中國內河船舶與壓燃式發(fā)動機汽車排放標準對比分析

交通運輸部水運科學研究院 李 坤 梁玉潔 姜 磊

中國內河船舶與壓燃式發(fā)動機汽車排放標準對比分析

交通運輸部水運科學研究院 李 坤 梁玉潔 姜 磊

大氣環(huán)境污染問題越來越嚴重，國家對環(huán)境保護重視程度達到了空前高度。隨著航運業(yè)的不斷發(fā)展，船舶尾氣排放已成為導致大氣環(huán)境污染的重要原因之一，船舶污染物排放法規(guī)是限制船舶排放的重要手段。通過研究中國內河船舶和壓燃式汽車發(fā)動機使用燃油標準及排氣污染物排放限值的標準發(fā)展歷程以及現(xiàn)狀，對比中國內河船舶和壓燃式汽車發(fā)動機使用燃油和排氣污染排放標準，分析船舶法規(guī)存在的問題，研究船舶燃料及排放法規(guī)的發(fā)展趨勢。

船舶；汽車；燃油；排放；標準

隨著大氣污染的不斷加劇，其對環(huán)境和人類健康造成的影響日益嚴重，而航運業(yè)作為造成大氣污染和人類健康問題的主要根源之一，越來越受到大家的關注。[1]航運業(yè)是反映經(jīng)濟發(fā)展水平的晴雨表，近年來，隨著經(jīng)濟不斷發(fā)展，我國航運貨運量和船舶發(fā)展規(guī)模也在不斷擴大，而我國96%內河船舶使用的主推力發(fā)動機均是柴油機，由于我國現(xiàn)有規(guī)范對內河船舶發(fā)動機使用的燃料和船舶發(fā)動機排氣污染物的限值要求較低，使用的燃油為劣質的燃料油，且排放水平法規(guī)長期處于相當于IMO法規(guī)對國際航行船舶要求的Tier I階段，船舶發(fā)動機排放的包括氮氧化物（NOx）、硫氧化物（SOx）、顆粒物（PM）等大氣污染物含量較高，對大氣環(huán)境造成了極其嚴重的影響，迫切需要提高相關的標準規(guī)范及使用清潔能源等方式以降低船舶對環(huán)境造成的危害，[2]實現(xiàn)綠色交通的發(fā)展。

一、內河船舶與汽車（壓燃式）燃油標準發(fā)展

1. 汽車（壓燃式）燃油標準

我國對汽車使用柴油相關技術標準提出較早，在1964年國家就出臺了第一部關于汽車使用柴油的標準（GB 252-1964），后來隨著技術的不斷進步，在1977年、1981年、1987年、1994年、2000年相繼對此標準進行了修訂，對汽車使用柴油標準要求逐步提高。特別是在2003之后，為了進一步降低汽車排氣污染物的排放，國家專門制定了壓燃式柴油發(fā)動機汽車使用柴油的標準《車用柴油》（GB/T 19147-2003）、《車用柴油》（GB/T 19147-2009）、《車用柴油（IV）》（GB/T 19147-2013）、《車用柴油（V）》（GB/T 19147-2013），[3]具體見表1。

表1 中國車用柴油含硫量限值ppm

（1）《車用柴油》（GB/T 19147-2003）。

本標準是我國首部專門針對汽車使用柴油的技術標準，本次修訂是參考歐盟標準EN590-1998《車用柴油》制定的，并根據(jù)我國的實際情況，對車用柴油類型進行了分類，其他的技術要求如餾程、閃點和黏度指標均保持與GB 252《輕柴油》國家標準一致，但車用柴油的含硫量最高限值從2 000 ppm（質量流量）降低到了500 ppm。[4]

（2）《車用柴油》（GB/T 19147-2009）。

為了適應國際車用柴油標準發(fā)展，我國于2009年對GB/T 19147-2003標準進行了修改，本次修改采用歐盟標準EN590：1999《汽車燃料—柴油要求和試驗方法》，為了適應我國國情，本標準在參考EN590：1999時進行了修改，考慮我國氣候條件和生產(chǎn)情況，按照低溫流動性，將GB/T 19147-2003中規(guī)定的車用柴油7種牌號減為6種，增加了對生物柴油的含量限值及測試方法的規(guī)定，并對GB/T 19147-2003中規(guī)定的燃油黏度和密度指標限值進行了修改，將車用柴油的含硫量限值從原來的500 ppm降低到了350 ppm。[5]

（3）《車用柴油（IV）》（GB/T 19147-2013）。

為加快我國車用柴油油品升級，2013年我國在歐盟標準EN590：2004《汽車燃料—柴油要求和試驗方法》的基礎上對我國車用柴油標準GB/T 19147-2009進行了油品質量大提升，將車用柴油含硫量限值從350 ppm大幅度地降低到50 ppm，并于2015年1月1日正式強制實施，對我國車用柴油生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)技術水平提出了較大的挑戰(zhàn)。[6]

（4）《車用柴油（V）》（GB/T 19147-2013）。

隨著汽車保有量的快速增長，汽車尾氣排放對大氣污染的影響日益增加，壓力之下，國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局和中國國家標準化管理委員會在出臺了《車用柴油（IV）》（GB/T 19147-2013）不到半年的時間內，再次對車用柴油標準進行了升級，將車用柴油含硫量限值從50 ppm降低到10 ppm，該標準將于2018年1月1日起開始執(zhí)行。[7]

2. 船用燃油標準

（1）《船用燃料油》（GB/T 17411-1998）。

本標準是我國首次對內河船舶使用燃油提出標準，是根據(jù)ISO8217：1996《石油產(chǎn)品—燃油（F類）—船用燃油》制定的，對船舶動力系統(tǒng)和鍋爐使用的油類燃料作出了限制，為船舶燃油供應商及客戶等日常操作提供了辦法。在此標準中還對我國內河船舶使用的燃料油含硫量作出了明確的限值規(guī)定，即燃料油含硫量不能超過20 000 ppm。[8]

（2）《船用燃料油》（GB/T 17411-2012）。

本標準對原有標準船舶燃料油GB/T 17411-1998進行了完善，在它的基礎上，增加了燃油的分類——餾分燃料油。另外，對燃料油的含硫量、黏度、硫化氫、酸值、氧化穩(wěn)定性和潤滑性等技術條件都提高了要求，其中對燃料油供應商和船舶發(fā)動機影響最大，即提高了船舶燃料油含硫量。此次標準的修訂將內河船舶燃料油含量限值降低到了15 000 ppm，[9]如表2所示。

表2 中國內河船舶燃油含硫量限值 ppm

二、內河船舶與汽車（壓燃式）排氣污染物限值標準發(fā)展

1. 汽車（壓燃式）排氣污染物限值標準

我國早在1984年就對汽車柴油機煙度排放限值制定了標準《汽車柴油機全負荷煙度排放標準》（GB 3844-83）和《柴油車自由加速煙度排放標準》（GB 3843-83），后來隨著柴油機技術的不斷提高，對汽車柴油機煙度排放限值也做了調整，相繼出臺了GB 14761.7-93、GB 14761.6-93、GB 14761-1999、GB 3847-1999、GB 18285-2000。但隨著汽車數(shù)量不斷增加，發(fā)動機排氣污染物對環(huán)境造成的影響不斷增大，為貫徹《中華人民共和國環(huán)境保護法》和《中華人民共和國大氣污染防治法》，我國參照國際標準相繼制定了《車用壓燃式發(fā)動機排氣污染物排放限值及測量方法》（GB 17691-2001）和《車用壓燃式、氣體燃料點燃式發(fā)動機與汽車排氣污染物排放限值及測量方法（中國III、IV、V階段）》（GB 17691-2005）。

（1）《車用壓燃式發(fā)動機排氣污染物排放限值及測量方法》（GB 17691-2001）。

GB 17691-2001標準是我國參照91/542/EEC指令《根據(jù)成員國關于采取措施控制車用柴油發(fā)動機排放氣體污染物的統(tǒng)一指令》和聯(lián)合國歐洲經(jīng)濟委員會ECE R49/02法規(guī)《就發(fā)動機的污染物排放對壓燃式發(fā)動機及裝用壓燃式發(fā)動機車輛認證的統(tǒng)一規(guī)定》制定的首部對車用壓燃式發(fā)動機排氣污染物一氧化碳（CO）、碳氫化合物（HC）和氮氧化物（NOx）及顆粒物（PM）排放限值作出規(guī)定的標準，[10]如表3所示。

表3 車用壓燃式發(fā)動機污染物排放限值 g/kWh

（2）《車用壓燃式、氣體燃料點燃式發(fā)動機與汽車排氣污染物排放限值及測量方法（中國III、IV、V階段）》（GB 17691-2005）。

為了進一步防止環(huán)境污染，降低汽車尾氣排放污染物，保護和改善生活環(huán)境和生態(tài)環(huán)境，保護人體健康，我國于2005年5月30日發(fā)布了GB 17691-2005，對壓燃式發(fā)動機排氣污染物CO、HC、NOx及PM限值標準做了更嚴格的要求，[11]如表4所示。

2. 中國內河船舶排氣污染物排放限值標準

（1）《內河船舶法定檢驗技術規(guī)則》2008年修改通報（海法[2007]669號）。

我國對內河船舶排氣污染物造成的空氣污染關注度一直不高，直到海法[2007]669號的發(fā)布，我國才首次對內河船舶排氣污染物的檢測及限值從規(guī)范的角度作出規(guī)定。該通報對航行于三峽庫區(qū)船舶主機功率大于130 kW的發(fā)動機（非應急）NOx排放明確要求不得超過表5的限值規(guī)定。該標準是采納了MARPOL73/78公約附則VI Tier I階段對NOx排放限值的要求。[12]

表4 車用壓燃式發(fā)動機污染物排放限值（III、IV、V）

表5 中國內河船舶NOx排放限值（2008）

（2）《內河船舶法定檢驗技術規(guī)則》2011。

中華人民共和國海事局《內河船舶法定檢驗技術規(guī)則》（2011版）于2011年9月1日正式執(zhí)行，其中關于船舶NOx排放的控制標準與2008修改通報一致，但其適用范圍擴大至航行于我國所有內河水域的船舶。[13]

（3）《內河船舶法定檢驗技術規(guī)則》2015年修改通報（海政法〔2014〕529號）。

2015年，海事局發(fā)布了《內河船舶法定檢驗技術規(guī)則》（2015年修改通報），本次修改將船舶NOx排放指標進一步降低至不超過表6列出的限值（相當于MARPOL73/78公約附則VI Tier II標準），本標準已于2015年3月1日正式生效，這也是目前我國控制內河船舶柴油機排放的現(xiàn)行標準。[14]

表6 內河船舶NOx排放限值（2015）

三、內河船舶法規(guī)存在的問題

1. 標準出臺時間較晚

（1）燃油含硫量標準。

汽車使用柴油首次對硫含量提出限值標準（輕柴油GB/T 252-1964）于1964年即已實施，但我國內河船舶首次對使用燃油提出含硫量限值標準（船用燃料油GB/T 17411-1998）則于1998年12月1日才開始實施，比汽車用柴油標準出臺晚了將近34年。

（2）排氣污染物限值標準。

我國第一部汽車（壓燃式）排氣污染物NOx排放限值規(guī)定標準（車用壓燃式發(fā)動機排氣污染物排放限值及測量方法（GB17691-2001））于2001年4月16日實施，我國內河船舶首次對船舶（三峽庫區(qū)）排氣污染物NOx提出限值標準（《內河船舶法定檢驗技術規(guī)則》2008年修改通報）則是在2008年3月1日實施，比汽車NOx實施排放限值標準晚了將近7年，比汽車首次提出排氣污染物限值晚了將近24年，而我國船舶檢驗規(guī)則（《內河船舶法定檢驗技術規(guī)則》2011，海法規(guī)[2011]391號）首次對所有航行于我國內河的船舶作出排氣污染物規(guī)定于2011年9月1日實施，比汽車首次提出排氣污染物限值晚了27年。

2. 指標少（排氣污染物）

我國現(xiàn)行汽車（壓燃式）排氣污染物標準（車用壓燃式、氣體燃料點燃式發(fā)動機與汽車排氣污染物排放限值及測量方法（中國III、IV、V階段）（GB17691-2005））已經(jīng)對排氣污染物CO、HC、NOx、PM、煙度分別作出了限值規(guī)定，但目前我國的船舶排氣污染物排放標準《內河船舶法定檢驗技術規(guī)則》（2015年修改通報，海政法[2014]529號）只對NOx排放作出了限值規(guī)定。

3. 標準低

（1）燃油標準（含硫量）。

目前現(xiàn)行的汽車用柴油標準（車用柴油（IV）GB19147-2013）含硫量限值為50 ppm，雖然我國最新的船舶檢驗規(guī)范《內河船舶法定檢驗技術規(guī)則》（2015年修改通報，海政法[2014]529號）對船舶使用燃油含硫量標準提高到了35 000 ppm，但依然是車用燃油含硫量標準的700倍，如表7所示。

表7 內河船舶與汽車燃油含硫量限值比較ppm

（2）排氣污染物限值標準。

我國現(xiàn)行的汽車（壓燃式）排氣污染物排放標準（車用壓燃式、氣體燃料點燃式發(fā)動機與汽車排氣污染物排放限值及測量方法（中國III、IV、V階段）（GB17691-2005））NOx限值為2.0 g/kWh，而我國船舶檢驗法規(guī)《內河船舶法定檢驗技術規(guī)則》（2015年修改通報）目前對船舶排氣污染物NOx排放限值為7.7 g/kWh≤NOx≤14.4 g/kWh，如只考慮排氣污染物限值規(guī)定，而不考慮貨運量等其他因素，船舶對排氣污染物的排放限值是汽車的3.85～7.2倍，如表8所示。

表8 內河船舶與汽車排氣污染物限值 g/kWh

四、船舶燃料及排氣污染物排放法規(guī)趨勢

1. 船用燃料向清潔化發(fā)展

（1）低硫油。

隨著我國對環(huán)保重視程度不斷增強，船舶發(fā)動機排氣污染物受到廣泛關注，我國船舶燃油含硫量較國際上其他國家內河船舶燃油標準具有較大的差距，發(fā)展船舶使用低硫油已刻不容緩。同時，我國目前已有部分港口城市制定了使用低硫油的激勵政策，如深圳港，如船舶停港作業(yè)期間使用含硫量在5 000 ppm至1 000 ppm之間的低硫燃料，則補貼與殘渣油差價的75%；如船舶按照排放控制區(qū)的用油規(guī)定，即使用含硫量在1 000 ppm以下的低硫燃油，則補貼全部差價。

（2）清潔能源。

隨著LNG、太陽能、風能、燃料電池等清潔能源技術在船舶上的應用日益成熟，特別是LNG在內河船舶上試點應用不斷取得成功，水運行業(yè)不斷向綠色發(fā)展。2013年交通運輸部出臺了《交通運輸部關于推進水運行業(yè)應用液化天然氣的指導意見》，提出了到2020年內河船舶能源消耗LNG占比達到10%的目標。另外，國家相繼出臺了一系列促進水運行業(yè)應用LNG的鼓勵政策，如《船型標準化資金管理辦法》對新建LNG動力船舶給予資金補貼，以促進LNG清潔能源在內河船舶上的應用。[15]

2. 污染物排放法規(guī)越來越嚴格

（1）提高船舶污染物排放限值要求。

提高船舶污染物排放限值要求，是減少船舶氣態(tài)污染物排放量的主要方法之一，也是控制船舶排放污染物對大氣造成影響最直接的手段。通過提高限值要求，不但能夠改善大氣環(huán)境，更能推進我國船舶技術的不斷進步，特別是發(fā)動機排放控制技術的提高，對縮小我國船用發(fā)動機與國外先進技術水平差距將有著不可替代的推動作用。[16-17]

（2）增加排放物控制種類。

船舶發(fā)動機排放不同的污染物對大氣環(huán)境造成不同的影響，如HC的排放雖然不會對空氣造成污染，但是其溫室效應是CO2的24倍；PM會對人的呼吸系統(tǒng)造成嚴重的影響，而且由于柴油機排放的顆粒物直徑較小，很容易穿破肺泡，導致有機體產(chǎn)生致癌物；同時各種排放物之間在大氣環(huán)境中遇到合適的環(huán)境條件還會發(fā)生反應產(chǎn)生有毒的物質，對人的身體健康造成較大的影響。因此增加控制船舶發(fā)動機排放物的類型在降低大氣污染的同時，也會對人類的身體健康產(chǎn)生極大的保護作用，是實現(xiàn)與國際船舶法規(guī)接軌的重要措施，也是實現(xiàn)我國綠色交通發(fā)展的必要手段，是未來船舶規(guī)范發(fā)展的必然趨勢。

[1]鄒萍,潘飛.就燃油標準談油品對排放的影響[J].重型卡車, 2013(3):42-43.

[2]柴勤芳,牛玲.淺淡船舶柴油機排放污染及控制對策[J].沈陽航空工業(yè)學院學報,2002(4):64-67.

[3]帥石金,唐韜,趙彥光,等.柴油車排放法規(guī)及后處理技術的現(xiàn)狀及展望[J].汽車安全與節(jié)能學報,2012(3):200-217.

[4]龔慧明.中國汽柴油標準現(xiàn)狀及改善油品質量面臨的挑戰(zhàn)[J].國際石油經(jīng)濟,2013(5):52-57.

[5]中華人民共和國國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局,中國國家標準化管理委員會.GB 19147-2009車用柴油(III)[M].北京:中國標準出版社,2009.

[6]中華人民共和國國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局,中國國家標準化管理委員會.GB 19147-2013車用柴油(IV)[M].北京:中國標準出版社,2013.

[7]中華人民共和國國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局,中國國家標準化管理委員會.GB 19147-2013車用柴油(V)[M].北京:中國標準出版社,2013.

[8]中華人民共和國國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局,中國國家標準化管理委員會.GB 17411-1998船用燃料油[M].北京:中國標準出版社,1998.

[9]中華人民共和國國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局,中國國家標準化管理委員會.GB 17411-2012船用燃料油[M].北京:中國標準出版社,2012.

[10]國家環(huán)境保護總局,國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局. GB17691-2001車用壓燃式發(fā)動機排氣污染物排放限值及測量方法[M].北京:中國環(huán)境科學出版社,2001.

[11]國家環(huán)境保護總局,國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局.GB 17691-2005車用壓燃式、氣體燃料點燃式發(fā)動機與汽車排氣污染物排放限值及測量方法(中國III、IV、V階段)[M].北京:中國環(huán)境科學出版社,2005.

[12]中華人民共和國海事局.內河船舶法定檢驗技術規(guī)則2008年修改通報[M].北京:人民交通出版社,2008.

[13]中華人民共和國海事局.內河船舶法定檢驗技術規(guī)則2011 [M].北京:人民交通出版社,2011.

[14]中華人民共和國海事局.內河船舶法定檢驗技術規(guī)則2015年修改通報[M].北京:人民交通出版社,2015.

[15]杜秉州.淺談船舶廢氣排放的控制[M].2010年船舶防污染學術年會論文集,2010:468-471.

[16]侯仲淼,鄭金花.排放法規(guī)和船舶燃料的發(fā)展及其對船用發(fā)動機油的影響[J].石油商技,2012(3):14-19.

[17]莊重.基于IMO附則VI的船舶柴油機NOx排放研究[D].上海:上海海事大學,2006.

10.16176/j.cnki.21-1284.2015.11.012

*支撐項目：工業(yè)和信息化部高技術船舶科研項目（編號：工信部聯(lián)裝[2012]540號）