大气污染控制对策的船舶减排效果评价外文翻译资料

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大气污染控制对策的船舶减排效果评价

摘要：本文结合基于发动机功率的水体运输数据挖掘、减排情景分析和船舶排放计算的方法，建立船舶排放清单、减排趋势类比和投资效果分析模型。利用这些模型，可对船舶的排放清单、分类比例和不同情景下的减排效果进行定量评价，包括计算在不同航区和不同工况下各类船舶的大气污染物排放量；预测内河、国内沿海和海船以及外国海船的货物周转量；类比分析跟随国民生产总值和水体运输增长的船舶排放量和减少量；估算船舶载重量和船型的数量，以及船上减载设施的每项投资或运营成本的减少。评估结果表明，2020年单位周转量的燃料消耗量较2005年下降27%~45%，2030年再下降20%~25%，在2020年至2027年期间，我国内河、沿海各类运输船舶，以及其它地区海船的CO₂排放总量将达到峰值。 在根据国际公约和国内法律法规设定氮氧化物和硫氧化物减排目标的情景下，各种运输船舶在我国排放的氮氧化物、硫氧化物和颗粒物的减排效果显著；如果将上述减排目标打50%或25% 的折扣,那么上述污染物的减排效果则有限或非常有限。根据船舶的排放清单和分类占比，较大的排放源是首抓的控制重点，依次为：各航区的船舶主机、在港区系泊或靠泊的运输船的辅机、港作船，也应采取综合防治对策，以有效地降低我国的内河、沿海船舶以及海岸线以内的国内外海船的的排放。

关键词：船舶；减排效应；评估；空气污染控制；排放清单；数据挖掘；情景分析。

1 概述

船舶是重要的交通大气污染源之一，其主要排放污染物有氮氧化物、硫氧化物、颗粒物、一氧化碳、碳氢化合物、二氧化碳、一氧化二氮、甲烷、钒、镍等。根据1990年修订的《清洁空气法案》，美国环境保护局已经完成了对车辆和非道路发动机排放物的全面研究。后来，CORBETT JAMES等人公布了发动机功率和燃料方法的排放计算公式。这些开创性的工作为后续的船舶排放和控制研究奠定了重要的基础。如苏松利用发动机功率法对上海国际航运中心洋山深水港进行了船舶排放清单研究，运用统计分析方法于船舶货运量计算主机、辅机和锅炉的发动机功率。西蒙·凯沃等人尝试使用自动识别系统的数据跟踪每艘船的动态信息，并在统计分析区域排放总量及其时间分布的基础上，应用发动机功率法动态计算污染物排放的时间和空间分布特征。为了控制船舶造成的空气污染，需要从不同方面采取节能减排措施，如船舶燃料清洁、提高能效和运输能力、改善船体和发动机、优化速度和路线、净化船舶废气等。对于不同的措施，相应的投资、技术准备时间和减排效果不尽相同。因此，对具有代表性的污染防治对策进行综合评价是非常有益的，其中量化的减排效果评价是决策的关键。本文结合基于发动机功率的水体运输数据挖掘、减排情景分析和船舶排放计算的方法，建立船舶排放清单、减排趋势类比和投资效果分析模型。利用这些模型，可对船舶的排放清单、分类比例和不同情景下的减排效果进行定量评价，为全面推进防控措施提供支持。

2 数据和方法

2.1 船舶状态的场景设计

2015年8月29日，我国颁布了《大气污染防治法》，在多源监管和全过程控制的原则下，提出了精细化管理和多污染物协同控制的具体要求。同期，中国交通部发布了《实施船舶和港口污染防治专项行动方案（2015年、2020年）》，提出要以减少污染物排放和加强污染物处置为核心，以完善法律法规、标准、规范为依据，以推进排放控制区试点示范为抓手，依法推进船舶和港口污染防治工作，努力实现我国海洋绿色、循环、低碳、可持续发展的实施方案。交通部还启动了珠江三角洲和长江三角洲、渤海（北京天津北）船舶排放控制区的实施方案，相关地区和港口应逐步控制船舶燃料硫含量，从现有的3.5%降至0.5%，并进一步降至0.1%。本文采用情景模拟的方法，以上述控制为背景，设计了中国不同时期船舶所有权、运营、节能减排的代表性状况。

图1不同类型船舶的年变化

(a.实船载重数据与模型数据的比较；b.船舶数量的真实数据；c.船舶载荷年变化的建模数据；d.船舶数量年变化的建模数据。)

（1）代表船舶的地位

船舶从建造、运营到淘汰、拆解都有其自身的生命周期。中国沿海和内河不同阶段新建和现有不同类型船舶的数量和载重构成了代表性船舶的地位。基于中国交通部统计公报（2014）的数据挖掘分析，建立了船舶负荷预测模型（1）~（5），用于模拟船舶负荷的年增长趋势（图1a），根据船舶数量变化的特点，计算新造船和现有船舶负荷（图1c）和内水、海岸和海洋船舶数量(图1d)。

（1）

（2）

（3）

（4）

（5）式中，

—第k个预测年的船舶载重吨；

—第k个预测公元年；

—统计分析开始公元年；

—常数；

—第k个预测年第l类船舶的船舶载重吨；

—第k个预测年第l类新建船舶的船舶载重吨，l=1:内河船舶，l=2:国内沿海船舶，l=3:国内船舶；

—第k个预测年第l类现有船舶的船舶载重吨；

—第k个预测年第l类船舶的船舶数量；

—第k个预测年第l类新建船舶的船舶数量；

—第k个预测年第l类现有船舶的船舶数量。

（2）不同类型船舶的运行状况

不同类型船舶的营运状况与国民经济的发展以及全球和区域的供需密切相关。利用国民经济和航运数据的综合分析方法，建立货物周转量预测模型（6）至（13），根据国家近期国内生产总值、第二产业国内生产总值和运输周转量（图2a）预测2015 ~ 2030年内河、国内沿海和海洋（近岸和近海）船舶货物周转量增长（图2b），进行船舶排放类比分析。

图2 国内生产总值增长和水运周转率趋势预测结果

（a.年度国内生产总值增长和水运周转率模型；b.不同船型的水上运输周转模型。）

（6）

（7）

（8）

（9）

（10）

（11）

（12）

（13）

式中，

—第k个预测年的全国总GDP；

—第k个预测年全国总GDP的预期增长率；

—第k个预测年全国第二产业GDP；

—第k个预测年全国第二产业GDP的预期比率；

—第k个预测年的全国水运周转率；

—第k个预测年的第l类船舶的全国水运周转率；

—第k个预测年全国海运船舶的近岸、离岸水运周转率；

—第k个预测年外国海运船舶的近岸水运周转率；

—常数。

（3）满足不同节能减排目标的船舶状况

a. 排放控制

根据国际海事组织《防污公约》附件六（2011），新建造船舶执行三级氮氧化物排放限值自2016年1月1日起启动，假设国际航线上新建造的外国船舶100%在2021年底达到三级排放要求。根据中华人民共和国交通部（2015年）提出的沿海和内水新建船舶分别于2018年1月1日和2021年1月1日达到标准时限，对于所有现有船舶，到2020年底，假设所有新建船舶在2020年底达到三级排放要求，所有现有船舶在2025年底达到三级排放要求。根据上述流程，设定满足三级氮氧化物排放限值的年度船舶比率，如表1所示。

表1现有和新建造船舶的氮氧化物排放三级比率（单位:%）

b. 排放控制

根据国际海事组织《防污公约》附件六（2011）的规定，所有船舶执行的燃油含硫量限值（0.5%）自2020年1月1日起启动，并向中华人民共和国交通部（2015）提出沿海重点区域排放控制方案从2017年1月1日

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