Tiến hành đếm xe trên 9 tuyến đường lựa chọn, kết quả được sử dụng để xác định lưu lượng xe.
Gọi T là tổng thời gian đếm xe trong ngày (giờ) TX là tổng lượng xe đếm được trong ngày Xi là số xe đếm được trong một giờ (xe/giờ) Ta có lưu lượng xe trong 1 giờ trên mỗi đường là:
i
TX X
T
(xe/giờ)
Lưu lượng xe trung bình dùng để đưa vào file Location của mô hình được tính như sau: 9 1 tb i i X X 2.3.3. Phân tích dữ liệu từ GPS
Dữ liệu thu được từ GPS bao gồm thời gian, vĩ độ, kinh độ, độ cao so với mực nước biển, vận tốc tức thời và gia tốc tức thời. Dữ liệu này dùng để xác định 2 đại lượng của file Location là VSP (Vehicle Specific Power) và Engine stress. Hai đại lượng này đặc trưng cho phương thức lái của xe.
VSP là năng lượng cần thiết trên 1 đơn vị trọng tải để thắng độ dốc đường, trở lực không khí, lực ma sát lăn và gia tốc quán tính.
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 phương tiện (m/s) a: gia tốc của phương tiện (m/s2)
grade: độ dốc đường. Với đường trong thành phố coi grade = 0%
Có 20 nhóm VSP trong mô hình IVE. Các nhóm từ 0 đến 10 là trường hợp năng lượng âm (phương tiện đi chậm, đi xuống dốc hoặc kết hợp cả hai). Nhóm 11 biểu diễn mức 0, tương ứng trường hợp năng lượng rất thấp (trường hợp dừng đèn đỏ). Các nhóm từ 12 đến 20 là trường hợp năng lượng dương (tăng tốc, đi lên dốc hoặc cả hai).
35 Engine stress thể hiện tương quan giữa nhu cầu tải năng lượng của động cơ trong vòng 20s vận hành và số vòng quay của động cơ trên phút (RPM). Engine stress thấp nghĩa là phương tiện vận hành ở vận tốc và gia tốc thấp trong 20s vận hành và RPM thấp. Engine stress cao khi phương 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 lượng này không có đơn vị. Giá
trị nhỏ nhất của RPMIndex = 0,9.
Bảng 2.4. Điểm cắt sử dụng trong tính toán RPMIndex
Điểm cắt tốc độ (m/s) Điểm cắt năng lượng (kW/tấn) Bộ chia tốc độ (s/m)
Min Max Min Max
0,0 5,4 -20 400 3 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 2.5
Bảng 2.5. 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
36 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 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 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Tương tự như phương 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 trước khi khởi động là yếu tố có ảnh hưởng 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 thường sẽ gây ra phát thải lớn nhất vì phải làm nóng động cơ và nếu có
37
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 trước khi được khởi động lại. Có 10 nhóm thời gian nghỉ trong mô hình IVE, thể hiện trong Bảng2.6 như sau
Bảng 2.6. 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 8 8 giờ 361 ÷ 480 9 12 giờ 481 ÷ 720 10 18 giờ ≥721 2.4. Xây dựng các kịch bản
Từ các dữ liệu thu thập được, số liệu đầu vào của mô hình được xử lý và cho ra kết quả là trạng thái phát thải nền của xe taxi Hạ Long. 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 kịch bản khác nhằm đánh giá tiềm năng đồng lợi ích thu được.
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 được sử dụng cho nhiều hệ thống phương 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 kịch bản này là rất cần thiết trong tình hình hiện nay. Để thấy rõ một cách định lượng mức độ hiệu quả, nghiên cứu tiến hành dùng mô hình IVE để chạy các kịch bản, cụ thể như sau:
Các kịch bản chuyển đổi nhiên liệu
38
- Kịch bản2: Chuyển đổi 100% xe taxi dùng xăng sang dùng LPG
Các kịch bản thắt chặt mức tiêu chuẩn khí thải
- Kịch bản3: 100% xe taxi đạt tiêu chuẩn Euro III - Kịch bản 4: 100% xe taxi đạt tiêu chuẩn Euro IV
Giả thiết số lượng xe và phương thức lái không thay đổi đối với tất cả các kịch bản.
2.5. Chạy mô hình
Đối với trạng thái nền, sử dụng một file Fleet thu được từ việc tổng hợp và phân tích các phiếu điều tra. Tương ứng với đầu ra là hệ số phát thải nền của ngày thường và ngày nghỉ có 2 file Location thể hiện dữ liệu đầu vào của 2 ngày này.
Đối với các kịch bản thay thế, file Location được giữ nguyên trong khi file Fleet được thay đổi tương 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 lượng 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 được tính đến trong mô hình IVE chia thành 3 nhóm: - Nhóm các chất gây ảnh hưởng đến chất lượng 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 hưởng đến chất lượng không khí và gây ấm lên toàn cầu.
2.6.Xác định hệ số phát thải của xe taxi tại Hạ Long
Hệ số phát thải (EF) là khối lượng của một chất ô nhiễm thải ra trên một đơn vị khối lượng, thể tích, khoảng cách hoặc thời gian hoạt động của nguồn phát thải chất ô nhiễm đó [25].Từ số liệu đầu ra của mô hình IVE, ta xác định được EF của các chất ô nhiễm theo các công thức như sau:
EFrunning M ( /g km)
VKT
Trong đó:
39
- VKT: số km di chuyển trong khoảng thời gian cần xét (km)
EFstart up M
N (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
(g/lần) Trong đó:
- N: số lần khởi động trong khoảng thời gian cần xét (lần)
Giá trị EF được tính cho các chất ô nhiễm đề cập ở trên tương ứng với trạng thái nền và các kịch bản. Từ đó thực hiện được sự so sánh để đánh giá cải thiện về chất lượng không khí cũng như tiềm năng giảm nhẹ biến đổi khí hậu.
2.7. Đánh giá đồng lợi ích
2.7.1. Đánh giá đồng lợi ích về khí hậu
Đồng lợi ích thu được đối với khí hậu được xét dựa trên giá trị CO2 tương đương (CO2 eq). Đây là đại lượng dùng để đánh giá ảnh hưởng 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 phương tiện loại v. - Nv: số lượng phương tiện loại v.
- EFv,i:hệ số phát thải của chất ô nhiễm i đối với phương 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.
Tiềm năng làm ấm toàn cầu (GWP) là khối lượng của 1 chất có khả năng hấp thụ tia hồng ngoại tương ứng với 1 khối lượng CO2. Giá trị GWP của các chất gây hiệu ứng nhà kính xét đến trong nghiên cứu có thể tra ở Bảng2.7.
Bảng 2.7. 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
40
2.7.2. Đánh giá đồng lợi ích về sức khỏe
Ô nhiễm không khí gây ảnh hưởng tới sức khỏe cộng đồng. Chi phí thiệt hại của các chất ô nhiễm với sức khỏe con người được ước tính trongBảng 2.8.Chi phi thiệt hại về sức khỏe do một tấn PM10gấp 8 lần so với một tấn NOx, 117 lần so với một tấn VOC và 3945 lần so với một tấn CO. Do đó, tổng lợi ích về sức khỏe từ giảm PM10 và NOx được quan tâm hơn. Sử dụng phương trình (Gojash et al, 2005) để tính toán những lợi ích về sức khỏe từ việc giảm phát thải NOx và PM10 ước tính cho mỗi kịch bản.
10 10 PM J PM J NOx j NOx J j d E d E D [33]
Dj: Tổng chi phí thiệt hại trong khu vực j (US$/năm) Ek
j: Tổng lượng phát thải của chất ô nhiễm k (k = NOx , PM10) trong khu vực j (Tấn/năm) dkj: Hệ số chi phí thiệt hại sức khỏe của chất ô nhiễm k trong khu vực j (US$/Tấn)
Bảng 2.8. Bảng hệ số chi phí thiệt hại về sức khỏe[33]
Chi phí thiệt hại về sức khỏe (US$/tấn)
Chất ô nhiễm
CO VOCs NOx PM10
Chi phí ước tính thấp 7,7 188 2300 19900
Chi phí ước tính cao 57,7 2100 33800 271700
Chi phí ước tính trung bình 32,7 1144 18050 145800
2.7.3. Đánh giá đồng lợi ích về tiết kiệm nhiên liệu
Từ Bảng 2.9 ta có thể thấy việc thắt tiêu chuẩn thải giúp tiết kiệm nhiên liệu. Việc áp dụng các tiêu chuẩn CN2 (tương đương Euro II) từ năm 2004, tiêu chuẩn CN3 (tương đương Euro III) từ năm 2008, tiêu chuẩn CN4 (tương đương Euro IV) từ năm 2011 dẫn đến việc giảm lượng tiêu thụ nhiên liệu ứng với mỗi giai đoạn [34]. Hiện nay, một lít xăng RON92 có giá 24690 VND (1,17 US$), do dó lượng nhiên liệu tiết kiệm trong một năm được sẽ quy đổi thành tiền ứng với mỗi kịch bản.
Công thức tính: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Lợi ích của việc tiết kiệm nhiên liệu BF = BF0 – BFw
Tổng chi phí nhiên liệu của xe (mỗi năm) BFi = Nix Ll x βi x 365 x F Trong đó:
BF: Lợi ích của việc tiết kiệm nhiên liệu (US $/năm)
BFi: Tổng chi phí nhiên liệu có/ không có dự án (US $/năm) Ni: Số lượng xe, có/không có dự án (xe)
41
βi: Lượng nhiên liệu tiêu tốn, trên quãng đường l, có/không có dự án (L/km) i: i = w (có dự án), i = o (không có dự án)
F : Giá của một đơn vị nhiên liệu (US$/L)
Bảng 2.9. Mức tiêu thụ nhiên liệu tiêu chuẩn của Trung Quốc[34]
Mức tiêu thụ nhiên liệu tiêu chuẩn của Trung Quốc (L/100km) Khối lượng xe (CM), kg Giai đoạn 1: 1/6/2005 Giai đoạn 2: 1/6/2008 Giai đoạn 3: 1/1/2012
M/T A/T M/T A/T M/T A/T
CM ≤ 750 7,2 7,6 6,2 6,6 5,2 5,6 750< CM ≤ 865 7,2 7,6 6,5 6,9 5,5 5,9 865 < CM ≤ 980 7,7 8,2 7 7,4 5,8 6,2 980 < CM ≤ 1090 8,3 8,8 7,5 8 6,1 6,5 1090 < CM ≤ 1205 8,9 9,4 8,1 8,6 6,5 6,8 1205 < CM ≤ 1320 9,5 10,1 8,6 9,1 6,9 7,2 1320 < CM ≤ 1430 10,1 10,7 9,2 9,8 7,3 7,6 1430 < CM ≤ 1540 10,7 11,3 9,7 10,3 7,7 8 1540 < CM ≤ 1660 11,3 12 10,2 10,8 8,1 8,4 1660 < CM ≤ 1770 11,9 12,6 10,7 11,3 8,5 8,8 M/T: Hộp số tay A/T: Hộp số tự động
Đối với kịch bản chuyển đổi nhiên liệu từ xăng sang LPG và CNG cũng tiết kiệm được chi phí tiêu thụ nhiên liệu. Tại Việt Nam trong gần 6 năm thực tế sử dụng (2007- 2013), so với xăng/dầu mức tiết kiệm chi phí nhiên liệu trên cùng một quãng đường là từ 20-30% đối với LPG và 30-40% đối với CNG. [35]. Xác định quãng đường đi được trong 1 năm, từ đó tính được tổng chi phí tiết kiệm nhiên liệu ứng với các kịch bản.
2.7.4. Đánh giá lợi ích thu được từ bán giấy phép phát thải khí CO2
Mức giảm CO2 tương đương này có thể quy đổi thành giá trị của giấy phép phát thải cacbon trên thị trường cacbon toàn cầu. Giấy phép phát thải cho phép đơn vị sở hữu được phép phát thải một lượng chất thải nhất định, giấy phép này có thể được mua bán, chuyển nhượng 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
42
(2011) theo tiêu chuẩn CCB(Climate, Community and Biodiversity Standards) với phương pháp đánh giá đồng lợi ích là 4,7 triệu $/1 triệu tấn CO2 eq [33].
2.7.5. Xác định chi phí để kiểm soát phát thải
Để có thể kiểm soát phát thải các chất ô nhiễm một cách hiệu quả và đáp ứng được các tiêu chuẩn về khí thải Euro III và Euro IV đòi hỏiphải thay đổi kết cấu động cơ nhằm tăng hiệu suất cháy, lắp đặt bộ chuyển hóa xúc tác, thay đổi nguồn nhiên liệu ... Trong luận văn này sẽ tập trung nghiên cứu trên hai phương diện đó là chi phí cho các thiết bị kiểm soát khí thải, và chi phí cho việc chuyển đổi nhiên liệu.
a. Đối với kịch bản thắt chặt tiêu chuẩn thải
Để có thể chuyển đổi từ tiêu chuẩn phát thải Euro II lên Euro III và Euro IV cần