中汽研汽车检验中心天津2023中国非道路移动机械低碳排放的潜力分析及政策建议研究报告

中国非道路移动机械低碳排放的潜力分析及政策建议 AnalysisofthelowcarbonemissionpotentialofChina'snon-roadmobilemachineryandpolicyrecommendations 南开大学，中国汽车技术研究中心有限公司2023.10 TechnologyandResearchCenterCo.,Ltd October,2023 NankaiUniversity,ChinaAutomotive 金陶胜，南开大学副教授 研究重点是车辆排放控制、空气污染控制等。到目前为止，以第一作者或通讯作者身份在Journalofhazardousmaterials,Scienceofthetotalenvironment,Energy,Journalofmanagement等国内外期刊上发表了50多篇论文。 Emial:jints@nankai.edu.cn 李勇，中国汽车技术研究中心有限公司中级工程师 研究重点是基于物联网及大数据分析的重型柴油车及柴油机械排放跟踪技术研究及应用示范、交通道路排放通量核算与评估等。 Emial：liyong@catarc.ac.cn TaoshengJin,associateprofessorofNankaiUniversity Researchfocusesonvehicleemissioncontrol,airpollutioncontrol,etc.Sofar,asthefirstauthororcorrespondingauthor,hehaspublishedmorethan50papersindomesticandforeignjournalssuchasJournalofhazardousmaterials,Scienceofthetotalenvironment,Energy,Journalofmanagement,etc. Emial:jints@nankai.edu.cn YongLi,intermediateEngineerofChinaAutomotiveTechnologyand ResearchCenterCo.,Ltd Theresearchfocusesontheresearchandapplicationdemonstrationofheavy-dutydieselvehicleanddieselmachineryemissiontrackingtechnologybasedonInternetofThingsandbigdataanalysis,andtheaccountingandevaluationoftrafficroademissionflux. Emial：liyong@catarc.ac.cn 致谢 本研究由南开大学和中国汽车技术研究中心有限公司统筹撰写，由能源基金会提供资金支持。 ACKNOWLEDGEMENT ThisreportisaproductofNankaiUniversityandChinaAutomotiveTechnologyandResearchCenterCo.,LtdandisfundedbyEnergyFoundationChina. 目录 第一章前言1 第二章非道路移动机械的生产和销售情况2 1工程机械产销情况3 第三章安徽省和河南省农业机械使用现状3 1安徽省柴油农业机械使用现状调查研究4 1.1安徽省柴油农业机械年活动水平分布4 1.2安徽省柴油农业机械小时油耗分布7 1.3安徽省柴油农业机械油耗速率分布8 1.4安徽省柴油农业机械年耗油量分布9 2河南省柴油农业机械使用现状调查研究9 2.1河南省柴油农业机械年活动水平分布9 2.2河南省柴油农业机械小时油耗分布12 2.3河南省柴油农业机械油耗速率分布14 2.4河南省柴油农业机械年耗油量分布14 第四章国外非道路机械低碳化的现状、政策和管理15 1国外低碳/零碳非道路移动机械的发展情况15 1.1美国低碳/零碳非道路移动机械的发展情况15 1.1.1建筑机械15 1.1.2农业机械16 1.1.3叉车16 1.2欧洲低碳/零碳非道路移动机械的发展情况16 1.2.1叉车16 1.2.2高空作业平台16 1.2.3挖掘机17 1.2.4装载机17 1.2.5混凝土搅拌车17 2国外低碳/零碳非道路移动机械的推广政策18 2.1美国低碳/零碳非道路移动机械的推广政策18 2.2欧盟低碳/零碳非道路移动机械的推广政策18 2.3日本低碳/零碳非道路移动机械的推广政策19 2.4印度低碳/零碳非道路移动机械的推广政策19 第五章中国非道路机械低碳化的政策和管理20 1中央及行业层面的相关政策与规定20 2各地政府层面的相关政策与规定21 第六章京津冀地区非道路移动机械使用现状23 1京津冀地区非道路移动机械保有量调查研究23 3京津冀地区不同类型机械的排放贡献27 4京津冀地区不同排放标准机械的排放贡献29 5京津冀地区非道路移动机械空间排放特征分析30 6京津冀区域非道路移动机械CO2减排潜力分析31 第七章机械电动化可行性分析34 1机械电动化政策需求的背景34 2机械电动化的市场需求背景35 3电动机械的发展情况37 4机械电动化场景与方向分析39 4.1工程机械作业场景选择39 4.2工程机械电动化技术水平41 4.2.1当前技术水平下电动化对于机械结构设计的影响42 4.2.2当前技术水平下电动化对一次购买费用的影响43 4.2.3当前技术水平下电动化对充电能力的需求44 4.2.4当前市场价格下电动化对充电桩建设的需求45 4.2.5当前市场价格下电动机械与燃油机械的使用费用分析45 第八章总结与政策建议47 1总结47 2政策建议48 参考文献49 图目录 图1安徽省柴油农业机械功率段分布4 图2安徽省柴油农业机械年活动水平分布4 图3功率与年活动水平分布散点图5 图4全功率段年活动水平频数分布直方图5 图5<37kW功率段农业机械年活动水平分布直方图5 图637-75kW功率段农业机械年活动水平分布直方图6 图775-130kW功率段农业机械年活动水平分布直方图6 图8>130kW功率段农业机械年活动水平分布直方图6 图9安徽省柴油农业机械小时油耗分布7 图10功率与小时油耗分布散点图7 图11全功率段小时油耗频数分布直方图8 图12安徽省柴油农业机械油耗速率分布8 图13安徽省柴油农业机械年耗油量分布9 图14河南省柴油农业机械功率段分布9 图15河南省柴油农业机械年活动水平分布10 图16功率与年活动水平分布散点图10 图17全功率段年活动水平频数分布直方图11 图18<37kW功率段农业机械年活动水平分布直方图11 图1937-75kW功率段农业机械年活动水平分布直方图12 图2075-130kW功率段农业机械年活动水平分布直方图12 图21>130kW功率段农业机械年活动水平分布直方图12 图22河南省柴油农业机械小时油耗分布13 图23功率与小时油耗分布散点图13 图24全功率段小时油耗频数分布直方图13 图25河南省柴油农业机械油耗速率分布14 图26河南省柴油农业机械年耗油量分布15 图272011~2020年京津冀区域不同工程机械类型需求量占比24 图28京津冀区域非道路移动机械不同排放标准占比25 图292020年北京市挖掘机月均活动小时数27 图30京津冀区域不同类型工程机械的排放贡献占比28 图31京津冀区域不同类型农业机械的排放贡献占比29 图32京津冀区域不同排放标准机械的排放贡献占比30 图33京津冀区域非道路移动机械分城市排放量30 图34京津冀区域非道路移动机械排放空间分布31 图352025年和2030年各排放情景下非道路移动机械的排放量33 图362025年和2030年两种排放控制情景下非道路移动机械的减排潜力 ..............................................................................................................................................33 图372025年和2030年两种排放控制情景下工程机械和农业机械的减排 潜力34 图38电动重型车销量与补贴的关系36 图39城市电动重型车辆的销量分布36 图40NOx与PM排放的快速测试法39 图41典型叉车作业负荷点分布40 图42典型装载机作业负荷点分布40 图43典型挖掘机作业负荷点分布41 图44切换铅酸电池产生的重量影响42 图45切换锂电池产生的重量影响42 图46切换铅酸电池产生的一次购买费用影响43 图47切换锂电池产生的一次购买费用影响43 图48不同机械-不同充电功率的充电时间分析44 图49中国燃油价格构成46 图50中国的工业电价举例46 表目录 表12018-2021年工程机械产销情况3 表2美国低碳/零碳非道路移动机械的推广政策18 表3欧盟低碳/零碳非道路移动机械的推广政策18 表4日本低碳/零碳非道路移动机械的推广政策19 表5印度低碳/零碳非道路移动机械的推广政策19 表6中央及行业层面的相关政策与规定20 表7各地政府层面的相关政策与规定21 表82011~2020年电动叉车需求率（%）23 表92020年京津冀区域非道路移动机械保有量（万台）24 表10工程机械的功率段分布比例（%）和平均功率（kW）[21]25 表11工程机械负载因子25 表12农业机械平均功率（kW）及负载因子26 表13工程机械和农业机械年活动小时数（h）27 表14快速法摸底排放39 表15典型挖掘机能量需求41 表16装载挖掘机能量需求41 表17装载挖掘机能量需求42 表18不同机械在不同充电功率下的时间计算44 表19单一充电桩建设价格45 第一章前言 移动源是我国大气污染最重要的来源之一，包括道路移动源和非道路移动源。近些年，机动车的排放控制一直是环保部门工作的重点。政府已经发布了一系列控制车辆排放的措施，如限制私家车数量，油品和排放标准的升级，限号出行等，减排成效显著，机动车的排放呈现逐年下降的趋势[1]。而非道路移动源虽然在保有量上远不及机动车，但是由于缺乏登记管理、发动机技术与排放标准相对滞后等原因，其对移动源的排放贡献日益凸显，尤其是氮氧化物 （NitrogenOxides，NOX）和颗粒物（ParticulateMatter，PM）。根据《中国移动源环境管理年报（2022年）》[2]，2021年非道路移动源NOX排放量略低于机动车（478.9万吨和582.1万吨），PM的排放量是机动车的3.4倍（23.4万吨和6.9万吨）。Wen等[3]针对非道路移动源对空气质量的影响做了研究，结果表明2019年其对城市细颗粒物（FineParticulateMatter，PM2.5）、NOX和NO3−的贡献率分别为5.2%、24.2%和15.3%，20年间贡献率分别增长了131.1%、43.9%和61.7%。此外，已经有学者对PM2.5的来源解析进行了细化评估，例如非道路移动源是石家庄市采暖期PM2.5的第三大贡献者，贡献比例为13.8%[4]。 非道路移动源通常包括工程机械、农业机械、船舶、铁路机车和飞机。其中工程机械和农业机械统称为非道路移动机械。近年来，随着城市化进程的推进，很多城市均开展了大量基础设施建设，工程机械的保有量迅速增加，2021年已有近千万台。同时，我国农业机械化水平逐年提高，2021年小麦和玉米综合机械化率分别达到97.3%和90.0%[5]。农业机械柴油总动力2021年已达到107764万千瓦[6]。工程机械和农业机械的大量应用导致了城市和乡村的大气污染加剧。2021年，非道路移动机械对非道路移动源NOX和PM的排放贡献比例分别为64.9%和71.4%，其中农业机械贡献率比工程机械高4.9%和 7.2