Luận án được nghiên cứu với mục tiêu nhằm góp phần tạo cơ sở khoa học cho công tác quản lý tổng hợp chất lượng không khí ở Việt Nam. Góp phần lập dựng phương pháp xác định hệ số phát thải các chất ô nhiễm không khí cho nguồn động bằng thực nghiệm, phản ánh đúng điều kiện thực tế của Việt Nam.
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Nguyễn Thị Yến Liên NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH ĐẶC TRƢNG PHÁT THẢI CỦA XE BUÝT TẠI HÀ NỘI Ngành: Kỹ thuật mơi trường Mã số: 9520320 TĨM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG Hà Nội – 2019 Cơng trình hồn thành tại: Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Nghiêm Trung Dũng Phản biện 1: GS.TS Hoàng Xuân Cơ Phản biện 2: GS.TS Đào Trọng Thắng Phản biện 3: PGS.TS Trần Ngọc Hiền Luận án bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp Trường họp Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Vào hồi …… giờ, ngày … tháng … năm ……… Có thể tìm hiểu luận án thư viện: Thư viện Tạ Quang Bửu - Trường ĐHBK Hà Nội Thư viện Quốc gia Việt Nam DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN Nghiêm Trung Dũng, Lý Bích Thủy, Nguyễn Thị Yến Liên, Nguyễn Thị Thu Thủy, Đỗ Khắc Uẩn, Nguyễn Thị Thu Hiền (2015) Nghiên cứu xây dựng hệ số phát thải phục vụ cơng tác kiểm kê khí thải Hội thảo Khoa học công nghệ lĩnh vực bảo vệ môi trường (trong khuôn khổ Hội nghị Môi trường toàn quốc lần thứ IV) Nguyễn Thị Yến Liên, Bùi Lê Hồng Minh (2015) Ứng dụng phần mềm Copert nghiên cứu ảnh hưởng chu trình lái tới khả phát thải qua số thông số đặc trưng Tạp chí Khoa học giao thơng vận tải, Số đặc biệt - 11/2015.Trường Đại học giao thông vận tải Nguyễn Thị Yến Liên, Nghiêm Trung Dũng, Cao Minh Quý (2015) Tầm quan trọng chu trình lái nghiên cứu đo đạc phát thải phương tiện giới đường Tuyển tập báo cáo Hội nghị khoa học công nghệ: Nghiên cứu ứng dụng KHCN, nâng cao chất lượng hoạt động ngành GTVT hướng tới hài lòng người dân doanh nghiệp NXB Giao thông Vận tải Nghiem Trung Dung, Nguyen Thi Yen Lien, Nguyen Viet Thuy Linh, Vu Pham Huyen (2016) Determination of Markov property of the real-world driving data and its application in the development of the driving cycle Proceedings International Conference: Environmental engineering and management for sustainable development Nguyen Thi Yen Lien, Nghiem Trung Dung, Cao Minh Quy (2016) Impact of the driving cycle on exhaust emissions of buses in Hanoi Journal of Vietnamese Environment, 8(4), 247-251 Technische Universitat Dresden, Germany Nguyễn Thị Yến Liên, Bùi Lê Hồng Minh, Cù Thị Thục Anh (2017) Ứng dụng phần mềm IVE nghiên cứu ảnh hưởng vận tốc trung bình tới hệ số phát thải xe buýt hà nội Tạp chí Khoa học Giao thơng Vận tải, 57, 25-30 Trường Đại học giao thông vận tải Nguyễn Thị Yến Liên, Nghiêm Trung Dũng (2017) Tổng quan phương pháp xác định hệ số phát thải chất nhiễm khơng khí phương tiện giao thơng giới đường Khoa học Công nghệ, 162(2), 219-223 Đại học Thái Nguyên Nghiem Trung Dung, Nguyen Thi Yen Lien, Tran Thu Trang (2017) Characterization of Bus Emissions – A Case Study in Hanoi, Vietnam: Driving cycles, emission factors and co-benefits LAMBERT Academic Publishing Nguyen Thi Yen Lien, Nghiem Trung Dung (2017) The determination of driving characteristics of Hanoi bus system and their impacts on the emission Journal of Science and Technology, 55(1), 74-83 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN 10 Nguyen Thi Yen Lien, Nghiem Trung Dung (2018) Markov property analysis of the real-world driving data and its application Journal of Science & Technology Technical Universities, 126, 54-58 Hanoi University of Science and Technology 11 Nguyen Thi Yen Lien, Nghiem Trung Dung (2018) Health co-benefits of climate change mitigation for the bus system of Ha Noi Vietnam Journal of Science and Technology, 56(3), 312-323 12 Nguyen Yen-Lien T, Nghiem Trung-Dung, Le Anh-Tuan and Bui Ngoc-Dung (2019) Development of the typical driving cycle for buses in Hanoi, Vietnam Journal of the Air & Waste Management Association, 69(4), pp 423-437 MỞ ĐẦU Sự cần thiết đề tài Giao thông vận tải (GTVT) phần quan trọng sống đại, nhiên lại nguồn gây ô nhiễm chủ yếu đô thị lớn Tại Hà Nội, ước tính tổng lượng phát thải chất ô nhiễm CO, VOC, NOx, SOx PM từ hoạt động xe ô tô xe buýt năm 2010 50,02 Gg, phát thải CO cao (39,5 Gg) Trong đó, xe buýt sử dụng diesel nguồn phát thải chất ô nhiễm bụi (PM) BC (black carbon), mối quan tâm Định lượng lượng thải từ nguồn thải đảm bảo cho dự án chất lượng khơng khí thiết kế thực cách hiệu Hệ số phát thải (Emission Factor, EF) công cụ hiệu đơn giản để ước tính mức độ phát thải chất nhiễm khơng khí có đủ thơng tin nguồn phát thải Mỗi quốc gia nên có liệu EF riêng phù hợp với điều kiện quốc gia (country-specific emission factor, CSEF) Việc sử dụng CSEF không cải thiện độ xác kết kiểm kê phát thải mà giúp cho nước dễ dàng áp dụng kiểm kê phát thải cấp cao (Tier 2) theo hướng dẫn Ủy ban liên phủ biến đổi khí hậu (IPCC).Trong bối cảnh đó, việc nghiên cứu xây dựng sở liệu EF đặc trưng cho điều kiện Việt Nam cần thiết Mặc dù vậy, Việt Nam, việc nghiên cứu xây dựng EF phù hợp với điều kiện Việt Nam hạn chế, đặc biệt nguồn động Xuất phát từ thực tế đó, đề tài “Nghiên cứu xác định đặc trưng phát thải xe buýt Hà Nội” thực nhằm góp phần vào việc nghiên cứu phát thải chất nhiễm khơng khí từ nguồn động, tạo sở khoa học cho công tác quản lý chất lượng khơng khí Việt Nam Mục đích nghiên cứu - Góp phần tạo sở khoa học cho cơng tác quản lý tổng hợp chất lượng khơng khí Việt Nam - Góp phần lập dựng phương pháp xác định hệ số phát thải chất ô nhiễm không khí cho nguồn động thực nghiệm, phản ánh điều kiện thực tế Việt Nam - Phát triển bổ sung hệ số phát thải chất ô nhiễm không khí cho phương tiện giới đường nước ta Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu luận án xe buýt Hà Nội, nghiên cứu thí điểm loại xe có sức chứa 80 chỗ, chủng loại Daewoo BC212 - Động sử dụng đo phát thải động diesel D1146TI - Phạm vi nghiên cứu giới hạn hoạt động hệ thống xe buýt khu vực nội thành Hà Nội, loại động diesel D1146TI với công suất cực đại 150kW Ý nghĩa khoa học thực tiễn Lần Việt Nam xây dựng chu trình lái chu trình thử đặc trưng cho xe hạng nặng dựa liệu lái ngồi thực tế Dựa chu trình thử xây dựng, luận án xác định hệ số phát thải đặc trưng cho hệ thống xe buýt Hà Nội Đây hệ số phát thải đặc trưng cho xe buýt lần cơng bố Việt Nam Kết thu có ý nghĩa thực tiễn cao, giúp nhà quản lý có định tích cực việc ứng dụng giải pháp để bảo vệ môi trường hoạt động hệ thống xe buýt Hà Nội Các đóng góp luận án Về phương pháp Đã có số đóng góp cho phương pháp xây dựng chu trình lái sau: - Kiểm định tính dừng liệu chuỗi thời gian (vận tốc tức thời theo thời gian) trước sử dụng xây dựng chu trình lái - Xử lý sai số liệu GPS công cụ chưa ứng dụng nghiên cứu xử lý liệu vận tốc tức thời theo thời gian, thuật tốn ước lượng liệu thiếu Ivan Selesnick - Lần đầu Việt Nam, nghiên cứu áp dụng chuỗi Markov để xây dựng chu trình lái đặc trưng cho hệ thống xe buýt - Lần Việt Nam, việc xác định hệ số phát thải chất ô nhiễm khơng khí phản ánh điều kiện thực tế hệ thống xe buýt nghiên cứu xác định thực nghiệm dựa chu trình thử đặc trưng Về kết cụ thể Lần đầu tiên, chu trình lái đặc trưng cho hệ thống xe buýt xây dựng Các chu trình thử động xe hạng nặng, bao gồm chu trình thử dạng chuyển tiếp chu trình thử tĩnh, phát triển Bộ hệ số phát thải chất ô nhiễm không khí (CO, PM, NOx, HC, CO2) cho hệ thống xe buýt Hà Nội, bao gồm dạng hệ số phát thải (g/kWh, g/kg-nhiên liệu, g/km) Mơ hình tốn mơ tả tương quan tốc độ phát thải công suất động Cấu trúc luận án Luận án bao gồm 137 trang (khơng kể phục lục) với 34 bảng, 45 hình, 104 tài liệu tham khảo Bố cục luận án sau: mở đầu (05 trang), tổng quan (32 trang), phương pháp nghiên cứu (33 trang), kết thảo luận (53 trang), kết luận kiến nghị (03 trang), danh mục cơng trình cơng bố (02 trang), tài liệu tham khảo (09 trang) CHƢƠNG TỔNG QUAN 1.1 Ơ nhiễm khơng khí từ hoạt động phƣơng tiện giới đƣờng 1.1.1 Các dạng phát thải từ hoạt động phƣơng tiện giới đƣờng Phần lớn PTCGĐB nay, lượng để chúng chuyển động đốt cháy nhiên liệu động đốt Do vậy, ô nhiễm từ PTCGĐB chủ yếu sản phẩm trình đốt cháy nhiên liệu động cơ, gọi khí xả (exhaust), nhiên liệu tự bay Ngồi ra, cịn có phát thải bụi q trình ma sát, dạng nhiễm khác ô nhiễm nhiệt tiếng ồn 1.1.2 Tác động chất nhiễm khơng khí từ phƣơng tiện giới đƣờng PTCGĐB nguyên nhân gây nhiễm khơng khí, ảnh hưởng tới mơi trường sức khỏe người PTCGĐB xác định nguồn quan trọng liên quan đến phát thải chất ô nhiễm mà cần quan tâm đặc biệt NOx, benzen CO Gần đây, phát thải PM từ PTCGĐB thu hút nhiều quan tâm người 1.1.3 Lộ trình áp dụng tiêu chuẩn khí xả phƣơng tiện giới đƣờng Các loại xe ôtô sản xuất, lắp ráp nhập phải áp dụng: - Tiêu chuẩn khí thải mức (tương đương Euro IV) từ ngày 01/01/2017 - Tiêu chuẩn khí thải mức (tương đương Euro V) từ ngày 01/01/2022 Các loại xe môtô hai bánh sản xuất, lắp ráp nhập phải áp dụng tiêu chuẩn khí thải mức (tương đương Euro III) từ ngày 01/01/2017 Riêng ô tô chạy diesel, áp dụng tiêu chuẩn Euro IV từ năm 2018 theo Thông báo số 126/TB-VPCP ngày 10/03/2017 Thủ tướng Chính phủ 1.2 Hệ số phát thải phƣơng tiện vận tải phƣơng pháp xác định 1.2.1 Khái niệm Hệ số phát thải (EF) bị chi phối tất yếu tố có ảnh hưởng tới mức phát thải phương tiện (loại/chất lượng phương tiện, loại/chất lượng nhiên liệu, chế độ hoạt động phương tiện, ) Như vậy, hệ số phát thải phản ánh đặc trưng phát thải nguồn thải Đối với PTCGĐB, EF biểu thị dạng: g/kWh, g-kg-nhiên liệu, g/km, g/s 1.2.2 Các yếu tố ảnh hƣởng đến hệ số phát thải Các yếu tố có ảnh hưởng lớn tới EF từ hoạt động PTVT bao gồm: loại/chất lượng nhiên liệu, loại động cơ, chế độ hoạt động phương tiện, tuổi phương tiện, chế độ bảo dưỡng định kỳ điều kiện môi trường xung quanh 1.2.3 Các phƣơng pháp xác định hệ số phát thải phƣơng tiện giới đƣờng Hệ số phát thải thường xây dựng dựa liệu đo đạc thực nghiệm thu từ dự án đo phát thải phương tiện Theo V.Franco cộng (2013), thí nghiệm băng thử động lực học kỹ thuật chặt chẽ mà cho nguồn cung cấp liệu thực nghiệm để phát triển mơ hình EF cho PTCBĐB năm tới xây dựng chu trình lái đặc trưng 1.2.4 Tình hình nghiên cứu xây dựng hệ số phát thải đặc trƣng Tại nước phát triển - Kỹ thuật kinh nghiệm xây dựng EF ngày đạt trình độ cao Tại châu Á - Hầu chưa có EF riêng, đặc biệt lĩnh vực GTVT - Ở Việt Nam: mới, giai đoạn nghiên cứu thử nghiệm với số hướng nghiên cứu sau: sử dụng mơ hình có sẵn để mơ phát thải; sử dụng mơ hình tính ngược; đo phát thải dựa chu trình lái đặc trưng (mới nghiên cứu xe máy xe hạng nhẹ) 1.3 Chu trình lái phƣơng pháp xây dựng Chu trình lái tranh mối liên hệ vận tốc – thời gian phương tiện tham gia giao thông điều kiện định 1.3.1 Các phƣơng pháp xây dựng chu trình lái Các phương pháp xây dựng chu trình lái phổ biến trước (gọi phương pháp truyền thống) dựa việc tổng hợp nhiều phân đoạn nhỏ mà biết đến “snippet” “microtrip” Cách tiếp cận chưa tối ưu không phản ánh chất ngẫu nhiên liệu Do vậy, để khắc phục hạn chế phương pháp truyền thống, người ta đưa phương pháp tiếp cận có khả phân tích mạnh mẽ xây dựng chu trình lái, xây dựng chu trình lái dựa lý thuyết trình Markov, q trình mang tính ngẫu nhiên Xử lý liệu lái trình ngẫu nhiên cung cấp cách nhìn khác liệu vận tốc thời gian Do vậy, luận án này, lý thuyết chuỗi Markov sử dụng để xây dựng chu trình lái đặc trưng cho hệ thống xe buýt Hà Nội 1.3.2 Các thông số đặc trƣng chu trình lái Trong nghiên cứu này, VSP sử dụng thơng số chu trình lái (Bảng 1.6, thuyết minh luận án) 1.4 Phƣơng pháp thu thập liệu lái thực tế Ba phương pháp thường sử dụng: Sử dụng xe đuổi theo xe khảo sát (car-chase); thực đo đạc xe (on-board); sử dụng hệ thống định vị toàn cầu (GPS) Trong nghiên cứu này, công nghệ GPS ứng dụng để thu thập liệu lái ngồi thực tế ưu điểm trình bày chi tiết thuyết minh luận án 1.5 Kỹ thuật xử lý sai số liệu GPS Nguyên lý kỹ thuật làm trơn bổ sung giảm bớt điểm liệu bất thường cách thay giá trị biến số đầu vào Ba kỹ thuật làm trơn sử dụng phổ biến nghiên cứu liên quan đến lĩnh vực giao thông bao gồm phương pháp xấp xỉ spline theo tiêu chí bình phương nhỏ (Least squares spline approximation), phương pháp nhân làm trơn (smoothing kernel) phương pháp lọc Kalman 1.6 Dữ liệu chuỗi thời gian trình ngẫu nhiên dừng 1.6.1 Chuỗi thời gian Chuỗi liệu vận tốc tức thời phương tiện theo thời gian sử dụng nghiên cứu xây dựng chu trình lái đặc trưng chuỗi thời gian 1.6.2 Quá trình ngẫu nhiên dừng Quá trình ngẫu nhiên sở lý thuyết quan trọng xây dựng chu trình lái Xử lý liệu lái trình ngẫu nhiên cung cấp cách nhìn khác liệu vận tốc thời gian 1.7 Thuật toán phân cụm phân cấp gộp Trong nghiên u này, sử dụ ng phư ng pháp phân cụm phân cấp chọn thông số đặc trưng chu trình lái 1.8 Quá trình Markov Định nghĩa: Ta nói dãy đại lượng ngẫu nhiên (Xn) có tính Markov nếu: P{X(t n 1 ) j |X(t ) i , , X(t n 1 ) i n 1 , , X(t n ) i} (1.7) P{X(t n 1 ) j |X(t n ) i} Với t0 < t1 < ….< tn < tn+1 < …và i0, …, in-i, i, j E 1.9 Giới thiệu chung hệ thống xe buýt Hà Nội Một số thơng tin: Qng đường chuyển trung bình ngày xe: 152 km/ngày; tuổi trung bình xe buýt Hà Nội 7,5 năm, Daewoo BC212 số chủng loại xe phổ biến CHƢƠNG PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Quy trình thực nghiên cứu Các bước cần thực để đạt mục tiêu nghiên cứu Hình 2.1 2.2 Xác định loại chu trình lái Với mục tiêu nghiên cứu đề tài, loại chu trình lái hướng tới chu trình lái tương ứng với đường nội đơ, cho loại xe buýt Hà Nội Bảng 2.3 Thông số kỹ thuật động diesel D1146TI Loại động Thể tích làm việc Đường kính xi lanh Hành trình iston Cơng suất cực đại Tỷ số nén Hình 2.10 Động D1146TI xylanh thẳng hàng, tăng áp 8071 mL 111 mm 139 mm 150 kW 16,7:1 2.8.2 Thiết bị thử nghiệm Sơ đồ bố trí thiết bị thử nghiệm Hình 2.9 Hình 2.9 Sơ đồ bố trí thiết bị thử nghiệm 2.9 Phƣơng pháp tính tốn kết từ số liệu thử nghiệm 2.9.1 Tính suất phát thải động Tính tốn theo hướng dẫn trong: TCVN 6567 : 2015 Các thông số cần lưu trữ trình thử nghiệm để sử dụng tính tốn kết hệ số phát thải theo công suất động (BSEF) Bảng 2.4 thuyết minh luận án 2.9.2 Tính hệ số phát thải theo lƣợng nhiên liệu tiêu thụ EFfuel based EFbrake specific (2.27) BSFC 2.9.3 Tính hệ số phát thải theo quãng đƣờng di chuyển EFdist , i 3600 ERi v 10 (2.28) CHƢƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Kết phân tích liệu 3.1.1 Kết kiểm định tính dừng Kết kiểm định tính dừng dựa phần mềm EVIEWS cho thấy: chuỗi liệu vận tốc tức thời theo thời gian, bước thời gian 1s, chuỗi thời gian dừng 3.1.2 Kết xử lý liệu GPS 3.1.2.1 Bộ xử lý liệu GPS Tơi thiết kế quy trình xử lý liệu GPS Hình 3.2 Dữ liệu GPS ban đầu Bước 1: Khởi tạo phân đoạn hành trình Bước 6: Thay giá trị vận tốc giả Bước 2: Quy đổi thời gian mốc Bước 7: Bổ sung khoảng trống tín hiệu Bước 3: Loại bỏ điểm mà có bước thời gian Ts Bước 8: Thay điểm có gia tốc dị biệt Bước 4: Thay giá trị vận tốc dị biệt Bước 9: Làm trơn khử nhiễu Bước 5: Loại bỏ trôi giá trị vận tốc Dữ liệu GPS qua xử lý Hình 3.2 Quy trình xử lý liệu GPS 3.1.2.2 Đánh giá độ tin cậy phương pháp bổ sung khoảng trống tín hiệu theo Ivan Selesnick ứng dụng xử lý liệu GPS Toàn thao tác thực phần mềm Matlab, liệu chuẩn chu trình thử ETC-part 1, minh họa Hình 3.3 thuyết minh luận án 3.1.2.3 Dữ liệu GPS xử lý Bảng 3.1 Kết lọc liệu GPS Loại lỗi Trung bình 11 Trung vị Độ lệch chuẩn (%) 1,08e-04 0,015 3,181 0,163 2,537 1,143 Sai thời gian Vận tốc dị biệt Sự trôi giá trị v = Các giá trị v = bị lỗi (v = giả) Khoảng trống tín hiệu Gia tốc dị biệt (%) 0 1,041 0,139 1,824 0,918 (%) 0,002 0,036 3,641 0,104 1,270 0,798 Kết Bảng 3.1 cho thấy điểm liệu loại bỏ/thay bổ sung chiếm trung bình khoảng 7% tổng số điểm liệu qua bước lọc từ bước đến bước Hình 3.7 Phân bố tần suất gia tốc – vận liệu trước sau xử lý 3.1.3 Kết trích chọn thông số đặc trƣng 14 thông số chu trình lái đặc trưng mà coi đủ mạnh để mơ tả đặc trưng lái ngồi thực tế hệ thống xe buýt Hà Nội Bảng 3.9 thuyết minh luận án 3.2 Chu trình lái đặc trƣng cho hệ thống xe buýt Hà Nội Một số chu trình lái đề cử với giá trị SAFDdiff tương ứng Bảng 3.11 Bảng 3.11 Giá trị SAFDdiff chu trình đề cử Các chu trình đề cử SAFDdiff, % 13,2 14,8 14,2 15,2 15,4 15,9 16,8 18,2 Chu trình lái đặc trưng cho hệ thống xe buýt Hà Nội lựa chọn dựa giá trị SAFDdiff nhỏ chu trình lái đề cử Như vậy, theo Bảng 3.8, chu trình lái đặc trưng cho hệ thống xe buýt Hà Nội lựa chọn chu trình mà đạt giá trị 12 SAFDdiff nhỏ 13,2%, gọi tắt chu trình HBDC.Chu trình HBDC minh họa Hình 3.11, thơng số chu trình HBDC đưa Bảng 3.12 Hình 3.11 Chu trình lái đặc trưng hệ thống xe buýt Hà Nội Đánh giá chu trình lái HBDC Bảng 3.12 So sánh thông số đặc trưng chu trình lái HBDC liệu lái ngồi thực tế Thơng số Khoảng cách Tổng thời gian Thời gian tăng tốc Thời gian giảm tốc Thời gian chạy ổn định vận tốc trung bình Thời gian chạy ổn định vận tốc thấp Thời gian chạy không tải Tỷ lệ thời gian tăng tốc Tỷ lệ thời gian giảm tốc Tỷ lệ thời gian chạy ổn định vận tốc trung bình Tỷ lệ thời gian chạy ổn định vận tốc thấp Tỷ lệ thời gian khơng tải Vận tốc trung bình tồn hành trình Trung bình vận tốc khác khơng Độ lệch chuẩn vận tốc Vận tốc cực đại Phân vị 95th vận tốc Đơn vị HBDC Dữ liệu lái thực tế km s s s 18,32 3936 1345 1287 17,51 3824 1412 1456 Phần trăm độ lệch tương đối (%) 2,26 1,44 2,43 6,16 s 555 316 27,44 s s % % 449 300 34,17 32,70 320 328 36,97 38,06 16,78 4,46 3,94 7,57 % 14,10 8,34 25,67 % 11,41 8,29 15,84 % km/h km/h km/h km/h km/h 7,62 16,76 18,14 10,52 44 33 8,34 16,59 18,11 10,44 45,47 32,96 4,51 0,51 0,08 0,38 1,64 0,06 13 Gia tốc cực đại Gia tốc cực tiểu Gia tốc trung bình Gia tốc dương trung bình Gia tốc âm trung bình Độ lệch chuẩn gia tốc Phân vị 95th gia tốc dương Phân vị 95th gia tốc âm Tổng số lần dừng Tỷ lệ dừng 1km Động dương (PKE) Căn quân phương gia tốc (RMSA) Công suất riêng xe (VSP): - Công suất riêng cực đại - Công suất riêng cực tiểu - Trung bình VSP dương - Trung bình VSP âm m/s2 m/s2 m/s2 m/s2 m/s2 m/s2 m/s2 m/s2 /km m/s2 m/s2 W/kg 3,06 -2,78 0,00 0,50 -0,52 0,49 1,11 -1,11 21 1,15 0,34 0,49 3,47 -3,05 0,00 0,56 -0,55 0,61 1,50 -1,34 27 1,61 0,36 0,61 6,28 4,63 0,00 5,66 2,80 10,91 14,94 9,39 12,50 16,67 2,86 10,91 22,55 -19,52 2,06 -2,26 31,70 -23,98 2,67 -2,44 16,87 10,25 12,90 3,83 Hình 3.12 So sánh phân bố chế độ hoạt động HBDC liệu lái ngồi thực tế Theo Hình 3.14, độ lệch phân bố tần suất vận tốc – gia tốc chu trình lái thu so với liệu lái thực tế tương đối nhỏ, nhỏ so với kết nghiên cứu Ashtari cộng (2014) (SAFDdiff = 14,2%) 14 Hình 3.14 Độ lệch phân bố tần suất gia tốc – vận tốc chu trình lái đặc trưng với liệu lái ngồi thực tế So sánh HBDC với chu trình lái khác giới So sánh với chu trình lái khơng tiêu chuẩn Chu trình HBDC so sánh với số chu trình lái khơng tiêu chuẩn phát triển cho xe buýt giới Hình 3.15 Hình 3.15 So sánh tỉ lệ thời gian chế độ hoạt động khác chu trình lái xe buýt So sánh với chu trình lái tiêu chuẩn Chu trình HBDC, so sánh với chu trình lái tiêu chuẩn ETC-part minh họa Hình 3.16 15 Hình 3.16 So sánh phân bố tần suất gia tốc – vận tốc HBDC ETC-part 3.3 Chu trình thử cho động xe buýt 3.3.1 Chu trình thử dạng chuyển tiếp động Tốc độ mô men định mức chu trình thử HBTC Hình 3.17 Hình 3.17 Đồ thị mô men công suất động chu trình thử dạng chuyển tiếp động xe buýt Hà Nội Biểu diễn phân bố tần suất mô men tốc độ động chuẩn hóa (định mức) chu trình HBTC, ETC WHTC đồ thị 3D Hình 3.18 16 Hình 3.18 Sự phân bố tần suất tốc độ định mức – mômen định mức động chu trình thử HBTC, ETC WHTC Đánh giá độ tin cậy thuật tốn chuyển đổi chu trình lái sang chu trình thử dạng chuyển tiếp động Hệ số tương quan vận tốc thực xe vận tốc ước lượng 0,997 3.3.2 Chu trình thử tĩnh động xe buýt Hà Nội (HBSC) Các giá trị tốc độ nlo nhi xác định dựa đường đặc tính ngồi động D1146TI Hình 3.20 Dựa Hình 3.29 ta có: nA = 1325 vịng/phút, nB = 1650 vòng/phút, nC = 1950 vòng/phút Phân bố theo phần trăm tải dải tốc độ A, B C Hình 3.21 17 Hình 3.20 Các tốc độ đặc trưng động (a) (b) 18 (c) Hình 3.21 Phân bố phần trăm tải dải tốc độ A, B C Biểu diễn chế độ thử trọng số tương ứng Hình 3.21 Hình 3.22 Chu trình thử tĩnh cho động xe buýt Hà Nội 3.3.3 Phi chuẩn hóa điểm thử Để thử nghiệm phát thải động D1146TI phịng thí nghiệm theo chu trình thử tĩnh HBSC xây dựng tốc độ mơmen động chuẩn hóa 14 chế độ thử HBSC phải phi chuẩn hóa, việc xác định tốc độ mô men thực mà động cần đạt chế độ thử theo công thức sau: n n _ norm (n rated n idle ) n idle 100 Te T _ norm Te max 100 (3.7) (3.8) 19 Với: n tốc độ động (vòng/phút); nrated tốc độ danh định động (vòng/phút); nidle tốc độ động chế độ không tải (vịng/phút); Temax mơ men cực đại động (Nm) Bảng 3.18 Tốc độ mô men động chế độ thử không tải A B B Tốc độ động (vòng/phút) 600 1200 1500 1500 Mô men (Nm) 608 347 616 A 1200 342 10 11 12 13 14 A A B B C C C C C 1200 1200 1500 1500 1800 1800 1800 1800 1800 456 114 770 116 741 111 593 333 445 Chế độ Tốc độ 3.4 Đặc trƣng phát thải hệ thống xe buýt Hà Nội Điều kiện môi trường: nhiệt độ 240C độ ẩm tương đối 74% 3.4.1 Nồng độ chất nhiễm Trên tồn chu trình thử, miền giá trị nồng độ chất ô nhiễm đo đường ống xả động dao động lớn, cụ thể: CO: ~ 50 ÷ 380 ppm; CO2: ~ 6800 ÷ 93000 ppm; HC: ~ 60 ÷ 150 ppm; NOx: ~ 50 ÷ 1050 ppm 3.4.2 Suất phát thải động Bảng 3.19 Suất phát thải động xe buýt Hà Nội Độ khói Hệ số phát thải riêng (g/kWh) Các nghiên cứu Nghiên cứu CO HC NOx(a) CO2 PM Nồng độ khói (mg/m3) FSN 1,80 0,43 12,33 710,33 0,22 20,02 0,94 20 (D1146TI theo HBSC) So sánh với nghiên cứu khác D1146TI theo R49(b) 0,39 0,54 10,04 449,95 0,17 Ghi chú: (a) NOx tính theo NO2 tương đương; (b)kết thử nghiệm động D1146TI theo chu trình thử R49 mà Phịng thí nghiệm Động đốt trong, Viện Cơ khí động lực thực nghiên cứu khác Theo Bảng 3.19, so sánh kết đo phát thải nghiên cứu với kết đo phát thải theo chu trình thử R49 châu Âu, động D1146TI phịng thí nghiệm, thấy rằng, ngoại trừ HC, tất EF chất ô nhiễm khác mà đo theo chu trình thử HBSC cao so với kết đo theo chu trình R49, đặc biệt CO 3.4.3 Hệ số phát theo lƣợng nhiên liệu tiêu thụ Bảng 3.20 Hệ số phát thải theo lượng nhiên liệu tiêu thụ xe buýt Hà Nội Hệ số phát thải (g/kg-nhiên liệu) Chất ô nhiễm Nghiên cứu khác (Xe sử dụng diesel) Buýt Macao: 16,4 (Euro 2) Buýt Macao: 0,62 (Euro 2) Buýt Bắc Kinh: ~ 40 (Euro 2) ~ 32 (Euro 3) Theo EEA 33,37 Theo IPCC: 3140 (châu Âu) 3172,3 (Mỹ) Theo US EPA 2722,7 Theo EEA: 0,94 Nghiên cứu CO 8,2 HC 1,9 NOx(*) 56,1 CO2 3228,8 PM 1,0 Ghi chú: (*) tính theo NO2 tương đương Theo Bảng 3.20, nhìn chung EF xe buýt Hà Nội cao so với EF xe buýt Bắc Kinh, Macao cao so với EF trung bình IPCC, EEA (European Environment Agency, Cơ quan môi trường châu Âu) đưa nhằm hỗ trợ hoạt động kiểm kê phát thải lĩnh vực giao thông vận tải Điều khẳng định tầm quan 21 trọng việc cần thiết phải xây dựng CSEF thay sử dụng EF nước khác cơng tác kiểm kê phát thải 3.4.4 Hệ số phát thải theo quãng đƣờng di chuyển Phần mềm Matlab sử dụng để phát triển mơ hình tốn mơ tả tương quan tốc độ phát thải chất ô nhiễm (g/h) công suất động (kW) Bảng 3.22 Bảng 3.22 Mơ hình tốn mơ tả liên hệ công suất tốc độ phát thải Chất ô nhiễm Mô hình hồi quy xây dựng cho động xi lanh, công suất định mức 150kW (y tốc độ phát thải, g/h; x công suất động cơ, kW) HC y = -4,379.10-7x4 +0,0001247x3 – 0,009302x2 + 0,1564x + 16,19 R2 = 0,6341 CO2 y = 574,2x + 1,031 R2 = 0,9848 CO y = e0,02443x +45,02 R2 = 0,9198 NOx y = 11,69x + 2,866 R2 = 0,9760 Hệ số phát thải theo quãng đường di chuyển Bảng 3.23 Hệ số phát thải theo quãng đường di chuyển xe buýt Hà Nội Hệ số phát thải (g/km) Chất ô nhiễm Nghiên cứu So sánh với nghiên cứu khác Kịch Kịch CO 2,9 2,8 HC 0,8 0,9 NOx 32,7 25,3 CO2 1596,9 1232,2 3,3 buýt Hà Nội (*) 4,2 buýt Macao [14] 0,16 buýt Macao [14] 11,2 18,9 1212,8 1111,6 1120 1386 22 buýt Hà Nội(*) buýt Trung Quốc [15] buýt Ấn Độ [16] buýt Hà Nội (*) buýt Macao [14] buýt Trung Quốc [15] Theo Bảng 3.23 thấy, hệ số phát thải theo quãng đường di chuyển xe buýt Hà Nội khác so với kết hệ số phát thải nước khác khu vực Ví dụ, kịch 1, hệ số phát thải CO2 xe buýt Hà Nội cao xe buýt Ấn Độ khoảng 32%, hệ số phát thải CO buýt Hà Nội lại thấp hớn xe buýt Macao khoảng 31% KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận: Luận án tiến hành nghiên cứu xác định đặc trưng phát thải hệ thống xe buýt để phục vụ cho công tác kiểm kê phát thải quản lý tổng hợp chất lượng khơng khí Hà Nội Chuỗi Markov sử dụng để phát triển chu trình lái đặc trưng cho xe buýt Hà Nội với số đóng góp mặt phương pháp sau: Kiểm định tính dừng liệu chuỗi thời gian trước sử dụng xây dựng chu trình lái Xử lý sai số ngẫu nhiên liệu GPS cách dùng thuật toán ước lượng liệu thiếu Ivan Selesnick Đã khẳng định rằng, thông số đặc trưng chu trình lái sử dụng trình xây dựng chu trình lái cần phân tích/xác định dựa liệu sử dụng xây dựng chu trình lái Đã xây dựng chu trình lái/chu trình thử đặc trưng cho xe buýt Hà Nội, cụ thể: Đã xây dựng 01 chu trình lái đặc trưng cho hệ thống xe buýt Hà Nội, đặt tên HBDC, với tổng khoảng cách 18,32km, tổng thời gian 3936s vận tốc trung bình 18,32km/h Chu trình HBDC có khả đại diện tốt cho tồn liệu lái thực tế hệ thống xe buýt Hà Nội độ lệch phân bố tần suất gia tốc-vận tốc so với liệu lái thực tế 13,2% Đã xây dựng 01 chu trình thử dạng chuyển tiếp động hạng nặng sử dụng xe buýt Hà Nội, gọi tên HBTC, với tổng thời gian thử 3936s, tỷ lệ điểm kiểm tra 23,7% tỉ lệ không tải 16% Đã xây dựng 01 chu trình thử dạng tĩnh cho động hạng nặng sử dụng xe buýt Hà Nội, gọi tên HBSC, bao gồm 14 mode với 02 mode toàn tải 23 Đã xác định hệ số phát thải đặc trưng cho xe buýt Hà Nội phương pháp thực nghiệm hệ thống băng thử động lực học cao động D1146TI dựa chu trình thử xây dựng Hệ số phát thải theo công suất động cơ: Giá trị CO, HC, NOx, CO2 PM tương ứng 1,8; 0,43; 12,33; 710,33 0,22 g/kW.h Hệ số phát thải theo lượng nhiên liệu tiêu thụ: Giá trị CO, HC, NOx, CO2 PM tương ứng 8,18; 1,94; 56,06; 3228,79 1,01 g/kg-nhiên liệu Hệ số phát thải theo quãng đường di chuyển: Giá trị CO, HC, NOx CO2 tương ứng 2,90; 0,84; 32,68 1596,94 g/km Đã thiết lập 04 mơ hình tốn mơ tả tương quan tốc độ phát thải công suất động nghĩa: Luận án góp phần hoàn thiện phương pháp luận xây dựng chu trình lái đặc trưng cho vùng loại phương tiện định Các chu trình lái/chu trình thử đặc trưng xây dựng luận án sử dụng nghiên cứu phát thải khác xe buýt Hà Nội kịch chuyển đổi nhiên liệu cải tiến động nhằm giảm thiểu phát thải Bộ hệ số phát thải đặc trưng thu có ý nghĩa lớn công tác kiểm kê phát thải quản lý tổng hợp chất lượng khơng khí Hà Nội Với hệ số phát thải đặc trưng xây dựng, hoạt động kiểm kê phát thải xe buýt Hà Nội đạt mức cao (Tier 2) theo hướng dẫn IPCC Kiến nghị nghiên cứu tiếp theo: Trong thời gian tới, nghiên cứu tiếp tục phát triển theo số hướng sau: Nghiên cứu kiểm kê phát thải toàn hệ thống xe buýt Hà Nội dựa hệ số phát thải đặc trưng xây dựng; Dựa chu trình lái đặc trưng xây dựng, tiếp tục nghiên cứu xây dựng hệ số phát thải đặc trưng cho xe buýt Hà Nội theo kịch đề xuất nhằm giảm thiểu tác động tới môi trường nguồn thải 24 ... 32%, hệ số phát thải CO buýt Hà Nội lại thấp hớn xe buýt Macao khoảng 31% KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận: Luận án tiến hành nghiên cứu xác định đặc trưng phát thải hệ thống xe buýt để phục vụ... dựng, luận án xác định hệ số phát thải đặc trưng cho hệ thống xe buýt Hà Nội Đây hệ số phát thải đặc trưng cho xe buýt lần công bố Việt Nam Kết thu có ý nghĩa thực tiễn cao, giúp nhà quản lý có định. .. số phát thải theo quãng đường di chuyển xe buýt Hà Nội khác so với kết hệ số phát thải nước khác khu vực Ví dụ, kịch 1, hệ số phát thải CO2 xe buýt Hà Nội cao xe buýt Ấn Độ khoảng 32%, hệ số phát