京津冀地區(qū)機(jī)動(dòng)車燃油質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)升級(jí)的環(huán)境經(jīng)濟(jì)分析

謝鵬飛,湯大剛,張世秋*(.北京大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,環(huán)境與經(jīng)濟(jì)研究所,北京 0087；.中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院,北京 000)

京津冀地區(qū)機(jī)動(dòng)車燃油質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)升級(jí)的環(huán)境經(jīng)濟(jì)分析

謝鵬飛1,湯大剛2,張世秋1*(1.北京大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,環(huán)境與經(jīng)濟(jì)研究所,北京 100871；2.中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院,北京 100012)

比較分析了中國(guó)燃油質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)與世界先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)的差距及技術(shù)可行性,并基于可得的中石化與中石油等企業(yè)的燃油升級(jí)成本相關(guān)信息,估算了京津冀地區(qū)機(jī)動(dòng)車燃油質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)升級(jí)的直接經(jīng)濟(jì)成本(不區(qū)分汽油與柴油)約為：國(guó) III升級(jí)至國(guó) IV,142～470元/t;國(guó) IV升級(jí)至國(guó)V,142～236元/t;國(guó)V升級(jí)至《世界燃油規(guī)范》第五類,不低于142～236元/t.使用美國(guó)環(huán)保署(EPA)的燃油質(zhì)量模型以及其他相關(guān)研究結(jié)果,通過選擇硫含量、芳烴、烯烴含量等關(guān)鍵參數(shù),本研究估算了不同燃油質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)下的單車排放因子及其變化.同時(shí),分別選擇2005、2008以及 2012年作為分析的基年,在當(dāng)年車隊(duì)組成結(jié)構(gòu)不變的前提下,對(duì)京津冀地區(qū)的燃油質(zhì)量提升進(jìn)行了回溯性的環(huán)境經(jīng)濟(jì)分析,估算了在不同的基年將燃油標(biāo)準(zhǔn)升級(jí)至世界最高標(biāo)準(zhǔn)所可能帶來(lái)的單年污染物減排量和累積污染物減排量.研究結(jié)果顯示：燃油質(zhì)量提升可以帶來(lái)單車排放因子的下降,從而降低整個(gè)京津冀地區(qū)機(jī)動(dòng)車的污染排放,且VOC和PM的減排效果更為顯著;在機(jī)動(dòng)車標(biāo)準(zhǔn)較低時(shí)-采用更高品質(zhì)的燃油可以以較小成本帶來(lái)更大的污染物減排;由于各地機(jī)動(dòng)車數(shù)量和結(jié)構(gòu)存在差異,燃油質(zhì)量提升所帶來(lái)的減排效果也存在地區(qū)差異;僅就燃油質(zhì)量改進(jìn)的直接成本與可以實(shí)現(xiàn)的污染物減排量而言,越早實(shí)現(xiàn)燃油質(zhì)量升級(jí)越具有費(fèi)用有效性.因此,在更大范圍內(nèi)盡快推進(jìn)燃油質(zhì)量升級(jí)可以有效促進(jìn)機(jī)動(dòng)車污染物的減排.

機(jī)動(dòng)車污染；燃油質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)；京津冀地區(qū)

近年來(lái),中國(guó)機(jī)動(dòng)車保有量逐年提高,1998～2013年,我國(guó)民用汽車的保有量從 0.13億輛增長(zhǎng)至1.27億輛,15年間翻了10倍[1].之后,由于上海、北京以及廣州等地陸續(xù)開始推行限制新增機(jī)動(dòng)車數(shù)量的相關(guān)政策,其增長(zhǎng)速率有所下降(表 1),但保有量仍持續(xù)快速增加.目前機(jī)動(dòng)車已經(jīng)成為我國(guó),特別是城市空氣污染的重要來(lái)源,是造成灰霾、光化學(xué)煙霧的重要原因[2-4].研究顯示,北京市機(jī)動(dòng)車CO、NOx以及VOC的排放分別占大氣污染物排放總量的86%、56%和32%.而在PM2.5的本地源中,機(jī)動(dòng)車占30%左右[5].按照我國(guó)對(duì)機(jī)動(dòng)車的分類方式,機(jī)動(dòng)車可以進(jìn)一步分為汽車、低速汽車以及摩托車三大類[5],其中,汽車污染物排放量最大,根據(jù)環(huán)保部的有關(guān)研究報(bào)告,2014年汽車排放的NOx和PM超過機(jī)動(dòng)車總排放量的90%,HC和CO超過80%[5].因此,控制機(jī)動(dòng)車污染物排放,關(guān)鍵在于控制汽車的排放.

各國(guó)已經(jīng)采用多種政策措施控制機(jī)動(dòng)車污染,比如提高機(jī)動(dòng)車排放標(biāo)準(zhǔn)、淘汰老舊機(jī)動(dòng)車以及限制機(jī)動(dòng)車的數(shù)量和出行等.而燃油質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的升級(jí)一般與機(jī)動(dòng)車排放標(biāo)準(zhǔn)的升級(jí)配套實(shí)施,從而保證污染減排效果的實(shí)現(xiàn),因此也是機(jī)動(dòng)車污染控制政策中十分關(guān)鍵的一項(xiàng).

表1 我國(guó)民用汽車數(shù)量變化(1998～2013年)[1]Table 1 Change of storage of civilian motor vehicles in China from 1998 to 2013

目前為止,國(guó)內(nèi)外有眾多關(guān)于燃油質(zhì)量與機(jī)動(dòng)車污染物排放之間關(guān)系的研究.國(guó)外的研究主要是為了新的燃油質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的制定與推進(jìn)服務(wù)的,在此基礎(chǔ)上形成了以美國(guó)、歐盟和日本為代表的三大汽車和燃油標(biāo)準(zhǔn)體系[6-9].而在單獨(dú)的燃油方面,美國(guó)、歐盟以及日本的相關(guān)企業(yè)也在各國(guó)已有研究的基礎(chǔ)上整合形成了《世界燃油規(guī)范》這一指導(dǎo)性文件,對(duì)燃油中不同參數(shù)對(duì)車輛使用和污染排放等方向的影響以及效果進(jìn)行了歸納總結(jié),并提出了基于不同發(fā)展階段的合適的燃油標(biāo)準(zhǔn)[9].然而我國(guó)雖然近年來(lái)由于燃油質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)升級(jí)和機(jī)動(dòng)車排放標(biāo)準(zhǔn)快速升級(jí)的需求,有不少研究對(duì)這一問題展開了討論,但是這些討論更多停留在定性討論層面,從技術(shù)水平以及社會(huì)發(fā)展等方面指出我國(guó)目前的燃油標(biāo)準(zhǔn)與世界先進(jìn)水平之間的差距[10-15],或者是基于實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)定量得出車輛(發(fā)動(dòng)機(jī))使用不同標(biāo)準(zhǔn)的燃油時(shí),其污染物排放的變化[16-17].也有研究以上海為例,將燃油質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)提升作為多個(gè)政策情境之一,比較了不同政策情境下機(jī)動(dòng)車污染物的減排量差異[18].這些研究均在一定程度上說明了燃油質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的升級(jí)對(duì)于機(jī)動(dòng)車污染控制的重要性,提升燃油質(zhì)量有助于促進(jìn)在用車輛的減排,且由于涉及的直接政策對(duì)象是燃油的生產(chǎn)者,政策執(zhí)行相對(duì)容易.此外,由于提升機(jī)動(dòng)車排放標(biāo)準(zhǔn)僅是作用于新購(gòu)車輛,其減排作用僅限于新增車輛,而燃油質(zhì)量的提升可實(shí)現(xiàn)全部在用機(jī)動(dòng)車排放凈化系統(tǒng)效率的進(jìn)一步改進(jìn),有助于幾乎所有類別的機(jī)動(dòng)車的污染物排放,并降低成品油儲(chǔ)運(yùn)過程的各環(huán)節(jié)的揮發(fā)性有機(jī)物等的排放.但是我國(guó)目前還比較缺少?gòu)牡貐^(qū)或者區(qū)域?qū)用娴亩垦芯?燃油質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)升級(jí)對(duì)于區(qū)域內(nèi)的機(jī)動(dòng)車污染控制究竟能夠起到多大的作用?這一政策的成本有效性如何?……這些都是這一領(lǐng)域中目前仍不十分明確的問題.基于此,本文從技術(shù)可行性、直接經(jīng)濟(jì)成本以及主要一次污染物減排效果等方面對(duì)在京津冀地區(qū)實(shí)施燃油質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)升級(jí)這一政策的環(huán)境經(jīng)濟(jì)效果進(jìn)行分析,一方面是對(duì)以上提出的尚不明確的問題的回應(yīng),同時(shí)也希望能夠?yàn)闄C(jī)動(dòng)車污染控制政策的制定提供一定的支持.

1 機(jī)動(dòng)車燃油質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)與研究范圍與參數(shù)

機(jī)動(dòng)車燃油質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)指的是對(duì)車用燃油在其抗爆性、組分、添加劑成分、腐蝕性、揮發(fā)性(汽油)、潤(rùn)滑性(柴油)等方面的指標(biāo)水平以及試驗(yàn)方式進(jìn)行的規(guī)定與要求.本研究中所提及的燃油質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),主要是指不同的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)燃油中與污染物排放相關(guān)的指標(biāo)參數(shù)規(guī)定,例如硫含量、烯烴含量等.我國(guó)的燃油質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)先后經(jīng)歷了國(guó) I至國(guó)V五個(gè)階段.目前,除北京、廣州等少數(shù)城市實(shí)行了等同于國(guó)V標(biāo)準(zhǔn)的地方標(biāo)準(zhǔn)外,全國(guó)范圍內(nèi)均已采用國(guó)IV標(biāo)準(zhǔn)的燃油.本研究不考慮因各種原因?qū)е碌氖袌?chǎng)上可能存在的燃油不達(dá)標(biāo)的問題.

表2 汽油標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)的主要差異[9,19]Table 2 Main differences of gasoline quality standards

表3 柴油標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)的主要差異[9,20]Table 3 Main differences of diesel quality standards

表4 《世界燃油規(guī)范》第五類汽油揮發(fā)性指標(biāo)[9]Table 4 Volatile index requirements of fifth gasoline in worldwide fuel charter, 5th edition

表2～表4展示了我國(guó)從國(guó)III到國(guó)V標(biāo)準(zhǔn)與以《世界燃油規(guī)范》中第五類燃油標(biāo)準(zhǔn)為代表的先進(jìn)水平之間的差異.曾經(jīng)廣為詬病的硫含量較高的問題已經(jīng)基本得到解決,目前汽油與柴油的國(guó)V標(biāo)準(zhǔn)中的硫含量均要求不高于10mg/kg,與世界先進(jìn)水平類似.但是,其他與機(jī)動(dòng)車污染排放相關(guān)的烯烴、芳烴含量以及汽油的蒸發(fā)性指標(biāo)等,仍與世界先進(jìn)水平存在著較大差距.燃油質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)存在的實(shí)際差距表明我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)提升具有一定的空間和技術(shù)可能性,本文將主要估算燃油質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)全面升級(jí)的直接經(jīng)濟(jì)成本以及預(yù)期的減排效果.

本研究所討論的機(jī)動(dòng)車污染物排放是指以汽油或以柴油作為發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力的四輪汽車在行駛過程中所導(dǎo)致的CO、NOx、PM以及VOC四類主要污染物的一次排放,不考慮有毒有害物質(zhì)的排放以及后續(xù)的二次污染形成的過程.

本研究以京津冀為案例地區(qū),基于該區(qū)域內(nèi)燃油質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的升級(jí)進(jìn)程,選取 2012年、2008年以及2005年作為研究的3個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)和基年.而根據(jù)我國(guó)機(jī)動(dòng)車排放標(biāo)準(zhǔn)以及燃油標(biāo)準(zhǔn)的升級(jí)時(shí)間表推算(表 5),”標(biāo)準(zhǔn)升級(jí)”涉及到國(guó) II(柴油)、國(guó)III、國(guó)IV、國(guó)V以及《世界燃油規(guī)范》第五類標(biāo)準(zhǔn)(以下簡(jiǎn)稱”第五類”)之間的比較.本研究中,將國(guó) 1標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行之前生產(chǎn)的車輛的排放標(biāo)準(zhǔn)記作國(guó) 0,同時(shí)由于截止至本研究考慮的時(shí)間點(diǎn)2012年末,車輛的國(guó)5排放標(biāo)準(zhǔn)尚未開始實(shí)施,因此在機(jī)動(dòng)車排放標(biāo)準(zhǔn)方面僅會(huì)涉及國(guó)0、國(guó)1、國(guó)2、國(guó)3與國(guó)4五類車輛.

由于我國(guó)統(tǒng)計(jì)資料中對(duì)汽車的分類方式與污染排放模型中對(duì)車輛類型的劃分不一致,基于數(shù)據(jù)的對(duì)應(yīng)性,按照?qǐng)D1的方式進(jìn)行了劃分.

表5 北京與全國(guó)機(jī)動(dòng)車排放標(biāo)準(zhǔn)與燃油質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行時(shí)間Table 5 Timetable of vehicle emission standard and fuel quality standard of Beijing and China

圖1 車輛類型對(duì)應(yīng)示意Fig.1 The matching of two ways of classification of vehicles

1 研究方法

1.1 直接經(jīng)濟(jì)成本估算

燃油質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)升級(jí)政策主要涉及燃油的生產(chǎn)者以及燃油的使用者兩大群體,相關(guān)成本包括燃油質(zhì)量改進(jìn)的生產(chǎn)成本以及消費(fèi)者因價(jià)格變化所需承擔(dān)的燃油購(gòu)買成本的變化.本研究重點(diǎn)在于燃油質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)升級(jí)的成本與減排效果,因此,僅針對(duì)生產(chǎn)成本進(jìn)行研究,這里的直接經(jīng)濟(jì)成本指的是燃油生產(chǎn)者為生產(chǎn)更高標(biāo)準(zhǔn)的燃油而進(jìn)行的設(shè)備技術(shù)等方面的固定成本和運(yùn)行成本投入.

由于目前所能得到的信息是相關(guān)企業(yè)公布的逐步升級(jí)的直接經(jīng)濟(jì)投入,同時(shí)也缺乏升級(jí)至第五類標(biāo)準(zhǔn)的成本的相關(guān)數(shù)據(jù),因此進(jìn)行兩項(xiàng)假設(shè)：一次性升級(jí)的成本等于逐步升級(jí)成本之和,例如從國(guó)III升級(jí)至國(guó)V標(biāo)準(zhǔn)的成本等于從國(guó)III升級(jí)至國(guó)IV的成本與從國(guó)IV升級(jí)至國(guó)V的成本之和;從國(guó)V升級(jí)至第五類標(biāo)準(zhǔn)的成本不低于從國(guó)IV升級(jí)至國(guó)V的成本.

1.2 污染物減排量計(jì)算

由于燃油質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)升級(jí)所導(dǎo)致的污染物減排主要涉及兩類,一是由于某一類別車輛的單車排放因子變化而帶來(lái)的單車排放的變化;二是現(xiàn)有車輛數(shù)量、結(jié)構(gòu)以及行駛里程下,因單車排放變化而帶來(lái)的一次污染物排放量的變化.參考我國(guó)針對(duì)各類車輛的報(bào)廢年限以及行駛總里程的相關(guān)規(guī)定,以及郎建壘等針對(duì)京津冀地區(qū)進(jìn)行的抽樣調(diào)查研究結(jié)果[21],出于簡(jiǎn)化計(jì)算的考慮,統(tǒng)一設(shè)定車輛年平均行駛里程為50000km.

1.2.1 單車排放因子變化計(jì)算 采用蔡皓等[22]在COPERT模型的基礎(chǔ)上結(jié)合我國(guó)機(jī)動(dòng)車的實(shí)際情況,對(duì)國(guó)IV標(biāo)準(zhǔn)的汽油和國(guó)III標(biāo)準(zhǔn)的柴油下的不同排放標(biāo)準(zhǔn)(國(guó)0-國(guó)4)的機(jī)動(dòng)車的單車排放因子進(jìn)行的估算值.對(duì)于不同參數(shù)的變化導(dǎo)致的單車排放因子的變化,在汽油車方面,主要參考美國(guó)EPA分別針對(duì)其Tier-2以及Tier-0、Tier-1兩階段排放標(biāo)準(zhǔn)的車輛所開發(fā)的回歸模型[23].該模型是基于美國(guó)的大量機(jī)動(dòng)車在使用不同指標(biāo)汽油時(shí)的行駛過程中各類污染物排放量的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù),從而建立起的關(guān)于汽油各個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)的變化與各類污染物排放因子變化關(guān)系的回歸模型,對(duì)于不同的汽油參數(shù),已通過模型確定了其回歸系數(shù).在此基礎(chǔ)上,通過實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)獲得車輛汽油各項(xiàng)關(guān)鍵參數(shù)的均值與標(biāo)準(zhǔn)差,從而通過研究設(shè)定的汽油參數(shù)與模型中參數(shù)均值的差距,經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)化處理之后,得到參數(shù)的變化對(duì)排放因子的影響.對(duì)于某一類具體的污染物,考慮關(guān)鍵參數(shù)及其交互項(xiàng)變化的影響,在回歸模型中,假設(shè)共有n個(gè)關(guān)于汽油參數(shù)的自變量x1xn會(huì)對(duì)污染物排放因子產(chǎn)生影響,其各自的系數(shù)分別為β1βn(該數(shù)值已在模型中存在),各個(gè)自變量的均值和標(biāo)準(zhǔn)差分別用、s來(lái)表示.在使用模型時(shí),需要輸入不同汽油指標(biāo)在基礎(chǔ)情景和測(cè)試情景下的數(shù)值 a1an、b1bn,則該污染物的排放因子的減排比例為：

而由于針對(duì) Tier-2車輛和針對(duì) Tier-0和Tier-1車輛的模型在獲得數(shù)據(jù)的車輛上存在差異,因而具體在模型中體現(xiàn)為各個(gè)自變量的系數(shù)β1βn有所不同.結(jié)合我國(guó)的實(shí)際情況,將Tier-2模型的結(jié)果應(yīng)用于國(guó)3和國(guó)4排放標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)動(dòng)車,將Tier-0和Tier-1的模型應(yīng)用于國(guó)2及以前排放標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)動(dòng)車.針對(duì) Tier-2的模型主要關(guān)注的是乙醇含量、芳香烴含量、蒸汽壓、T50、T90這五項(xiàng)指標(biāo)的變化及其交互項(xiàng)的影響,將其結(jié)果反映為四類主要污染物排放因子的變化比例.而針對(duì)Tier-0和 Tier-1的模型則主要關(guān)注硫含量、蒸汽壓、餾程、芳香烴含量、烯烴含量這些指標(biāo)及其交互項(xiàng)的影響,其結(jié)果體現(xiàn)為VOC和NOx的排放變化.因此對(duì)于國(guó)2及之前排放標(biāo)準(zhǔn)的車輛,需要補(bǔ)充PM和CO排放因子的變化情況.Liu等[24]研究了燃油中的硫含量對(duì)中國(guó)機(jī)動(dòng)車主要污染物排放的影響,并分別給出了針對(duì)汽油車和柴油車主要污染物的的硫含量-排放量調(diào)整系數(shù)矩陣(表 6).該矩陣中涉及的是歐 1～歐 5排放標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)動(dòng)車,基本可以近似對(duì)應(yīng)于我國(guó)的國(guó)1～國(guó)5的機(jī)動(dòng)車排放標(biāo)準(zhǔn).在此,假設(shè)國(guó) 0的機(jī)動(dòng)車與國(guó) 1的機(jī)動(dòng)車使用相同的調(diào)整系數(shù).由此,結(jié)合調(diào)整系數(shù)矩陣和美國(guó) EPA的兩個(gè)模型就可以得到汽油車在不同燃油質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)下4種污染物的排放因子的變化.

表6 污染物硫含量-排放量調(diào)整系數(shù)矩陣(%)[24]Table 6 Sulfur-emission factor correlation matrix of gasoline and diesel vehicles (%)

而針對(duì)柴油車,對(duì)其排放因子造成影響的核心指標(biāo)是硫含量以及多環(huán)芳烴含量.使用上文提到的調(diào)整系數(shù)矩陣反映硫含量下降的影響.同時(shí),《世界燃油規(guī)范》(第五版)[9]的技術(shù)背景中提到,當(dāng)多環(huán)芳烴含量從9%降至1%時(shí),重型貨車可以因此降低6%左右的PM排放,輕型貨車可以降低4%左右的PM排放.其中多環(huán)芳烴的變化程度與從國(guó)V標(biāo)準(zhǔn)到第五類標(biāo)準(zhǔn)11%至2%的變化程度基本相似,因此,將這一部分減排效果疊加進(jìn)去.

1.2.2 總污染物排放變化 對(duì)某一時(shí)段內(nèi)機(jī)動(dòng)車某一類污染物總排放量的計(jì)算公式見式(1)：

式中：Q為污染物排放總量;q為單車排放因子;m為車輛數(shù)量;l為相應(yīng)時(shí)段內(nèi)平均行駛里程;i為污染物類型;j為車輛類型.

其中僅有單車排放因子 q會(huì)受到燃油質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)變化的影響.分別計(jì)算出升級(jí)前后的排放量即可得出由于燃油質(zhì)量升級(jí)所帶來(lái)的污染物減排量.而當(dāng)考慮不同時(shí)間節(jié)點(diǎn)時(shí),車輛數(shù)量m也會(huì)發(fā)生相應(yīng)變化.

車輛數(shù)量采用《中國(guó)汽車市場(chǎng)年鑒》中京津冀三地每年的民用汽車保有量以及新增量進(jìn)行估算[1].計(jì)算過程中采取如下處理方式：每年的淘汰量=上一年年末保有量+本年新增量-本年年末保有量;每年的新增車輛的排放標(biāo)準(zhǔn)為當(dāng)年實(shí)行的最高標(biāo)準(zhǔn),每年的淘汰車輛均為國(guó)0的車(當(dāng)國(guó)0的車輛淘汰完之后繼續(xù)淘汰國(guó)1的車,以此類推).參考表5中三地機(jī)動(dòng)車排放標(biāo)準(zhǔn)的施行時(shí)間,可以得出3個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)上3個(gè)地區(qū)的車輛數(shù)量與結(jié)構(gòu)的具體信息.

2 研究結(jié)果

2.1 燃油質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)升級(jí)的直接經(jīng)濟(jì)成本

于曉雯[25]對(duì)京津冀地區(qū)的各煉油廠的所屬、一次加工能力以及設(shè)備升級(jí)成本進(jìn)行了估算,指出京津冀地區(qū)整體的煉化能力為 5720萬(wàn) t/a,其中中石油占1000萬(wàn)t,中石化占3650萬(wàn)t,中海油占250萬(wàn)t,其余820萬(wàn)t由地方煉廠提供.而基于加氫脫硫機(jī)組的價(jià)格以及京津冀地區(qū)煉油廠的生產(chǎn)規(guī)模估算,從國(guó)IV升級(jí)至國(guó)V需要投資約116億元,平均下來(lái)約為203元/t[25].

此外,由于中石化和中石油兩大公司基本占據(jù)了京津冀80%以上的燃油產(chǎn)量,因此也可以從這兩大公司的數(shù)據(jù)進(jìn)行參考.中石油的年報(bào)指出其從國(guó)II升級(jí)至國(guó)III煉油裝置技術(shù)改造成本投入為112億,國(guó)III到國(guó)IV為228億[26].若假設(shè)國(guó)IV到國(guó)V的升級(jí)投入也按228億元計(jì)算,而中石油原油一次加工能力為1.6億t/a,那么平均下來(lái)每噸原油生產(chǎn)需要投入的從國(guó)IV到國(guó)V的升級(jí)成本約為 142.5元.而中石油在京津冀地區(qū)的產(chǎn)能約為1000萬(wàn)t/a,因此其總投入大約為14.3億元.而中石化2013年投入了300億元將燃油質(zhì)量從國(guó) IV升級(jí)至國(guó) V[27],其原油一次加工能力約為2.1億t/a,因此平均下來(lái)中石化的燃油質(zhì)量升級(jí)成本約為142.9元/t.而由于中石化在京津冀地區(qū)煉油廠的產(chǎn)能約為3650萬(wàn)t/a,因此其總投入大約為 52.1億元.可以看出,中石油與中石化兩大公司的升級(jí)成本相對(duì)一致,且比較低,這很可能是與其規(guī)模效應(yīng)以及原有技術(shù)水平相關(guān),在本研究中將其作為燃油質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)升級(jí)成本的低值進(jìn)行處理.

發(fā)改委于2013年針對(duì)燃油質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的升級(jí)對(duì)燃油價(jià)格做出了以下調(diào)整：從國(guó) III升級(jí)至國(guó)IV標(biāo)準(zhǔn),汽油提高290元/t,柴油提高370元/t;從國(guó)IV升級(jí)至國(guó)V標(biāo)準(zhǔn),汽油提高170元/t,柴油提高160元/t[28].同時(shí),發(fā)改委文件中指出,燃油質(zhì)量的升級(jí)成本中消費(fèi)者承擔(dān)70%,煉油廠承擔(dān)30%.因此結(jié)合燃油單價(jià)的變化,可以反推出在在全國(guó)平均層面上燃油質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)升級(jí)的成本大致為：從國(guó)III升級(jí)至國(guó)IV,汽油414.3元/t,柴油528.6元/ t;從國(guó)IV升級(jí)至國(guó)V,汽油242.9元/t,柴油228.6元/t.將這一基于全國(guó)層面的成本數(shù)據(jù)作為燃油質(zhì)量升級(jí)成本的高值.同時(shí),為了便于討論后文中將使用汽油和柴油成本的均值統(tǒng)一表述,不對(duì)二者進(jìn)行區(qū)分.

因此綜合以上成本信息,最后選定的燃油質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)升級(jí)的直接經(jīng)濟(jì)成本范圍(不區(qū)分汽油與柴油)為：國(guó)III升級(jí)至國(guó)IV,142～470元/t;國(guó)IV升級(jí)至國(guó)V,142～236元/t;國(guó)V升級(jí)至第五類,不低于142～236元/t.

而若分別取汽油密度為 720kg/m3,柴油密度為 840kg/m3,則燃油質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)升級(jí)的直接經(jīng)濟(jì)成本可進(jìn)一步表述為元/L的一般形式(表7).

表7 燃油質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)升級(jí)成本估算(元/L)Table 7 Estimation of the cost of upgrading the fuel quality standard

2.2 燃油質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)升級(jí)的一次污染物減排效果估算

2.2.1 單車排放因子變化 根據(jù)以上的數(shù)據(jù)與分析方法,本文得出了不同車輛在不同燃油質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)下四種污染物的單車排放因子的變化,其中涉及到4類車輛、5種排放標(biāo)準(zhǔn)、4種燃油質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)以及 4種污染物(表 8).表中的阿拉伯?dāng)?shù)字0,1,2,3,4表示的是機(jī)動(dòng)車的排放標(biāo)準(zhǔn),羅馬數(shù)字III,IV,V表示的是燃油的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),”五”表示《世界燃油規(guī)范》第五類燃油標(biāo)準(zhǔn).

從表 8可以看出燃油質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的升級(jí)的確會(huì)帶來(lái)機(jī)動(dòng)車單車排放因子的降低,升級(jí)幅度越大,單車排放因子變化幅度也越大.

2.2.2 京津冀地區(qū)不同年份減排效果 根據(jù)前文提出的方法可以估算出京津冀三地在 2005、2008以及 2012年末的機(jī)動(dòng)車數(shù)量結(jié)構(gòu).燃油質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)方面,2012年末北京為國(guó)V,天津與河北汽油為國(guó)IV,柴油為國(guó)III;2008年末北京為國(guó)IV,天津與河北汽油為國(guó) III,柴油為國(guó) II;2005年末北京為國(guó)III,天津與河北為國(guó)II.基于3個(gè)時(shí)間點(diǎn)的車輛數(shù)量以及結(jié)構(gòu)的信息,可以計(jì)算得出京津冀三地假如在不同時(shí)間點(diǎn)上分別進(jìn)行燃油質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)升級(jí)(至第五類)所帶來(lái)的當(dāng)年的污染物減排量以及減排比例(表9).

表8 不同機(jī)動(dòng)車在不同燃油質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)下的單車排放因子變化幅度(%)Table 8 Changes of emission factors for different vehicles under different fuel quality standards (%)

表9 京津冀不同年份機(jī)動(dòng)車污染物當(dāng)年減排量及減排比例Table 9 The amount and proportion of vehicle emission reduction of one year in Beijing, Tianjin and Hebei

圖2 京津冀地區(qū)2012年車輛類型、排放標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)與對(duì)應(yīng)各污染物減排貢獻(xiàn)Fig.2 The structure of vehicle fleet and corresponding contribution of emission reduction in Beijng, Tianjin and Hebei in 2012

表9表明,燃油質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的升級(jí)確實(shí)有助于機(jī)動(dòng)車污染的減排,且越早提升燃油質(zhì)量,其帶來(lái)的減排效果越明顯.此外,當(dāng)燃油質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)本身較低(如2005年)時(shí),標(biāo)準(zhǔn)升級(jí)會(huì)對(duì)各項(xiàng)污染物減排均產(chǎn)生較為明顯的作用.而當(dāng)燃油質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)處于較高水平時(shí)(如2012年的北京),標(biāo)準(zhǔn)升級(jí)雖然仍有助于各類污染物減排,特別是PM和VOC的減排,但總體減排幅度會(huì)下降.

表9同時(shí)表明,隨著時(shí)間推移,京津冀三地的各類污染物的絕對(duì)減排量及變化幅度有差異,這主要是與三地各自的車輛結(jié)構(gòu)特征及其排放特點(diǎn)以及歷年車輛數(shù)量結(jié)構(gòu)變化有關(guān).例如,通過對(duì)比京津冀三地在2012年車輛類型(大小、載客載貨)以及車輛排放標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)以及相應(yīng)的車輛對(duì)四種污染物總減排的貢獻(xiàn)比例(圖 2),可以看出,小型載客汽車對(duì) VOC整體減排的貢獻(xiàn)較大,而輕型和重型載貨汽車則對(duì)NOx和PM的減排貢獻(xiàn)較大;排放標(biāo)準(zhǔn)較高的車輛(國(guó)3與國(guó)4)對(duì)PM和 VOC的減排貢獻(xiàn)較大,而排放標(biāo)準(zhǔn)較低的車輛則對(duì)CO與NOx的減排有較大的貢獻(xiàn).

表10 京津冀不同年份機(jī)動(dòng)車污染物累積減排量(萬(wàn)t)Table 10 The accumulated reduction of pollution emission in Beijing, Tianjin and Hebei (10000t)

以上討論均是著眼于政策實(shí)施當(dāng)年所產(chǎn)生的減排效果,但若考慮到政策隨時(shí)間的累積效果,政策實(shí)施的越早,其累積的減排量則越顯著.前文對(duì)成本的研究表明,越早進(jìn)行升級(jí),所面臨的直接經(jīng)濟(jì)成本也會(huì)越高,因此需要就政策成本與減排兩方面對(duì)不同時(shí)間的燃油質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)升級(jí)政策進(jìn)行對(duì)比.由于隨著時(shí)間的推移,車輛的結(jié)構(gòu)與數(shù)量以及燃油質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)均在發(fā)生變化,在此為簡(jiǎn)化處理,將直接使用表8中各個(gè)污染物3個(gè)時(shí)間點(diǎn)1年的減排量中的最小值作為每年所累積的污染物減排量,由此計(jì)算出累積總減排量的一個(gè)低值(表10).以2005年北京為例,若是從2005就直接將燃油質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)升級(jí)至第五類標(biāo)準(zhǔn),相比于在2012年才進(jìn)行升級(jí),其直接經(jīng)濟(jì)成本約是 2012年的3倍,但是期間所累積的污染物減排量,即使是采用最小值,也遠(yuǎn)超過了在2012年進(jìn)行升級(jí)所帶來(lái)的一年的減排量的3倍,因此在2005年就進(jìn)行燃油質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)升級(jí)相對(duì)而言應(yīng)當(dāng)是更為成本有效的選擇.通過2008年一年的減排量與2008～2012年的累積減排量,也可以得到類似的結(jié)論.然而,進(jìn)一步比較可以發(fā)現(xiàn),在 2005年進(jìn)行升級(jí)的成本約是2008年的1.5倍,但是累積的污染物減排量則大約是后者的2倍,因此,隨著時(shí)間的推移,燃油質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)升級(jí)的成本有效性會(huì)逐漸下降.

3 討論

由于本研究并不涉及可能客觀存在的燃油生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)的燃油質(zhì)量不達(dá)標(biāo)的問題,而是假設(shè)所有的燃油供給均符合相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn),假如燃油質(zhì)量不達(dá)標(biāo)現(xiàn)象廣泛存在,則更進(jìn)一步表明提升燃油質(zhì)量的重要性.

此外,機(jī)動(dòng)車污染的控制政策是一個(gè)復(fù)雜的體系,本文僅是針對(duì)燃油質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)升級(jí)這一項(xiàng)政策進(jìn)行了分析,并未涉及其與其他政策之間的對(duì)比分析,因此并不能從中直接得出有關(guān)于實(shí)際政策選擇的結(jié)論.在現(xiàn)實(shí)的決策中,需要通過對(duì)多項(xiàng)政策綜合分析并結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際才能得出一個(gè)最優(yōu)的政策或者政策組合建議.

4 結(jié)論

4.1 我國(guó)目前的燃油標(biāo)準(zhǔn)與機(jī)動(dòng)車污染排放相關(guān)的指標(biāo)要求中,汽油質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)在烯烴、芳烴以及汽油揮發(fā)性等方面,柴油質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)在多環(huán)芳烴含量仍存在較大的提升空間.

4.2 不同程度提升燃油質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的直接經(jīng)濟(jì)成本略有差異(不區(qū)分汽油與柴油)：國(guó)III升級(jí)至國(guó)IV,142～470元/t;國(guó)IV升級(jí)至國(guó)V,142～236元/t;國(guó)V升級(jí)至第五類,不低于142～236元/t.

4.3 燃油質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的升級(jí)可以降低單車排放因子,從而降低整個(gè)區(qū)域的機(jī)動(dòng)車污染排放量,尤其對(duì)VOC和PM的減排具有較好的效果.

4.4 盡早提升燃油質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)總體而言具有成本有效的特點(diǎn).盡管更早實(shí)施燃油質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)升級(jí)會(huì)帶來(lái)相對(duì)更高的政策成本,但同時(shí)也會(huì)實(shí)現(xiàn)更大的污染物累積減排量.由于我國(guó)目前只有少數(shù)地區(qū)實(shí)行國(guó)V標(biāo)準(zhǔn),而大部分地區(qū)仍實(shí)行國(guó)IV標(biāo)準(zhǔn),因此,僅就燃油質(zhì)量改進(jìn)的直接成本與可以實(shí)現(xiàn)的污染物減排量而言,可以考慮盡早全面實(shí)現(xiàn)更高的燃油質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),降低機(jī)動(dòng)車污染物的排放.

[1]中國(guó)汽車流通協(xié)會(huì).中國(guó)汽車市場(chǎng)年鑒 [J]. 北京：中國(guó)商業(yè)出版社, 1999-2014.

[2]謝紹東,張遠(yuǎn)航,唐孝炎.我國(guó)城市地區(qū)機(jī)動(dòng)車污染現(xiàn)狀與趨勢(shì)[J]. 環(huán)境科學(xué)研究, 2000,13(4)：22-25.

[3]陳多宏,李 梅,黃 渤,等.區(qū)域大氣細(xì)粒子污染特征及快速來(lái)源解析 [J]. 中國(guó)環(huán)境科學(xué), 2016,36(3)：651-659.

[4]張霖琳,王 超,朱紅霞,等.北京混合功能區(qū)夏冬季細(xì)顆粒物組分特征及來(lái)源比較 [J]. 中國(guó)環(huán)境科學(xué), 2016,36(1)：36-41.

[5]中國(guó)環(huán)境保護(hù)部.中國(guó)機(jī)動(dòng)車污染防治年報(bào) [R]. 北京：中國(guó)環(huán)境保護(hù)部, 2015.

[6]Courty P, Gruson J F. Refining clean fuels for the future [J]. Oil & Gas Science and Technology, 2011,56(5)：515-524.

[7]EPA. Control of air pollution from motor vehicles： tier 3motor vehicle emission and fuel standards; final rule [R]. 2014.

[8]EPA. Control of air pollution from motor vehicles： tier 3motor vehicle emission and fuel standards final rule： regulatory impact analysis [R]. 2014.

[9]ACEA, AAM, EMA, et al. Worldwide fuel charter, fifth edition [R]. 2013.

[10]郭和軍,方茂東,杜傳進(jìn).汽油品質(zhì)對(duì)車輛尾氣排放影響的實(shí)驗(yàn)研究 [J]. 武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào), 2005,27(9)：64-66.

[11]吳新潮,饒如麟,方達(dá)淳.加嚴(yán)的排放標(biāo)準(zhǔn)需要更高品質(zhì)的燃油[J]. 汽車工程, 2006,28(12)：1117-1120.

[12]華 煒,宋以常,王治春.煉油主要產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展歷程與生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)步 [J]. 煉油技術(shù)與工程, 2013,43(5)：1-8.

[13]趙樂平,尤百玲,龐 宏,等.超清潔汽油品質(zhì)發(fā)展趨勢(shì)及對(duì)策[A]. 第十一屆全國(guó)工業(yè)催化技術(shù)及應(yīng)用年會(huì)論文集 [C]. 陜西：工業(yè)催化雜志社, 2014：5-7.

[14]劉 浩.解讀GB19147-2013車用柴油(V)與歐盟、世界燃油協(xié)會(huì)2013版標(biāo)準(zhǔn)的差距 [J]. 化學(xué)工程與裝備, 2014(9)：184-186.

[15]Yue Xin, Wu Ye, Hao Jiming et al. Fuel quality management versus vehicle emission control in china, status quo and future perspectives [J]. Energy Policy, 2015,79：87-98.

[16]牟建勇.燃油品質(zhì)對(duì)汽車排放標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施的影響研究 [J]. 中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化, 2012(8)：116-123.

[17]郭銀飛,董 芳,楊 勇,等.不同標(biāo)準(zhǔn)柴油對(duì)柴油機(jī)性能和排放的影響 [J]. 燃燒科學(xué)與技術(shù), 2017,23(1)：81-89.

[18]王慧慧,曾偉華,吳開亞.上海市機(jī)動(dòng)車尾氣排放協(xié)同控制效應(yīng)研究 [J]. 中國(guó)環(huán)境科學(xué), 2016,36(5)：1345-1352.

[19]GB 17930-2013 車用汽油 [S].

[20]GB 19147-2013 車用柴油(V) [S].

[21]郎建壘,程水源,韓力慧,等.京津冀地區(qū)機(jī)動(dòng)車大氣污染物排放特征 [J]. 北京工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2012,38(11)：1716-1723.

[22]蔡 皓,謝紹東.中國(guó)不同排放標(biāo)準(zhǔn)機(jī)動(dòng)車排放因子的確定 [J].北京大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2010,46(3)：319-326.

[23]EPA. EPAct emission model calculator [DB/OL]. http：//www.epa.gov/otaq/models/moves/epact.htm, 2013-05.

[24]Huan Liu et al. Analysis of the impacts of fuel sulfur on vehicle emissions in China [J]. Fuel, 2008：3147-3154.

[25]于曉雯.京津冀地區(qū)油品質(zhì)量升級(jí)的環(huán)境效益評(píng)估 [D]. 北京：北京大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院, 2014.

[26]中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司.2014年度報(bào)告 [R]. 北京：中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司, 2014.

[27]中國(guó)石油化工集團(tuán)公司.2014年度報(bào)告 [R]. 北京：中國(guó)石油化工集團(tuán)公司, 2014.

[28]國(guó)家發(fā)改委.國(guó)家發(fā)展改革委關(guān)于油品質(zhì)量升級(jí)價(jià)格政策有關(guān)意見的通知 [Z]. 2013-09-16.

Environmental economic analysis of upgrading the fuel quality in the Jing-Jin-Ji region.

XIE Peng-fei1, TANGDa-gang2, ZHANG Shi-qiu1*(1.Institute of Environment and Economy, College of Environmental Sciences and Engineering, Peking University, Beijing 100871, China；2.Chinese Research Academy of Environmental Sciences, Beijing 100012). China Environmental Science, 2017,37(6)：2352～2362

In this study, we compared China’s current fuel quality standards with the world’s strictest ones then discussed the technical feasibility to upgrade it in China. Based on available data from China National Petroleum Corporation (CNPC), China Petro-Chemical Corporation) CPCC and other enterprises, we have estimated the direct economic cost of upgrading the fuel quality standard as follows (considering gasoline and diesel as one kind): from China III to China IV, 142～470CNY/t; from China IV to China V, 142～236CNY/t; from China V to the 5th standard in the Worldwide Fuel Charter (5th Edition), 142～236CNY/t. Using EPA’s fuel models and other studies on fuel properties, we chose China III, China IV, China V and the 5th Standard in the Worldwide Fuel Charter (5th Edition) as the four main scenarios for this study, which differ in some key parameters such as sulfur, aromatic hydrocarbons and olefin et al, in order to estimate the changes in emission factors of each specific vehicle under the proposed scenarios. Furthermore, keeping the fleet structure of that year unchanged, we selected the years of 2005, 2008 and 2012 to calculate the annual and the accumulative reduction of emissions in the Jing-Jin-Ji region when we upgraded the fuel standard for each year, starting from the best standard available upgrading to the 5th in the Worldwide Fuel Charter. From this study, we found that upgrading the fuel quality standards in China does contribute to the reduction of all kinds of emissions from vehicles hence it reduces the total emission in the whole area, especially for VOC and PM. That reduction is more obvious when the standard before the upgrading is less strict. While, considering different sizes and different composition of the fleet of vehicles in the region, the outcomes for different areas are varied. Combiningthe costs and the estimated reduction in emissions, it was found that the sooner this policy is implemented, the higher cost effectiveness it has, but the more reduction of emission it will bring at the same time. Hence, according to the findings of this study we suggest that upgrade the fuel quality standards must be carried out as soon as possible even if this may lead to a higher cost.

motor vehicle pollution；fuel quality standard；Jing-Jin-Ji region

X196

A

1000-6923(2017)06-2352-11

謝鵬飛(1992-),男,安徽合肥人,碩士研究生,主要研究方向?yàn)榄h(huán)境經(jīng)濟(jì)學(xué)與政策.

2016-10-28

國(guó)家自然科學(xué)基金(71503279);環(huán)境模擬與污染控制國(guó)家重點(diǎn)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)(17K01ESPCP)

* 責(zé)任作者, 教授, zhangshq@pku.edu.cn