中國(guó)水路運(yùn)輸業(yè)能源消耗與廢氣排放測(cè)算

邢 輝,段樹(shù)林,黃連忠,劉勤安

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中國(guó)水路運(yùn)輸業(yè)能源消耗與廢氣排放測(cè)算

邢 輝,段樹(shù)林*,黃連忠,劉勤安

(大連海事大學(xué)輪機(jī)工程學(xué)院,遼寧 大連 116026)

采用基于運(yùn)輸周轉(zhuǎn)量的自下而上方法建立了中國(guó)水路運(yùn)輸業(yè)能源消耗和廢氣排放測(cè)算模型.根據(jù)GDP增長(zhǎng)預(yù)測(cè)得到未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)中國(guó)內(nèi)河、沿海和遠(yuǎn)洋貨運(yùn)周轉(zhuǎn)量,結(jié)合IMO(International Maritime Organization)溫室氣體研究采用的廢氣排放因子,測(cè)算得到2001~2030年中國(guó)水路運(yùn)輸業(yè)的能源消耗和廢氣排放.研究結(jié)果表明:2001年,中國(guó)水路運(yùn)輸業(yè)燃油消耗量及NO、CO、NMVOC(非甲烷揮發(fā)性有機(jī)物)、CO2、SO2和PM排放量分別為790.9,63.6,5.9,1.9,2483.2,37.2,4.6萬(wàn)t,到2030年,將分別為5951.8,405.1,16.5,18.3,18743.2,15.5,6.1萬(wàn)t;2001~2030年,中國(guó)水路運(yùn)輸業(yè)燃油消耗及CO2和NO排放呈逐年增長(zhǎng)趨勢(shì),年均增長(zhǎng)率分別為7.2%、7.2%和6.6%;受?chē)?guó)際公約的限制,與硫含量密切相關(guān)的SO2和PM排放量自2020年之后顯著下降;2001年,中國(guó)水路運(yùn)輸業(yè)CO2排放量占世界航運(yùn)排放量的比重在3.2%左右,此后呈逐漸上升趨勢(shì),到2020和2030年,將分別增長(zhǎng)至11.5%和15.3%.

水路運(yùn)輸；能源消耗；廢氣排放；運(yùn)輸周轉(zhuǎn)量；中國(guó)

水路運(yùn)輸業(yè)作為化石燃料消費(fèi)的重點(diǎn)行業(yè),是全球溫室氣體和大氣污染物排放的重要來(lái)源之一[1].根據(jù)IMO 2014年第3次溫室氣體研究報(bào)告[2],2007~2012年,世界航運(yùn)(含國(guó)際、國(guó)內(nèi)航行船舶和漁業(yè)船舶,不含軍事用途船舶)年均燃油消耗量為3.25億t,年均CO2、NO和SO排放量約占當(dāng)年全球CO2和人為源NO、SO排放總量的3.1%、15%和13%. 近年來(lái),中國(guó)水路運(yùn)輸業(yè)持續(xù)快速增長(zhǎng).根據(jù)交通運(yùn)輸行業(yè)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)[3],截止2014年末,全國(guó)擁有水上運(yùn)輸船舶17.20×104艘;1998~2014年,中國(guó)水路貨運(yùn)量年均增長(zhǎng)11.2%,貨運(yùn)周轉(zhuǎn)量年均增長(zhǎng)10.3%.但目前中國(guó)水路運(yùn)輸業(yè)的能源消耗和廢氣排放的現(xiàn)狀計(jì)算及趨勢(shì)預(yù)測(cè)均缺少充分的研究.針對(duì)能源消耗的研究主要著眼于交通運(yùn)輸行業(yè)[4-9],而對(duì)于具體的水路運(yùn)輸業(yè)尤其是中國(guó)內(nèi)河、沿海和遠(yuǎn)洋運(yùn)輸?shù)哪茉聪娜鄙僭敿?xì)的研究;對(duì)于廢氣排放的研究主要針對(duì)國(guó)際海運(yùn)船隊(duì)CO2排放[10-11]和區(qū)域性船舶廢氣排放[12-17],而對(duì)于水路運(yùn)輸業(yè)相關(guān)大氣污染物排放、中國(guó)境內(nèi)船舶廢氣排放以及中國(guó)內(nèi)河和沿海運(yùn)輸船隊(duì)的排放測(cè)算也缺少系統(tǒng)的研究.針對(duì)中國(guó)水路運(yùn)輸業(yè)能源消耗和廢氣排放進(jìn)行準(zhǔn)確的計(jì)算和趨勢(shì)預(yù)測(cè),對(duì)于交通運(yùn)輸行業(yè)通過(guò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化、技術(shù)進(jìn)步和強(qiáng)化管理等相關(guān)措施實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排具有重要的指導(dǎo)意義.本文根據(jù)IPCC(政府間氣候變化專(zhuān)門(mén)委員會(huì))溫室氣體排放量估算方法,針對(duì)基于燃油消耗的自上而下方法和基于做功的自下而上方法均存在基礎(chǔ)數(shù)據(jù)缺乏的問(wèn)題,提出采用基于運(yùn)輸周轉(zhuǎn)量的自下而上方法測(cè)算2001~2014年中國(guó)水路運(yùn)輸業(yè)的能源消耗和廢氣排放;通過(guò)建立中國(guó)內(nèi)河、沿海及遠(yuǎn)洋貨運(yùn)周轉(zhuǎn)量與GDP的回歸關(guān)系,預(yù)測(cè)得到2015~2030年中國(guó)水路運(yùn)輸業(yè)的能源消耗和廢氣排放.相關(guān)計(jì)算方法和結(jié)果可為中國(guó)交通運(yùn)輸行業(yè)節(jié)能減排政策措施的制定提供參考.

1 研究方法

1.1 計(jì)算模型

參照IPCC溫室氣體排放量估算方法[18],船舶廢氣排放量計(jì)算公式可表達(dá)為

式中:為排放量,t;FC為燃油消耗量,t;EF為廢氣排放因子,kg/t燃料;為燃油類(lèi)型編號(hào);為廢氣成分編號(hào).

1.2 模型參數(shù)

1.2.1 燃油消耗量(FC) 對(duì)于式(1)中的燃油消耗量,一般采用自上而下或自下而上兩種方法進(jìn)行測(cè)算[19-20].自上而下方法是根據(jù)船用燃油供應(yīng)商的銷(xiāo)售數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)得到燃油消耗量,其準(zhǔn)確性取決于是否能準(zhǔn)確收集到一年當(dāng)中中國(guó)水路運(yùn)輸業(yè)消耗的各類(lèi)型燃油量,考慮的因素較少,計(jì)算模型簡(jiǎn)單.但中國(guó)目前還沒(méi)有一套完整的各類(lèi)型水路運(yùn)輸船隊(duì)燃油消耗量監(jiān)測(cè)系統(tǒng),船舶燃油消耗量的統(tǒng)計(jì)還存在諸多困難;另外,國(guó)外學(xué)者的研究表明自上而下方法的測(cè)算結(jié)果存在較大誤差[2,21-24],因此國(guó)家或地區(qū)性船舶廢氣排放測(cè)算均摒棄了該方法.

基于做功的自下而上方法是根據(jù)各艘船舶的活動(dòng)強(qiáng)度來(lái)推算船舶實(shí)際燃油消耗量,該方法考慮了燃料類(lèi)型、船舶或發(fā)動(dòng)機(jī)類(lèi)型以及具體的船舶活動(dòng)過(guò)程[2,18,20],其燃油消耗量計(jì)算公式可表達(dá)為

(2)

式中:FC為燃油消耗量,t;為標(biāo)定功率,kW;LF為負(fù)荷因子;為運(yùn)行時(shí)間,h;SFC為燃油消耗率,g/(kW·h);為船舶編號(hào);為設(shè)備編號(hào),包括主機(jī)、副機(jī)和燃油輔鍋爐;為運(yùn)行工況編號(hào).

基于做功的自下而上方法能比較準(zhǔn)確的測(cè)算出船舶燃油消耗量,是目前全球性、區(qū)域性或地區(qū)性船舶廢氣排放測(cè)算過(guò)程中普遍使用的方法[25-30].但該方法對(duì)船舶標(biāo)定功率、發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷因子、工作時(shí)間、運(yùn)行工況和燃油消耗率等參數(shù)做了諸多假設(shè)和簡(jiǎn)化,且忽略了航運(yùn)市場(chǎng)景氣狀況對(duì)船舶活動(dòng)的影響,實(shí)際的測(cè)算結(jié)果也會(huì)存在一定的誤差[10].中國(guó)目前還缺少具體船舶活動(dòng)過(guò)程的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù),另外也存在國(guó)外模型參數(shù)對(duì)中國(guó)船隊(duì)尤其是內(nèi)河及沿海船隊(duì)的適用性問(wèn)題,因此,尋找簡(jiǎn)單、實(shí)用的方法用于中國(guó)現(xiàn)階段水路運(yùn)輸業(yè)燃油消耗量測(cè)算變得尤為迫切.

通過(guò)公開(kāi)出版的統(tǒng)計(jì)資料的對(duì)比分析,本文采用基于運(yùn)輸周轉(zhuǎn)量的自下而上方法對(duì)中國(guó)水路運(yùn)輸業(yè)燃油消耗量進(jìn)行測(cè)算.

式中:FC為燃油消耗量,t;TT為運(yùn)輸周轉(zhuǎn)量,億t·km或億人·km;SEC為單位運(yùn)輸周轉(zhuǎn)量能耗(本文中均指油耗),g/(t·km)或g/(人·km);為水路運(yùn)輸類(lèi)型,指內(nèi)河貨運(yùn)、沿海貨運(yùn)、遠(yuǎn)洋貨運(yùn)和水路客運(yùn).

1.2.2 運(yùn)輸周轉(zhuǎn)量(TT) 表1為根據(jù)交通運(yùn)輸行業(yè)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)[3]得到的2001~2014年各年份水路運(yùn)輸周轉(zhuǎn)量.貨運(yùn)周轉(zhuǎn)量與經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度密切相關(guān),可用貨運(yùn)周轉(zhuǎn)量與GDP的回歸關(guān)系來(lái)預(yù)測(cè)未來(lái)貨運(yùn)周轉(zhuǎn)量[4].基于2001~2014年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),貨運(yùn)周轉(zhuǎn)量與GDP的回歸公式為

TT內(nèi)河=0.039×GDP-3838.7 (4)

2=0.905;=113.697;Sig.=0.000

TT沿海=0.075×GDP-4056.8 (5)

2=0.977;=518.315;Sig.=0.000

TT遠(yuǎn)洋=0.120×GDP+12730.7 (6)

2=0.767;=39.605;Sig.=0.000

式(4)~式(6)中:TT為各年份貨運(yùn)周轉(zhuǎn)量,億t·km; GDP為各年份國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值(按2000年可比價(jià)計(jì)算),億元.

模型決定系數(shù)2越接近1說(shuō)明回歸的越好,各模型檢驗(yàn)的Sig值均小于0.01,說(shuō)明回歸模型具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義;模型系數(shù)的t檢驗(yàn)值列于公式系數(shù)和常數(shù)項(xiàng)下面的括號(hào)內(nèi),各回歸公式系數(shù)和常數(shù)項(xiàng)均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義.內(nèi)河、沿海貨運(yùn)周轉(zhuǎn)量與中國(guó)GDP之間表現(xiàn)出了明顯的相關(guān)性.遠(yuǎn)洋貨運(yùn)周轉(zhuǎn)量除受中國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的影響外,還受到全球經(jīng)濟(jì)、貿(mào)易及航運(yùn)形勢(shì)的影響,2008年出現(xiàn)了明顯的波動(dòng),但總體發(fā)展形勢(shì)仍與中國(guó)GDP增長(zhǎng)之間表現(xiàn)出了一致性.劉建翠[4]和周玲玲等[11]的研究均表明,截止2030年,中國(guó)水路運(yùn)輸業(yè)仍會(huì)保持快速增長(zhǎng),因此,本文建立的線(xiàn)性回歸模型對(duì)于現(xiàn)階段中國(guó)水路運(yùn)輸業(yè)的發(fā)展還是具有適用性的.

2001~2014年,客運(yùn)周轉(zhuǎn)量在59.18~89.90億人·km區(qū)間內(nèi)波動(dòng),其均值為

TT客運(yùn)=72.55±7.88 (7)

式中:TT客運(yùn)為各年份客運(yùn)周轉(zhuǎn)量,億人·km.

水路客運(yùn)周轉(zhuǎn)量可取換算系數(shù)為1/2將其轉(zhuǎn)換為貨運(yùn)周轉(zhuǎn)量進(jìn)行計(jì)算[4],換算后,水路客運(yùn)周轉(zhuǎn)量相對(duì)于總的貨運(yùn)周轉(zhuǎn)量數(shù)值極小.因此,本文計(jì)算中忽略水路客運(yùn)對(duì)中國(guó)水路運(yùn)輸業(yè)燃油消耗和廢氣排放的貢獻(xiàn).考慮中國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展目標(biāo)以及正在進(jìn)行的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)方式的轉(zhuǎn)變,將中國(guó)“十三五”~“十五五”期間的GDP年度增長(zhǎng)率(記為AGR)設(shè)定為6.5%、6.0%和5.5%.根據(jù)式(4)~式(6),預(yù)測(cè)得到2015、2020、2025和2030年內(nèi)河、沿海及遠(yuǎn)洋貨運(yùn)周轉(zhuǎn)量也列于表1中.劉建翠[4]根據(jù)目前中國(guó)的交通運(yùn)輸結(jié)構(gòu)、交通運(yùn)輸規(guī)劃以及未來(lái)發(fā)展趨勢(shì),把基于GDP增長(zhǎng)預(yù)測(cè)得到的交通運(yùn)輸業(yè)貨運(yùn)周轉(zhuǎn)量預(yù)測(cè)值分解到各種運(yùn)輸方式中,測(cè)算得到2020和2030年中國(guó)水路貨運(yùn)周轉(zhuǎn)量為117408~127462億t·km和194542~ 204244億t·km.而本文測(cè)算得到的2020和2030年中國(guó)水路貨運(yùn)周轉(zhuǎn)量分別為131955.10和227168.61億t·km,比劉建翠[4]預(yù)測(cè)值的中值分別高出7.8%和13.9%.因此,本文的測(cè)算模型和測(cè)算結(jié)果具有合理性.

表1 2001~2030年中國(guó)水路運(yùn)輸周轉(zhuǎn)量Table 1 Water-borne transportation turnovers in China from 2001 to 2030

1.2.3 單位運(yùn)輸周轉(zhuǎn)量能耗(SEC) 中國(guó)營(yíng)運(yùn)船舶單位運(yùn)輸周轉(zhuǎn)量能耗數(shù)據(jù)比較缺乏,根據(jù)文獻(xiàn)[31],2005年內(nèi)河船舶單位運(yùn)輸周轉(zhuǎn)量能耗為9.38g/(t·km);另根據(jù)交通運(yùn)輸行業(yè)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)[3],2011~2014年監(jiān)測(cè)的沿海及遠(yuǎn)洋貨運(yùn)船舶單位運(yùn)輸周轉(zhuǎn)量能耗平均值為2.30g/(t·km),計(jì)算中設(shè)定此值為2013年能耗水平.另外,根據(jù)交通運(yùn)輸部《公路水路交通節(jié)能中長(zhǎng)期規(guī)劃綱要》確定的節(jié)能目標(biāo)[1],2015年與2005年相比,營(yíng)運(yùn)船舶單位運(yùn)輸周轉(zhuǎn)量能耗要下降15%左右;2020年與2005年相比,營(yíng)運(yùn)船舶單位運(yùn)輸周轉(zhuǎn)量能耗要下降20%左右.因此,設(shè)定2001~2015年單位運(yùn)輸周轉(zhuǎn)量能耗每年降低1.6%;2016~2020年單位運(yùn)輸周轉(zhuǎn)量能耗每年降低1.2%.船舶能效達(dá)到一定水平之后,再進(jìn)行有效提高將越來(lái)越困難.因此,設(shè)定2021~2030年單位運(yùn)輸周轉(zhuǎn)量能耗每年降低1.0%.通過(guò)對(duì)單位運(yùn)輸周轉(zhuǎn)量能耗下降的合理設(shè)定,將能有效考慮到行業(yè)技術(shù)進(jìn)步和國(guó)際、國(guó)內(nèi)相關(guān)法規(guī)對(duì)船舶能效水平逐漸提高的影響,測(cè)算結(jié)果也能盡可能真實(shí)反映中國(guó)水路運(yùn)輸業(yè)燃油消耗和廢氣排放情況.

表2 廢氣排放因子(kg/t燃料)Table 2 Exhaust emission factors (kg/t fuel)

注:SSD-低速柴油機(jī);MSD-中速柴油機(jī);HFO-船用燃料油;MDO-船用輕柴油;①-分別適用于IMO NOTier I/II柴油機(jī).

1.2.4 廢氣排放因子(EF) 廢氣排放因子受到發(fā)動(dòng)機(jī)類(lèi)型、生產(chǎn)年份、使用年限、燃油類(lèi)型等因素的影響.IMO分別于2000、2009和2014年開(kāi)展了3次海運(yùn)溫室氣體排放研究,其中第2次和第3次溫室氣體研究報(bào)告均采用了自上而下和自下而上兩種方法進(jìn)行了對(duì)比測(cè)算[2,20].表2為2次報(bào)告采用的廢氣排放因子,取值略有不同.考慮技術(shù)進(jìn)步及MARPOL公約(國(guó)際防止船舶污染公約)附則VI的實(shí)施,本研究將表2中廢氣排放因子用于中國(guó)水路運(yùn)輸業(yè)廢氣排放量測(cè)算時(shí)作如下處理:內(nèi)河貨運(yùn)船舶均采用中速柴油機(jī),燃用MDO;沿海及遠(yuǎn)洋貨運(yùn)船舶均采用低速柴油機(jī),燃用HFO;為和IMO的兩次研究報(bào)告進(jìn)行對(duì)比, 2001~2007年排放因子采用文獻(xiàn)[20]的數(shù)據(jù); 2008~2019年,排放因子采用文獻(xiàn)[2]的數(shù)據(jù),其中NO排放因子采用Tier I數(shù)據(jù);2020~2030年,排放因子采用文獻(xiàn)[2]的數(shù)據(jù),其中NO排放因子采用Tier II數(shù)據(jù),SO2和PM排放因子采用MDO數(shù)據(jù).在不能明確獲知具體船舶發(fā)動(dòng)機(jī)信息的條件下,本研究計(jì)算時(shí)作了一定的簡(jiǎn)化和假設(shè):沒(méi)有詳細(xì)區(qū)分船舶主機(jī)、副機(jī)的類(lèi)型;忽略了發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)年份的影響;燃油品質(zhì)的影響也做了簡(jiǎn)化,采用恒定的燃油類(lèi)型;忽略發(fā)動(dòng)機(jī)使用年限對(duì)排放因子的影響;不考慮發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行工況的影響等.

1.3 測(cè)算范圍和數(shù)據(jù)來(lái)源

本研究將中國(guó)水路運(yùn)輸業(yè)廢氣排放限定為水路貨運(yùn)排放,忽略水路客運(yùn)排放,并將水路貨運(yùn)分為內(nèi)河貨運(yùn)、沿海貨運(yùn)和遠(yuǎn)洋貨運(yùn).參照IMO研究報(bào)告[20],排放包括溫室氣體CO2和大氣污染物NO、CO、NMVOC、SO2和PM,但忽略溫室氣體CH4、N2O.本研究中2000~2014年GDP及AGR數(shù)據(jù)來(lái)源于《中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒》[32];2001~2014年運(yùn)輸周轉(zhuǎn)量數(shù)據(jù)來(lái)源于交通運(yùn)輸部發(fā)布的《交通運(yùn)輸行業(yè)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)》[3];廢氣排放因子參考IMO第2次溫室氣體研究報(bào)告[20]和第3次溫室氣體排放研究報(bào)告[2].

2 結(jié)果與討論

2.1 中國(guó)水路運(yùn)輸業(yè)燃油消耗量

表3為中國(guó)水路運(yùn)輸業(yè)燃油消耗量.目前對(duì)中國(guó)水路運(yùn)輸業(yè)燃油消耗量的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和測(cè)算研究均較少,周玲玲[11]預(yù)測(cè)中國(guó)未來(lái)國(guó)際海運(yùn)(注:各參考文獻(xiàn)中"國(guó)際海運(yùn)"含義等同于本文中"遠(yuǎn)洋貨運(yùn)")排放量時(shí)選定2010年作為計(jì)算基準(zhǔn)年,用于測(cè)算的2010年中國(guó)國(guó)際海運(yùn)燃油消耗量數(shù)據(jù)為1009.32萬(wàn)t.本文測(cè)算得到的2010年中國(guó)遠(yuǎn)洋貨運(yùn)燃油消耗量為1111.8萬(wàn)t,比周玲玲等[11]的數(shù)據(jù)高出10.2%,說(shuō)明本文所建立的測(cè)算模型具有合理性.

燃油消耗量總體呈不斷上升趨勢(shì),2001~ 2030年年均增長(zhǎng)率為7.2%,其中,內(nèi)河貨運(yùn)、沿海貨運(yùn)和遠(yuǎn)洋貨運(yùn)燃油消耗量年均增長(zhǎng)率分別為10.5%、9.1%和5.1%.中國(guó)水路運(yùn)輸業(yè)燃油消耗量占世界航運(yùn)燃油消耗量的比重也呈增長(zhǎng)態(tài)勢(shì):2001年,中國(guó)水路運(yùn)輸業(yè)燃油消耗量為790.9萬(wàn)t,約占世界航運(yùn)燃油消耗量的3.2%;2012年,中國(guó)水路運(yùn)輸業(yè)燃油消耗量為2373.4萬(wàn)t,約占世界航運(yùn)燃油消耗量的7.9%.國(guó)家大力發(fā)展內(nèi)河航運(yùn)的戰(zhàn)略部署能夠通過(guò)內(nèi)河船隊(duì)燃油消耗量的增長(zhǎng)得以體現(xiàn),其中2013年中國(guó)內(nèi)河貨運(yùn)出現(xiàn)跳躍式發(fā)展.

表3 2001~2030年中國(guó)水路運(yùn)輸業(yè)燃油消耗量(萬(wàn)t)Table 3 Fuel consumptions of water-borne transportation in China from 2001 to 2030 (104t)

考慮GDP增長(zhǎng)的不確定性,設(shè)定2016~2030年AGR有±0.5%的浮動(dòng)區(qū)間,測(cè)算得到2020、2025和2030年中國(guó)水路運(yùn)輸業(yè)燃油消耗量分別為3628.3~3807.8,4540.7~4998.8,5537.7~6394.2萬(wàn)t,相應(yīng)的將導(dǎo)致燃油消耗量年均增長(zhǎng)率有±0.3%的浮動(dòng).2001~2030年中國(guó)會(huì)一直處于中高速發(fā)展階段,作為一種最節(jié)能的運(yùn)輸方式,水路運(yùn)輸在經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展中必然發(fā)揮著舉足輕重的作用,中國(guó)水路運(yùn)輸業(yè)能耗總量也將隨之呈逐年增長(zhǎng)趨勢(shì).因此,整個(gè)行業(yè)仍需要不斷通過(guò)加強(qiáng)技術(shù)革新、優(yōu)化船隊(duì)結(jié)構(gòu)和運(yùn)力分配、精細(xì)化船隊(duì)管理等措施促進(jìn)中國(guó)水路運(yùn)輸業(yè)節(jié)能降耗.

2.2 中國(guó)水路運(yùn)輸業(yè)廢氣排放量

表4為中國(guó)水路運(yùn)輸業(yè)CO2排放量.周玲玲等[11]測(cè)算得到2010年中國(guó)國(guó)際海運(yùn)CO2排放量為3159.2萬(wàn)t;顧偉紅[10]采用2種模型測(cè)算得到2010年中國(guó)國(guó)際海運(yùn)CO2排放量為3771和3569萬(wàn)t;而本文測(cè)算得到2010年中國(guó)遠(yuǎn)洋貨運(yùn)CO2排放量為3462.1萬(wàn)t,介于周玲玲等[11]和顧偉紅等[10]的測(cè)算結(jié)果之間.

針對(duì)2020和2030年中國(guó)遠(yuǎn)洋貨運(yùn)CO2排放量的測(cè)算值要高于周玲玲等[11]的預(yù)測(cè)值,可能是由于周玲玲等[11]選定的計(jì)算基準(zhǔn)年的平均單船裝機(jī)功率偏低、而能效進(jìn)步的設(shè)定又過(guò)于樂(lè)觀所致.目前中國(guó)水路運(yùn)輸業(yè)廢氣排放現(xiàn)狀及趨勢(shì)預(yù)測(cè)方面的研究較少,測(cè)算結(jié)果難以進(jìn)行系統(tǒng)的比較,但和相關(guān)文獻(xiàn)研究結(jié)論的對(duì)比發(fā)現(xiàn),本文測(cè)算結(jié)果一定程度上還是可靠的.

通過(guò)與IMO第2次和第3次溫室氣體排放研究報(bào)告的對(duì)比發(fā)現(xiàn),2001~2012年,中國(guó)水路運(yùn)輸業(yè)CO2排放量占世界航運(yùn)排放量的比重由3.2%逐漸增長(zhǎng)至7.8%;其中遠(yuǎn)洋運(yùn)輸CO2排放量占比由2.2%增長(zhǎng)至4.1%.根據(jù)IMO第3次溫室氣體研究報(bào)告,考慮不同的全球經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)、船隊(duì)發(fā)展和運(yùn)輸需求情景,相比于2012年,不同預(yù)測(cè)情景下測(cè)算得到2020和2030年世界航運(yùn)CO2排放量平均增長(zhǎng)率為7%和29%.據(jù)此推算,到2020和2030年,中國(guó)水路運(yùn)輸業(yè)CO2排放量占世界航運(yùn)排放量的比重將分別增長(zhǎng)至11.5%和15.3%;其中遠(yuǎn)洋運(yùn)輸CO2排放量占世界航運(yùn)排放量比重分別為5.0%和6.1%.因此,到2020和2030年,根據(jù)IMO市場(chǎng)減排機(jī)制對(duì)國(guó)際航行船舶的“非歧視性原則”,未來(lái)中國(guó)遠(yuǎn)洋貨運(yùn)將承擔(dān)巨大的節(jié)能減排壓力.另外,中國(guó)內(nèi)河和沿海貨運(yùn)增長(zhǎng)速度更快,船舶對(duì)中國(guó)境內(nèi)大氣環(huán)境污染的壓力將進(jìn)一步增大.因此,為了實(shí)現(xiàn)中國(guó)的減排承諾,水路運(yùn)輸業(yè)任重道遠(yuǎn).

表5為中國(guó)水路運(yùn)輸業(yè)大氣污染物排放量.由表4、表5可知,21世紀(jì)初的30年間(2001~2030年),中國(guó)水路運(yùn)輸業(yè)NO、CO、NMVOC、CO2、SO2和PM排放量分別為6769.3,296.8,278.8, 290879.8,1610.3,262.7萬(wàn)t.2001年,中國(guó)水路運(yùn)輸業(yè)NO、CO、NMVOC、CO2、SO2和PM排放量占世界航運(yùn)排放量的比重在3.2%~3.4%之間,此后呈逐漸上升趨勢(shì),到2012年,各廢氣排放量占比在7.0%~10.0%之間.2030年之前中國(guó)經(jīng)濟(jì)將持續(xù)保持中高速增長(zhǎng),水路運(yùn)輸業(yè)也將持續(xù)快速增長(zhǎng),且其增長(zhǎng)速度將遠(yuǎn)高于世界同期平均水平.因此,截止2030年,中國(guó)水路運(yùn)輸業(yè)廢氣排放量占世界航運(yùn)廢氣排放量的比重將進(jìn)一步升高.

對(duì)2001~2030年中國(guó)水路運(yùn)輸業(yè)不同運(yùn)輸類(lèi)型廢氣排放量發(fā)展趨勢(shì)的測(cè)算表明:水路運(yùn)輸業(yè)NO排放量呈逐年增加趨勢(shì),年均增長(zhǎng)率為6.6%;其中內(nèi)河貨運(yùn)、沿海貨運(yùn)及遠(yuǎn)洋貨運(yùn)NO排放量年均增長(zhǎng)率分別為10.2%、8.7%和4.8%.水路運(yùn)輸業(yè)CO2排放量呈逐年增加趨勢(shì),年均增長(zhǎng)率為7.2%;其中內(nèi)河貨運(yùn)、沿海貨運(yùn)及遠(yuǎn)洋貨運(yùn)CO2排放量年均增長(zhǎng)率分別為10.5%、9.0%和5.1%.因IMO兩次研究報(bào)告對(duì)CO排放因子取值差異較大,導(dǎo)致2007年前后CO排放量出現(xiàn)較大波動(dòng).MARPOL公約對(duì)2020年1月1日之后船用燃油硫含量嚴(yán)格限制在0.5%以下,因此,與硫含量密切相關(guān)的SO2和PM排放量自2020年之后顯著下降.2020~2030年,中國(guó)水路運(yùn)輸業(yè)SO2和PM年均排放量分別為12.4,4.9萬(wàn)t.

表5 2001~2030年中國(guó)水路運(yùn)輸業(yè)廢氣排放量(萬(wàn)t)Table 5 Air pollutant emissions of water-borne transportation in China from 2001 to 2030 (104t)

3 結(jié)論

3.1 目前的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)使得現(xiàn)階段還難以應(yīng)用基于燃油消耗或基于做功的方法對(duì)中國(guó)水路運(yùn)輸業(yè)廢氣排放進(jìn)行測(cè)算,而基于運(yùn)輸周轉(zhuǎn)量的自下而上方法能夠有效利用現(xiàn)有統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù).中國(guó)內(nèi)河、沿海和遠(yuǎn)洋貨運(yùn)周轉(zhuǎn)量與中國(guó)GDP之間表現(xiàn)出了明顯相關(guān)性,通過(guò)對(duì)GDP增長(zhǎng)的假設(shè)可以預(yù)測(cè)得到未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)的水路運(yùn)輸周轉(zhuǎn)量,進(jìn)而開(kāi)展中國(guó)水路運(yùn)輸業(yè)能源消耗和廢氣排放預(yù)測(cè).相關(guān)測(cè)算方法和結(jié)果可為中國(guó)交通運(yùn)輸行業(yè)節(jié)能減排措施的制定提供參考.

3.2 2001年,中國(guó)水路運(yùn)輸業(yè)燃油消耗量為790.9萬(wàn)t,占世界航運(yùn)燃油消耗量的3.2%; 2012年,中國(guó)水路運(yùn)輸業(yè)燃油消耗量為2373.4萬(wàn)t,占世界航運(yùn)燃油消耗量的7.9%.2001~2030年,中國(guó)水路運(yùn)輸業(yè)燃油消耗量呈逐年增長(zhǎng)趨勢(shì),年均增長(zhǎng)率為7.2%;2030年,中國(guó)水路運(yùn)輸業(yè)燃油消耗量將達(dá)到5951.8萬(wàn)t.

3.3 2001年,中國(guó)水路運(yùn)輸業(yè)NO、CO、NMVOC、CO2、SO2和PM排放量分別為63.6,5.9, 1.9,2483.2,37.2,4.6萬(wàn)t;2030年,中國(guó)水路運(yùn)輸業(yè)NO、CO、NMVOC、CO2、SO2和PM排放量將分別為405.1,16.5,18.3,18743.2,15.5,6.1萬(wàn)t. 2001年,中國(guó)船隊(duì)NO、CO、NMVOC、CO2、SO2和PM排放量占世界航運(yùn)排放量的比重均在3.2%~3.4%左右,此后呈逐漸上升趨勢(shì),到2012年,各廢氣排放量占比在7.0%~10.0%之間.2001~ 2012年,中國(guó)水路運(yùn)輸業(yè)CO2排放量占世界航運(yùn)排放量的比重由3.2%逐漸增長(zhǎng)至7.8%;到2020年和2030年,中國(guó)水路運(yùn)輸業(yè)CO2排放量占世界航運(yùn)排放量的比重將分別增長(zhǎng)至11.5%和15.3%.

3.4 2001~2030年,中國(guó)水路運(yùn)輸NO排放量呈逐年增加趨勢(shì),年均增長(zhǎng)率為6.6%;其中內(nèi)河貨運(yùn)、沿海貨運(yùn)及遠(yuǎn)洋貨運(yùn)NO排放量年均增長(zhǎng)率分別為10.2%、8.7%和4.8%.水路運(yùn)輸業(yè)CO2排放量呈逐年增加趨勢(shì),年均增長(zhǎng)率為7.2%;其中內(nèi)河貨運(yùn)、沿海貨運(yùn)及遠(yuǎn)洋貨運(yùn)CO2排放量年均增長(zhǎng)率分別為10.5%、9.0%和5.1%.因MARPOL公約對(duì)國(guó)際船用燃油硫含量的限制,與硫含量密切相關(guān)的SO2和PM排放量自2020年之后顯著下降.

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*責(zé)任作者, 教授, oliverduan@163.com

Estimation of energy consumption and exhaust emissions for water-borne transportation sector in China

XING Hui, DUAN Shu-lin*, HUANG Lian-zhong, LIU Qin-an

(College of Marine Engineering, Dalian Maritime University, Dalian 116026, China)., 2016,36(6)：1913~1920

A bottom-up approach based on transport turnovers was employed to establish a model for calculation of energy consumption and exhaust emissions from water-borne transportation sector. Chinese inland, coastal and ocean transport turnovers were obtained based on the relationships of transport turnovers against GDP and the growth prediction of GDP in next years. Combined with emission factors employed by IMO, energy consumption and exhaust emissions of water-borne transportation in China from 2001 to 2030 were estimated. In 2001, fuel consumption and NO, CO, NMVOC, CO2, SO2and PM emissions from water-borne transportation sector in China were 7.909, 0.636, 0.059, 0.019, 24.832, 0.372 and 0.046 million tons respectively; in 2030, fuel consumption and NO, CO, NMVOC, CO2, SO2and PM emissions were 59.518, 4.051, 0.165, 0.183, 187.432, 0.155 and 0.061 million tons respectively; from 2001 to 2030, fuel consumption and CO2and NOemissions from water-borne transportation sector in China increased with an average annual growth rate of 7.2%, 7.2% and 6.6% respectively; Due to the restriction of international maritime conventions, SO2and PM emissions which are closely related to sulfur content in fuels reduced significantly since 2020; in 2001, CO2emissions from water-borne transportation sector in China contributed around 3.2% CO2emissions of world shipping, and thereafter gradually upward, in 2020 and 2030, the contribution would grow to 11.5% and 15.3% respectively.

water-borne transportation；energy consumption；exhaust emission；transport turnover；China

X51

A

1000-6923(2016)06-1913-08

邢 輝(1980-),男,湖北浠水人,副教授,大連海事大學(xué)博士研究生,主要從事船舶柴油機(jī)動(dòng)力裝置排放測(cè)試與評(píng)價(jià)方面的研究.發(fā)表論文30余篇.

2015-12-08

交通運(yùn)輸部科技計(jì)劃項(xiàng)目(2015328225150);中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專(zhuān)項(xiàng)資金資助項(xiàng)目(3132016018)