2.3.1. Dữ liệu từ phiếu điều tra
Thông tin từ 100 phiếu điều tra xe taxi ở thành phố Vinh đƣợc tổng hợp để xây dựng file dữ liệu Fleet trong mô hình IVE. File này thể hiện các thông số kỹ thuật của dòng phƣơng tiện, từ đó phân loại và sắp xếp các phƣơng tiện vào các nhóm khác nhau và thể hiện tỷ lệ % của từng nhóm.
Bảng 2.4. Phân loại kỹ thuật dòng phương tiện
Nhiên liệu Trọng lƣợng (Phân loại theo dung tích xi
lanh) Tỷ lệ khí /nhiên liệu Biện pháp kiểm soát khí thải Số km đã đi đƣợc Dầu diesel CNG LPG Xăng Xăng sinh học ethanol Hạng nhẹ: <1500cc Carburetor Euro I/II/III/IV/V <79K km Hạng trung bình: 1500 ÷ 3000cc Multi – Pt FI 2-way 80 ÷ 161K km Hạng nặng: ≥3000cc Single – Pt FI 2-way/EGR >161K km FI 3-way 3-way/EGR None Trong đó:
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường(INEST) ĐHBKHN - Tel: (84.4) 38681686 - Fax: (84.4) 38693551 29
- Thông tin về trọng lƣợng tối đa cho phép, công nghệ kiểm soát tỉ lệ khí/nhiên liệu và biện pháp kiểm soát khí thải đƣợc xác định thông qua phiếu điều tra hoặc từ dòng xe tra cứu thông tin kỹ thuật từ nhà sản xuất.
- Thông tin về số km đi đƣợc: giá trị này đƣợc đọc từ đồng hồ đo công-tơ-mét đặt trên mỗi xe. Tuy nhiên thực tế điều tra cho thấy với các xe có thời gian hoạt động nhiều năm thì thiết bị này hoạt động không chính xác. Trong những trƣờng hợp nhƣ vậy, giá trị này có thể đƣợc ƣớc tính bằng số km xe taxi đi đƣợc trung bình mỗi ngày với số ngày làm việc trong năm và tuổi của xe.
2.3.2. Xác định lƣu lƣợng trung bình dòng xe
Tiến hành đếm xe trên 9 tuyến đƣờng lựa chọn, kết quả đƣợc sử dụng để xác định lƣu lƣợng xe.
Gọi T là tổng thời gian đếm xe trong ngày (giờ) TX là tổng lƣợng xe đếm đƣợc trong ngày Xi là số xe đếm đƣợc trong một giờ (xe/giờ) Ta có lƣu lƣợng xe trong 1 giờ trên mỗi đƣờng là:
i TX X
T
(xe/giờ)
Lƣu lƣợng xe trung bình dùng để đƣa vào file Location của mô hình đƣợc tính nhƣ sau: 9 1 tb i i X X 2.3.3. Phân tích dữ liệu từ GPS
Dữ liệu thu đƣợc từ GPS bao gồm thời gian, vĩ độ, kinh độ, độ cao so với mực nƣớc biển, vận tốc tức thời và gia tốc tức thời. Dữ liệu này dùng để xác định 2 đại lƣợng của file Location là VSP (Vehicle Specific Power) và Engine stress. Hai đại lƣợng này đặc trƣng cho phƣơng thức lái của xe.
VSP là năng lƣợng cần thiết trên 1 đơn vị trọng tải để thắng độ dốc đƣờng, trở lực không khí, lực ma sát lăn và gia tốc quán tính.
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường(INEST) ĐHBKHN - Tel: (84.4) 38681686 - Fax: (84.4) 38693551 30 Công thức xác định VSP: 3 1,1 9,81 arctan sin 0,132 0, 000302 VSP v a grade v (Pt 2.2) Trong đó: VSP (kW/tấn)
v: vận tốc của phƣơng tiện (m/s) a: gia tốc của phƣơng tiện (m/s2)
grade: độ dốc đƣờng. Với đƣờng trong thành phố coi grade = 0%
Có 20 nhóm VSP trong mô hình IVE. Các nhóm từ 0 đến 10 là trƣờng hợp năng lƣợng âm (phƣơng tiện đi chậm, đi xuống dốc hoặc kết hợp cả hai). Nhóm 11 biểu diễn mức 0, tƣơng ứng trƣờng hợp năng lƣợng rất thấp (trƣờng hợp dừng đèn đỏ). Các nhóm từ 12 đến 20 là trƣờng hợp năng lƣợng dƣơng (tăng tốc, đi lên dốc hoặc cả hai).
Engine stress thể hiện tƣơng quan giữa nhu cầu tải năng lƣợng của động cơ trong vòng 20s vận hành và số vòng quay của động cơ trên phút (RPM). Engine stress thấp nghĩa là phƣơng tiện vận hành ở vận tốc và gia tốc thấp trong 20s vận hành và RPM thấp. Engine stress cao khi phƣơng tiện vận hành ở vận tốc và gia tốc cao trong 20s với RPM cao.
Công thức xác định Engine stress:
Engine stress = RPMIndex + (0,08 ton/kW)*PreaveragePower (Pt 2.3)
Trong đó:
PreaveragePower: trung bình của giá trị VSP từ t = -5s cho đến t = -25s RPMIndex = Vận tốc t=0/SpeedDivider. Đại lƣợng này không có đơn vị.
Giá trị nhỏ nhất của RPMIndex = 0,9.
Bảng 2.5. Điểm cắt sử dụng trong tính toán RPMIndex
Điểm cắt tốc độ (m/s) Điểm cắt năng lƣợng (kW/tấn) Speed Divider (s/m)
Min Max Min Max
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường(INEST) ĐHBKHN - Tel: (84.4) 38681686 - Fax: (84.4) 38693551 31 5,4 8,5 -20 16 5 5,4 8,5 16 400 3 8,5 12,5 -20 16 7 8,5 12,5 16 400 5 12,5 50 -20 16 13 12,5 50 16 400 5
Có tổng cộng 60 bin phân loại theo VSP và Engine stress thể hiện trong Bảng 2.6 nhƣ sau:
Bảng 2.6. Giới hạn để xác định bin theo VSP và Engine Stress
Bin VSP (kW/tấn) Engine stress Bin VSP (kW/tấn) Engine stress
Thấp Cao Thấp Cao Thấp Cao Thấp Cao
0 -80 -44 -1,6 3,1 30 -7 -2,9 3,1 7,8 1 -44 -39,9 -1,6 3,1 31 -2,9 1,2 3,1 7,8 2 -39,9 -35,8 -1,6 3,1 32 1,2 5,3 3,1 7,8 3 -35,8 -31,7 -1,6 3,1 33 5,3 9,4 3,1 7,8 4 -31,7 -27,6 -1,6 3,1 34 9,4 13,6 3,1 7,8 5 -27,6 -23,4 -1,6 3,1 35 13,6 17,7 3,1 7,8 6 -23,4 -19,3 -1,6 3,1 36 17,7 21,8 3,1 7,8 7 -19,3 -15,2 -1,6 3,1 37 21,8 25,9 3,1 7,8 8 -15,2 -11,1 -1,6 3,1 38 25,9 30 3,1 7,8 9 -11,1 -7 -1,6 3,1 39 30 1000 3,1 7,8 10 -7 -2,9 -1,6 3,1 40 -80 -44 7,8 12,6 11 -2,9 1,2 -1,6 3,1 41 -44 -39,9 7,8 12,6 12 1,2 5,3 -1,6 3,1 42 -39,9 -35,8 7,8 12,6 13 5,3 9,4 -1,6 3,1 43 -35,8 -31,7 7,8 12,6 14 9,4 13,6 -1,6 3,1 44 -31,7 -27,6 7,8 12,6 15 13,6 17,7 -1,6 3,1 45 -27,6 -23,4 7,8 12,6 16 17,7 21,8 -1,6 3,1 46 -23,4 -19,3 7,8 12,6 17 21,8 25,9 -1,6 3,1 47 -19,3 -15,2 7,8 12,6 18 25,9 30 -1,6 3,1 48 -15,2 -11,1 7,8 12,6 19 30 1000 -1,6 3,1 49 -11,1 -7 7,8 12,6
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường(INEST) ĐHBKHN - Tel: (84.4) 38681686 - Fax: (84.4) 38693551 32 20 -80 -44 3,1 7,8 50 -7 -2,9 7,8 12,6 21 -44 -39,9 3,1 7,8 51 -2,9 1,2 7,8 12,6 22 -39,9 -35,8 3,1 7,8 52 1,2 5,3 7,8 12,6 23 -35,8 -31,7 3,1 7,8 53 5,3 9,4 7,8 12,6 24 -31,7 -27,6 3,1 7,8 54 9,4 13,6 7,8 12,6 25 -27,6 -23,4 3,1 7,8 55 13,6 17,7 7,8 12,6 26 -23,4 -19,3 3,1 7,8 56 17,7 21,8 7,8 12,6 27 -19,3 -15,2 3,1 7,8 57 21,8 25,9 7,8 12,6 28 -15,2 -11,1 3,1 7,8 58 25,9 30 7,8 12,6 29 -11,1 -7 3,1 7,8 59 30 1000 7,8 12,6
Kết quả của quá trình xử lý dữ liệu này là thành phần phần trăm các bin trong mỗi giờ làm đầu vào của file Location.
2.3.4. Phân tích trạng thái khởi động
Tƣơng tự nhƣ phƣơng thức lái, các trạng thái khởi động khác nhau có tác động khác biệt đối với phát thải từ ống xả. Thời gian nghỉ của động cơ trƣớc khi khởi động là yếu tố có ảnh hƣởng quan trọng. Đối với mô hình này, khởi động nguội (cold start) là khởi động khi động cơ đã nguội hoàn toàn, thời gian nghỉ lớn hơn hoặc bằng 18 tiếng. Khởi động nguội thƣờng sẽ gây ra phát thải lớn nhất vì phải làm nóng động cơ và nếu có xúc tác còn tốn thêm thời gian để tăng nhiệt độ đến điều kiện vận hành. Khởi động nóng là khởi động khi động cơ vừa tắt ít hơn hoặc bằng 5 phút. Thời gian nghỉ của động cơ (soak time) là khoảng thời gian động cơ tắt trƣớc khi đƣợc khởi động lại. Có 10 nhóm thời gian nghỉ trong mô hình IVE, thể hiện trong Bảng 2.7 nhƣ sau:
Bảng 2.7. Phân loại thời gian nghỉ đối với phương thức khởi động trong mô hình IVE
TT Nhóm Thời gian nghỉ (phút) 1 15 phút 0 ÷ 15 2 30 phút 16 ÷ 30 3 1 giờ 31 ÷ 60 4 2 giờ 61 ÷ 120 5 3 giờ 121 ÷ 180 6 4 giờ 181 ÷ 240 7 6 giờ 241 ÷ 360
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường(INEST) ĐHBKHN - Tel: (84.4) 38681686 - Fax: (84.4) 38693551 33
8 8 giờ 361 ÷ 480
9 12 giờ 481 ÷ 720
10 18 giờ ≥721
2.4. Xây dựng các phƣơng án
Từ các dữ liệu thu thập đƣợc, số liệu đầu vào của mô hình đƣợc xử lý và cho ra kết quả là trạng thái phát thải nền của xe taxi Vinh. Bộ số liệu về hệ số phát thải (EF) nền này sẽ là cơ sở để so sánh với hệ số phát thải của các phƣơng án khác nhằm đánh giá tiềm năng đồng lợi ích thu đƣợc.
Các biện pháp chuyển đổi nhiên liệu sang nhiên liệu sạch hơn và biện pháp thắt chặt mức tiêu chuẩn khí thải là những biện pháp mang lại hiệu quả cao trong việc giảm phát thải trên cơ sở lý thuyết. Trên thực tế, CNG và LPG là nhiên liệu đã đƣợc sử dụng cho nhiều hệ thống phƣơng tiện giao thông công cộng trên thế giới và tỏ ra có hiệu quả. Về biện pháp thắt chặt tiêu chuẩn khí thải, Việt Nam hiện nay đã đề ra lộ trình bỏ qua Euro III và đáp ứng tiêu chuẩn Euro IV vào năm 2017. Do đó có thể thấy việc nghiên cứu hiệu quả của các phƣơng án này là rất cần thiết trong tình hình hiện nay. Để thấy rõ một cách định lƣợng mức độ hiệu quả, nghiên cứu tiến hành dùng mô hình IVE để chạy các phƣơng án, cụ thể nhƣ sau:
Các phƣơng án chuyển đổi nhiên liệu
- Phương án 1: Chuyển đổi 100% xe taxi dùng xăng sang dùng CNG
- Phương án 2: Chuyển đổi 100% xe taxi dùng xăng sang dùng LPG
Các phƣơng án thắt chặt mức tiêu chuẩn khí thải
- Phương án 3: 100% xe taxi đạt tiêu chuẩn Euro III
- Phương án 4: 100% xe taxi đạt tiêu chuẩn Euro IV
Giả thiết số lƣợng xe và phƣơng thức lái không thay đổi đối với tất cả các phƣơng án.
2.5. Chạy mô hình
Đối với trạng thái nền, sử dụng một file Fleet thu đƣợc từ việc tổng hợp và phân tích các phiếu điều tra. Tƣơng ứng với đầu ra là hệ số phát thải nền của ngày thƣờng và ngày nghỉ có 2 file Location thể hiện dữ liệu đầu vào của 2 ngày này.
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường(INEST) ĐHBKHN - Tel: (84.4) 38681686 - Fax: (84.4) 38693551 34
Đối với các phƣơng án thay thế, file Location đƣợc giữ nguyên trong khi file Fleet đƣợc thay đổi tƣơng ứng với nhiên liệu thay thế và các mức tiêu chuẩn khí thải khác nhau.
Kết quả đầu ra của mô hình IVE cho biết khối lƣợng phát thải tính theo từng giờ và cả ngày của các chất ô nhiễm trong trạng thái di chuyển (running) và trạng thái khởi động (start-up). Các chất ô nhiễm đƣợc tính đến trong mô hình IVE chia thành 3 nhóm: - Nhóm các chất gây ảnh hƣởng đến chất lƣợng không khí: CO, VOC, VOCevap, NOx,
SOx và PM.
- Nhóm các chất độc: chì, butadien 1,3, acetaldehydes, formaldehydes, NH3 và benzen.
- Nhóm các chất gây ấm lên toàn cầu: CO2, N2O và CH4.
Nghiên cứu này chỉ quan tâm đến nhóm chất gây ảnh hƣởng đến chất lƣợng không khí và gây ấm lên toàn cầu.
2.6. Xác định đồng lợi ích
2.6.1. Xác định hệ số phát thải của xe taxi tại Vinh
Hệ số phát thải (EF) là khối lƣợng chất ô nhiễm thải ra trên một đơn vị khối lƣợng, thể tịch, khoảng cách hoặc thời gian hoạt động của nguồn phát thải chất ô nhiễm đó [23].Từ số liệu đầu ra của mô hình IVE, ta xác định đƣợc EF của các chất ô nhiễm theo các công thức nhƣ sau:
EFrunning M ( /g km)
VKT
Trong đó:
- M: khối lƣợng chất ô nhiễm (g)
- VKT: số km di chuyển trong khoảng thời gian cần xét (km) EFstart up M
N
(g/lần) Trong đó:
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường(INEST) ĐHBKHN - Tel: (84.4) 38681686 - Fax: (84.4) 38693551 35
Giá trị EF đƣợc tính cho các chất ô nhiễm đề cập ở trên tƣơng ứng với trạng thái nền và các phƣơng án. Từ đó thực hiện đƣợc sự so sánh để đánh giá cải thiện về chất lƣợng không khí cũng nhƣ tiềm năng giảm nhẹ biến đổi khí hậu.
2.6.2. Đánh giá đồng lợi ích về khí hậu
Đồng lợi ích thu đƣợc đối với khí hậu đƣợc xét dựa trên giá trị CO2 tƣơng đƣơng (CO2 eq). Đây là đại lƣợng dùng để đánh giá ảnh hƣởng phát thải của các chất ô nhiễm đối với khí hậu.
2 , , EF v v v i i v i CO eqA N P Trong đó:
- Av: số km di chuyển trung bình trong một năm của một phƣơng tiện loại v. - Nv: số lƣợng phƣơng tiện loại v.
- EFv,i:hệ số phát thải của chất ô nhiễm i đối với phƣơng tiện loại v.
- Pi: tiềm năng làm ấm hoặc làm mát của chất ô nhiễm i đới với khí hậu (GWP), xét mức so sánh là CO2.
GWP là khối lƣợng của 1 chất có khả năng hấp thụ tia hồng ngoại tƣơng ứng với 1 khối lƣợng CO2. Giá trị GWP của các chất gây hiệu ứng nhà kính xét đến trong nghiên cứu có thể tra ở Bảng 2.8.
Bảng 2.8. GWP của một số chất
Chất ô nhiễm CO2 N2O CH4 NOx(tính theo N) SO2 VOC CO
GWP (20 năm) 1 289 721 43 -57 14 6
Nguồn: [11], [24].
Mức giảm CO2 tƣơng đƣơng này có thể quy đổi thành giá trị của giấy phép phát thải cacbon trên thị trƣờng cacbon toàn cầu. Giấy phép phát thải cho phép đơn vị sở hữu đƣợc phép phát thải một lƣợng chất thải nhất định, giấy phép này có thể đƣợc mua bán, chuyển nhƣợng giữa các đơn vị sở hữu. Việc mua bán giấy phép phát thải khí nhà kính này đã có sự tham gia của nhiều quốc gia lớn trên thế giới. Giá trung bình của CO2 eq (2011) theo tiêu chuẩn CCB(Climate, Community and Biodiversity Standards) với phƣơng pháp đánh giá đồng lợi ích là 4,7 triệu $/1 triệu tấn CO2 eq [25].
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường(INEST) ĐHBKHN - Tel: (84.4) 38681686 - Fax: (84.4) 38693551 36
CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Đặc điểm kỹ thuật và hoạt động của xe taxi tại thành phố Vinh 3.1.1. Lƣu lƣợng dòng xe
Giá trị lƣu lƣợng dòng xe đƣợc tính toán dựa trên việc đếm xe trên các đƣờng đã chọn. Lƣu lƣợng cụ thể của từng đƣờng đƣợc tổng hợp trong Bảng 3.1.
Bảng 3.1. Lưu lượng xe taxi tại Vinh (xe/giờ)
TT Đƣờng Ngày đếm Lƣu lƣợng (xe/giờ)
1 Nguyễn Văn Trỗi 28/02/2013 21
2 Lê Duẩn 01/03/2013 74
3 Nguyễn Thị Minh Khai 02/03/2013 65
4 Đặng Tất 04/03/2013 7 5 Quang Trung 05/03/2013 114 6 Nguyễn Sỹ Sách 06/03/2013 69 7 Kim Đồng 07/03/2013 12 8 Đại lộ V.I.Lênin 08/03/2013 48 9 Cù Chính Lan 09/03/2013 2 Trung bình 46
Lƣu lƣợng xe taxi trung bình trong 1 giờ tại Vinh là 46 xe trên 1 tuyến đƣờng. Giá trị lƣu lƣợng đƣợc đƣa vào file Location để tính toán tổng quãng đƣờng và tổng số lần khởi động của xe taxi tại Vinh.
3.1.2. Đặc điểm kỹ thuật dòng xe
Hình 3.1. Phân loại kỹ thuật dòng xe taxi tại Vinh theo mô hình IVE
1%
30%
15% 33%
12% 9%
101 Pt: Auto/SmTk : Lt : MPFI: none : PCV : >161K km 180 Pt: Auto/SmTk : Lt : MPFI: EuroII : PCV/Tank : <79K km
181 Pt: Auto/SmTk : Lt : MPFI: EuroII : PCV/Tank : 80- 161K km
182 Pt: Auto/SmTk : Lt : MPFI: EuroII : PCV/Tank : >161K km
183 Pt: Auto/SmTk : Med : MPFI: EuroII : PCV/Tank : <79K km
185 Pt: Auto/SmTk : Med : MPFI: EuroII : PCV/Tank : >161K km
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường(INEST) ĐHBKHN - Tel: (84.4) 38681686 - Fax: (84.4) 38693551 37
Kết quả phân loại kỹ thuật dòng xe đƣợc tổng hợp từ 100 phiếu điều tra. Từ kết quả này có thể thấy xe taxi tại Vinh thuộc 6 loại trong mô hình IVE với các mã xe 101, 180, 181, 182, 183 và 185. Các xe đều sử dụng nhiên liệu là xăng (Petrol – Pt) và là xe hạng nhẹ (Light – Lt) hoặc hạng trung bình (Med – Medium). Hệ thống kiểm soát tỷ lệ khí/nhiên liệu thuộc loại phun nhiên liệu đa điểm (Multi-Pt FI) và phần lớn đạt tiêu