基于实际工况的重型商用货车碳排放研究-能源基金会

基于实际工况的重型商用货车碳排放研究 ResearchonHeavyDutyCommercialTruckCarbonEmissionsuponRealWorldOperationSituationsReport 成都天府创新环境科技研究院有限公司 2023.11 ChengduTianfuInnovativeEnvironmentalScienceandTechnologyResearchInstituteCo.,LTD 关于作者 本研究由成都天府创新环境科技研究院有限公司统筹撰写，主要作者为：陈伟程，黄映楠，何苗，明镇洋，储典。 致谢 感谢能源基金会（EnergyFoundationChina）对本研究的资金支持。 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。 目录 第1章项目背景和目标1 1.1项目背景1 1.1.1碳达峰碳中和1 1.1.2减污降碳协同增效2 1.1.3柴油货车污染治理攻坚行动3 1.1.4国内外燃料消耗量限值现状4 1.1.5重型货车的碳排放现状5 1.1.6小结7 1.2项目目标8 第2章研究内容9 2.1研究内容9 2.1.1油耗模型搭建9 2.1.2微观工况识别10 2.1.3多维度碳排放因子数据库构建10 2.1.4碳排放因子验证11 2.1.5探索实际道路行驶工况和发动机参数在油耗监测和模拟计算上的价值12 2.1.6探讨研究结果为相关部门提供数据支撑的可能性12 2.2技术路线13 第3章数据处理分析15 3.1样本数据筛选15 3.1.1典型车型的筛选15 3.1.2典型参数的筛选18 3.2数据主要问题19 3.3数据质量分析24 3.3.1数据处理流程24 3.3.2数据清洗结果26 3.4全年上线车辆分析31 3.5本章小结37 第4章综合油耗分析39 4.1综合油耗技术路线39 4.2综合油耗的分段方法40 4.3分段后的数据再清洗41 4.3.1时间密度41 4.3.2车速积分/里程差42 4.4综合油耗计算方法45 4.4.1比较喷油量和油箱液位45 4.4.2比较积分算法和求和算法46 4.4.3比较里程段分别计算油耗和综合计算油耗47 4.4.4活动范围筛选48 4.4.5时速筛选50 4.5综合油耗计算结果51 4.5.1车辆数量分布51 4.5.2综合油耗均值52 4.5.3怠速段和行驶段油耗53 4.6重型专项作业车的油耗分析57 4.6.1数据筛选57 4.6.2数据清洗与切段58 4.6.3专项作业车工况分析59 4.6.4专项作业车的油耗60 4.7本章小结63 第5章工况识别及其油耗65 5.1工况识别方法65 5.2可视化方法69 5.3工况识别和模型构建结果72 5.3.1载货汽车72 5.3.2牵引汽车77 5.3.3自卸汽车81 5.3.4速度-加速度-功率和油耗的分布86 5.4本章小结94 第6章多场景油耗分析96 6.1停车点及负载识别96 6.1.1停车点及负载识别方法流程96 6.1.2停车点及负载识别结果101 6.2区域场景识别109 6.2.1行驶场景对油耗的影响109 6.2.2场景筛选方法112 6.2.3场景匹配方法114 6.2.4不同场景的油耗115 6.3长短途油耗分析117 6.4多维度油耗分析119 6.4.1多场景与负载匹配算法119 6.4.2结果分析120 6.5油耗与温度的关系分析124 6.5.1验证方法124 6.5.2结果分析126 6.6本章小结127 第7章碳排放因子验证129 7.1PEMS排放对比验证129 7.1.1技术路线129 7.1.2验证结果133 7.2实车油耗对比验证135 7.2.1验证方法136 7.2.2验证结果139 7.2.3结果分析141 7.3本章小结145 第8章碳排放因子数据库146 8.1碳排放系数计算146 8.2数据库147 第9章项目成果、结论和建议151 9.1项目成果151 9.1.1建立一套对重型货车实际道路行驶工况和发动机参数大数据质量分析和数据清理的方法151 9.1.2构建重型货车在实际道路运行的微观工况数据库152 9.1.3建立重型货车多维度的碳排放因子数据库153 9.2项目结论155 9.3项目建议156 第1章项目背景和目标 1.1项目背景 1.1.1碳达峰碳中和 2020年9月，习近平总书记在第七十五届联合国大会上宣布，中国力争 2030年前二氧化碳排放达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和目标。 为深入贯彻落实党中央、国务院关于碳达峰、碳中和的重大战略决策，扎实推进碳达峰行动，2021年10月，国务院印发了《2030年前碳达峰行动方 案》，其中要求到2025年单位国内生产总值二氧化碳排放比2020年下降18%， 到2030年单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降65%以上。同时要求将碳达峰贯穿于经济社会发展全过程和各方面，重点实施能源绿色低碳转型行动、节能降碳增效行动、工业领域碳达峰行动、城乡建设碳达峰行动、交通运输绿色低碳行动、循环经济助力降碳行动、绿色低碳科技创新行动、碳汇能力巩固提升行动、绿色低碳全民行动、各地区梯次有序碳达峰行动等“碳达峰十大行动”。在政策保障上，要求建立统一规范的碳排放统计核算体系。加强碳排放统计核算能力建设，深化核算方法研究，加快建立统一规范的碳排放统计核算体系。支持行业、企业依据自身特点开展碳排放核算方法学研究，建立健全碳排放计量体系。推进碳排放实测技术发展，加快遥感测量、大数据、云计算等新兴技术在碳排放实测技术领域的应用，提高统计核算水平。积极参与国际碳排放核算方法研究，推动建立更为公平合理的碳排放核算方法体系。 碳排放统计核算是做好碳达峰碳中和工作的重要基础，是制定政策、推动工作、开展考核、谈判履约的重要依据。为贯彻落实《中共中央国务院关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》和《2030年前碳达峰行动方案》有关部署，夯实碳达峰碳中和工作基础，2022年8月，国家发展改革委、国家统计局、生态环境部联合印发《关于加快建立统一规范的碳排放统计核算体系实施方案》。要求到2023年，职责清晰、分工明确、衔接顺畅的 部门协作机制基本建立，相关统计基础进一步加强，各行业碳排放统计核算工作稳步开展，碳排放数据对碳达峰碳中和各项工作支撑能力显著增强，统一规范的碳排放统计核算体系初步建成。到2025年，统一规范的碳排放统计核算体系进一步完善，碳排放统计基础更加扎实，核算方法更加科学，技术手段更加先进，数据质量全面提高，为碳达峰碳中和工作提供全面、科学、可靠数据支持。 1.1.2减污降碳协同增效 温室气体与环境污染物具有同根同源性。煤炭等化石燃料在燃烧过程中既产生二氧化碳等温室气体，也会产生颗粒物、一氧化碳、二氧化硫等空气污染物。温室气体与环境污染物在控制措施方面也具有协同效应。当前，我国生态环境保护结构性、根源性、趋势性压力总体上尚未根本缓解，结构性污染问题仍然突出。进一步将大气污染防治与温室气体控排措施深度融合，将加快生态环境质量由量变到质变的改善进程。 为深入贯彻落实党中央、国务院关于碳达峰碳中和决策部署，落实新发展阶段生态文明建设有关要求，协同推进减污降碳，实现一体谋划、一体部署、一体推进、一体考核。2022年6月，生态环境部印发了《减污降碳协同增效实施方案》。面对生态文明建设新形势新任务新要求，基于环境污染物和碳排放高度同根同源的特征，遵循减污降碳内在规律，强化源头治理、系统治理、综合治理，切实发挥好降碳行动对生态环境质量改善的源头牵引作用，充分利用现有生态环境制度体系协同促进低碳发展，创新政策措施，优化治理路线，推动减污降碳协同增效。方案目标要求到2025年，减污降碳协同推进的工作格局基本形成；重点区域、重点领域结构优化调整和绿色低碳发展取得明显成效；形成一批可复制、可推广的典型经验；减污降碳协同度有效提升。到2030年，减污降碳协同能力显著提升，助力实现碳达峰目标；大气污染防治重点区域碳达峰与空气质量改善协同推进取得显著成效；水、土壤、固体废物等污染防治领域协同治理水平显著提高。 该方案还在优化环境治理中，要求推进大气污染防治协同控制，提出推进移动源大气污染物排放和碳排放的协同治理。在强化支撑保障中，要求完善减污降碳法规标准，推动将协同控制温室气体排放纳入生态环境相关法律法规和研究制订重点行业温室气体排放相关标准。 1.1.3柴油货车污染治理攻坚行动 近年来，通过制定实施《大气污染防治行动计划》和《打赢蓝天保卫战三年行动计划》，我国环境空气质量明显改善，人民群众蓝天幸福感、获得感显著增强。但重点地区、重点领域大气污染问题仍然突出，京津冀及周边等区域细颗粒物（PM2.5）浓度仍处于高位，秋冬季重污染天气依然高发、频发；臭氧污染日益凸显，特别是在夏季，已成为导致部分城市空气质量超标的首要因子；柴油货车污染尚未有效解决，移动源是氮氧化物排放的重要来源，对秋冬季PM2.5污染和夏季臭氧污染影响较大，大气污染防治工作任重道远。 为贯彻落实《中共中央国务院关于深入打好污染防治攻坚战的意见》有关要求，打好重污染天气消除、臭氧污染防治、柴油货车污染治理三个标志性战役，解决人民群众关心的突出大气环境问题，持续改善空气质量，2022年11 月，生态环境部等15部门联合印发了《柴油货车污染治理攻坚行动方案》。方案提出强化挥发性有机物（VOCs）、氮氧化物等多污染物协同减排，目标是到2025年，全国柴油货车排放检测合格率超过90%，氮氧化物排放量下降12%，新能源和国六排放标准货车保有量占比力争超过40%。 据中国移动源环境管理年报（2022）统计，2021年全国货车CO、HC、NOx、PM排放量分别为206.2万吨、51.6万吨、480.7万吨、5.8万吨，占汽车排放总量的29.7%、28.4%、84.6%、91.1%。重型货车的四项污染物排放量分别为73.5万吨、32.2万吨、432.5万吨、3.3万吨。因此，重型柴油货运车辆的污染物和CO2协同减排是未来我国交通领域减排的重点领域。 1.1.4国内外燃料消耗量限值现状 重型商用车的碳排放与燃油消耗情况息息相关。我国工信部于2022年6月 17日公开征求《重型商用车辆燃料消耗量限值》强制性国家标准的意见。如图 1-1所示，考虑到我国第三阶段货车/客车油耗与2025年国外先进水平差距保守估计在15%左右，半挂牵引汽车油耗差距将在20%，为实现减污降碳协同增效等规划目标，本次征求意见稿考虑到了缩小此类差距。征求意见稿中将所有车型的油耗标准整体加严了15%左右，同时增加了与限值对应的CO2排放量参考值的计算方法。 图1-1国内外重型商用车油耗标准趋势 此外，国际上其他国家也对重型货运车辆碳排放在原先的基础上提出了更高的要求。美国环境保护署（EPA）在拜登总统的《洁净货车法案》要求减少新生产的中/重型车辆的污染物和温室气体排放的背景下，于2023年4月12日 公布了其拟议的重型车辆第3阶段温室气体标准，征求对2027-2032年的拟议第三阶段标准的意见，提案更新加严了2027车型年车辆的CO2排放标准，并提 出2028-2032重型车CO2要求。2023年10月16日，欧盟理事会通过了针对货车及大客车（重型车）的二氧化碳排放标准提案，通过了目前全球最为严格积极的重型货车二氧化碳减排目标：到2030年减排43%；到2035年减排64%；到2040年减排90%。 1.1.5重型货车的碳排放现状 交通运输是控制碳排放的重要领域之一，根据OurWorldinData(https://ourworldindata.org)机构的数据统计（如图1-2所示）