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1、第28卷 第6期海 洋 环 境 科 学Vol.2 8,No.62 0 0 9年1 2月MAR INE ENV IRONMENTAL SCIENCEDec.2 0 0 9天津港运输船舶大气污染物排放清单3金陶胜1,殷小鸽1,许 嘉1,杨 柳2,葛卫华3,鞠美庭1(1.南开大学 环境科学与工程学院,天津300071;2.清华大学 环境科学与工程系,北京100084;3.解放军防化指挥工程学院,北京102205)摘 要:运输船舶产生的大气污染物对港口大气环境有重要影响,但我国对这部分内容的研究却相当薄弱。本文首先对天津港运输船舶的总体情况进行调研,根据其排放控制技术水平合理选择了排放因子;而后采用基
2、于燃料消耗的方法,对2006年天津港运输船舶排放的NOx、HC、CO和PM10进行了计算,建立了天津港运输船舶大气污染物的排放清单;最后对2010年和2020年天津港的运输船舶大气污染排放情况进行了预测。该清单的估算和预测可以为加强排放控制和制定相关法规提供重要依据。关键词:天津港;运输船舶;大气污染;排放清单中图分类号:X55 文献标识码:A 文章编号:100726336(2009)0620623203A ir pollutants em ission inventory from commercial ships of Tianjin HarborJ IN Tao2sheng1,YIN X
3、iao2ge1,XU Jia1,YANGLiu2,GEWei2hua3,JU Mei2ting1(1.College of Environmental Science and Engineering,Nankai University,Tianjin 300071,China.2.Department of EnvironmentalScience and Engineering,Tsinghua University,Beijing 100084,China.3.ChemicalDefence Institute,PLA,Beijng102205,China)Abstract:The air
4、 pollutants emissions from the marine engines have become a significant contributor to atmospheric environment inharbor.However,the few researches have been conducted on this field in China.In this paper,the emission level of main pollutantsfrom the ships in Tianjin harbor is investigated firstly,an
5、d then the emission factors of four pollutants(NOx,HC,CO,and PM10,)are confir med.According to the method based on fuel consumption,NOx,HC,CO and PM10emissions from the commercial ships ofTianjin harbor in 2006 are estimated.In addition,based on the related data,those in Tianjin harbor in 2010 and 2
6、020 are forecasted.The results of the emission inventorywill provide references for establishing relevant standards and controlmeasures.Key words:Tianjin harbor;Commercial ship;Atmospheric pollution;Emission inventory 伴随着水路运输和港口建设的发展,运输船舶的活动对港口城市大气环境质量的影响也日益显著。据挪威1989年对船舶造成的大气污染的调查1,国际间贸易船舶排放SO2量估计占
7、全球SO2排放总量的4%,而氮氧化物的排放量约占全球氮氧化物排放总量的7%。在国内,伏晴艳等人2曾对1998年上海市NOx排放总量进行估算,在估算结果中,进出上海港船舶的NOx年排放约为1.3万t,占NOx排放总量的3.5%左右。作为一种重要的流动源,在电厂、锅炉和机动车排放均已受到重视的今天,船舶的大气污染物排放也将逐渐引起人们的关注。天津港位于海河下游段及其入海口处,毗邻华北最大的工业城市群,是中国最大的人工海港,是我国对外贸易的重要口岸。天津港现有水陆域面积近200 km2,公用泊位85个,岸线长度18.1 km,航道最大可进出25万吨级船舶3。自2004年以来,天津港的货物年吞吐量在2
8、亿t以上持续攀升,相应地,运输船舶的大气污染物排放量也不可忽视。本文首先对天津港运输船舶的总体情况进行调研,根据其排放控制技术水平合理选择了排放因子;而后采用基于燃料消耗的方法,对2006年天津港运输船舶排放的NOx、HC、CO和PM10进行了计算,建立了天津港运输船舶大气污染物的排放清单。该清单可以为天津港的环境保护规划提供重要的数据积累,对于天津港的绿色港口建设有着积极的参考意义。3收稿日期:2007212221,修订日期:2008203225 基金项目:国家科技支撑计划(2006BAK04A04);天津市科技支撑计划重点项目(07ZCGYSF01900)作者简介:金陶胜(19732),男
9、,安徽省安庆市人,南开大学环境科学与工程学院副研究员,主要从事环境科学研究,E2mail:624海 洋 环 境 科 学第28卷1 排放因子选择对于船舶大气污染排放的估算,大致有基于功率和基于燃油消耗的两种计算方法4,本文采用后一种方法。具体思路是:首先根据天津港运输船舶发动机的实际功率分布和技术水平选择较为合理的排放因子;将此排放因子与基准年运输船舶的燃料消耗量相乘即可得到基准年运输船舶的大气污染物排放量5。用公式表述为:I1=E1Cf(1)其中:I1为某种污染物排放量(t/a);E1为该污染物的排放因子(g/L);Cf则为燃油消耗量(106L/a)。由(1)式可以看出,污染物的排放因子是排放
10、量计算中一个重要的参数。但目前我国针对船舶发动机排气排放的研究十分匮乏,尚未进行过权威性代表性的排放因子测量,因此在本文的计算中将根据我国船舶发动机的实际情况,借鉴国外机构的数据,合理选用排放因子。天津港沿海运输船舶的主机功率范围跨度较广,对其分布的估算主要是通过查阅近10 a来我国船用柴油发动机的产销情况而得到的。根据杨柳等人的调研,目前我国船舶制造行业使用的大型船舶主机多为进口产品,国内生产大功率船舶主机的企业也多数引进国外技术或生产线。中国船舶工业集团公司和中国船舶重工集团下辖的船用柴油机生产企业自上世纪90年代以来为适应国内外船东和船舶建造的要求,均已用引进机型替换原有机型5,6。基于
11、以上调研,杨柳、粘桂莲等人对我国运输船舶的排放因子进行了估值(具体可见表1、2所示)。由于该估值是针对2002年而进行的,而本文的关注年度是2006年,因此在我们的计算中对以上估值进行了微调(随着排放控制技术的进步,排放因子应呈下降趋势),具体如表3所示。表12002年全国船舶排放估算中所使用的排放因子5Tab.1 Emission factors in ship emission estimation of China in 2002燃料功率/K WNOX/gL21HC/gL21CO/gL21PM10/gL21重油All65.4502.8567.2603.930149246.6121.999
12、9.3182.023表22002年内河船舶排放因子取值6Tab.2 Emission factors of inland river ships in 2002功率分布NOXHCCOPM单位373 K W389.351.147.317磅/千加仑373746 K W30017.180.917磅/千加仑平均排放因子344.6534.164.117磅/千加仑平均排放因子41.3584.0927.6922.04gL21表32006年天津港运输船舶排放估算基础数据3Tab.3 Base data of estimating commercial ships emission in Tianjin har
13、bor in 2006运输类型内河运输沿海运输远洋运输货物吞吐PF/108t0.11.11.35货物运输距离S/km405656单位周转量燃料消耗Rf550t/108tkm-1排放因子E1/gL21NOx38.950.542.9HC3.92.71.9CO7.45.98.8PM102.02.02.02 排放清单计算在确定排放因子后,排放清单的另一个重要计算量就是燃油消耗量。燃油消耗量的进一步计算公式为:Cf=PFSRf(2)其中:PF为港口货物吞吐量(t);Rf为单位货物周转量的能耗 kg/(tkm);S为估算范围内的货物运输距离(km),即估算中的天津港划定计算区域半径。2.1 参数选择港口的
14、货物吞吐量可以在天津港网站及相关的信息报道中查到,2006年天津港的货物吞吐总量为2.55亿t。货物运输距离对于内河运输取为海河航道长度,对于沿海运输和远洋运输则取为天津港距天津市域海面最远点距离。单位周转量燃料消耗在文献5 中取为60 kg/(104tkm),本文根据近年来的技术发展微调为550 t/(108tkm)。2.2 清单结果根据以上参数选择,通过公式(1)和(2)计算得出的2006年天津港运输船舶大气污染物排放量如表4所示。第6期金陶胜,等:天津港运输船舶大气污染物排放清单625表42006年天津港运输船舶大气污染物排放量Tab.4 Emission amount of atmos
15、pheric pollutants of commercial ships in Tianjin harbor in 2006污染物种类NOx/104tHC/104tCO/104tPM10/104t内河运输0.0100.0010.0020.0005沿海运输0.2040.0110.0240.0081远洋运输0.2120.0090.0440.0099总计0.4260.0210.0700.019 表中结果显示,2006年天津港运输船舶大气污染物排放量为千吨级(总量为5360 t),与国内的上海等大型港口相比,污染还不算严重,但已不容忽视。而在各种大气污染物中,NOx的排放量(4260 t)占污染物总
16、排放量的大约80%,这说明,对NOx排放的控制将是今后工作的重点。2.3 不确定性分析由于涉及因素较多,而且各因素的波动性也较大,因此天津港运输船舶大气污染物排放量的估算有很大的不确定性。相比较而言,对排放量估算的影响主要有两个方面:首先是排放因子的影响。由于我国并未进行过系统的排放因子研究工作,相关部门也未提出被广泛认同的船舶发动机排放因子,因此我们所采用的排放因子数据基本来自于国外,对估算结果的准确度影响较大。其次,在计算过程中,本文采用的是简单乘积的方法,亦即对于某一种运输方式,在其运输距离内都是固定的排放因子,这显然与实际情况差别较大,也是带来不确定性的一个重要因素。3 规划期排放预测
17、为了把天津市建设成一个北方经济中心,未来一段时期内,天津港将处于一个高速发展的阶段。相应地,由于高速发展而带来的对环境的影响也将为人们所密切关注。根据天津港总体规划方案(2002年)提出的目标,2010年和2020年天津港的货物吞吐量分别为3亿t和4亿t7,本文在此基础上分别对2010年和2020年天津港运输船舶大气污染物排放量进行了预测。预测设计了两种情景:第一种为零方案情景,即在现有控制技术下的未来状况预测;第二种为加严方案情景,即考虑现有控制技术会随着时代发展而进步的状况,而现有控制技术的进步又分为两个方面,一是单位燃料周转量消耗的降低,二是排放因子的减小。两种情况下的预测结果如表5所示
18、。可以看出,在零方案的预测情景下,天津港运输船舶大气污染物总排放量在2010年为6300 t,2020年为8410 t;若实施加严方案,则天津港运输船舶大气污染物总排放量在2010年为表5 规划期天津港运输船舶大气污染物排放量预测Tab.5 Atmospheric pollutants emission prediction of commercial ships in Tianjin harbor during planning period污染物种类NOx/104tHC/104tCO/104tPM10/104t合计/104t零方案2010年0.5010.0250.0820.0220.630
19、2020年0.6680.0330.1100.0300.841加严方案2010年0.4460.0220.0720.0200.5702020年0.5140.0260.0870.0240.6515700 t,2020年为6510 t,相比零方案,其排放削减率分别为9.5%和22.6%。4 结论与建议本文采用基于燃料消耗的方法,对2006年天津港运输船舶排放的NOx、HC、CO和PM10进行了计算,计算结果表明,2006年天津港运输船舶排放的大气污染物总量约为5 360 t,与国内的上海等大型港口相比,污染还不算严重,但也不容忽视。依据天津港总体规划方案(2002年)提出的目标,本文对2010年和20
20、20年天津港运输船舶排放的大气污染物按照零方案和加严方案两种情形进行了预测。预测结果表明,在零方案情景下,2020年的天津港运输船舶排放大气污染物接近万吨(8 410 t),而与零方案相比,加严方案在2010年和2020年的排放削减率分别为9.5%和22.6%。从长远角度看,加严方案带来的排放削减效益是巨大的,这也说明了提高现有控制技术的重要性。参考文献:1 刘德洪.防止船舶大气污染的政策与技术发展概况J.交通环保,1991,12(4):29232.2 伏晴艳,陈明华,钱 华.上海市空气中NOx的污染现状及分担率J.上海环境科学,2001,20(5):2242226.3 天津港口介绍 渤海湾里
21、的明珠 EB/OL.http:/ Eastern Research Group.Documentation forAircraft,CommercialMarine Vessel,Locomotive,and Other Nonroad Components ofthe National Emission InventoryR.Washington:EnvironmentalProtection Agency,2003.5 杨 柳.全国及典型港口城市运输船舶大气污染物排放清单研究D.北京:清华大学环境科学与工程系,2005.6 粘桂莲.全国非道路移动源污染物排放清单研究D.北京:清华大学环境科学与工程系,2004.7 交通部天津水运工程科学研究所.天津港规划环境影响报告书R.天津:交通部天津水运工程科学研究所,2006.