道路机动车及其油品上游 VOCs 排放影响因素分析及控制建议

道路机动车及其油品上游VOCs排放影响因素分析及控制建议 AnalysisandcontrolsuggestionsoninfluencingfactorsofVOCsemissionsfromroadvehiclesandtheirupstreamoilproducts 清华大学 2022年9月 TsinghuaUniversitySeptember,2022 报告负责人 刘欢清华大学环境学院教授 技术报告承担单位 清华大学环境学院：满瀚阳、蔡志涛、张芷宁 王永越、姜玉恒、蔡雯颖 顾问专家组 谢绍东北京大学 徐文帅海南省环境科学研究院刘剑筠广东省环境科学研究院崔洪阳国际清洁交通委员会 致谢 本研究由清华大学环境学院统筹撰写，由能源基金会提供资金支持。 关于清华大学环境学院 清华大学环境学院源于清华大学1928年设立的市政工程系。1977年建立中国第一个环境工程专业，2011年在清华大学百年校庆之际发展为环境学院。 清华大学环境学科在最近连续三次的教育部学科评估中获得环境科学与工程一级学科第一名；2022年QS环境学科世界大学排名第9，在所有亚洲大学的环境学科中排名第1。在最近的数十年中，在教 育部、生态环境部、科学技术部等有关部委的大力支持下，环境学院在师资队伍、学科建设、人才培养、科学研究和国际合作等方面取得了优异的成绩。 环境学院建立了以环境科学、环境工程、环境管理三大学科方向为基础，涵盖多要素多介质的综合性、交叉型学科体系，下设环境工程系、环境科学系和环境规划与管理系。教师中现有4名中国工程 院院士（其中2位为美国工程院外籍院士），教师队伍具有很强的创新能力、凝聚力和团队合作精神，为高水平教学、科研和社会服务工作的顺利开展提供了有力保障。学院建立了“环境模拟与污染控制国家重点联合实验室”、“国家环境保护大气复合污染来源与控制重点实验室”等高水平开放式研究机构，长期担任教育部高等学校“环境科学与工程教学指导委员会”和“环境工程专业教学指导分委员会”的主任单位。学院为国家重大环境问题的解决和可持续发展战略的实施提供了技术服务、理论支持和决策支撑，成为环境保护高层次人才培养基地和高水平科学研究中心，在国内外环境保护领域享有很高的声誉。 关于能源基金会 能源基金会是在美国加利福尼亚州注册的专业性非营利公益慈善组织，于1999年开始在中国开展工作，致力于中国可持续能源发展。基金会在北京依法登记设立代表机构，由北京市公安局颁发登记证书，业务主管单位为国家发展和改革委员会。 能源基金会的愿景是通过推进可持续能源促进中国和世界的繁荣发展和气候安全；使命是通过推动能源转型和优化经济结构，促进中国和世界完成气候中和，达到世界领先标准的空气质量，落实人人享有用能权利，实现绿色经济增长。致力于打造一个具有战略眼光的专业基金会，作为再捐资者、协调推进者和战略建议者，高效推进使命的达成。 项目资助领域包括电力、工业、交通、城市、环境管理、低碳转型、策略传播七个方面。通过资助中国的相关机构开展政策和标准研究， 推动能力建设并促进国际合作，助力中国应对发展、能源、环境与气候变化挑战。除上述七个领域的工作，能源基金会还致力于支持对中国低碳发展有重要影响的综合性议题的研究和实践，并成立了六个综合工作组：中长期低碳发展战略、城镇化、煤炭转型、电气化、空气质量、国际合作。 报告正文 免责声明 -若无特别声明，报告中陈述的观点仅代表作者个人意见，不代表能源基金会的观点。能源基金会不保证本报告中信息及数据的准确性，不对任何人使用本报告引起的后果承担责任。 -凡提及某些公司、产品及服务时，并不意味着它们已为能源基金会所认可或推荐，或优于未提及的其他类似公司、产品及服务。 Disclaimer -Unlessotherwisespecified,theviewsexpressedinthisreportarethoseoftheauthorsanddonotnecessarilyrepresenttheviewsofEnergyFoundationChina.EnergyFoundationChinadoesnotguaranteetheaccuracyoftheinformationanddataincludedinthisreportandwillnotberesponsibleforanyliabilitiesresultingfromorrelatedtousingthisreportbyanythirdparty. -Thementionofspecificcompanies,productsandservicesdoesnotimplythattheyareendorsedorrecommendedbyEnergyFoundationChinainpreferencetoothersofasimilarnaturethatarenotmentioned. 目录 第1章绪论1 1.1研究背景1 1.2研究现状2 1.3研究目标5 1.4研究内容5 第2章研究方法7 2.1汽油全过程VOCs排放方法学7 2.2汽油全过程VOCs未来排放计算23 第3章结果与讨论32 3.1汽油全过程VOCs排放清单及综合源谱32 3.2汽油全过程VOCs未来排放及控制效益研究41 第4章案例示范54 4.1广东、海南省汽油全过程排放特征54 4.2广东、海南省汽油全过程控制效益分析55 第5章结论与建议57 参考文献59 附表1清单参数输入及来源64 附表2各情景关键参数变化表69 附表3汽油全链条相关政策法规调研情况表72 1.1研究背景 第1章绪论 2013年以来，随着《大气污染防治行动计划》及《打赢蓝天保卫战三年行动计划》的开展，我国对大气污染的控制力度不断提高，大气颗粒物污染问题得到显著改善。2021年全国337个地级及以上城市细颗粒物PM2.5平均浓度为30μg/m³，与2013年相比下降了58.3%，而臭氧浓度居高不下，与2013年相比仅仅下降了1.4%，以臭氧为首要污染物的超标天数占总超标天数的34.7%[1-2]。此外，相较于世界卫生组织WHO（WorldHealthOrganization）最新发布的空气质量准则AQG（Airqualityguidelines）值，2019年全国城市空气质量监测站的362个城市最大8小时臭氧浓度中：82.3%的城市臭氧浓度超出暖季IT1限值(100μg/m3)，仅有东北、西藏及西南少数几个城市未超标，所有城市臭氧浓度均超出暖季IT2（70μg/m3），所有城市臭氧浓度均超出AQG值（60μg/m3）。目前，臭氧污染控制已经成为我国新阶段大气污染防控的重点[3]。 臭氧的生成与其前体物呈非线性响应，2020年新冠疫情期间在氮氧化物 （NOx）排放大幅减少的情况下，部分地区臭氧异常升高，其重要原因之一是NOx和挥发性有机物（VOCs）的减排比例不同[4-6]。RSM模型结果显示VOCs对臭氧始终保持一定程度的正贡献[7]。在全国层面，VOCs减排量需达到NOx的40%才能实现颗粒物及臭氧的协同控制[8]。2013年到2017年我国NOx减排约为 21%,而VOCs排放基本未变[9]，中国大部分城市地区的臭氧生成处于VOCs控制区[10]，人为源排放驱动平均贡献了1.2ppb/年的变化趋势[11]。因此实现颗粒物与臭氧协同控制，尤其是臭氧减排关键在于加大VOCs控制力度，这也对人为源VOCs排放清单的精确度提出更高的要求。 从全国范围看，移动源相关VOCs排放已经成为城市VOCs的主要人为源以及影响臭氧的核心排放过程。车辆VOCs的排放过程可分为两类：尾气管排放过程和蒸发排放过程。北京地区2007-2013年间移动源VOCs排放对大气VOCs的贡献比例高达全部人为源的45%-57%[12-15]。近十年VOCs排放清单的研究结果显示，仅移动源尾气排放占总VOCs排放的23-33%[16-19]。事实上，从物质流的角度，下游油品的消耗必然与上游油品的储存、运输和销售环节相关联。由于汽油具有显著的挥发性，上游储运销环节中储存过程的储罐蒸发及收 发物料的工作损失、装卸油过程的蒸汽置换及泄漏、运输过程的损耗、加油站销售过程车辆加油排放及加油站储罐呼吸排放等多个环境均存在油气挥发。清单研究显示，2010-2016年储运销过程的VOC排放占比从3.76％增加到4.46％，仅油品运输环节占VOCs排放约9.8%[20]，加油过程的排放更是占了汽油车驻车过程蒸发排放的1/3[21]。由于其工业和人口密集的东南沿海区域年均温度超过20摄氏度[22]，显著高于全国平均水平，那么来自油气挥发过程的VOCs将更为显著。 根据长三角和珠三角区域已发表的相关研究，大气VOCs的源解析显示车辆尾气排放对上海[23-24]、南京[25]、广州[26]、香港[27]大气VOCs贡献超过27.6% （2017年）、27%（2016年）、11±2%（2007年）、16±2%（2010年）；油气蒸发贡献超过13.8%（2017年）、15%（2016年）、7±2%（2007年）、17±2% （2010年）。而空气质量模型的结果显示，2015年之后长三角和珠三角地区移动源排放对大气臭氧的贡献均已超过35%[28-29]。可以推测，车辆及汽油储运销VOCs排放在城市地区的人为源VOCs中占有重要地位，准确的排放清单对进一步提升重点城市环境空气质量、指导臭氧污染联防联控具有指导意义。 1.2研究现状 1.2.1排放清单方法 车辆汽油储运销VOCs排放清单研究的方法学和应用实践都已经有了一定的积累，但仍然存在下述问题。首先，虽然车辆VOCs排放清单已经可以有相对完整的方法学建立，但启动排放定量存在较大误差。排放清单计算最基本的逻辑即为“排放因子×活动水平×（1-控制效率）”，我国最早期机动车清单研究常借鉴国外排放模型中的排放因子[30-31]，包括美国EPA的MOVES及MOBILE模型、加州空气质量管理局的IVE模型以及欧洲的COPERT模型。这些模型中的排放因子都来自于美国或者欧洲的排放测试。由于机动车排放控制技术、环境条件以及行驶工况的差异，这些排放因子并不能准确反映中国的排放特征。对于尾气排放，Hao等使用台架试验测试了171辆车的排放因子，并将测试结果用于MOBILE模型的本地化应用[32]。Fu和Liu等人分别使用车载测试系统（PEMS）对12辆和75辆车进行了道路测试，并使用测试结果对MOBILE和IVE模型进行了本地化[33-35]。Zhang等基于大量的排放测试建立并更新了北 京市机动车排放因子模型（EMBEV）[36-37]。并基于大量的本地化数据编写了 《机动车排放清单编制指南》，为我国机动车排放清单编制提供缺省排放因子及活动水平。但是由于实验室行驶工况缺陷或者尾气后处理装置失效，实验室测试并不能反映实际行驶条件下的排放特征，单独使用实验室测试排放因子会造成排放计算结果低于实际情况。项目团队之前使用密闭舱开展了154次系统性的交叉法规测试规程的正交实验，完善了蒸发排放机制及排放物种特征的研究[38]；充分考虑车辆控制技术、行驶状况、环境因素、油品参数等因素，建立基于“行驶-驻车-行驶”链式行为解析的机动车VOCs全过程排放模型，实现有限基础参数及活动水平数据输入下的热浸排放、分子渗透排放、通气渗透排放、加油排放、碳罐排放等蒸发排放过程以及热稳定运行和启动排放在内的尾气排放过程的模拟[38]。不过，最新的研究显示，轻型汽油车尾气VOCs的排放主要发生在冷启动过程中[39]。此外，环境温度同样对冷启动阶段尾气有机气体排放有影响[40]。低温冷启动已经成为未来汽油车尾气有机气体减排的关键环节，需要在现有清单方法学基础上，深入研究并优化我国不同地区环境条件下的启动排放清单方法学，为制定未来我国车辆VOCs排放的综合控制策略提供科学支撑。 其次，现有研究中油品储运销过程清单不确定过大。油品储