CO2排放AH140165.docx

CO2排放AH140165.docx

《CO2排放AH140165.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《CO2排放AH140165.docx（11页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

CO2排放AH140165

重型道路货运车辆碳排放特性研究

彭美春朱兵禄胡红斐欧继祖

（广东工业大学机电学院，广东广州510006）

摘要：

以重型货运车辆为研究对象，研究车辆碳排放与车速、装载率、货运周转量等的关系。

选取20辆重型货运车辆，通过油耗测试装置与GPS装置等方法采集了连续6个月的油耗、行驶里程、平均速度、货运周转量等数据，利用碳平衡原理法计算出车辆的CO2e排放因子，得出了车速的分布规律与装载率分布规律，发现重型货运车辆行驶速度主要分布在50-70km/h范围内，时间占比达到67.2%，重型货运车辆装载率在0.4-0.8之间的占比达到75.25%，货运周转量范围在10-40104tkm之间，重型货运车辆

排放因子主要分布在1000—1200

，平均为1120

，平均吨公里CO2e排放因子为52

。

研究得出了装载率与CO2e排放因子的拟合关系式。

车速提高CO2e排放降低，装载率自0.2提高到1.0，CO2e排放因子降低70%以上，货运周转量提高，CO2e排放减少。

关键词：

货车CO2e排放因子装载率平均速度货运周转量

Researchoncarbonemissioncharacteristics

ofheavydutyfreighttrucks

PengMeichun,ZhuBinglu，HuHongfei，OuJizu

SchoolofElectro-mechanicalEngineering，GuangdongUniversityofTechnology

Guangzhou510006

ABSTRACT:

Thispaperstudiedtherelationshipbetweencarbonemissionsofheavydutyfreighttrucksandvehiclespeed,loadingrate,rotationvolumeofgoodstransport.Totalof20heavydutylong-distancefreighttruckswasmonitoredthefuelconsumption,runningmileage,vehiclespeed,loadsandrotationvolumeofgoodstransportforsixmonthscontinuouslybyfuelconsumptiontestdevices，GPSdevice，etc..ThecarbonemissionindexCO2ewascalculatedbyfuelconsumptionaccordingtocarbonbalanceprinciple.Anditwasanalyzedthedistributionofvehiclespeedandloadingrate,andfoundthespeedwasmainlyintheintervalof50-70km/h,whichtookup67.2%ofthewholetime,loadingratefrom0.4to0.8tookup75.25%.

Rotationvolumeofgoodstransportwasintheintervalof10-40×104tkm.CO2eemissionindexwas1000～1200g/km,theaveragevaluewas1120g/km,andaveragetonkilometeremissionindexwas52g/tkm.ThepapershowedthefittingformulasbetweenCO2eemissionindexandloadingrate.ItisconcludedthatCO2eemissionindexdecreasedwiththeincreaseofvehiclespeedandrotationvolumeofgoodstransport,anddecreased70%atleastwiththeincreasesofloadingratefrom0.2to1.0.

Keywords:

freighttruck,CO2eemissionsindex，loadingrate,averagespeed,rotationvolumeofgoodstransport

1前言

我国已跃升世界第二大经济总量大国，能源消耗量大，碳排放量也大。

交通运输行业是能源消耗大户，节能减排是交通行业当前一项重要课题。

我国低碳立体交通运输系统不够完善，长途道路货运在物流中依然占据较大比例。

一些学者对道路货运能耗与排放做过一些研究，如王登峰等学者从气象条件、道路状况、驾驶行为等方面分析了使用因素对汽车燃油经济性的影响[1]；陈长虹等利用车载排放测试仪对7辆重型柴油车进行了实际道路排放测试，分析了汽车行驶速度、加速度对车辆油耗及排放的影响[2]；黄成等利用车载排放测试仪对重型柴油车进行了实际道路排放测试，研究了不同载荷条件下重型车主要污染物的排放特征[3]。

这些研究通常选择少数车辆进行短期测试或者特定条件下的测试，并不能全面反应货运车辆的整体碳排放情况。

因此很有必要选择更多车辆、进行为期更长的测试与研究，预计更能反应货运车辆的实际排放情况。

影响能耗与排放的因素较多，包括车辆技术状况、车辆运行工况、车辆装载率、货运周转量、运行环境等都是碳排放重要影响因素。

进行货运车辆实际道路运行试验研究对于了解碳排放特性很有必要。

车辆碳排放测试方法根据测试条件与环境不同可分为室内转鼓实验台测试法与实际道路测试法。

室内转鼓实验台测试法与室外试验场道路测试法对测试工况能够较严格控制，采用专用设备，测试精度高，但是测试复杂、费用高，难以对多辆车长期进行测试，且测试结果与车辆实际道路运行碳排放结果不一定完全吻合，适合于对车辆技术进行评价。

根据测试仪器又可以分为排放测试法、油耗测试法两种。

排放测试法是直接测试碳排放的方法，油耗测试法是基于油耗测试通过碳平衡测算碳排放量的方法。

本文研究课题来源于广东省绿色货运项目，是世界银行利用全球环境基金赠款，在全球道路货运行业实施的首个节能减排示范项目，旨在利用货运车辆节能减排先进技术，降低车辆空驶率，提升整个道路货运行业节能降耗水平等，力争用3-4年时间使广东省道路货运行业实现年减排二氧化碳15万吨的目标。

笔者所在单位承担了广东省绿色货车技术示范项目运行效果检测监测工作。

项目首期示范选择了10家货运企业的145辆示范车辆进行节能技术产品使用运行示范，其中最大装载量为30吨以上的重型长途运输车辆20余辆。

项目通过CAN总线读取电控发动机车辆的油耗等运行数据，或者在车辆油箱上装配较高精度的油浮子测量油耗，并通过GPS平台系统将监测数据自动实时上传到项目所建立的运行数据检测监测平台，同时通过人工记录方法获取车辆装载重量、运行里程等数据，对示范车辆运行情况进行长达1年的实时监测，获取大量的运行车速、里程、油耗等数据，通过碳平衡方法研究货车的碳排放特性。

2实验方案

由于重型车辆质量大，排放高，对空气的污染贡献率大，故本研究选择该绿色货车技术示范中某企业一车队的20辆最大装载量为30吨以上的长途省际干线运输的重型货运车队为研究对象，采集该20辆车6个月的运行数据，包括时间、车速、油耗、运行里程、载货量、货运周转量等，研究装载率、平均速度以及货运周转量等因素对货运车辆碳排放的影响。

2.1测试车辆

为了保证研究结果的可比性，本研究的20辆重型货车为同一车型、同时上牌的一批车辆，主要技术参数见表1。

该20辆货车主要在华东、华南之间主要道路干线上长途运行，运行路线较为固定，两点间运输模式。

表1车辆主要技术参数

整车型号

发动机

型号

上牌

年月

累计里程/km

准牵引总质量/kg

额定功率/kw

发动机排量/L

ZZ4257N3247C

WD615.95

2008年5月

（5-6）*105

39600

247

9.7

2.2车辆运行检测监测系统

本研究车辆运行检测监测系统包括四大部分，分别是车载油耗、里程、时间、车速测试装置，车辆载重量测量装置，数据上传系统，数据检测监测平台。

四部分间的数据传输关系见图1。

在车辆燃油箱中安装的电容式浮子式传感器，测量油箱液面高度变化，根据标定得出的液面高度与电容、耗油量间关系曲线，测得耗油量。

浮子液面高度测量精度3

。

通过车载里程传感器测量车辆运行里程，测量精度1

。

GPS设备即作为车辆运行时间、地理位置、车速等信息测量手段，也是测量数据实时上传的通讯手段，数据传输频率为0.1Hz。

通过GPS系统自动实时上传油耗、里程、车速、时间等数据到项目建立的绿色货运平台中的车辆检测监测平台中，采样频率为6次/min。

载重量、货运周转量通过手工工方式记录，并通过互联网实现定时网上填报。

检测监测平台能够实现运行时间、里程、车速、油耗采集与统计分析功能。

图1车辆运行监测系统

3数据处理计算方法

3.1数据甄别筛选方法

车载油耗、运行里程均存在测量误差，该误差将传递到百公里油耗、吨百公里油耗计算中。

经研究这些误差基本呈正态分布状态。

本研究将每车一月均检测数据组（包括油耗、里程、载重、车速等）视为一条，通过质量控制方法，设定百公里油耗的有效中值与误差范围，对采集的车辆检测数据样本进行甄别与筛选，删除超出误差范围的车辆对应条所有检测数据，不纳入碳排放量统计分析。

3.2碳排放因子计算方法

碳排放因子，即单位里程碳排放量，单位为

，或单位载重里程碳排放量，单位为

，是表征车辆碳排放水平的参数。

汽油、柴油是以碳氢化合物为主要成分的混合物，燃烧后生成CO2、CO、NOx,以及少量未完全燃烧的HC。

因此碳排放量包含在CO2、CO、HC中。

根据燃料单位体积内的含碳量即可计算机动车碳排放量[6]。

本研究基于采集的油耗数据，运用碳平衡法计算车辆碳排放量计算。

由于尾气中CO、HC含量相对于CO2少很多，因此在碳排放分析时可以忽略CO与HC，假设充分完全燃烧，以CO2代表当量的碳排放水平。

计算公式见下：

（1）

[4]

（2）

[5]（3）

（4）

式中：

Q为燃油消耗量,单位

；

为机动车行驶里程,单位

为百公里油耗，单位为

；

为单位里程碳元素排放量,单位为

；

为柴油中单位体积含碳量,单位为

；

为单位里程

排放量，单位为

；

为柴油密度，为

，本文取

。

由式

（1）~式（4）得出：

3.3货运周转量计算方法

货运周转量是代表运输效能的一个重要指标，也是影响车辆碳排放水平的重要因素。

本研究20辆样本从事干线运输，在A、B两点间运输，中途不装卸货物。

故采取以下公式计算单车的月货运周转量：

[6]（5）

[6]（6）

式中：

为车辆月货运周转量，单位为

；

为货运车第i次货运周转量，单位为

；

为第

次货运量，单位为

；

为第

次行驶里程，单位为

。

4结果及分析

本研究采集了2013年2-7月连续6个月该20辆样车的运行油耗、运行里程、载重量、货运周转量等数据，统计出各车辆月均百公里油耗、平均车速、平均载重量及月货运周转量共120组，基于百公里油耗有效值筛选范围对该120组数据进行甄别筛选后，能够纳入统计分析的有效数据共112组。

按照上节提出的碳平衡计算公式，对有效数据进行碳排放因子计算，并分析其与车速、载重量、货运周转量的关系。

4.1车速分布与

排放因子

20辆车连续6个月车速的分布如图2所示。

结果表明货运车辆运行速度主要集中在50km/h-70km/h之间，其时间占比达到67.2%，另怠速占比为7.27%；80km/h以上行驶速度的占比为1.45%。

平均车速为49km/h。

结果与实际情况相符合。

图2货运车辆车速分布

图3是

排放因子与车速的散点图。

由图可知，在30-65km/h时速变化范围内

排放因子主要分布范围为1000

-1200

，平均碳排放因子为1120

。

图3平均车速与CO2e排放因子的关系

4.2装载率与吨公里CO2e排放因子

本文将车辆实际载重量与准牵引总质量之比的比率称为车辆的装载率。

根据采集的每辆车单程载重量数据，统计该车月均装载率，再统计得出该20辆货运车辆连续6个月装载率分布情况，见图4。

可见该20辆长途运输重型货运车辆装载率主要集中在0.4-0.8之间，占比达到75.25%，平均装载率为0.65。

说明该长途货运车辆群的运输效率还有进一步提升的空间。

图4装载率的分布

图5为吨公里CO2e排放因子及吨公里CO2e的减排率与车辆装载率的散点图。

平均吨公里CO2e排放因子为52

。

进行幂函数拟合，得出吨公里CO2e排放因子与装载率间的拟合函数为：

（7）

式中y代表吨公里CO2e排放因子，x代表装载率。

x与y两者之间相关系数

为0.992，说明装载率与吨公里CO2e排放因子间的相关性很高。

同样可以得出吨公里CO2e的减排率与车辆装载率拟合关系式：

（8）

式中y代表吨公里CO2e排放因子降低率，x代表装载率。

x与y两者之间相关系数

为0.913。

可见随着装载率的提高，吨公里CO2e排放因子下降趋势明显，装载率由0.2增加到1.0时，吨公里CO2e排放因子降低70%以上。

但装载率增大到1以上，吨公里CO2e排放因子下降趋势趋缓。

超载将带来不安全隐患。

因此应该在不超载前提下尽量提高车辆装载率，在保证安全行车前提下实现有效降低碳排放目的。

图5装载率与吨公里CO2e排放因子的关系

4.3货运周转量与CO2e排放因子的关系

单车月度平均货运周转量的分布如图6所示，货运周转量在10-40万吨公里之间的占比达到83.02%，不足10万吨公里的占比为7.55%，超过40万吨公里的占比为9.43%。

平均货运周转量为24.7万吨公里。

图6月度单车平均货运周转量的分布

图7为货运周转量与车辆吨公里CO2e排放因子的散点图。

由图知随货运周转量增加，吨公里CO2e排放因子整体呈现下降趋势。

图7货运周转量与CO2e排放因子的关系

结论

（1）长途货运车辆行驶速度主要分布在50

-70

之间，其行驶时间占比达到67.2%，怠速时间占比为7.27%，80km/h以上的行驶时间占比为1.45%。

平均车速为49

。

重型长途货运车辆CO2e排放因子范围为主要分布在1000

-1200

，平均碳排放因子为1120

。

（2）重型货运车辆的装载率主要位于0.4-0.8之间，占比达到75.25%，平均装载率为0.65，平均吨公里CO2e排放因子为52

。

研究得出装载率与吨公里CO2e排放因子呈冥函数拟合关系式，拟合关系式为

。

装载率由0.2增加到1.0时，吨公里CO2e排放因子降低70%以上。

（3）本研究样本重型货车货运周转量分布范围为10-40万吨公里，平均货运周转量为24.7万吨公里。

研究发现随着货运周转量的提高，吨公里CO2e排放因子整体呈现下降趋势。

参考文献：

[1]WANGDengfeng（王登峰）.DENGYangqing（邓阳庆）.LIUYanlin（刘延林）,etal.AnalysisandExperimentalResearchofInfluenceofAutomobileUsageFactorsonFuelEconomy（汽车使用诸因素对燃油经济性的影响分析与试验研究）[J].JournalofHighwayandTransportationResearchandDevelopment，2008，（8）：

150-153

[2]CHENChanghong（陈长虹）.JINGQiguo（景启国）.WANGHaikun（王海鲲）,etal.Testingresearchonrealworldemissioncharacteristicsofheavydutyvehiclesandinfluencingfactors（重型机动车实际排放特性与影响因素的实测研究）[J].ActaScientiaeCircumstantiae，2005,25（7）：

870-878

[3]HUANGCheng（黄成）.CHENChanghong（陈长虹）.JINGQiguo（景启国）,etal.StudyofOn-BoardEmissionmeasurementforHeavy-DutyDieselVehicleandItsImpactwithLoad（重型柴油车车载排放实测与加载影响研究）[J].ENVIRONMENTALSCIENCE，2006,27（11）：

2303-2308

[4]WANGYunpeng（王云鹏）.LIURuichang（刘瑞昌）.ZULi（祖力）,etal.ACarbonMethodModelBasedonGasolineCarbonContent（基于汽油含碳量的碳平衡法模型）[J].JournalofHighwayandTransportationResearchandDevelopment，2004,（12）：

127-129

[5]LIURuichang（刘瑞昌）.WANGYunpeng（王云鹏）.ZULi（祖力）,etal.RelationshioBetweenGasolineDensityandCorbonContent（汽油含碳量与汽油密度的关系模型）[J].JournalofHighwayandTransportationResearchandDevelopment，2004,（3）:

121-123

[6]LIUYonghua（刘拥华）.SUNJingyi（孙静怡）.HEMin（何民）,etal.StatisticalMethodofExpresswayTransportationVolumeofGoods（高速公路货物运输量统计方法）[J].JournalofHighwayandTransportationResearchandDevelopment，2012,29（4）：

143-148