基于实际工况的重型商用货车碳排放研究 2023.docx
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1、目录第1章项目背景和目标11.1 目11.1.1 碳达峰碳中和11.1.2 减污降碳协同增效21.1.3 柴油货车污染治理攻坚行动31.1.4 国内外燃料消耗量限值现状41.1.5 重型货车的碳排放现状51.1.6 16d”71.2 项目目标8第2章研究内容92.1 研究内容92.1.1 油耗模型搭建92.1.2 微观工况识别102.1.3 多维度碳排放因子数据库构建102.1.4 碳排放因子验证112.1.5 探索实际道路行驶工况和发动机参数在油耗监测和模拟计算上的价值122.1.6探讨研究结果为相关部门提供数据支撑的可能性122.2技术路线13第3章数据处理分析153.1 样本数据筛选15
2、3.1.1 典型车型的筛选153.1.2 典型参数的筛选183.2 数据主要问题193.3 数据质量分析.243.3.1 数据处理流程243.3.2 数据清洗结果263.4 全年上线车辆分析313.5 本章小结37第4章综合油耗分析394.1 综合油耗技术路线394.2 综合油耗的分段方法404.3 分段后的数据再清洗414.3.1 时间密度414.3.2 车速积分/里程差424.4 综合油耗计算方法454.4.1 比较喷油量和油箱液位454.4.2 比较积分算法和求和算法464.4.3 比较里程段分别计算油耗和综合计算油耗474.4.4 活动范围筛选484.4.5 5时筛*504.5 综合油
3、耗计算结果514.5.1 车辆数量分布514.5.2 综合油耗均值524.5.3 怠速段和行驶段油耗534.6 重型专项作业车的油耗分析574.6.1 数据筛选574.6.2 数据清洗与切段584.6.3 专项作业车工况分析594.6.4 专项作业车的油耗604.7 本章小结63第5章工况识别及其油耗655.1 工况识别方法655.2 可视化方法695.3 工况识别和模型构建结果725.3.1 /(:725.3.2 牵引汽车775.3.3 自卸汽车815.3.4 速度-加速度-功率和油耗的分布865.4 本章小结94第6章多场景油耗分析966.1 停车点及负载识别966.1.1 停车点及负载识
4、别方法流程966.1.2 停车点及负载识别结果IOl6.2 区域场景识别1096.2.1 行驶场景对油耗的影响1096.2.2 场景筛选方法1126.2.3 场景匹配方法1146.2.4 不同场景的油耗1156.3 长短途油耗分析1176.4 多维度油耗分析1196.4.1 多场景与负载匹配算法1196.4.2 结果分析1206.5 油耗与温度的关系分析1246.5.1 验证方法1246.5.2 结果分析1266.6 本章小结127第7章碳排放因子验证1297.1 PEMS排放对比验证1297.1.1 技术路线1297.1.2 验证结果1337.2 实车油耗对比验证1357.2.1 1367.
5、2.2 验证结果1397.2.3 结果分析1417.3 本章小结145第8章碳排放因子数据库1468.1 碳排放系数计算1468.2 数据库147第9章项目成果、结论和建议1519.1 1519.1.1 建立一套对重型货车实际道路行驶工况和发动机参数大数据质量分析和数据清理的方法1519.1.2 构建重型货车在实际道路运行的微观工况数据库1529.1.3 建立重型货车多维度的碳排放因子数据库1539.2 项目结论1559.3 目14156第1章项目背景和目标1.1 项目背景1.1.1 碳达峰碳中和2020年9月,习近平总书记在第七十五届联合国大会上宣布,中国力争2030年前二氧化碳排放达到峰值
6、,努力争取2060年前实现碳中和目标。为深入贯彻落实党中央、国务院关于碳达峰、碳中和的重大战略决策,扎实推进碳达峰行动,2021年10月,国务院印发了2030年前碳达峰行动方案,其中要求到2025年单位国内生产总值二氧化碳排放比2020年下降18%,到2030年单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降65%以上。同时要求将碳达峰贯穿于经济社会发展全过程和各方面,重点实施能源绿色低碳转型行动、节能降碳增效行动、工业领域碳达峰行动、城乡建设碳达峰行动、交通运输绿色低碳行动、循环经济助力降碳行动、绿色低碳科技创新行动、碳汇能力巩固提升行动、绿色低碳全民行动、各地区梯次有序碳达峰行动等“碳达峰十大
7、行动在政策保障上,要求建立统一规范的碳排放统计核算体系。加强碳排放统计核算能力建设,深化核算方法研究,加快建立统一规范的碳排放统计核算体系。支持行业、企业依据自身特点开展碳排放核算方法学研究,建立健全碳排放计量体系。推进碳排放实测技术发展,加快遥感测量、大数据、云计算等新兴技术在碳排放实测技术领域的应用,提高统计核算水平。积极参与国际碳排放核算方法研究,推动建立更为公平合理的碳排放核算方法体系。碳排放统计核算是做好碳达峰碳中和工作的重要基础,是制定政策、推动工作、开展考核、谈判履约的重要依据。为贯彻落实中共中央国务院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和2030年前碳达峰行
8、动方案有关部署,夯实碳达峰碳中和工作基础,2022年8月,国家发展改革委、国家统计局、生态环境部联合印发关于加快建立统一规范的碳排放统计核算体系实施方案。要求到2023年,职责清晰、分工明确、衔接顺畅的部门协作机制基本建立,相关统计基础进一步加强,各行业碳排放统计核算工作稳步开展,碳排放数据对碳达峰碳中和各项工作支撑能力显著增强,统一规范的碳排放统计核算体系初步建成。到2025年,统一规范的碳排放统计核算体系进一步完善,碳排放统计基础更加扎实,核算方法更加科学,技术手段更加先进,数据质量全面提高,为碳达峰碳中和工作提供全面、科学、可靠数据支持。1.1.2 减污降碳协同增效温室气体与环境污染物具
9、有同根同源性。煤炭等化石燃料在燃烧过程中既产生二氧化碳等温室气体,也会产生颗粒物、一氧化碳、二氧化硫等空气污染物。温室气体与环境污染物在控制措施方面也具有协同效应。当前,我国生态环境保护结构性、根源性、趋势性压力总体上尚未根本缓解,结构性污染问题仍然突出。进一步将大气污染防治与温室气体控排措施深度融合,将加快生态环境质量由量变到质变的改善进程。为深入贯彻落实党中央、国务院关于碳达峰碳中和决策部署,落实新发展阶段生态文明建设有关要求,协同推进减污降碳,实现一体谋划、一体部署、一体推进、一体考核。2022年6月,生态环境部印发了减污降碳协同增效实施方案。面对生态文明建设新形势新任务新要求,基于环境
10、污染物和碳排放高度同根同源的特征,遵循减污降碳内在规律,强化源头治理、系统治理、综合治理,切实发挥好降碳行动对生态环境质量改善的源头牵引作用,充分利用现有生态环境制度体系协同促进低碳发展,创新政策措施,优化治理路线,推动减污降碳协同增效。方案目标要求到2025年,减污降碳协同推进的工作格局基本形成;重点区域、重点领域结构优化调整和绿色低碳发展取得明显成效;形成一批可复制、可推广的典型经验;减污降碳协同度有效提升。到2030年,减污降碳协同能力显著提升,助力实现碳达峰目标;大气污染防治重点区域碳达峰与空气质量改善协同推进取得显著成效;水、土壤、固体废物等污染防治领域协同治理水平显著提高。该方案还
11、在优化环境治理中,要求推进大气污染防治协同控制,提出推进移动源大气污染物排放和碳排放的协同治理。在强化支撑保障中,要求完善减污降碳法规标准,推动将协同控制温室气体排放纳入生态环境相关法律法规和研究制订重点行业温室气体排放相关标准。1.1.3 柴油货车污染治理攻坚行动近年来,通过制定实施大气污染防治行动计划和打赢蓝天保卫战三年行动计划,我国环境空气质量明显改善,人民群众蓝天幸福感、获得感显著增强。但重点地区、重点领域大气污染问题仍然突出,京津冀及周边等区域细颗粒物(PM2.5)浓度仍处于高位,秋冬季重污染天气依然高发、频发;臭氧污染日益凸显,特别是在夏季,已成为导致部分城市空气质量超标的首要因子
12、;柴油货车污染尚未有效解决,移动源是氮氧化物排放的重要来源,对秋冬季PM2.5污染和夏季臭氧污染影响较大,大气污染防治工作任重道远。为贯彻落实中共中央国务院关于深入打好污染防治攻坚战的意见有关要求,打好重污染天气消除、臭氧污染防治、柴油货车污染治理三个标志性战役,解决人民群众关心的突出大气环境问题,持续改善空气质量,2022年11月,生态环境部等15部门联合印发了柴油货车污染治理攻坚行动方案。方案提出强化挥发性有机物(VoCs)、氮氧化物等多污染物协同减排,目标是到2025年,全国柴油货车排放检测合格率超过90%,氮氧化物排放量下降12%,新能源和国六排放标准货车保有量占比力争超过40%o据中
13、国移动源环境管理年报(2022)统计,2021年全国货车CO、HC、NoX、PM排放量分别为206.2万吨、51.6万吨、480.7万吨、5.8万吨,占汽车排放总量的29.7%、28.4%、84.6%、91.1%frratortfMbMeMWA*WWV*V*W*MB*:图12全球和中国二氧化碳年排放量(17502021年)交通运输中的碳排放主要来源于运输过程中交通运输工具燃料燃烧产生的CO2排放。根据交通运输部交通规划研究院的数据分析表明,交通运输领域不同运输方式产生的碳排放量差异明显。公路运输(含社会车辆、营运车辆)是交通领域碳排放的重点方面,排放量占交通领域碳排放总量的86.76%0水路运
14、输排放占比为6.47%,民航运输排放占比为6.09%,铁路运输碳排放占比为0.68%o因此,促进公路交通部门减少碳排放成为我国落实“双碳”战略的主要任务之一。如图1-3所示在公路运输中,重型货车的CCh排放量最大,占公路运输碳排放总量的54%,重型货车是未来我国公路交通及整个交通运输领域减排的重中之重。(b)图1-3我国交通运输领域CO?排放量占比(2019年)(b)公路运输各类车型CO2排放情况(2019年)据2021年交通运输行业发展统计公报统计,2021年末全国拥有公路营运汽车1231.96万辆,比上年末增长5.2%。分结构来看,拥有载客汽车58.70万辆、1751.03万客位,分别下降
15、4.2%和4.9%;如图1-4所示,拥有载货汽车1173.26万辆、17099.50万吨位,分别增长5.7%和8.3%,其中,载货汽车406.94万辆、4923.43万吨位,分别下降1.7%和增长5.6%,专用货车60.39万辆、718.76万吨位,分别增长19.2%和20.5%,牵引汽车346.68万辆、增长11.5%,挂车359.25万辆、增长7.4%。由此可见,重型货车和乘用车是未来我国公路运输,也是整个交通运输行业节能减排的关键方面。14250%保有增长率图14全国公路营运汽车及各类载货汽车保有量(2021年)(公)部1.1.6 小结在愈加紧迫的“双碳目标背景和严格的政策标准情况下,考
16、虑到重型柴油货车在交通领域碳排放占比较高的情况,开展重型柴油货车的碳排放研究至关重要。开展这些工作的首要任务是建立描述交通运输行业碳排放的高精度核算方法,为减少交通领域的碳排放相关政策和技术提供支撑。目前,我国还没有建立健全交通领域统一规范的碳排放统计核算体系。当下国内比较流行的交通碳排放计算方法有:(1)“自上而下”的高油耗计算方法;(2)“自上而下”的基于汽车保有量的碳排放计算方法;(3)基于客货运量、周转量和碳排放强度的宏观计算方法;(4)基于城市规模的汽车保有量或周转量的中观计算方法;(5)基于乘客出行方式及其排放强度的乘客碳排放微观计算方法。但是每种方法都有其模型、参数和数据的准确性
17、问题。例如,常规计算方法的实际燃料消耗率是基于燃料消耗量限值标准和燃料消耗量调查。碳排放模型一般采用限值与实际消耗率的换算率。但是由于燃料消耗率随着车辆类型、实际运行条件、大气环境和驾驶员习惯的不同而不同,因此燃料消耗率的准确性总是值得怀疑。要获得实际的燃油消耗率,必须建立一系列方法,根据一些连续稳定的数据集模拟数据。目前,重型车第六阶段排放标准特别强调了对氮氧化物排放的严格限制,并引入了实际道路行驶工况和发动机参数等相关参数数据,以减少柴油和汽油重型车辆(HDV)的排放。这些参数可以被视为一个稳定、连续的数据源。因此,根据实际道路行驶工况和发动机参数,本项目可以基于参数分析并建立模型,根据模
18、型输出结果,进一步对我国重型商用重型货车的实际燃料消耗情况进行系统分析。通过道路工况的构建,比较在法规标准的不同工况条件下柴油消耗量与实际柴油消耗量的差异,为建立重型商用重型货车碳排放源清单奠定基础。1.2 项目目标本项目拟运用10059辆重型货车的实际道路行驶工况及发动机运行参数数据,建立连续稳定的燃油消耗模型,并模拟重型货车在实际运行过程的油耗。通过实际工况和发动机参数的大数据,可以节省大量现场检查、检测和实验的费用。该项目旨在:(1)基于重型货车实际工况和发动机参数大数据,运用模式模拟、聚类分析、实验比对等方法,构建重型货车实际道路碳排放因子模型,给出分道路类型、车辆类型、不同负载和使用
19、场景下的重型货车实际道路的碳排放因子数据库。(2)探讨实际工况和发动机参数数据应用于实际道路油耗水平和碳排放强度监测和管控的可行性、可操作性以及合理性。(3)探讨结果为重型货车下一阶段排放标准制定、油耗限值标准修订提供数据支撑;为减污降碳协同增效政策提供技术依据的可能性。第2章研究内容2.1 研究内容本研究综合利用重型货车实际道路行驶工况和发动机参数数据,通过数据清洗、修复和处理,搭建基于实际道路行驶工况和发动机参数的油耗模型。得到动态应用场景下重型商用货车多维度的碳排放因子数据库,并开展多角度的分析。2.1.1 油耗模型搭建交通领域中重型货车的保有量口益增长,能够准确计算重型货车的综合油耗对
20、帮助交通领域的碳减排显得尤为重要。其实这不仅涉及环境污染和能源消耗,还涉及经济效益。然而,传统的实验室测试和模拟工况时常不能完全反映实际驾驶条件下的油耗,因为实际的道路行驶工况包含了多种复杂的因素,包括驾驶者行为、交通流量、道路类型、地形等。例如,货车在城市道路上的频繁停车、加速和减速,与其在高速公路上的稳定行驶对油耗的影响是截然不同的。货车的发动机参数(如动力性能、载重能力、气动形态等)也会影响油耗。比如,可能存在高效能的引擎在某些工况下比低效能的引擎更为节油,而在另一些工况下结果则相反。因此,重型货车的综合油耗计算需要结合不同的行驶工况和影响因素,开展本研究需要从实际道路的行驶工况入手,同
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