中国船舶大气污染物排放清单报告 Air Pollutant Emission Inventory of Marine in China 环境保护部机动车排污监控中心 2016.9.28 致 谢 感谢能源基金会中国可持续能源项目为本报告提供资金支持， 同时也诚挚地感 谢为本报告提出宝贵意见与建议的业内专家与同事。 报告作者 黄志辉、丁焰、尹航 、王宏丽、马冬、肖寒 报告声明 本报告由能源基金会资助。 报告内容不代表能源基金会观点。 报告仅限于研究、 个人学习或某个组织的内部传阅， 不得翻印或者用于商业目的。 如有不妥与谬误之 处，敬请读者不吝批评和指正。 联系方式 北京市朝阳区安外大羊坊 8 号院 邮编100012 电话 010 -84918110 传真 010- 84918812 网站 www.vecc- 2 目 录 第一章 绪论 . 3 1.1 我国航运业基本情况 . 3 1.2 国内外船舶排放法规现状 . 6 1.3 国内外研究现状 . 12 1.4 主要研究内容 . 13 1.5 技术路线 . 13 第二章 内河船舶排放量 . 15 2.1 污染源分类 . 15 2.2 排放量计算方法 . 15 2.3 船用燃油消耗量 . 15 2.4 排放因子 . 16 2.5 排放结果 . 16 第三章 沿海及远洋船舶排放量 . 18 3.1 污染源分类 . 18 3.2 排放量计算方法 . 18 3.3 船舶排放量 . 25 3.4 不确定分析 . 33 第四章 总结及建议 . 35 4.1 总结 . 35 4.2 建议 . 35 参考文献 . 37 3 第一章 绪论 1.1 我国航运业基本情况 航运业是指利用江河、 湖泊、 海洋、 水库、 渠道等水域， 通过船舶等浮载工 具运转旅客和货物的活动。 按照我国国民经济行业分类 （GB/T 4754-2011），也 称 “水上运输业” ， 包括 水上旅客运输、 水上货物运输、 水上运输辅助活动三个 子行业等，详见表 1、表 2。 表 1 水上运输业分类情况 55 水上运输业 备注 551 水上旅客运输 5511 海洋旅客运输 5512 内河旅客运输 指江、河、湖泊、水库的水上旅客运输活动 5513 客运轮渡运输 指城市及其他水域旅客轮渡运输活动 552 水上货物运输 5521 远洋货物运输 5522 沿海货物运输 5523 内河货物运输 指江、河、湖泊、水库的水上货物运输活动 553 水上运输辅助活动 5531 客运港口 5532 货运港口 5539 其他水上运输辅助活动 指其他未列明的水上运输辅助活动 表 2 水上运输业分类情况 分类 定义 海洋旅客运输 指远洋客轮的旅客运输活动；以客运为主的远洋运输活动 内河旅客运输 指江、河、湖泊、水库的水上旅客运输活动 客运轮渡运输 指城市及其他水域旅客轮渡运输活动 远洋货物运输 包括 专门从事远洋货物运输的活动； 以货 运 为主的远洋运输活动； 配备操 作人员的远洋货轮的出租活动 沿海货物运输 包括专门从事沿海货物运输的活动；以货运为主的沿海运输活动；原油、 成品油的沿海运输活动； 干散货、 液体散货、 件杂货、 集装箱运输； 普通货 物、危险品货物运输活动；配备操作人员的沿海轮船的货物出租活动 内河货物运输 指江、河、湖泊、水库的水上货物运输活动 客运港口 专门为客运服务或客运服务为主的客运服务公司、 客运中心、 客运站的活动 货运港口 指货运港口的管理活动 其他水上运输辅助活动 指其他未列明的水上运输辅助活动 航运业是世界经济发展中重要的基础性和服务性行业。2016 年 1 月 1 日， 新修订的 大气污染防治法 正式实施， 明确了船舶港口污染防治部门职能分工。 运输船舶主要由交通运输部海事、 水运、 船级社等部门管理， 负责船舶及油品的 检验、监督和管理等工作。 4 图 1 交通运输部门主要职能 渔业船舶及油品主要由农业部渔政、 船检等部门管理， 负责渔船及油品的检 验、监督和管理等工作。 图 2 农业部门主要职能 环境保护主管部门负责大气污染物排放标准制定、 大气环境质量和大气污染 源监测、大气污染物排放清单及源解析等。 图 3 环境保护部门主要职能 5 随着国民经济和对外贸易的发展、 海上货运量的快速增加， 我国航运业也迅 速发展， 船舶总吨位数、 总仓容不断增加， 目前已成为世界航运大国。 与此同时， 带来了严重的船舶大气污染， 尤其是 在一些航线密集、 船舶流量大的海区 和港口、 海峡等区域，船舶排放的污染物甚至成为这些地区的主要污染源 [1] 。 2014 年，我国航运业发展相对平稳，拥有水上运输船舶 17.2 万艘，净载重 量 25785.2 万吨， 载客量 103.2 万客位， 集装箱箱位 231.9 万 TEU ， 船舶功率 7059.8 万千瓦。 图 4 2010-2014 年全国水上运输船舶拥有量 全年完成水路客运量 2.63 亿人、 旅客周转量 74.34 亿人公里， 比上年分别增 长 11.7 和 8.8 ； 完成水路货运量 59.83 亿吨、 货物周转量 92774.56 亿吨公里， 比上年分别增长 6.9 和 16.8 。 其中， 内河运输完成货运量 33.43 亿吨、 货物周 转量 12784.90 亿吨公里； 沿海运输完成货运量 18.92 亿吨、 货物周转量 24054.59 亿吨公里；远洋运输完成货运量 7.47 亿吨、货物周转量 55935.06 亿吨公里。 图 5 2005-2014 年全国水上运输船舶货物周转量 6 图 6 2005-2014 年全国水上运输船舶旅客周转量 与世界船舶构成情况相比， 我国船舶结构组成存在着比较明显的缺陷 散货 船所占比例较高， 而集装箱 船比例相对偏低， 且船龄老， 船舶平均吨位小， 平均 船龄较老， 船舶的大型化、 集装箱化与国际水平相比还存在较大差距 [2] ， 详见 表 3。 表 3 2014 年沿海船舶结构组成 船舶类型 数量（艘） 运力 船龄（年） 运力增幅（“ ） 干散货船 类别 /012A BCDE FG BCDE 0 BCDE ’ ≤’. * .. ’. ’. ≤’. * .* ’. ’. ≤.. H3GIJ * .’. ’. ’. ≤.. H5GIJ .’. ’. .. ≤’. .’. ’. ’. ≤.. . .’. ’. 类别 1 是指单缸排放 D QRRQP2SPM/NTQBNLQP2P2LEK9EQ2K U/9V9KBWONLQP2 莱茵河条例 区域水域航行的船用发动机 XPK2RKK9KBWONLQP2 博登湖条例 XMN2K2YWMBZEQ[[Q2B0MKM 勃兰登堡航运条例其中，欧盟商用内河船机排放法规限值见表 8。 10 表 8 欧盟商用内河船用发动机排放限值 类型 功率（kw ） （单杠排量 SV ） 实施日期 CO （g/kWh ） HCNOx （g/kWh ） PM （g/kWh ） V11 P ≥37 SV ＜0.9L 2006.12.31 5.0 7.5 0.40 V12 0.9 ≤SV ＜1.2L 2006.6.30 5.0 7.2 0.30 V13 1.2 ≤SV ＜2.5L 2006.6.30 5.0 7.2 0.20 V14 2.5 ≤SV ＜5L 2007.12.31 5.0 7.2 0.20 V21 5 ≤SV ＜15L 2007.12.31 5.0 7.8 0.27 V22 P ＜3300 15 ≤SV ＜20L 2007.12.31 5.0 8.7 0.50 V23 P ≥3300 15 ≤SV ＜20L 2007.12.31 5.0 9.8 0.50 V24 20 ≤SV ＜25L 2007.12.31 5.0 9.8 0.50 V25 25 ≤SV ＜30L 2007.12.31 5.0 11.0 0.50 1.2.4 中国船舶排放法规 我国船机排放法规见表 9。 表 9 我国船 舶 排放限值 标准编号 标准名称 发布部门 GB3552-83 船舶污染物排放标准 城乡环境保护部 GB20891-2007 非道路移动机械用柴油机排气污染 物排放限值及测量方法 （中国 Ⅰ 、 Ⅱ 阶 段） 环境保护部 GB/T15097-2008 船用柴油机排气排放污染物测量方 法 国家质量监督检验检疫总局 GB/T5741-2008 船用柴油机排气烟度测量方法 国家质量监督检验检疫总局 GB8840-2009 船用柴油机排气烟度限值 国家质量监督检验检疫总局 GD01-2011 船用柴油机氮氧化物排放试验及检 验指南 中国船级社 GB20891-2014 非道路移动机械用柴油机排气污染 物排放限值及测量方法 （中国第三、 四 阶段） 环境保护部 GB15097-2016 船舶发动机排气污染物排放限值及测 量方法（中国第一、二阶段） 环境保护部 目前， 我国正在执行的船用发动机排放法规包括 非道路移动机械用柴油机 排气污染物排放限值及测量方法（中国第三、四阶段） （GB20891-2014）、 船 舶发动机排气污染物排放限值及测量方法 （中国第一、 二阶段） （ GB15097-2016）。 其中，GB20891-2014 适用于额定净功率＜37kW 的船用柴油机；GB15097-2016 适用于额定净功率≥37kW 的船用柴油机和气体燃料发动机。 其中， 额定净功率 ≥37kW 的船机第一、二阶段排放限值见表 10、表 11。 11 表 10 我国船机排气污染物第一阶段排放限值 类型 功率（kw ） （单杠排量 SV ） CO （g/kWh ） HCNOx （g/kWh ） CH 4（g/kWh ） PM （g/kWh ） 第 1 类 P ≥37 SV ＜0.9L 5.0 7.5 1.5 0.40 0.9 ≤SV ＜1.2L 5.0 7.2 1.5 0.30 1.2 ≤SV ＜5L 5.0 7.2 1.5 0.20 第 2 类 5 ≤SV ＜15L 5.0 7.8 1.5 0.27 P ＜3300 15 ≤SV ＜20L 5.0 8.7 1.6 0.50 P ≥3300 15 ≤SV ＜20L 5.0 9.8 1.8 0.50 20 ≤SV ＜25L 5.0 9.8 1.8 0.50 25 ≤SV ＜30L 5.0 11.0 2.0 0.50 表 11 我国船机排气污染物第二阶段排放限值 类型 功率（kw ） （单杠排量 SV ） CO （g/kWh ） HCNOx （g/kWh ） CH 4（g/kWh ） PM （g/kWh ） 第 1 类 P ≥37 SV ＜0.9L 5.0 5.8 1.5 0.30 0.9 ≤SV ＜1.2L 5.0 5.8 1.0 0.14 1.2 ≤SV ＜5L 5.0 5.8 1.0 0.12 第 2 类 P ＜2000 5 ≤SV ＜15L 5.0 6.2 1.0 0.14 2000 ≤P ＜3700 5 ≤SV ＜15L 5.0 7.8 1.5 0.14 P ≥3700 5 ≤SV ＜15L 5.0 7.8 1.5 0.27 P ＜2000 5 ≤SV ＜15L 5.0 7.0 1.5 0.34 2000 ≤P ＜3700 5 ≤SV ＜15L 5.0 8.7 1.6 0.50 P ≥3700 5 ≤SV ＜15L 5.0 9.8 1.8 0.50 油品质量也直接影响船舶排放。 我国境内船舶使用的燃油主要包括普通柴油 和船用燃料油。 据统计，2015 年我国船用燃油消耗量达 1600 多万吨， 其中普通 柴油消耗量 400 多万吨，占总用油量的 25 ，船用燃料油消耗量 1200 多万吨， 占总用油量的 75 [4] 。 内河船舶主要使用普通柴油， 目前普通柴油硫含量水平为 不大于 350 mg/kg 。根据发展改革委等七部门印发的加快成品油质量升级工作 方案 ， 自 2016 年１月１日起， 在东部地区重点城市供应国Ⅳ标准普通柴油 （硫 含量水平 50 mg/kg 以下）；2017 年 7 月 1 日起，全国全面供应国Ⅳ标准普通柴 12 油；2018 年１月１日起，全国供应国Ⅴ标准普通柴油（硫含量水平 10 mg/kg 以 下）。沿海及远洋船舶主要使用船用燃料油，包括馏分油和残渣油。2015 年 12 月， 质检总局、 国家标准委发布标准 船用燃料油 （GB17411-2015） 。 其中， 对馏分燃料油硫含量规定了三个等级 Ⅰ级为 1.0 或 1.5 ， Ⅱ级为 0.5 ， Ⅲ级 为 0.1；对残渣燃料油硫含量也规定了三个等级Ⅰ级为 3.5 ，Ⅱ级为 0.5， Ⅲ级为 0.1 。 其中， Ⅰ级适用于 IMO 拟定的船舶在普通区域内的要求； Ⅱ级适 用于 IMO 拟定的 2020 年（或 2025 年）船舶在普通区域内的要求；Ⅲ级适用于 船舶在 SOx 排放控制区内的要求。 1.3 国内外研究现状 1.3.1 国际研究现状 国际上船舶排放清单的编制方法主要包括两类 基于燃油消耗量或基于船舶 自动识别系统（AIS ）的计算方法。 基于燃油消耗量的算法是一种自上而下的方法， 其获取方式主要有两类 直 接调查或者间接估算。 其中， 间接估算包括利用船舶客货周转量， 或 利用船舶航 行距离和船舶种类 ， 结合对应的燃油消耗率估算获得。Corbett [5] 、Ernestos [6] 、 Endresen [7] 、 Olivier [8] 、 Winther [9] 、 Kourtidis [10] 等利用直接调查的燃油消耗量计算 各区域及国家船舶排放清单。 Psaraftis [11] 、 Eyring [12] 、 Endresen [13] 、 Schrooten[14] 、 Wahlstrom [15] 、 Vestreng [16] 、 Concawe [17] 、 Winther [18] 、 Schrooten [19] 、 Tzannatos [20] 、 De Meyer [21] 、Deniz [22] 、Saxe [23] 、Isakson [24] 、Kesgin [25] 、Trozzi [26] 等利用船舶载 重量估算各区域及国家船舶排放清单。 近年来，随着 AIS 的发展，开发了一种自下而上的船舶排放清单算法。该 方法利用船舶 AIS 采集远洋船舶的船速、航行时间、地理位置信息等实时航行 数据， 结合船舶类型数据库， 对 排放清单进行计算， 并可 以利用船舶航行的经纬 度信息对排放进行空间分布。IMO [27] 、USEPA [28] 、STARCREST CONSULTING GROUP [29] 、Entec [30] 、Simon [31] 、J.-P.Jalkanen [32] 等利用 AIS 和船型数据库获得 船舶活动水平估算各区域及国家船舶排放清单。 1.3.2 国内研究现状 国内对船舶排放清单及排放因子的研究仍处于初期阶段， 排放因子测试开展 较少， 尚未建立成熟完善的船舶排放清单模型。 金陶胜 [33] 、 张礼俊 [34] 、 刘静 [35] 、 伏倩艳 [36] 、Yang [37] 等基于直接或间接燃油消耗量方法 ， 测算得到天津市、深圳 13 市、 青岛市、 上海市等 船舶排放清单， 其排放因子大多采用国际相关数据。 郑岩 [38] 等基于船舶 AIS ， 编制了环渤海地区船舶大气污染物排放清单， 并采用 PEMS 测试了 30 艘内河船舶排放因子。 李智恒 [39] 依据香港船运数据和排放数据库， 建 立了船运统计数据与污染物排放量之间的关系。 同时， 依据深圳市船运统计数据， 测算得到 2003 年船舶大气污染物排放清单，其中船舶排放的 SO2 占全市流动源 SO2 排放量的 58.62 。 1.4 主要研究内容 （1） 内河船舶排放清单。 依据 非道路移动源大气污染物编制技术指南 （试 行） ， 基于 船舶运输的旅客、 货物周转量， 测算得到全国及环渤海地区的内河 船舶排放清单。 （2）沿 海及远洋船舶排放清单。 结合船舶 AIS 数据中的船舶航速， 劳氏数 据库中船舶类型、 主机功率、 辅机功率， 判定航行状态、 主机功率、 主机负荷系 数、 辅机功率、 辅机负荷功率、 锅炉功率、 排放因子等， 并测算得到全国及环渤 海地区的沿海及远洋船舶排放清单。 1.5 技术路线 船舶排放清单编制技术路线如图 8 所示。 14 图 8 船舶排放清单编制技术路线 AIS 数据 数 据 有效 性 判 定 缺 失 数据 插 值 船 舶 航速 船 型 数据 船 型 判定 发 动 机 功 率 负 荷 系 数 航 行 小 时 数 排 放 因 子 沿 海 及远 洋 船 舶 排 放 清量 船 舶 客货 周 转 量 燃 油 消耗 量 因 子 排 放 因子 内 河 船舶 排放量 船 舶 排放 清 单