漁船用柴油機(jī)履行新排放標(biāo)準(zhǔn)的問(wèn)題探討

李勝勇，張祝利

(中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院漁業(yè)機(jī)械儀器研究所，上海 200092)

截至2019年底，中國(guó)海洋機(jī)動(dòng)漁業(yè)船舶總功率已超過(guò)1 474.4萬(wàn) kW[1-2]，漁船柴油機(jī)(以下稱“船機(jī)”)排放的尾氣中包含多種有害物質(zhì)，其中氮氧化物(NOx)、硫氧化物(SOx)、顆粒物(PM)會(huì)直接或間接的影響人們的心肺功能，導(dǎo)致血管疾病的發(fā)生[3-4]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，世界船舶NOx排放量占全球人為活動(dòng)產(chǎn)生NOx排放總量的15%左右[5-6]。環(huán)境保護(hù)部會(huì)同質(zhì)檢總局于2016年8月30日發(fā)布了GB 15097—2016《船舶發(fā)動(dòng)機(jī)排氣污染物排放限值及測(cè)量方法(中國(guó)第一、二階段)》(以下稱“新標(biāo)準(zhǔn)”)[7-8]。交通運(yùn)輸部海事局發(fā)布的《內(nèi)河船舶法定檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)則2019》和《國(guó)內(nèi)航行海船法定檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)則2020》先后采納了新標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)內(nèi)容。漁業(yè)船舶主管部門也正在組織研究采納新標(biāo)準(zhǔn)漁船法定檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)則。新標(biāo)準(zhǔn)第一階段排放要求是參照歐盟97/68/EC(2004/26/EC)《關(guān)于協(xié)調(diào)各成員國(guó)采取措施防治非道路移動(dòng)機(jī)械用壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)氣態(tài)污染物和顆粒物排放的法律》指令制定而成，第二階段則是參照美國(guó)40 CFR PART 1042《壓燃式船用發(fā)動(dòng)機(jī)排放控制》制定而成[9]。中國(guó)是發(fā)展中國(guó)家，但在船機(jī)排放標(biāo)準(zhǔn)方面已經(jīng)在向世界發(fā)達(dá)國(guó)家看齊。

1 新標(biāo)準(zhǔn)與MARPOL公約要求的對(duì)比

新標(biāo)準(zhǔn)的排放要求和MARPOL公約的排放要求相比差別較大，本研究從兩個(gè)方面進(jìn)行對(duì)比。

1.1 兩者適用船舶和柴油機(jī)的范圍不同

新標(biāo)準(zhǔn)適用于內(nèi)河船、沿海船、江海直達(dá)船、海峽[渡]船和漁業(yè)船舶。而MARPOL公約附則VI中氮氧化合物的排放要求適用于國(guó)際航行的船舶，但對(duì)于船長(zhǎng)小于24 m且僅用于娛樂(lè)目的的船舶和柴油機(jī)組合銘牌功率小于750 kW的船舶經(jīng)主管機(jī)關(guān)同意后可豁免TierIII排放標(biāo)準(zhǔn)要求[10]。

新標(biāo)準(zhǔn)和MARPOL附則VI適用柴油機(jī)的功率和單缸排量范圍不同。新標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定額定凈功率大于或等于37 kW并且單缸排量小于5 L的柴油機(jī)(第一類船機(jī))和單缸排量大于或等于5 L且小于30 L的柴油機(jī)(第二類船機(jī))的排氣污染物需于2018年7月1日之后和2021年7月1日之后，分別滿足第一階段和第二階段的排放限值要求；規(guī)定要求單缸排量大于30 L的柴油機(jī)(第三類船機(jī))須滿足《船用柴油機(jī)氮氧化物排放試驗(yàn)及檢驗(yàn)指南》(GD01—2011)。MARPOL附則VI適用對(duì)象是輸出功率超過(guò)130 kW的柴油機(jī)。對(duì)2000年1月1日或之后至2011年1月1日前安裝上船或進(jìn)行重大改裝的柴油機(jī)，其NOx排放須滿足Tier I要求；對(duì)2011年1月1日及之后安裝上船或進(jìn)行重大改裝的柴油機(jī)，其NOx排放須滿足Tier II要求；對(duì)2016年1月1日或之后安裝上船或進(jìn)行重大改裝的柴油機(jī)，若其經(jīng)過(guò)NOx排放控制區(qū)，其NOx排放須滿足Tier III要求[10]。

新標(biāo)準(zhǔn)適用國(guó)內(nèi)船舶和內(nèi)河船舶，而MARPOL適用國(guó)際航行船舶。兩類船舶的預(yù)防空氣污染要求分別由各主管機(jī)關(guān)制定，因此要求差異較大。但當(dāng)國(guó)際航行船舶須抵達(dá)某國(guó)港口時(shí)，除了滿足MARPOL公約要求，還須對(duì)于港口國(guó)的特殊要求有相應(yīng)的執(zhí)行措施。

1.2 兩者檢測(cè)的排氣污染物種類及其限值不同

新標(biāo)準(zhǔn)把船機(jī)排放污染物中的一氧化碳(CO)、碳?xì)浠衔?CxHy)+氮氧化物(NOx)及顆粒物(PM)都列為控制對(duì)象，且要求其“比排放量”乘以按新標(biāo)準(zhǔn)要求試驗(yàn)測(cè)得的劣化系數(shù)后不得超過(guò)第一階段和第二階段的限值要求，具體限值要求如表1所示。

對(duì)于不經(jīng)過(guò)排放控制區(qū)的船舶，MARPOL附則VI僅將NOx作為控制對(duì)象，NOx的排放限值按照船機(jī)的額定轉(zhuǎn)速所在范圍規(guī)定了3種不同的排放限值要求，如表2所示。對(duì)船機(jī)進(jìn)行排放認(rèn)可試驗(yàn)時(shí)，確認(rèn)其在規(guī)定的環(huán)境條件下NOx的排放量低于限值要求，未對(duì)NOx提出柴油機(jī)全生命周期的劣化系數(shù)修訂要求[11]。

新標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定船機(jī)排放污染物中CO、CxHy+ NOx、PM三者都需要達(dá)到限值要求。而且新標(biāo)準(zhǔn)須確認(rèn)船機(jī)在其整個(gè)生命周期內(nèi)的排放污染物都能滿足新標(biāo)準(zhǔn)的排放要求，因此要求在型式試驗(yàn)中須進(jìn)行模擬船機(jī)整個(gè)生命周期的劣化試驗(yàn)，從而得到劣化系數(shù)。MARPOL附則VI則是要求樣機(jī)在型式認(rèn)可試驗(yàn)中NOx的排放量在排放限值要求以下即可。

表1 柴油機(jī)排氣污染物排放限值(第一、二階段)Tab.1 Diesel engine exhaust pollutant emission limits(Phase I and II)

表2 MARPOL附則VI船機(jī)NOx排放要求Tab.2 MARPOL Annex VI requirements for NOx emission from marine engines

2 新標(biāo)準(zhǔn)中尚待進(jìn)一步明確內(nèi)容

2.1 關(guān)于新標(biāo)準(zhǔn)的適用漁業(yè)船舶的航區(qū)未明確

新標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于標(biāo)準(zhǔn)適用的對(duì)象是“漁業(yè)船舶”，其定義是“從事漁業(yè)生產(chǎn)的船舶以及屬于水產(chǎn)系統(tǒng)為漁業(yè)生產(chǎn)服務(wù)的船舶”。漁船法定檢驗(yàn)規(guī)則通常將漁業(yè)船舶航行作業(yè)的區(qū)域分為遠(yuǎn)洋漁船、國(guó)內(nèi)和內(nèi)河航區(qū)。國(guó)內(nèi)航區(qū)又按離海岸的距離不同分為沿海、近海和遠(yuǎn)海等航區(qū)。新標(biāo)準(zhǔn)中并未對(duì)作業(yè)區(qū)域進(jìn)行區(qū)分，兩者存在較大的差異。遠(yuǎn)洋商業(yè)運(yùn)輸船不適用新標(biāo)準(zhǔn)，而遠(yuǎn)洋漁船、遠(yuǎn)海漁船則要適用，這些漁業(yè)船舶的航區(qū)已經(jīng)大大超出交通運(yùn)輸部2018年11月30日發(fā)布的《船舶大氣污染物排放控制區(qū)》中規(guī)定的大氣污染物排放控制區(qū)域[12]，這也成為分歧的焦點(diǎn)。

2.2 柴油機(jī)達(dá)到“有效生命周期”后須如何操作未明確

新標(biāo)準(zhǔn)要求船機(jī)制造企業(yè)應(yīng)采取措施，確保正常使用條件下的船舶所安裝的船機(jī)在正常壽命期內(nèi)，排放控制裝置始終正常運(yùn)行，在有效壽命期內(nèi)排放達(dá)標(biāo)。并規(guī)定有效壽命10 000小時(shí)數(shù)和10年的使用年限，二者以先到者為準(zhǔn)。然而新標(biāo)準(zhǔn)并未對(duì)達(dá)到有效壽命的柴油機(jī)后續(xù)如何處理作進(jìn)一步說(shuō)明，例如須強(qiáng)制柴油機(jī)報(bào)廢或者增加哪些檢驗(yàn)項(xiàng)目可在一定時(shí)間內(nèi)繼續(xù)使用等。

3 新標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施過(guò)程中出現(xiàn)的一些行業(yè)難題

新標(biāo)準(zhǔn)的第一階段已經(jīng)于2018年7月1日起開始生效，同時(shí)也產(chǎn)生了一些新問(wèn)題。

3.1 劣化試驗(yàn)時(shí)間長(zhǎng)，試驗(yàn)成本高

為更合理的估算實(shí)船柴油機(jī)整個(gè)生命周期的排氣污染物排放量，新標(biāo)準(zhǔn)要求基本特性相同的柴油機(jī)須通過(guò)至少2 500 h的劣化試驗(yàn)測(cè)出劣化系數(shù)。如此長(zhǎng)時(shí)間的劣化試驗(yàn)，燃油的消耗、試驗(yàn)期間設(shè)備的維護(hù)和調(diào)試等帶來(lái)的試驗(yàn)成本增加，大功率的機(jī)型表現(xiàn)得尤為突出。以一臺(tái)2 000 kW的中速機(jī)為例，整個(gè)劣化試驗(yàn)期間，僅試驗(yàn)所用的燃油費(fèi)用就超過(guò)500萬(wàn)元。對(duì)大多數(shù)企業(yè)來(lái)說(shuō)，劣化試驗(yàn)產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)較重。

3.2 國(guó)際、國(guó)內(nèi)船舶和漁業(yè)船舶柴油機(jī)分屬不同的檢驗(yàn)部門，可能導(dǎo)致重復(fù)型式認(rèn)可

國(guó)際船舶柴油機(jī)須滿足MARPOL的排放要求，國(guó)內(nèi)船舶柴油機(jī)則須滿足新標(biāo)準(zhǔn)的排放要求，漁業(yè)船舶柴油機(jī)也執(zhí)行新標(biāo)準(zhǔn)，但是對(duì)柴油機(jī)的具體要求與運(yùn)輸船舶不盡相同。而三者的檢驗(yàn)主管部門分屬不同管理部門，導(dǎo)致企業(yè)需要向三家檢驗(yàn)部門分別進(jìn)行三次型式認(rèn)可，重復(fù)進(jìn)行試驗(yàn)增加了船機(jī)企業(yè)的產(chǎn)品檢驗(yàn)成本。

3.3 新標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施后，重油的使用受限，航行作業(yè)成本增加

無(wú)論是漁業(yè)船舶還是運(yùn)輸船舶，油耗是船東最大的運(yùn)營(yíng)成本，一般來(lái)說(shuō)燃油和潤(rùn)滑油的總費(fèi)用約占總運(yùn)行成本50%～60%，甚至更多。因此價(jià)格更便宜的重油非常受船東歡迎。新標(biāo)準(zhǔn)第二階段實(shí)施后，若想繼續(xù)使用重油，可能需要同時(shí)配備氮氧化物后處理系統(tǒng)、硫氧化物后處理系統(tǒng)和顆粒物的后處理系統(tǒng)[13-15]。3種后處理系統(tǒng)相互獨(dú)立，導(dǎo)致造船初期投資大幅增加，系統(tǒng)的日常維護(hù)成本也很高。因此，部分船東選擇放棄使用重油，以致增加了航運(yùn)的成本。

3.4 新標(biāo)準(zhǔn)第二階段的生效顯倉(cāng)促，船機(jī)企業(yè)準(zhǔn)備尚不充分

新標(biāo)準(zhǔn)第二階段相對(duì)第一階段的限值中，PM下降了40%～60%，CxHy+NOx總體降低了20%以上，CO保持不變。滿足第二階段PM限值是艱巨的挑戰(zhàn)，尤其對(duì)可燃用重油的柴油機(jī)來(lái)說(shuō)難度更大。就目前的行業(yè)狀況來(lái)看，只有通過(guò)采用電控燃油噴射、增壓中冷技術(shù)搭配后的處理系統(tǒng)才有可能滿足要求。這對(duì)當(dāng)前仍然以機(jī)械泵為主流燃油噴射技術(shù)的船機(jī)行業(yè)來(lái)說(shuō)難度較大，一方面因?yàn)榧夹g(shù)準(zhǔn)備還不夠充分，另一方面關(guān)于重油的電噴技術(shù)目前只有國(guó)外的少數(shù)企業(yè)掌握，國(guó)內(nèi)關(guān)于這方面的研究尚處在初級(jí)階段。其次，目前顆粒物的后處理技術(shù)比較成熟的是顆粒物捕集技術(shù)(DPF)，而該方式會(huì)大幅增加船機(jī)排氣背壓，需另配備引風(fēng)機(jī)平衡壓力，系統(tǒng)較為復(fù)雜，且需要定期處理積碳，維護(hù)成本高[16-19]。船機(jī)行業(yè)真正全面的達(dá)到第二階段的要求仍需要一個(gè)較長(zhǎng)的過(guò)程，而第二階段的生效僅剩下一年左右的時(shí)間，對(duì)于多數(shù)船機(jī)企業(yè)來(lái)說(shuō)并沒(méi)準(zhǔn)備好。

3.5 新標(biāo)準(zhǔn)比MARPOL要求更加嚴(yán)格，船東和船機(jī)企業(yè)接受度不高

在過(guò)去相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)期，中國(guó)在一定程度上忽視了對(duì)環(huán)境的保護(hù)，導(dǎo)致人們的環(huán)保意識(shí)普遍不強(qiáng)。國(guó)內(nèi)、內(nèi)河漁業(yè)船舶規(guī)則規(guī)范都是隨國(guó)際公約修訂的進(jìn)程而修訂，且在具體的執(zhí)行尺度和生效日期方面，通常會(huì)根據(jù)中國(guó)具體情況調(diào)整和順延。這也使得人們形成了國(guó)內(nèi)和內(nèi)河漁業(yè)船舶要求的尺度應(yīng)該較公約要求更寬松才合理的觀念。然而新標(biāo)準(zhǔn)生效后，出現(xiàn)了漁業(yè)船舶比國(guó)際航行的入級(jí)船舶和?？吭谥袊?guó)港口的國(guó)外船舶的船機(jī)排放要求更高的現(xiàn)象，因此船東、柴油機(jī)企業(yè)對(duì)新標(biāo)準(zhǔn)的落地接受度普遍不高。

4 多種舉措并用，確保新標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行到位

新標(biāo)準(zhǔn)開始實(shí)施后，漁船柴油機(jī)行業(yè)的發(fā)展遇到諸多“困難”，為更好地解決這些難題，需從多個(gè)角度制定有針對(duì)性的對(duì)策，確保新標(biāo)準(zhǔn)順利實(shí)施。

4.1 優(yōu)化船機(jī)技術(shù)水平、加大后處理系統(tǒng)研發(fā)力度，攻克技術(shù)壁壘

排放要求的升級(jí)對(duì)船機(jī)、船機(jī)后處理系統(tǒng)企業(yè)的技術(shù)研發(fā)能力提出了更高的要求。促進(jìn)船機(jī)企業(yè)多增加與國(guó)外先進(jìn)的船機(jī)企業(yè)的技術(shù)交流和引進(jìn)，從優(yōu)化燃燒系統(tǒng)、進(jìn)氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、噴油正時(shí)和提高增壓壓力等方面，進(jìn)一步提升柴油機(jī)的燃燒質(zhì)量。為達(dá)到顆粒物第二階段的限值要求，需要技術(shù)成熟，應(yīng)盡快研發(fā)高效節(jié)能的后處理產(chǎn)品并實(shí)現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)，建議主管機(jī)關(guān)大力引導(dǎo)，政府出臺(tái)政策予以扶持，激勵(lì)企業(yè)加大研發(fā)投入力度，同時(shí)學(xué)習(xí)和引進(jìn)國(guó)外的先進(jìn)技術(shù)，以研發(fā)出能滿足新標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品。

4.2 理順國(guó)際、國(guó)內(nèi)及漁業(yè)船機(jī)的檢驗(yàn)機(jī)制，推進(jìn)商、漁船檢驗(yàn)機(jī)制的融合

國(guó)際船舶、國(guó)內(nèi)船舶及漁業(yè)船舶柴油機(jī)的檢驗(yàn)部門不同，對(duì)應(yīng)的排放的要求也有較大的差別，為避免船機(jī)企業(yè)重復(fù)進(jìn)行排放試驗(yàn)，建議主管部門能進(jìn)行相互協(xié)調(diào)，建立協(xié)同檢驗(yàn)機(jī)制，三方在同一個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中，按照各自檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)開展檢驗(yàn)工作，同步進(jìn)行型式認(rèn)可。既節(jié)省了企業(yè)的試驗(yàn)成本，又提高了檢驗(yàn)部門的型式認(rèn)可的效率。

4.3 根據(jù)行業(yè)實(shí)際情況對(duì)新標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行適當(dāng)修訂

建議國(guó)內(nèi)漁船柴油機(jī)主管部門對(duì)新標(biāo)準(zhǔn)中第二階段的要求謹(jǐn)慎采納，對(duì)行業(yè)實(shí)際執(zhí)行二階段的能力進(jìn)行深入調(diào)研和評(píng)估，同時(shí)，船機(jī)企業(yè)需要充分的時(shí)間去優(yōu)化和研發(fā)新的機(jī)型使得后處理系統(tǒng)能更好地適配船機(jī)；進(jìn)一步明確適用漁業(yè)船舶的航區(qū)范圍，可在定義中增加距岸距離的說(shuō)明，與規(guī)則中的定義保持一致，進(jìn)而消除歧義。遠(yuǎn)洋和遠(yuǎn)海航區(qū)距岸已經(jīng)超過(guò)200海里，因此建議遠(yuǎn)洋和遠(yuǎn)海航區(qū)作業(yè)的漁業(yè)船舶柴油機(jī)排放執(zhí)行MARPOL附則VI的排放限值標(biāo)準(zhǔn)；對(duì)于達(dá)到“有效壽命期”之后的船機(jī)如何處理需進(jìn)一步給出說(shuō)明。比如規(guī)定達(dá)到“有效壽命期”的船機(jī)須進(jìn)行全面大修或者需要增加檢驗(yàn)項(xiàng)目、增加實(shí)船評(píng)估等，并給出可操作性的導(dǎo)則，為船東和船機(jī)企業(yè)在船機(jī)選型和產(chǎn)品設(shè)計(jì)規(guī)劃指明方向。

4.4 加強(qiáng)宣傳力度，打破固有觀念

漁業(yè)船舶主管機(jī)關(guān)需廣泛組織業(yè)內(nèi)宣貫和交流，深刻闡述環(huán)境保護(hù)的意義和重要性。減少排放必然帶來(lái)前端生產(chǎn)成本的提高和產(chǎn)品的升級(jí)迭代。對(duì)于國(guó)內(nèi)漁業(yè)船舶規(guī)則不應(yīng)比公約要求高的觀點(diǎn)是不成立的。對(duì)于船舶的性能指標(biāo)來(lái)說(shuō)，國(guó)內(nèi)的船舶比國(guó)際航行船舶低是合理的，國(guó)際船的航線長(zhǎng)，航行海況復(fù)雜多變，因此對(duì)性能的要求更高。但對(duì)于排放污染物，國(guó)內(nèi)和內(nèi)河船舶更靠近人的居住區(qū)域，給人們帶來(lái)的影響更大，因此在排放指標(biāo)方面，國(guó)內(nèi)船舶和內(nèi)河船的要求高于國(guó)際船舶是合理的，也是必要的。對(duì)于產(chǎn)業(yè)升級(jí)帶來(lái)的生產(chǎn)成本的增加，在新標(biāo)準(zhǔn)推行的初期階段，建議地方政府可對(duì)部分困難的船機(jī)企業(yè)進(jìn)行耐久試驗(yàn)的燃油補(bǔ)助，一方面可以推動(dòng)產(chǎn)業(yè)升級(jí)，提高企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力，另一方面也可為新標(biāo)準(zhǔn)的落地提供了有力保障。

《GB 15097—2008船用柴油機(jī)排氣排放污染物的測(cè)量方法》主要規(guī)定了船機(jī)排放污染物的各種測(cè)量方法，未對(duì)污染物的排放限值做出規(guī)定。此次發(fā)布的船機(jī)排放新標(biāo)準(zhǔn)，相對(duì)于前代標(biāo)準(zhǔn)是一次跨越性升級(jí)。新標(biāo)準(zhǔn)的要求與歐美發(fā)達(dá)國(guó)家一致，比MARPOL的要求更嚴(yán)格，這體現(xiàn)出中國(guó)政府對(duì)空氣污染防治的決心，同時(shí)也向世界展示了負(fù)責(zé)任大國(guó)的擔(dān)當(dāng)。新標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施促進(jìn)了船機(jī)的產(chǎn)品升級(jí)和行業(yè)發(fā)展?？梢灶A(yù)見會(huì)很大程度改善中國(guó)空氣質(zhì)量，降低有害氣體和顆粒物產(chǎn)生的影響。