全球内河和沿海航运的排放和管理措施

全球内河和沿海航运的排放和管理措施Globalinlandwaterwayandcoastalshippingmanagementandemissions 清华大学 2023年9月 TsinghuaUniversitySeptember,2023 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 顾问专家组 彭传圣交通运输部水运科学研究院纪永波交通运输部水运科学研究院陈东升北京工业大学 何卉国际清洁交通委员会(ICCT) 纪亮生态环境部机动车排污监控中心于丹阳交通运输部科学研究院 李悦交通运输部规划研究院丁焰中国环境科学研究院 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。 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 目录1 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8 1.4研究内容8 第2章全球内河和沿海船舶排放管理经验研究10 2.1中国篇10 2.2欧洲篇25 2.3美国篇49 2.4对比分析69 2.5小结80 第3章内河船舶排放计算82 3.1计算方法82 3.2中国内河和沿海船舶排放特征分析95 3.3长江流域典型航道断面船舶排放特征分析109 3.4长江流域内河船舶排放强度计算122 3.5长江流域内河船舶排放计算130 第4章内河和沿海船舶减排潜力评价142 4.1减排目标及相关政策指导142 4.2长江内河船舶碳减排发展路径研究144 4.3全球其他地区船舶减排路径158 4.4中国内河和沿海船舶减排方案建议163 第5章结论与展望166 5.1结论与建议166 5.2展望167 参考文献169 1.1研究背景 第1章绪论 船舶排放的大气污染物主要包括氮氧化物（NOx）、二氧化硫（SO2）、颗粒物（PM）、碳氢化合物（HC）、二氧化碳（CO2）、一氧化碳（CO）、甲烷（CH4）等[1]。每年船舶排放的温室气体约占全球总排放的3%，CO2、NOx排放分别占全球化石燃料燃烧的2%、15%左右，SO2排放占人为源排放的4%-9%[2]。 水运排放对全球硫沉降的贡献占据了全部排放来源的大概5%，贡献了约3%的陆地硫沉降[3]，这一比例在水运发达、船舶活动频繁的地区更高，该类地区的土壤和地表水的酸度和氮含量将会提高，生态环境平衡遭到破坏，优势种群可能发生改变[4]。船舶排放和气候变化之间的联系较为复杂，是多种污染物的复合影响结果，NOx、SO2可能导致气候变冷，而CO2则会导致气候变暖，因此航运可能会在短期内促进气候变冷，而在更长时间尺度上推动全球变暖[5]。 除了气候和生态影响，船舶排放还会对人群健康产生影响。船舶排放的大气污染物会随大气运动扩散到沿岸居民生活区，对公众产生潜在健康隐患。据统计，东亚地区的船舶排放可能造成了每年1.45-3.75万人的过早死亡[6]。在航运体系中，内河航道多临近或流经人口居住区，对公众的影响更大，研究表明，内河船舶是航运对城市空气质量影响的主要贡献者，上海市航运来源的PM2.5的40%-80%均来自于内河船舶[7]。 中国拥有世界上最繁忙的内河水运系统，世界上年货运量最高的三条河流均位于中国，分别是长江、珠江、京杭运河[8]。2022年全国内河等级航道通航里程达6.75万公里，拥有内河运输船舶10.95万艘，净载重量1.52亿吨，全年 内河货运量44.02亿吨，内河货物周转量19025.73亿吨公里[9]。如此大体量的内河水运带来的是高排放和高减排潜力，为此，建立清单评估船舶排放和探究内河船舶减排潜力是有必要的。 近年来，中国政府将碳达峰、碳中和作为国家重大战略目标，习近平总书记在第七十五届联合国大会、气候雄心峰会上先后做出重要承诺，宣布中国二氧化碳排放力争于2030年达到峰值，努力争取2060年实现碳中和。2021年10 月25日，中共中央、国务院印发《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》（以下简称《意见》），并就加快推进低碳交通运输体系建设作出部署。《意见》明确了优化交通运输结构、推广节能低碳型交通工具的具体举措。 内河和沿海航运作为水路运输最重要的组成部分，近年来成为国家水路运输实现低碳、绿色发展的重要内容。《国家综合立体交通网规划纲要》明确指出内河水运要充分发挥其在“6轴7廊8通道”综合立体交通网主骨架中的通道作用。《绿色交通十四五发展规划》，明确提出要“深入推进大宗货物及中长距离货物运输“公转铁”“公转水”。以上都表明，我国内河和沿海航运无论从现状还是从未来规划而言，都将在国家交通网络中发挥重要作用，而且呈现良好的发展趋势。 航运的快速发展必然带来排放量的增加，如何实现航运尤其是沿海及内河航运的绿色低碳发展，是未来航运高质量发展面临的挑战。围绕全球沿海及内河航运的绿色低碳发展，探索全球沿海及内河航运排放管理模式及研究方法，分析全球沿海及内河航运的排放现状，探索适应于中国特色的船舶排放控制路径是十分有必要的。 1.2研究现状 1.2.1船舶排放清单研究现状 建立船舶大气污染物排放清单是评估船舶排放影响的重要基础，基于清单对水运排放的时空特征进行分析，进而展开排放控制措施的评价和减排路径的探索，为实际政策制定和脱碳减排奠定基础。最早的排放清单计算探索可以追溯到上世纪末，美国环境保护署对船舶排放因子和船舶发动机功率展开了研究，建立了船舶活动水平和排放因子数据库[10]。 目前的船舶排放清单建立方法主要包括四种：燃油法、贸易法、统计法、动力法[11]。 燃油法是自上而下的计算方式，通过船舶燃油的消耗量和燃油排放因子计算得到总体的船舶排放情况，计算公式如式（1.2-1）所示。由于没有对船舶单体进行分析，不考虑船舶实际运行状态差异，计算结果较为粗糙，在NOx、PM等污染物排放水平和排放的空间分布上较真实情况有较大差异[12]。因此目前燃油法主要用于估算大空间尺度的船舶排放，获得该区域大致的排放水平。如果 要对区域内部的空间分布进行进一步分析，一般是基于船舶流量数据对估算得到的排放总量进行空间分配。 其中： 𝐸p=∑j(�×𝐴j)×EFp,j×103 式（1.2-1） 𝐸p，船舶排放的污染物p的年排放量，单位：吨/年； F，燃油年消耗量，单位：吨/年； 𝐴j，第j类船舶在所有船舶中的百分比，单位：%； EFp,j，基于燃料的第j类船舶排放的污染物p的排放因子，单位：克/千克；当计算NOx排放时，通常基于发动机类型对船舶进行分类，而计算SOx的 排放时，通常基于燃料进行分类。这与二者的形成机制有关。 贸易法是根据贸易对之间的水路货物运输等数据，利用经验给出假设和参数取值，将贸易和排放联系起来，进行船舶排放计算。该方法对数据的要求较低，可以基于经验对数据缺失较严重的地区进行评估假设，但准确性受限于数据完整性和经验假设准确性。Streets等人基于港口货物周转量，结合典型航运参数，估算了亚洲水域国际航运的SO2排放量[13]。近些年也有研究基于AIS系统进一步建立了贸易和船舶排放的关系，基于voy-SEIM和GTMS模型进行高精度计算，并将排放分配到贸易商品和贸易国上，对全球交易和运输市场减排提出建议[14]。 统计法是一种自下而上的方法，基于船舶静态数据和船舶活动水平来估算排放量，采用船舶静态统计数据，如船舶进出港艘次，结合船舶类型、发动机功率、运行工况、排放因子等数据，进行船舶排放的计算，一般计算公式如式 （1.2-2）所示。统计法由每艘船舶的数据合并到一个船队或一类船舶，进而统计出总体的排放清单，因此这种方法可以较好地体现单船差异，精细化程度也相较于之前两种方法更高。但这种方法仍然无法真正模拟船舶实际运行情况。 其中： 𝐸p=∑j�×LFj×EFp,j×𝑇j×10−6 式（1.2-2） 𝐸p，船舶排放的污染物p的排放量，单位：吨；P，船舶主机的连续运转功率，对每艘船舶来说是固定值，单位：千瓦；LFj，第j类船舶的平均航行负载； 𝑇j，第j类船舶的航行时间，单位：小时； EFp,j，基于发动机功率的