第20卷 第11期 中 国 水 运 Vol.20 No.11 2020年 11月 China Water Transport November 2020
收稿日期：2020-05-22
作者简介：卫泽亮（1994-），男，重庆交通大学航运与船舶工程学院，硕士生。 卫泽亮，范晓飚，程志友，赵俊达
（重庆交通大学 航运与船舶工程学院，重庆 400074）
摘 要：为了提升环境质量，更好地研究船舶大气污染物对环境的影响，以船舶大气污染物为研究对象，对船舶大气污染物排放量估算方法进行总结和分析。因此针对船舶特点，论文总结了船舶大气污染物的组成，综述了船舶大气污染物排放量估算方法，并比较各种方法的特点。 关键词：大气污染物；船舶；估算方法
中图分类号：U698 文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2020）11-0078-03
一、引言
往复式喷漆机随着全球变暖问题得到全球各界的广泛关注，国际海事组织针对全球关注的地球变暖这个议题也在《国际防止船舶造成污染公约》中采用了新的附则，以适应世界上不断发展的有关防止、减小船舶大气污染的技术和方法[1]。
为了钻研我国船舶大气污染物对大气环境带来的影响，诸多研究者对其领域做了一系列深切的钻研。在国外，Emesos [2]、Endresen [3]等运用燃油消耗量的方法来分析了不同区域和国家船舶排放清单； Scrooten [4]、Vestreng [5]、Winther [6]等使用船舶载重量估算的方式分析计算了不同区域和不同国家的船舶排放清单； USEPA [7]、Entec [8]、 Simon [9]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。在国内，金陶胜[10]、刘静[11]、Yang [12]等基于直接或间接燃油消耗量方法，测算得到天津市、深圳市、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。
论文以船舶大气污染物排放为钻研对象，总结船舶大气污染物排放量的估算方式，并比较各类方式的特点，仅供估算各自情况下船舶大气污染物排放量参考。
二、船舶大气污染排放物的组成
船舶对大气环境的污染主要来源于船用发动机燃烧，排放的污染物主要包括SOx、NOx、PM、CO 2、CO、HC、PM，CH 4等部分，和汽车柴油发动机对比起来发现，我国各地区的船用柴油发动机
采用的排放标准严重滞后，同时船舶柴油发动机工作条件复杂、负荷大，工况转变猛烈、空间散布广，实行尾气节制难度较大。
三、船舶大气污染物排放量估算方法 1．传统估算方法 （1）手册计算法
手册计算法包括运输方式的选择、船舶油耗的计算、计算NOx 的年排放量、SOx 年排放量的估算等步骤[13]，具体计算如下：
1）选择运输方式：运输方式的选择主要包括船舶航行要素与船型要素的选择，具体参考因素如表1所示。
表1 船舶燃料消耗量计算要素
主要参数 估算参数
船只数量 航行时间 停泊时间 船舶在航要素
平均负载率 吨位 船型要素 船型
以船舶主机功和辅机功率为主要参数，计算
船舶在统计期内的燃料消耗量
2）船舶油耗的计算：根据船舶的年度油耗量的计算等于船舶泊岸时年度油耗量与船舶在航时的年度油耗量之和。综合影响船舶油耗计算因素，主要从船舶泊岸、在航两个状态来计算船舶油耗变化。具体如下：
① 船舶泊岸时燃料年消耗量：
()0.980.980.610.17d , 2.2W P A T P X =⨯⨯⨯= （1） 式中，W 1—年泊岸时燃料消耗量，kg/年； P—船舶辅机额定输出功率，kw； A—装卸时间，h； D—装卸时辅机数量，台； X—船舶总吨数，t。
② 船舶在航时燃油年消耗量：
()()0.95
0.95
0.97211220.21, 1.9W P A T P A T P X ⎡⎤⎡⎤=⨯⨯⨯+⨯⨯=⎣
⎦⎣
⎦
（2） 式中，W 2—年在航时燃料消耗量，kg/年； T 1—船舶运载时的航行时间，h； T 2—船舶额定运载时的航行时间，h； A 1—船舶运载时的运载率； A 2—船舶额定运载时的运载率。 因此，船舶燃料年消耗量公式如下： 船舶燃料年消耗量W=泊岸时燃料年消量
W 1+在航时燃油年消耗量W 2 （3） 3）计算NOx 的年排放量：在计算NOx 年排放量过程中，主要分为靠岸和航行时，船舶尾气污染物中NOx 的年排
第11期 卫泽亮等：船舶大气污染物排放量估算方法综述 79
放量，计算方法分别如下所示：
遥控直升机制作① 船舶泊岸时NO X 的年排放量：
()1.140.61 1.49 1.14d , 2.2N P T P X =⨯⨯⨯= （4）
式中，N 1—船舶泊岸时的NO 2的年排放量，t/年； P—船舶辅机额定输出功率，kw A—船舶装卸时的辅机负荷率； T—船舶装卸时间，小时； d—船舶装卸时辅机数量，台； X—船舶总吨数，t。
② 船舶在航时NO X 的年排放量：
()1.14
32111.4910N P A T -⎡⎤=⨯⨯⨯⨯+⎣⎦
()1.1430.972210, 1.9P A T P X -⎡⎤⨯⨯⨯=⎣⎦
（5）
式中，N 2—船舶在航时的NO 2的年排放量，t/年； P—船舶主机额定输出功率，kw； A 1—船舶运载时的运载率； A 2—船舶运载时额定运载率； T 1—船舶运载时的运载率；
T 2—船舶额定运载时的航行时间，h； X—船舶总吨数，t。
因此，船舶尾气中NO X 的年排放量如下式所示： 船舶NO X 的年排放量N=泊岸时NO X 的年排放量N 1+在航时NO X 的年排放量N 2 （6）
4）SOx 年排放量的估算：由于SOx 中SO 2对大气污染的影响较大，因此简化为对SO 2排放量的计算，公式如下：
1
50
空烟卷P S W S ⨯⨯= （7）
式中，S P —船舶SOx 的年排放量，t/年； W—船舶燃料年消耗量，kg/年； S—船舶燃料中的含硫量，质量分数。 （2） 燃料消耗量计算法
该方法是采用把燃料消耗量看作已知输入参数的方式，分析计算出船舶大气污染物各成分的含量，公式如下所示：
船舶污染物基准年排放量＝燃油消耗量×大气
污染物的排放系数 （8） 针对远洋船舶，NO X 、N 2O、CO、CH 4的4种平均排放系数，如下表。
表2 IPCC 手册中四种大气污染物的排放系数
名称
NO N O CO CH 运用MFO（远洋船舶）
1.8
0.002
0.18
0.007
单位
g/MJ
（3）船舶载重量计算法
船舶载重量计算方法是以汽车等移动发生源产生的排出量方法为计算基础，将运输资料的每吨每公里的排出量模型化而算定的方法，作为运输效率指标的吨公里，其每单位产生的CO 2量可以用以下的关系式求出[14]
。
每吨公里的CO 2量=系数×每吨公里的燃料消耗量（9）
由船讯网、航运业等部门调研并经剖析在航船舶明细表记载的每一昼夜的燃料消费量、航速及载重量，能够得出近海和远航船舶的每吨海里的燃料消费量情况[15]。
上述三种方法，是基于船舶特点的差异而制定的，其各自的优缺点和使用范围如表3所示。
表3 传统估算法的优缺点以及使用范围比较
方法 优点 缺点
适用范围 手册计算方法
算法复杂
未考虑航行实态和装卸方式对船舶大气污染物
排放量的影响
单船
燃油消耗量计算法 算法简单 未考虑燃料的燃烧状态，计算结果不够精准
运输船舶
载重量计算法 算法简单
参照计算汽车等移动发生源产生的排出量方法，为考虑两者之间的差异
近海和远航船
舶
以上三种传统算法均未考虑船舶运行的复杂情况以及船
舶使用情况等因素，而影响船舶尾气污染物排放量的因素很多，同时非常复杂，因此计算结果精度有待进一步提高。
2．EPA 估算方法
EPA 估算方法全面考虑主机功率、辅机功率、负荷系数、排放因子、航线状态等参数，计算公式如下：
()
3
,,/TE E F P FL T E F FL A S M S ==⨯⨯⨯=∑
（10）
式中，TE—船舶尾气污染物总排放量； E—船舶尾气污染物排放量； P—船舶航行功率； FL—负荷
系数； T—船舶活动时间； EF—排放因子；
AS—船舶航行时的实际速度； MS—船舶航行时的最大速度。
近年来，在很多钻研学者的研究报告中都是根据EPA 计算方法来计算船舶尾气污染物的排放量，图1较为详细地介
绍了该算法中所涉及的参数来源。
图1 EPA 算法中的参数来源
图1中较为全面的分析了主要影响船舶尾气污染物排放量的因素，因而在工程实例计算中，须综合考虑起来。按排量大小，EPA 估算法将船舶发动机分为3种，如表4所示。
表4 EPA 按照排量大小发动机的分类
种类 排量（L/缸）
1 <0.5
2 5.0≤disp<30
3
≥30
80 中 国 水 运 第20卷 计算结果表明，船舶辅助发动机对船舶大气污染物中
NOx的分担率为55%，PM
10的分担率51%，SO
2
的分担率
为40%，船舶主发动机对船舶大气污染物中NOx的分担率
为43%，PM
10的分担率为40%，SO
2
的分担率为38%。
3．吞吐量估算方法
以客运吞吐量、货运一吞吐量为基础，以二元次方程表示船舶尾气污染物中某一污染物的排放量情况，计算公式如下：
Q a X b Y
=⨯⨯⨯（11）Q c X d Y
=⨯⨯⨯（12）式中，Q—船舶产生的某种污染物的排放量；
a—客运吞吐量中船舶尾气污染物中某种污染物的排放系数；
b—货运吞吐量中船舶尾气污染物中某种污染物的排放系数；
c—客运吞吐量中船舶尾气污染物中某种污染物的排放系数；
d—货运吞吐量中船舶尾气污染物中某种污染物的排放系数；
X—旅客吞吐量；
Y—货物吞吐量。
应用该算式，李智恒等人对1998年到2002年香港船舶产生的尾气污染物排放量统计数据如表5所示[16]。
对数天线表5 船舶尾气污染物排放量统计数据 污染物 1998 1999 2000 2001 2002无人驾驶系统
NO13,100 12,800 13,600 14,000 14,200
VOC 212 210 224 243 250
CO 1,740 1,710 1,830 1,930 1,970
SO3,170 3,070 3,260 3,370 3,420
粒子 376 365 383 407 415
备注 （单位：吨/年）
运用旅客与货物吞吐量的计算方法所得结果和运用旅客与集装箱吞吐量计算的结果有所不同，且前者的计算结果比后者精确度有进一步的提高。
四、结论
复方川羚定喘胶囊（1）由于船舶尾气污染物排放量影响因素多、成因复杂，要系统、科学、完整地研究自然环境、船舶自身条件、人员条件等影响，需后续收集更广泛的资料，做更深入和系统的研究。
（2）采用船舶吞吐量与EPA这两种估算方法对船船尾气污染物排放量的估算在计算精准度方面相比于传统估算方法有进一步地提高，可在后续应用当中可进行更深的入研究。
（3）传统的船舶尾气污染物排放量估算方法未考虑船舶运行、船舶使用情况等因素，导致计算结果精度较低，有待进一步完善和优化。
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