子可通过查表得到；当船舶主机的负载系数≤20％时，辅助锅炉的Energyi通过查表得到；
[0032] FCF可通过查表得到。
[0033] 本发明还包括港务船排放估算方法，所述港务船排放估算方法包括以下内容：
[0034] 用来估算港务船排放量的基本公式为：
[0035] E＝Power×Activity1×LF×EF1×FCF (9)
[0036] 式(9)中，E代表排放量，单位为克/年；Power代表发动机额定功率，单位为马力或者千瓦；Activity1代表设备发动机年活动水平，即活动量，单位为小时/年；LF代表负载因子，即正常运作期间的平均负载与最大额定功率下满载值的比值，无量纲；EF1代表港务船排放因子，单位为g/hp-hr或g/kW-hr；FCF代表燃油修正因子，反映燃油特性随时间推移所发生的变化，无量纲；
[0037] EF1＝ZH+(DR×Cumulative Hours) (10)
[0038] 式(10)中，ZH代表零时刻排放率，是由根据发动机型号年份确立的零时刻排放速率，单位：g/hp-hr或g/kW-hr；DR代表折损率，即设备排放量随设备使用时间发生变化的比率；Cumulative Hours代表发动机总运转时间，单位为hr；EF1则代表在没有任何会改变发动机排放量、折损率和发动机总运转时间的发动机部件故障或干扰的条件下的排放因子；
[0039] DR＝(DF×ZH)/Cumulative hours at the end of useful life (11)
[0040] 式(11)中，DF代表折损因子，即使用期限的最后时刻排放量上增加的百分比，单位为％，可通过查表得到；Cumulative hours at the end of useful life代表报废前累计运作时间，单位为hr；所述使用期限可通过查表得到；
[0042] 式(12)为港务船硫氧化物的排放因子计算公式，其中，EFSOx代表SOx排放因子；S content代表油含硫量，单位为g；BSFC代表制动燃油消耗率，即每小时单位有效功消耗的燃油量，通过传感器及无线传输模块测量传输数据综合确定一个平均制动燃油消耗率，单位为g/hp-hr。
[0043] 本发明还包括港作机械排放估算方法，所述港作机械排放估算方法的计算公式为：
[0044] E＝Power×Activity1×LF×EF1×FCF×CF (13)。
[0045] 本发明还包括重型卡车排放估算方法，所述重型卡车排放估算方法的内容如下：
[0046] 道路车辆排放清单估算的计算公式如下：
[0047] E＝Pop×Act×BER×CorF (14)
[0048] 式(14)中，E代表排放量，单位为克/年；Pop代表车辆保有量，即运输车队当中特定生产年型的车辆数量；Act代表活动量，包括每辆汽车平均行驶英里数，当汽车怠速工况下为发动机空转小时数；BER代表基础排放率，即特定生产年型车辆单位活动量下污染物的排放数量，单位为g/km；CorF代表校正因子，即对特殊活动水平和大气条件下基础排放率的一个调整，无量纲；
[0049] BER＝ZMR+(DR×CM/10000) (15)
[0050] 式(15)中，ZMR代表零英里率，即车辆全新时候的排放量，单位为g/km；DR代表折损率，即表征随时间增长，发动机里程逐渐累积，发动机排放速率逐渐增加，单位为g/km/10000kms；CM代表累计里程，即车辆自全新起总公里数，单位为km；式(15)用于计算HC、CO、NOx、PM和CO2的基础排放率。
[0051] 本发明还包括调车机车排放估算方法，所述调车机车排放估算方法的内容如下：
[0052] E＝Annual work×EF/(453.59g/lb×2000lb/ton) (16)
[0053] 式(16)中，Annual work代表年工作水平，单位为hp-hrs/yr；EF代表排放因子，单位为g/hp-hr，可通过查表得到；E代表排放量，单位为tons/yr；PM2.5的排放量是PM10的排放量的92％；
[0054] 本发明还包括干线运输机车排放量估算方法，包括以下内容：
[0055] 排放量＝马力小时估算值×EF (17)
[0056] 式(17)中，马力小时估算值＝干线运输机车年运行小时数×机车平均马力×28％；干线运输机车年运行小时数为每年干线运输机车的数量、每列干线运输机车的机车数辆以及每列干线运输机车在港小时数三者相乘；马力小时估算值单位为hp-hr；EF代表排放因子，单位为g/hp-hr，可通过查表得到。
[0057] 所述港口船舶包括载车船、载驳船、散货船、集装箱船、游轮、杂货船、远洋拖轮、冷藏船、滚装船和油轮；所述港口船舶分为巡航状态、减速区航行状态、机动操作状态以及停泊状态；所述巡航状态为船舶实际航行速度大于12节的船舶航行状态；所述减速区航行状态船舶的实际航行速度介于8节到12节之间的船舶航行状态；所述机动操作状态为船舶的实际航行速度介于1节到8节之间的船舶航行状态；所述停泊状态为船舶的实际航行速度小于1节的船舶航行状态。
[0058] 所述港务船包括辅助拖轮、船员联络艇、补给船、工作艇、渡轮、游览船、政府船只、海港拖轮和远洋拖轮；所述政府船只包括灭火轮和领航艇。
[0060] 所述干线运输机车包括火车。
[0061] 本发明提供的一种基于活动的港区大气污染物排放清单编制方法，针对港作机械、港口船舶、港务船、干线运输机车、调车机车等排放源，基于港区活动建立港区大气污染物排放清单体系，有利于了解港区及内河航运业大气污染物的源汇关系，有利于正确判断航运业环境形势，可为制定合理的航运业减排方案的政策和措施提供科学依据。
具体实施方式
[0064] 下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
[0065] 如图1所示，一种基于活动的港区大气污染物排放清单编制方法，具体内容如下：
[0066] 1.研究边界与对象
[0067] 1.1研究范围的确定：本发明中，采取港口-城市为研究的边界，也就是说港口作业对城市的影响是本研究考虑的重点。具体而言：进出港船舶的边界是沿江港口以上下游锚地为界、沿海港口以港外锚地为界，载重卡车以高速公路进出卡口为界。
[0068] 1.2研究的对象确定：主要为车船港机四大类，其中船细分为货船与港口工作船，机指的是机车。这其中要特别强调我们研究的货船是指装有AIS的内河大型船舶和海港接卸船舶。
[0069] 1.3清单建立的方法与技术路线：针对港区大气污染物排放在大气复合污染中的重要性，分析总结港区主要大气污染物类型、来源、特征、危害及其成因，建立适合港区特点的大气污染物排放清单；基于港区活动的“自下而上”的精细化监测构建具有典型性的规模以上港区大气污染物排放监测体系，系统研究港区大气污染物排放对区域空气质量的影响及其空间分布。
[0070] 1.4主要对象的排放因子估算方法：鉴于国内成熟的排放因子尚未建立，本研究选择结合美国加州空气资源委员会、瑞典环境研究院及南加州海事交换局等机构推荐的排放因子乘以修正系数β综合确定。
[0071] 2.港口船舶排放估算方法
[0072] 2.1船舶类型及其运行工况：按照船舶的用途以及船舶运输种类的不同将船舶进行分类，它可以分为：载车船、载驳船、散货船、集装箱船、游轮、杂货船、远洋拖轮、冷藏船、滚装船、油轮以及其他类型的船舶等，具体情况见表1。
[0073] 表1 内河港口典型船型及其功能简介
[0074]
[0075]
[0076] 船舶在航行过程中的航行状态是通过船舶的实际航行速度进行划分的，每一种航行状态中，船舶都具有相似的航速特性，但有各自独特的排放特性。
[0077] 根据船舶的实际航行速度可以将船舶的航行状态分为：巡航状态、加减速区航行状态、机动操作状态以及停泊状态。
[0078] 1)巡航状态下，船舶以巡航速度航行，航行速度一般为船舶最大航速的94％。船舶主机输出功率为船舶最大连续额定功率的83％，锅炉则多数情况下处于关闭状态。船舶位于某个港口的边界到该港口的防波堤(从开放的海洋区域变化为内河航道的地理标志)或者该港口的减速区这部分区域内时，船舶的航行状态一般为巡航状态。本研究将船舶实际航行速度大于12节的船舶航行状态归为巡航状态。
[0079] 2)船舶在加减速区域内航行的时候，船舶的实际航速小于船舶的巡航速度，但是大于船舶的机动速度。加减速区规定的船舶最大航速是船舶在通往港口的水道上航行的最大安全速度，船舶航行至加减速区必须要服从减速区的航速规定。本研究将船舶的实际航行速度介于8节到12节之间的船舶航行状态归为减速区航行状态。
[0080] 目前，在减速区航行的船舶的实际航速趋向于低于减速区规定的最大航速的趋势。例如，在美国的洛杉矶港，警戒区规定船舶以低于12节的航速航行，统计数据显示，集装箱船和游轮以平均11节的航行速度通过减速区，其他类型的远洋船则以平均9节的航行速度通过，因此，减速区的航速规定取得了很好的实施效果。此外，一些港口通过建立减速区来减少远洋船在驶进港口时的污染物排放。
[0081] 3)船舶在港口的防波堤到港口的码头这部分区域内行驶时，船舶一般处于机动操作状态。根据船舶航行的方向以及船舶类型的不同，船舶处于机动操作状态的平均航行速度介于3节到8节之间。一般情况下，出港的船舶的平均航行速度以及它的输出功率要高于进港的船舶的平均航行速度以及它的输出功率，这是由于，出港的船舶需要船舶的动力装置输出功率来提高船舶的航行速度离开码头，进港的船舶则只需要最终停在码头处，航行速度较慢，在拖船的帮助下，船舶主机输出的功率很小，有时候船舶主机甚至会停止工作。
[0082] 龙潭港的统计数据显示，航行速度较快的船舶，比如集装箱船，进港时的平均航行速度为7节；其他类型的航行速度较慢的船舶，进港时的平均航行速度为5节；而船舶在驶出港口时，平均航速则增加到8节。
[0083] 本研究将船舶的实际航行速度介于1节到8节之间的船舶航行状态归为机动操作状态。
[0084] 4)船舶离开某港口的时刻减去船舶达到该港口的时刻，就是船舶在该港口停留的时间，但是，这其中包括了船舶进港和出港所花费的时间，所以，再减去船舶进港和出港的时间，就是船舶在港口停泊的时间。如果船舶出现抛锚的情况，则船舶抛锚也算在船舶停泊的状态之内。当船舶处于停泊状态时，船舶主机停止工作，船舶辅机和锅炉处于工作状态，船舶辅机和锅炉要输出船舶正常运转以及装卸货设备的所需要功率和热能，此时，船舶辅机和锅炉的负荷会达到它们的峰值负荷。(内河船舶的具体工作情况还需要进一步调研，总体上是用重油为燃料的一定要有辅机和锅炉(加热重油)，如海船，以柴油为燃料的原则上不需要辅机和锅炉)。
[0085] 由于，AIS系统在船舶航行速度很小的情况，船舶AIS数据会有误差。因此，本研究将船舶的实际航行速度小于1节的船舶航行状态归为停泊状态。
[0086] 通过以上对不同的船舶航行状态的描述，可以看出，船舶在不同的航行状态下，航行速度有很大的差别，船舶主机、船舶辅机和锅炉的工作情况也不同，船舶的排放特性也不相同，计算参数选取不同，故将各工况下船舶主机、辅机运行状态列入下表2。
[0087] 表2 船舶运行工况明细表
[0088]
[0089] 2.2船舶交通排放评价模型：本研究采用船舶交通排放评价模型(Ship Traffic Emission Assessment Model，简称STEAM模型)来计算船舶排放数据。STEAM模型基于船舶活动和AIS提供的信息运作。AIS能够提供船舶位置、速度、路线、船型、发动机和燃油消耗，为呈现港城区域大气排放的地理特征的高分辨率地图这样可视化的结果提供了便利。该模型所涉及的船舶参数参见下表3，
[0090] 表3 STEAM模型涉及的船舶参数表
[0091]
[0092]
[0093] 注：水上移动通信业务标识码(Maritime Mobile Service Identify，以下简称“MMSI”)是船舶无线电通信系统在其无线电信道上发送的，能独特识别各类台站和成组呼叫台站的一列九位数字码。当船舶在海上遇险时，中国海上搜救中心通过接收到的MMSI码，可以迅速查找船舶资料及其所属公司信息，以便组织搜救。SFOC＝Specific Fuel Oil Consumption:发动机每输出1kW·h的有效功所消耗的燃油量称为有效燃油消耗率。
[0094] STEAM模型构成及其内在联系如图1所示，输入数据及输出结果位于图示的最顶层和最底层。在模型中，用虚、实线箭头清晰描述了模型的信息流向和各要素之间的依赖关系。
[0095] 在STEAM模型中，PM、SOx和CO2取决于船舶燃油消耗，而NOx的排放主要取决于发动机燃烧周期的温度和持续时间。CO的排放取决于发动机负载和发动机功率。根据已有研究表明，燃油消耗量又与发动机负载息息相关。
[0096] 注：船舶在不同运行工况下的负载因子反映船舶在不同航行速度下，船载动力输出功率占额定功率的百分比。各类船舶的负载因子主要通过国内外文献和现场调查问卷与访问的方式获取。
[0097] 2.3基于引擎功率的排放因子法：该计算方法基于船舶发动机做功状况统计，利用船舶自动识别系统AIS，其不仅可以保存船舶的航行信息，提高船舶路径的准确性、空间细节和辨识度。而且也为统计船舶活动水平提供了便利，使船舶排放清单得以利用船舶活动水平进行计算。
[0098] 一般情况下，船舶主机，辅助发动机的排放量常用相应排放因子乘以船舶所做的功(分不同工况模式)的形式计算得到。随后，对排放因子的调整(即乘以调整系数)则是用来对发动机中使用的燃油类型的不同作出说明，控制因子则是用来对各种减排技术作出说明。
[0099] 方程1和2是船舶主机、辅助发动机排放量估算法的基本方程：
[0100] Ei＝Energyi×EF×FCF×CF (1)
[0101] 式(1)中，Ei代表排放量(Emissions)，g；Energyi＝不同工况下船舶所做的功，用公式2计算，即一段时间内发动机的能量输出，kW-hr；EF＝排放因子(Emission factor)，g/kW-hr；FCF＝燃油修正因子(Fuel correction factor)，无量纲；CF＝控制因子(Control factor)，用于反映由于减排技术的应用在排放量上所产生的变化(光靠排放因子自身无法反应)，无量纲。
[0102] Energyi＝Load×Activity (2)
[0103] 式(2)中，Energyi＝船舶所做的功，kWh；Load＝主机额定功率(MCR，正常的工作环境下可以持续工作的最大功率)乘以对应的负载因子(LF)分别得到的不同负载下的发动机功率；Activity＝工作时间(活动量)，h。
[0104] 下面将具体介绍利用AIS数据计算排放清单所需要的船舶主机负荷功率、船舶辅机负荷功率、锅炉负荷功率、船舶航行时间、船舶主机排放因子、船舶辅机排放因子、锅炉排放因子、船舶主机低负荷修正系数、燃油修正系数以及排放修正因子等。
[0105] 2.3主机负荷功率计算：主机额定功率(MCR)，以kW为单位，生产厂家将其定义为发动机最大连续输出功率。该项研究中，假设列于劳埃德船级社(Lloyd's)船舶清单内的每艘船舶的主机功率值均为发动机额定功率。
[0106] 船舶主机的负荷系数LF是由船舶的实际航速除以船舶的设计航速得出，由于船舶发动机即船用柴油机作为船舶的动力装置，用来驱动船舶的螺旋桨，船舶主机输出的功率被螺旋桨吸收，其转矩与螺旋桨的阻转矩相同，因此，船舶主机按照螺旋桨的特性工作，发动机负荷系数的估计使用螺旋规律，也就是说，发动机负荷的变化是随着船舶的实际航速与船舶的设计航速的比值的3次方进行变化。公式(3)给出了船舶主机负荷系数LF的计算方法：
[0107] LF＝(SpeedActual/SpeedMaximum)3 (3)
[0108] 式(3)中，LF＝负载因子，无量纲；SpeedActual＝船舶的实际航速，节(knots)；SpeedMaximum＝船舶的最大设计航速，节(knots)。
[0109] 为了更准确地估算排放量，负载因子被限制在1.0，避免计算出来的主机负载因子大于100％致使发动机功率出现大于其额定功率的情况(如果计算所得负载因子大于1就取为1)。
[0110] 由于船舶的航行驱动力主要是由船舶主机产生的，船舶主机的负荷功率与船舶的实际航速密切相关，可以利用船舶实际航速这一参数进行计算得出，同时，船舶的实际航速也在一定程度上反应出了船舶的航行状态(船舶的航行状态是通过船舶的实际航速划分的)。船舶主机的负荷功率可以直接通过计算得出，而船舶辅机的负荷功率与船舶的实际航速之间关联不大，不能同船舶主机一样，直接利用船舶的实际航速进行计算得出，而是需要通过船舶类型、船舶航行状态以及船舶主机最大连续额定功率等参数才能得出。之后，将详细介绍船舶辅机负荷功率的计算方法。
[0111] 2.4船舶工作时间：发动机工作时间(活动量)是依据不同工况下的运转时间来衡量的。各种工况的周转时间我们可以通过AIS数据获得。鉴于AIS采集到的数据是船舶每6s一次船航行信息，这个信息不仅包含船舶的所在位置的经纬度、船舶航速，还包括了这个时刻的Unix时间信息(Unix时间是从1970年1月1日开始所经历的秒数)。所以在计算船舶在泊位和在锚地的作业时间时，本研究采用的方法是用两次船舶发出的航行信息时间做差，例如要计算在港停靠时间，只需要用出港时的时间减去进港时的时间即可。
[0112] 对于无法获取AIS数据的船舶，我们采取以下公式获得，公式当中数据根据港口边界及调研获得。再用公式(2)，船舶主机和船舶辅机输出的功率乘以与之相对应的船舶的运行时间，就是船舶在这段时间内消耗的能量。
[0113] 根据船种分类，清单研究边界内巡航工况下平均船舶航速如表4所示。
[0114] 表4 清单研究边界内巡航工况下平均速度，单位：节
[0115]
[0116]
[0117] 一艘船在巡航工况下的行驶时间(活动量，工作时间)用公式4计算：
[0118] Activity＝DAverage/SpeedAverage (4)
[0119] 其中：Average Activity＝工作时间，h；DAverage＝路程，海里(nm)；SpeedAverage＝平均船速，节(knots)。
[0120] 2.5主机排放因子：
[0121] 船舶柴油机分为以下几类：
[0122] 低速柴油机：发动机最大速度不大于130rpm；
[0123] 中速柴油机：发动机最大速度大于130rpm(通常大于400rpm)并且不大于2000rpm；
[0124] 主机排放污染物(除了颗粒物PM)的排放因子，可以从2002年ENTEC英国有限公司的研究中获得。低中速柴油机的PM排放因子从美国加州空气资源委员会处获得。燃气轮机和的蒸汽轮机的PM排放因子源自2004年瑞典环境研究院(IVL)的报道。这类排放因子的计算前提是假设使用的燃料为中间燃料油(IFO)或者类似规格燃料油——残余燃料油/重燃料油(HFO)，其平均含硫量为2.7％。
[0125] 通过国际海事组织层级主机标准(IMO Tier)，表5列出含硫量2.7％的重燃料油(HFO)和含硫量0.3％的船用柴油(MDO)对应的主机默认排放因子。将重燃料油NOx排放因子乘以一个燃油修正因子0.94得到船用柴油NOx的排放因子，以此来修正表示两种油品燃烧产生NOx的不同。
[0126] 表5 重燃料油(HFO)和船用柴油(MDO)远洋船主机排放因子，g/kW-hr
[0127]
[0128]
[0129] 2.6主机低负载排放修正：当船舶航行至减速区或者船舶处于机动操作状态时，船舶的航行速度降低，船舶主机的输出功率也会相应降低，船舶主机负荷减小，船舶主机排放的污染物排放量降低。但是，由于柴油机在低负荷运行时，柴油机的燃烧效率会降低，导致船舶主机污染物的排放因子变大。因此，当船舶主机处于低负荷状态时，有必要对船舶主机的排放因子进行修正。
[0130] 2000年，能源环境分析股份有限公司(EEAI)利用回归方程推导出发动机低负载条件下的排放因子，表明随着船速和发动机负载的增加，排放量(单位：吨)、排放速率和排放因子(单位：g/kW-hr)也随之增加。
[0131] EEAI使用的主机低负载排放因子回归公式6如下：
[0132] y＝a(fractional load)-x+b (6)
[0133] 其中：y＝发动机低负载排放因子；a＝系数；b＝截距；x＝指数；fractional load＝为船舶主机负载系数(2％～20％)，由螺旋桨定律推得，当船舶主机的负荷系数小于或者等于20％时，认为船舶主机处于低负荷状态，即fractional load≤20％。(见公式3)；表6列出了方程6中的各个变量值：
[0134] 表6发动机低负载排放因子回归方程变量
[0135]
[0136] 表7列出了基于方程6和表6的低负载排放因子结果值。
[0137] 表7 发动机低负载条件下的排放因子(EEAI)，g/Kw-h
[0138]
[0139] 船舶主机的低负荷调整因子是由船舶主机在低负荷状态下的排放因子(表7中给出)除以船舶主机在负荷系数为20％时的排放因子(以20％为船舶正常负荷状态下的负荷系数的最小值)所得到的，具体算法：LLA(at x％load)＝y(at x％load)/y(at 20％load)式(5)，其中LLA为低负载调整(乘数)因子。在20％的发动机负载下，调整因子即1.0。由于船舶主机处于低负荷状态时，船舶主机的排放因子会随着船舶主机负荷的减小而增大，因此，船舶主机的低负荷调整系数都是大于1的。此外，由于在公式中是以船舶主机在负荷系数为20％时的排放因子为除数，所以，当船舶主机的负荷系数为20％时，船舶主机的低负荷调整系数为1。
[0140] 表8给出了利用公式计算得出的船舶主机的低负荷修正系数LLA。假定了船舶主机负荷系数的最小值为2％，没有包括负荷系数为1％的情况，若出现负荷系数<2％，当做负荷系数为2％看待；当船舶主机的负荷系数<20％时，船舶主机的排放因子才需要进行低负荷修正，使用修正后的排放因子进行计算。低负荷修正系数的增加,反映随着发动机运行效率的减少其排放率随之增加。
[0142] 表8低负载修正系数
[0143]
[0144]
[0145] 公式7给出了船舶主机处于低负荷状态下时，使用的排放因子的计算方法。假定了船舶主机负荷系数的最小值为2％，没有包括负荷系数为1％的情况，若出现负荷系数<2％，当做负荷系数为2％看待；
[0146] EF＝BaseEF×LLA (7)
[0147] 其中：EF＝低负载排放因子值；BaseEF＝低速柴油机排放因子(详见表2和表3)；LLA＝低负载调整因子(详见表6)
[0148] 2.7辅机排放因子：海船处于停泊状态(即在泊位，在锚地)时，主机会停止工作，而船舶辅机会一直处于工作状态，并且在停泊状态时出现峰值负荷，不会出现停止工作的情况。表8给出的低负荷修正系数只适用于船舶主机的排放因子，船舶辅机不需要进行低负荷修正。这是因为，在一艘船上会配备若干个船舶辅机，当辅机功率减小时，一些船舶辅机会自动关闭，以保证工作中的船舶辅机一直处于效率较高的状态。所以，船舶辅机不需要进行低负荷修正。
[0149] 船舶辅机的排放因子与船舶主机的排放因子的来源相同，大部分的排放因子数据来自于Entec。船舶污染物PM10的排放因子由ENVIRON研究提供，PM2.5的排放因子为PM10的排放因子的92％，CO以及温室气体CO2的排放因子由IVL研究提供。
[0150] 对于提供不了有效可用的防空气污染证书的船舶，ENTEC提出了默认排放因子。表9给出了ENTEC提供的船舶辅机排放因子的具体数据。
[0151] 船舶具体的NOx排放因子是通过采自VBP或者港口绿色船舶激励计划的防空气污染证书计算所得。对于那些无法提供可用防空气污染证书的船舶，来自ENTEC的默认排放因子便投入实际使用。ENTEC辅助排放因子如表9所示。
[0152] 表9 使用重燃料油和船用柴油的辅机排放因子，g/kW-hr
[0153]
[0154]
[0155] 船舶辅机一般为高速柴油机，所以，船舶辅机的排放因子不会受船舶辅机额定转速的影响。
[0156] 2.8辅机负荷功率计算：船舶辅机的额定功率应该同船舶主机的最大连续额定功率一样，是我们能够获得的用于船舶排放计算的基本数据，但事实上船舶辅机额定功率的数据匮乏，不能用于船舶辅机负荷功率的计算。目前，应用于实践的确定船舶辅机负荷功率的计算方法是：首先，基于船舶类型和船舶航行状态确定出船舶辅机负荷功率占船舶主机最大连续额定功率的比例系数；然后，将得出的比例系数和与其相对应的船舶主机最大连续额定功率相乘，就可以得出船舶辅机的负荷功率。因此，要想得到船舶辅机的负荷功率，首先要知道这条船的类型以及它的航行状态。
[0157] 船舶主机在船舶处于停泊状态时会停止工作，而船舶辅机会一直处于工作状态，并且在停泊状态时出现峰值负荷，不会出现停止工作的情况。通过文献调研结合对船舶总工程师、船长以及船员的调查采访以及相关的船舶数据统计资料，得出了不同船舶类型的船舶辅机在不同的船舶航行状态下的负荷比例系数平均值。
[0158] 表10：船舶辅机负荷比例系数
[0159]
[0160]
[0161] 船舶的类型以及船舶的航行状态是可以从AIS数据中直接获得的用于船舶排放计算的基本数据，利用这两项数据在表10中查出船舶辅机的负荷比例系数，将得到的负荷比例系数与船舶主机的最大连续持续功率相乘，即可得出船舶辅机的负荷动率。
[0162] 2.9辅助锅炉排放因子：锅炉用于加热重油、润滑油、船上生活用水，主机暖缸，驱动辅助机械以及其他船上生活杂用等。
[0163] 海船有一个或多个用来加热燃料并产生蒸汽的燃油锅炉。当船舶在海上正常航行时，锅炉在大多数情况下处于关闭状态。这是因为船舶上配备了废气余热锅炉，它能够吸收船舶主机废气的热量，代替锅炉正常工作，提供船上所需的热能。因此，船舶在海上正常航行时，锅炉于关闭状态。
[0164] 船舶航行至港口附近时，为了保证航行安全，船舶航行速度会有所降低。美国洛杉矶长滩港规定距离港口40海里的海域范围内为船舶航行减速区，当船舶航行至船舶减速区时，船舶的航速降低，相应的船舶主机负荷功率会下降，船舶主机排放的废气能量降低，废气余热锅炉不能代替锅炉正常工作。相关研究表明，当船舶主机的负荷系数小于或等于20％时，废气余热锅炉关闭，锅炉开启。
[0165] 表11列出了ENTEC2002年报表中针对燃油锅炉的排放因子数据。
[0166] 表11:辅助锅炉排放因子,克/千瓦时
[0167]
[0168] 2.10辅助锅炉负载预设值：锅炉负荷功率的确定与船舶主机和船舶辅机不同，由于获得的AIS数据中没有关于锅炉负荷功率的数据，因此，本研究采用Entec研究提供的锅炉负荷功率数据，当主机负载小于等于20％时将使用下列锅炉负载预设值，如下表12。
[0169] 表12锅炉负荷功率(计量单位：kW)
[0170]
[0171] 2.11燃油修正因子：燃油修正因子是用于调整排放计算值来对不同于正常排放因子产生条件的供给燃料或其他参数作出解释说明的一个修正因子。像先前讨论的那样，排放因子适合那些使用残留燃料/重燃料油(平均含硫量为2.7％)的发动机。表13列出原本基于2.7％含硫量燃料的排放因子用于含硫量更低的发动机时惯用的燃油修正因子。这些燃油修正因子符合美国加州空气资源局针对远洋船排放量的估算方法。一旦默认剩余燃料(平均硫含量为2.7％)被转换为一个硫含量更低的燃料投入使用，这些燃油修正因子将用于主机，辅助发动机和辅助锅炉。
[0172] 表13燃油修正因子
[0173]
[0174] 2.12减排措施修正因子：由于对船舶的排放缺乏监督管理，船用柴油机的发展与车用柴油机相比要相对落后。如今，随着人们的环保意识逐渐加强，船舶排放引起的大气污染已经受到了社会各界的广泛重视。为了降低船舶污染物的排放量，提高船用柴油机的整体质量，船舶柴油机的生产制造公司开始对船用柴油机进行技术改造，优化船用柴油机的燃烧排放特性。
[0175] 著名的德国船用柴油机制造商MAN公司对于船用柴油机的改装提出了多项技术方案，例如，在船用主机上安装燃油滑阀，涡轮增压系统增加断路器以及进行汽缸润滑油系统优化等等。其中，在船用主机上安装燃油滑阀得到了更广泛的认可。
[0176] 随着减排技术在船舶上的应用，研究学者开始考虑引入排放修正因子来修正船舶采用减排技术所带来的船舶排放量的降低，在进行船舶排放清单的计算中也应该引入排放修正因子进行修正。
[0177] 但是，由于目前无法得知每一艘船舶上是否采用了减排技术以及采用了何种减排技术，同时，也没有关于每一项船舶减排技术的排放修正因子的有效数据。所以，本研究没有考虑船舶采用减排技术改造后排放量产生的变化。
[0178] 3.港务船排放估算方法
[0179] 3.1排放源描述：本研究所述港务船包括：辅助拖轮、船员联络艇、补给船、工作艇、渡轮、游览船、政府船只(如灭火轮、领航艇)、海港拖轮、远洋拖轮。休闲船只不包含在港务船当中，在港区内轻油动力的船只也排除在此次清单外。
[0180] 本研究中港务船发动机按照美国环境保护署(EPA)船用发动机标准做好分类(依据为建造年份和设备马力)。一般情况下从港口主管部门调研得出的发动机资料与美国环保署认证标准或者“层级(Tire)”水准会不一致。因此，决定将Tire Level基于排放标准假定。这项假定与CARB的港务船排放因子相一致，它遵循了按照EPA船用发动机排放标准分类的相同设备建造年份。如果建造年份和马力资料都不可获得，那么该发动机被归为“unknown”。
[0181] 综合国内外相关数据并根据船型分类，本研究将通过现场调研得到设备数量及活动量资料，包括：港务船数量及类型、发动机数量、发动机建造年份，燃油类型，还包括发动机马力、年工作小时数。当某项相应数据不可获得时，采用平均值，例如发动机马力、发动机建造年份等，以此来计算相应的排放量。
[0182] 为实地调研相关数据，设计港务船数据调查表。后期根据港务船数量取相关功率的加权平均值。对于那些没有具体可用资料的设备，这些对应于具体设备类型和发动机类型的平均值就作为那些缺失数据资料的设备的默认值。
[0183] 3.2排放量估算方法：港务船的排放量将根据发动机型号年份、额定功率以及年工作小时数，针对各个发动机逐一计算。用来估算港务船排放量的基本公式如公式9：
[0184] E＝Power×Activity1×LF×EF1×FCF (9)
[0185] 式(9)中，E＝排放量，克/年(g/year)；Power＝发动机额定功率，马力或者千瓦，hp/kW；Activity＝设备发动机年活动水平(活动量)，小时/年(hr/year)；LF＝负载因子(正常运作期间的平均负载与最大额定功率下满载值的比值/平均负荷与最大负荷的比值)，无量纲；EF＝排放因子，g/hp-hr或g/kW-hr；FCF＝燃油修正因子，反映燃油特性随时间推移所发生的变化，无量纲。
[0186] 3.3发动机负载因子：发动机负载因子表示发动机处于满载工况的平均百分率或当发动机在运作时处于额定发动机功率的百分比。表15总结了用于港务船的主机和辅机的平均发动机负载因子。
[0187] 表15港务船发动机负载因子
[0188]
[0189]
[0190] 注：发动机负载因子来自美国加州空气资源委员会的排放量估算方法报告表。
[0191] 3.4排放因子、折损率、使用期限：港务船的排放因子，折损率和使用期限与美国加州空气资源委员会推荐方法保持一致。温室气体排和硫氧化物排放因子将在后续讨论。排放因子的计算公式是由根据发动机型号年份确立的零时刻排放速率ZH(在没有任何会改变发动机排放量、折损率和累计工作时间的发动机部件故障或干扰的条件下的排放因子)；折损率DR(考虑了随着设备的运用，由于各种发动机部件的磨损或者排放控制设备效率的降低，发动机基础排放量会发生改变)；以及累计工作时间(反映了发动机的总运转时间)确定的。排放因子如下式计算：EF1＝ZH+(DR×Cumulative Hours) (10)
[0192] 其中：ZH＝当发动机是新的并且没有任何组件故障时，一个给定马力类别和年型的发动机零时刻排放因子。港务船的零时刻排放因子源自CARB统计数据；DR＝折损率(设备排放量随设备使用时间发生变化的比率)；Cumulative hours＝发动机总运转时间，hr；折损率的计算公式如下所示。表16列出了针对港务船柴油发动机的发动机折损因子，表17列出了港务船的使用期限，单位为：年。
[0193] DR＝(DF×ZH)/Cumulative hours at the end of useful life (11)
[0194] 其中：DR＝折损率，g/hp-hr2或g/kW-hr2；DF＝折损因子，使用期限的最后时刻排放量上增加的百分比，％。ZH＝当发动机是新的并且没有任何组件故障时，一个给定发动机尺寸类别和年型的发动机排放速率，g/hp·hr或g/kW·hr；Cumulative hours at the end of useful life＝报废前累计运作时间，hours。
[0195] 表16港务船柴油发动机的发动机折损因子
[0196]
[0197]
[0198] 研究中把50％的发动机从船队退出使用时的年龄长度定义为港务船的使用期限；并假定100％的发动机在达到两倍的使用期限时会退出使用。
[0199] 表17不同类型港务船的使用寿命,年
[0200]
[0201] 3.5港务船温室气体排放因子：港务船的温室气体排放因子随着越来越多研究的进行和修订而不断演变展开，因此推荐的排放因子具有可变性；本研究中，CO2的排放因子源自2004年瑞典环境研究院的研究。
[0202] 3.6港务船硫氧化物的排放量：硫氧化物的排放量是一个关于燃料含硫量的函数。硫氧化物排放因子计算方法使用物料平衡法，假设燃料中所有的硫都转化成了二氧化硫且在燃烧过程当中全部排放出去。虽然用物料平衡的方法能明确的计算二氧化硫的排放，但却只能用来合理近似的估算硫氧化物的排放量，下面为硫氧化物排放因子的计算公式：
[0203] EFSOx＝S content×(SO2分子质量/S原子质量)×BSFC (12)
[0204] 其中：EFSOx＝SOx排放因子，g/hp-hr；Scontent＝油含硫量，g；SO2分子质量＝64g/mol；S原子质量＝32g/mol；BSFC＝制动燃油消耗率，g/hp-hr；上式中，BSFC为制动燃油消耗率，即为每小时单位有效功消耗的燃油量，本研究将会通过传感器及无线传输模块测量传输数据综合确定一个平均制动燃油消耗率。
[0205] 3.7燃油修正因子：燃油修正因子是为使用更高含硫量的柴油发动机的港口工作船发展出来的。为了说明港务船发动机中超低硫柴油的使用需求，得出了表18中的燃油修正因子，它根据设备年型对港务船发动机超低硫柴油的使用作出说明。硫氧化物的燃油修正因子反映了平均含硫量从350ppm变化到15ppm的超低硫柴油所产生的变化。
[0206] 表18港务船超低硫柴油修正因子
[0207]
[0208] 4.港作机械排放估算方法
[0209] 4.1排放源描述及数据获取：大部分港作机械在码头或者港铁站场运作，并且通常由非道路移动设备组成。本次排放清单包含的港作机械，其动力驱动源有多种，依次为柴油燃料发动机、汽油燃料发动机以及电动发动机。本次研究中港作机械类型重点考虑：叉车、轮胎式龙门起重机、侧面吊、清洁车、正面吊、牵引车等。本研究将通过现场调研得到设备数量及活动量资料，包括：设备类型、设备编号、额定功率、设备和发动机出产年份、燃油类型、电动设备、年操作小时数、新购买的设备、老旧或者淘汰的设备。针对不同情况，当某设备相应数据不可获得时，采用平均值，例如发动机功率、活动量、设备出产年份等，以此来计算相应的排放量。
[0210] 为实地调研相关数据，设计港作机械数据调查表，后期根据机械数量取相关功率的加权平均值。对于那些没有具体可用资料的设备，这些对应于具体设备类型和发动机类型的平均值就作为那些缺失数据资料的设备的默认值。
[0211] 4.2排放量估算方法：本研究中港作机械排放量估算方法采用美国加州空气资源委员会(CARB)最新方法。基本方程如下：
[0212] E＝Power×Activity1×LF×EF1×FCF×CF (13)
[0213] 式中：E＝排放量，克/年(g/a)；Power＝发动机额定功率，马力或者千瓦，hp/kW；Activity＝设备发动机年活动水平(活动量)，小时/年(hr/a)；LF＝负载因子(正常运作期间的平均负载与最大额定功率下满载值的比值/平均负荷与最大负荷的比值)，无量纲；EF＝排放因子，g/hp-hr或g/kW-hr；FCF＝燃油修正因子，反映燃油特性随时间推移所发生的变化，无量纲；CF＝控制因子(control factor)，反映由于减排技术的应用在排放量上所发生的变化，排放因子无法反应，无量纲。排放因子EF如下式计算：EF＝ZH+(DR×Cumulative Hours)
[0214] 其中：ZH＝零时刻排放率，与一定功率范畴(horsepower category)和发动机出产年型(根据发动机动力类型区分开)相对应；单位：g/hp-hr或g/kW-hr；DR＝折损率(港作机械排放量随发动机使用时间长度发生变化的比率)，单位：g/hp-hr或g/kW-hr；Cumulative Hours＝发动机总运转时间(计为发动机年运转小时数的形式)。
[0215] 4.3排放因子：零时刻排放率和折损率随着发动机马力以及发动机设备年份(取决于发动机尺寸)而有所不同。依据马力和发动机年型的零时刻排放率和折损率被应用于道路和非道路排放标准认证的柴油发动机，以及大型火花点燃式发动机排放标准认证的汽油发动机。零时刻排放率和折损率与美国加州空气资源协会针对港作机械的最新的排放量计算方法中的数据是一致的。
[0216] 4.4负载因子和燃油修正因子：由于在正常运作时发动机并非一直处于最大额定功率状态，于是就有了发动机负载因子，以此来表示发动机投入工作时功率的平均百分比。港作机械的负载因子主要源自美国加州空气资源局的计算方法；但是轮胎吊和堆置场牵引车的负载因子则是参考长滩港和洛杉矶港的研究成果。其中，数值为0.39的堆置场牵引车排放因子自2006年起在两港已经使用，而轮胎吊的排放因子0.20自2008年起使用。表20列出给定港作机械的负载因子。
[0217] 表20 港作机械发动机负载因子LF
[0218]
[0219]
[0220] 表21SOx的燃油修正因子反映了柴油的含硫量从140ppm降至15ppm的变化情况。
[0221] 表21超低硫柴油燃油修正因子
[0222]
[0224] 表22汽油燃油修正因子
[0225]
[0226] 4.5港作机械减排技术及其排放控制因子：本研究将根据国内港口的节能减排措施如RTG、油改气、油改电等具体情况进行折减，得到使用不同减排技术的港作机械排放的空气污染物对应的控制因子，需要注意的是一些设备不只使用一种减排技术。绝大部分减排技术的投产运用要么是自主施行的要么是为了达到相应部门标准。所以本研究采用走访、调研港口等方式，进行本土化减排控制因子的采集与修正。如果无法准确获取，本研究暂不考虑设备采用减排技术改造后排放量产生的变化，得到排放量的保守值。
[0227] 5.重型卡车排放估算方法
[0228] 5.1排放源描述及估算方法：重型集卡作为港区与腹地运输之间的桥梁，广泛的往返于港口与货物目的地之间，尤其是集装箱货物。卡车将货物运往货物终点接收站，同时也会将货物从码头运往港前站进行装卸，即短驳拖运。重型集卡最常见的配置是具备五个轮轴的牵引式挂车(卡车和半拖挂车)。本研究中最常见的挂车类型便是集装箱挂车，它可以适应标准尺寸的货物集装箱。其余的挂车类型还有罐车、箱式货运汽车以及平板车。
[0229] 重型集卡活动范围的两个主要地理组成如下：在码头运作，包括等待进港、在港内运输装卸货物、然后离港。在道路运作，它们的活动情况一般通过现场调研搜集得到，所需信息包括：码头闸口运作时间表，港区装卸货物过程中行驶的速度、时间和距离，空载进出港区闸口的时间。大部分码头能够提供这些活动参数的估计值，尽管很少能有诸如在闸门等待时间以及在港周转时间等详细记录的码头。根据国内外的经验看，这些估计值的精度能满足港区排放量的计算需要。
[0230] 道路车辆排放清单估算的一般计算公式如下：
[0231] E＝Pop×Act×BER×CorF (14)
[0232] 其中：E＝排放量(例如：吨/年)；Pop＝车辆保有量(运输车队当中特定生产年型的车辆数量)；Act＝活动量(包括每辆汽车平均行驶英里数，当汽车怠速工况下为发动机空转小时数)；BER＝基础排放率(特定生产年型车辆单位活动量下污染物的排放数量)，克/公里；CorF＝校正因子(对特殊活动水平和大气条件下基础排放率的一个调整)，无量纲。
[0233] 按上式估算的道路车队全部生产年型卡车的排放量将汇总成排放清单。实际上，车队排放量的估算是想要通过比较全部生产年型车辆的基础排放率以及修正因子，然后开创出一套仅仅依据车队年型分布的排放因子表。车辆保有量和活动量也相互结合起来用以估算总的车队活动量，同样的活动量与排放因子也相互结合起来估算车队的排放量。
[0234] 5.2重型卡车年型分布：由于车辆尾气排放量随着车辆出产年份和使用时长(年)变化，每一个出产年份的卡车活动水平是得出排放因子的重要环节。设备年型分布是基于源自射频身份识别(RFID)数据的来访数据，该技术追踪到港口的卡车，同时发动机年型数据是源自港口短驳拖运卡车登记处(PDTR)。PDTR包括所有登记过的短驳拖运卡车的年型信息以及每辆卡车使用的燃料型号，从中得到非柴油燃料车辆的修正因子。RFID数据提供了各个发动机年型的车辆到访量。如果以上数据无法获得，需要通过现场调研、以统计的方法获取。
[0235] 5.3排放因子估算方法概述：利用排放因子模型EMFAC model2011用可估算车队中各种不同车辆级别的车队排放量。EMFAC2011对基础排放率BER做出了模拟，基础排放率(单位：g/km)是一个常数值，它等于“零英里率ZMR”(当车辆处于正常维护并且没有损坏时车辆的排放量)加上折损率(表征随时间增长，发动机里程逐渐累积，发动机排放速率逐渐增加)与累计里程的乘积。
[0236] BER＝ZMR+(DR×CM/10000) (15)
[0237] 其中：BER＝基础排放率(特定生产年型车辆单位活动量下污染物的排放数量)，g/km；ZMR＝零英里率(车辆全新时候的排放量)，g/km；DR＝折损率(表征随时间增长，发动机里程逐渐累积，发动机排放速率逐渐增加)，g/km/10,000kms；CM＝累计里程(车辆自全新起总公里数)，km。
[0238] 针对每一个发动机年型和源自EMFAC2011的速度数据的排放率映射公式20中涉及的校正因子，以此来体现车辆的特殊活动水平，例如速度、类型、燃油质量以及特殊的环境条件例如温度和相对湿度。
[0239] 依据美国加州空气资源局发布的空转排放因子(单位：克/小时)，可以计算与集卡运作有关的空转怠速排放量。低怠速率特指队列卡车装卸货物的工况，高怠速率特指卡车处于停靠站点、休息区和配送中心等地进行相关的活动的怠速工况，不是正常的港口运输业务。
[0240] 低怠速排放因子参见表23。空载怠速排放量可能有点过估计，因为空载怠速排放量是基于卡车在码头的整个时间范围(除了行驶运输时间)，不包含卡车在港口关闭发动机停工的时间。没有指定的能够提供可靠卡车发动机在港关闭时间所占平均百分比的估算值的数据源。
[0241] 表23低怠速排放因子，g/hr
[0242]
[0243]
[0244] 5.4怠速及特定速度排放因子：因为EMFAC模型没有推导SOx的特定速度排放因子，所以这些污染物的上述排放因子将使用质量平衡方法；下述方程用来推导SOx排放因子：
[0245] SOx排放量(g/km)＝(Xg S/1000000gfuel)×850g/L×(2gSOx/1g S)/2.4(km/l)[0246] 上式中，根据EMFAC2011模型，车队重型柴油机的平均燃油经济性记为2.4km/L，柴油平均密度记为850g/L。
[0247] 表24总结了用来估算排放量的特定速度排放因子。排放因子将乘以道路车辆和在港车辆行驶里程及其在港空转怠速小时数，以此得到全部的道路及在港车辆排放量的估计值。
[0248] 表24特定速度复合排放因子
[0249]
[0250]
[0251] 注：SO2的空转怠速排放率是依据怠速期间0.48加仑柴油/小时的平均燃油消耗率得到的。
[0252] 利用车载排放系统对样本车型进行排放因子的测算，其中将车辆分为将运输车辆分为轻型车(基准质量＜4.5t)和重型车两种，其中轻型车主要为社会车辆，车型复杂多样；重型车主要为疏港车辆，以18t级左右集装箱拖车为主。本研究将以排放因子为基准进行本土化修正，选择以上两种车型得到实际的排放因子。
[0253] 6.铁路机车排放估算方法
[0254] 6.1调车机车(档机车)排放量估算：调车机车的排放量是基于机车工作的马力小时数，它由报告记录的燃油使用量和源自EPA文件以及机车制造商公布的排放因子得到。首先，利用转换因子(hp-hr/gal)将油耗(gal/yr)转换为马力小时每年((hp-hr/yr)。方程如下：Annual work(hp-hr/yr)＝(gal/yr)×(hp-hr/gal)
[0255] 接着，根据年工作量算得排放量的计算公式如下：
[0256] E＝Annual work×EF/(453.59g/lb×2000lb/ton) (16)
[0257] 其中：E＝排放量,tons/yr；Annual work＝年工作水平，hp-hrs/yr；EF＝排放因子,g/hp-hr；Lb＝单位，磅，1磅(lb)＝0.4535924公斤(kg)；
[0258] 上述公式所需排放因子，其中微粒物，氮氧化物，一氧化碳和碳氢化合物的涵盖在EPA与NRE当中。硫氧化物排放因子则是根据物料平衡法直接测算。利用美国环保署相关参考文献可估算铁路机车排放物中的温室气体CO2的排放量。此外，排放的所有微粒假定是PM10和DPM，并将PM2.5的排放量估算成是PM10的92％。
[0259] 3级机车以及发电机组机车的转换排放因子详见表25。
[0260] 表25：调车机车排放因子，克/马力小时
[0261]
[0262]
[0263] 详述如下：SOx排放因子为EFSOx，假定使用某一特定含硫量15ppm的超低硫柴油(假定燃料中所有的硫都转化成了SO2并且在燃烧过程中全部排放出去)，由于质量守恒方法能够明确计算SO2的排放因子，所以也被引申过来合理估算SOx。下面的方程式就展示了SOx排放因子的计算过程:
[0264] (15g S/1000000g fuel)×(3200g fuel/gal fuel)×(2g SO2/g S)×(gal fuel/15.2hp hr)＝0.006g SO2hp hr (24)
[0265] 在这个计算当中，15ppm的S记作15克S/百万克燃料。15.2hp-hr/gallon of fuel为平均制动油耗率BSFC，表示消耗单位燃油量产生的有效功，记录于美国环境保护署铁路机车排放因子相关的技术文献里。基于油耗的排放因子(例如硫氧化物和二氧化碳)能够具体应用不同的制动油耗率值。
[0266] 衡量过去油耗估计值随铁路货运量的变化规律是一个估计油耗及排放量逐年变化的理想方法。假设活动量随着铁路货运量呈线性变化，则通过基准年油耗估计值随铁路货运量的变化规律来估计现在油耗及排放量：
[0267] fuel(2013)＝fuel(2005)×throughput(2013)/throughput(2005) (25)[0268] 然后用油耗估算总功率。作为一个用油耗估算总功率的实例，通过将每年总计10000gal的燃料乘以环保署发布的平均制动油耗率15.2hp-hr/gal，得到一个152000hp-hr的估算值，再用这个值乘以排放因子来估算全年排放质量。例如氮氧化物的排放计算实例如下：
[0269] 152000hphr×4.5NOxg/hphr453.59g/lb×2000lb/ton＝0.75tonsNOxyear (26)[0270] 6.2干线运输机车排放量估算：港口作业干线运输机车的排放量已在一系列活动水平的基础上做出大致估算，例如，运输货物或空箱的铁路机车的数量和特性等。开发这些估计值所需的信息都需从港口和码头获得的。干线运输机车的排放因子详见表26。硫氧化物排放因子根据转换机车计算当中用到的质量平衡方程中假定的燃料含硫量估算得出。
[0271] 表26干线运输机车排放因子，克/马力小时
[0272]
[0273] 港口干线运输机车排放。相关部门通过评估各个港口码头站点汇报的铁路运输货物量和周(或年)平均车流量来估计港口干线运输机车的活动情况。每年火车的数量，每列火车的机车数辆，以及每列火车在港小时数三者相乘计算得到机车年运行小时数。
[0274] 标准到港作业干线运输机车的平均负载因子是将特定油门等级对应满载率乘以该设置下工作时间百分比再求和得到。综合考虑干线机车平均负载因子取为28％。我们采用港口铁路机车年运行小时数乘以机车平均马力以及上述平均负载因子，来估算全年马力小时的总数。
[0275] 在港干线运输机车的排放量是将这个马力小时估算值(单位：hp-hr)乘以表26中列出的排放因子(单位：g/hp-hr)计算得到。
[0276] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
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