CHƯƠNG III. MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH HỆ SỐ PHÁT THẢI
3.4. P hương pháp xác định hệ số phát thải
Trên thế giới, cơ sở số liệu về hệ số phát thải rất phong phú và được thiết lập từ rất sớm. Trong đó kể tới nghiên cứu của cơ quan bảo vệ môi trường Mỹ (US EPA) từ năm 1978, Cơ quan Bảo vệ môi trường Châu Âu (EPA), các nghiên cứu của Uỷ ban liên chính phủ về Thay đổi khí hậu (IPCC) và các quốc gia khác trên thế giới. Trong đó, nghiên cứu của cơ quan bảo vệ môi trường Châu Âu là chương trình phần mềm tính toán phát thải (COPERT) và xác định hệ số phát thải chung cho hoạt động giao thông đường bộ của các quốc gia liên minh Châu Âu [18], hệ thống này bắt đầu được thiết lập ở châu Âu từ năm 1989 (COPERT 85). Phiên bản mới nhất hiện nay là COPERT 4.
Một số phương pháp tính hệ số phát thải của một số quốc gia và tổ chức quốc tế đã và đang áp dụng như sau:
3.4.1. Các nghiên cứu ở Châu Mỹ - Nghiên cứu ở Mỹ
Cơ quan bảo vệ môi trường của Mỹ đã xây dựng phần mềm tính phát thải khí ô nhiễm do hoạt động giao thông gây ra viết tắt là Mobile. Mobile là một chương trình phần mềm được thiết kế để ước tính phát thải khí của các dòng xe gắn máy theo một loạt các điều kiện khác nhau. Phiên bản mới nhất tính phát thải theo MOBILE6 cũng chỉ ra cách đơn giản tính hệ số phát thải, nó chính bằng tích số của giá trị ước lượng phát thải cơ bản, hế số điều chỉnh cho quá trình khởi động (nóng, lạnh, ổn định), hệ số điều chỉnh nhiệt độ vàhệ số điều chỉnh tốc độ. Đơn vị của EF là g/dặm, vận tốc xác định bằng dặm đường di chuyển.
Công thức tính như sau:
Trong đó:
EF: Hệ số phát thải (g/dặm)
BER: Giá trị ước lượng phát thải cơ bản (g/dặm)
BCF: Hệ số điều chỉnh cho quá trình khởi động (nóng, lạnh, ổn định) TCF: Hệ số điều chỉnh nhiệt độ
SCF: Hệ số điều chỉnh tốc độ
- Nghiên cứu hệ số phát thải từ các nguồn di động ở thành phố Lima-Callao ở Peru[18]:
Đây là nghiên cứu được thực hiện bởi cơ quan “Comité de Gestión de la Iniciativa de Aire Limpio para Lima – Callao” vào tháng 11 năm 2002. Sản phẩm của nghiên cứu là công thức tính hệ số phát thải cho từng dòng xe riêng biệt. Hệ số phát thải này là hàm số bậc nhất hoặc bậc hai hoặc hàm mũ theo vận tốc của phương tiện.
Cách phân loại xe ở Peru bao gồm: Xe tải nhẹ như xe ô tô taxi, ô tô khách, xe chở hàng nhẹ có khối lượng vận tải không vượt quá 3.5 tấn; xe buýt cỡ lớn; xe buýt thông thường (bao gồm hai loại: có bộ kiểm soát khí xả và không có bộ kiểm soát khí thải), xe tải nặng (khối lượng vận tải vượt quá 3.5 tấn) và xe môtô.
Công thức tính hệ số phát thải đối với xe buýt thông thường, động cơ diesel cụ thể như sau:
Đối với xe không có bộ kiểm soát khí xả (động cơ thế hệ những năm 1990):
EFCO = 93.2V-0.6945 EFHC = 56.168V-0.8774
EFNOx = 19.446-0.0941V+0.0006V2 EFPM = 25,93V-0,7259
EFSOx = 0,937-0,0039V+0,000075V2
Ghi chú: V - Vận tốc xe chạy (km/h)
Đối với xe buýt có bộ kiểm soát khí xả:
EFCO = 32.28V-0.6945 EFHC = 40.12V-0.8774
EFNOx = 9.723-0.0941V+0.0006V2 EFPM = 10.564V-0,7259
EFSOx = 0.847-0.0039V+0.000075V2 Ghi chú: V - Vận tốc xe chạy (km/h)
3.4.2. Các nghiên cứu ở Châu Âu
Nghiên cứu của Uỷ Ban Môi trường Châu Âu - European Environment Agency – EEA [15] tính toán hệ số phát thải ô nhiễm trong lĩnh vực giao thông đường bộ với tiêu chuẩn khí thải từ EURO I đến EURO 4 là hàm của biến số vận tốc và các hệ số thực nghiệm a,b,c,d và e. Công thức tính như sau:
EF = (a + c.V + e.V²)/(1 + b.V + d.V²) (1.2) Trong đó: V là vận tốc của các loại phương tiện trên các loại đường (km/h) a, b, c, d, e là các hệ số thực nghiệm được xác định theo lượng phát thải (E) của chất thải i. a, b, c, d, e = (±)x.E ± y, với x, y là các số thực;
Nghiên cứu của Tổ chức thống kê phát thải không khí Quốc gia của Anh (National Atmospheric Emissions Inventory - UK NAEI )[16], cho thấy cách tính hệ số phát thải trong lĩnh vực giao thông đối với các chất ô nhiễm như NOx, CO, bụi là kết quả của hàm số rất phức tạp. Trong đó vận tốc là biến số, các hệ số thực nghiệm được tính toán từ các điều kiện thử nghiệm thực tế, số lượng các biến số thực nghiệm trong tính toán của UK NAEI bao gồm a,b,c, d, g,h,i và j. Điều này có nghĩa cần phải thực hiện nhiều thử nghiệm hơn để xác định được chúng. Công thức tính như sau:
EF = [a + b.V + c.V² + d.Ve + f.ln(V) + g.V3 + h/V + i/V2 + j/V3].x (1.3)
Trong đó: a, b, c,…. là các hệ số thực nghiệm tính toán được;
V là vận tốc của phương tiện;
Trong nghiên cứu của Bộ giao thông New Zealand (MOT)[17], với đề xuất tính toán tổng lượng phát thải các phương tiện giao thông, hệ số phát thải được tính như sau:
E = Fc(%)*VKT *EF (1.4) Trong đó:
E: Tổng phát thải của chất ô nhiễm (g/năm) Fc: Bố cục dòng phương tiện (%)
VKT: Tổng số km của phương tiện đi được (km) EF: Hệ số phát thải (g/km)
Để tính được EF ở trường hợp này, ngoài việc xác định các yếu tố về dòng phương tiện, số km di chuyển thì cần phải biết được tổng phát thải của chất ô nhiễm của các nguồn di động.
3.4.3. Các nghiên cứu ở Châu Á
- Nghiên cứu của nhóm tác giả Qingyu Zhang ,Junfei Xu ,Gang Wang,Weili Tian và Hui Jiang của Trung Quốc đã nghiên cứu và xây dựng hệ số phát thải ô nhiễm khí do các phương tiện giao thông theo như sau [19]:
( ) ( ) ( )
( )
[ ]
∑ − +
= k i−1,j i−1,j i,j i−1,j i,j i,j i,j
j ,
i RT .TVN .EF RVN .REF IVN .IEF /TVN
EF (1.5)
Trong đó: i - năm dự báo;
j - loại phương tiện;
k - loại đường;
RTk - hạng, sức chịu tải của loại đường k;
EF - hệ số phát thải;
TVN - tổng số phương tiện;
RVN - con số phương tiện bị loại bỏ
REF - hệ số phát thải của phương tiện bị loại bỏ;
IVN - sự gia tăng số phương tiện;
IEF - hế số phát thải của số phương tiện gia tăng;
Với nghiên cứu của Trung Quốc, hệ số phát thải của năm i dự báo sẽ tính bằng kết quả hệ số phát thải thứ i-1. Trong kết quả hệ số phát thải này, hệ số phát thải được tính một cách cập nhật cả số liệu của phương tiện mới và phương tiện cũ bỏ đi. Do vậy kết quả hệ số phát thải này có độ chính xác cao. Tuy nhiên số liệu cần thiết để tính được hệ số phát thải này là rất lớn và cần phải có độ chính xác.
- Nghiên cứu của Jiun-Horng Tsai, Yih-Chyun Hsu, Hung-Cheng Weng, Wen-Yinn Lin, Fu-Tien Jeng của Đài Loan đã đề xuất công thức tính hệ số phát thải ô nhiễm khí cho các loại xe máy ở Đài Loan bằng công thức sau [20]:
EF = E/L (1.6)
Với E = M.V*.10-3
Trong đó: EF – là hệ số phát thải của chất ô nhiễm (g/km);
E – là tổng lượng xả thải của chất ô nhiễm (g) trong mỗi chế độ lái riêng biệt
M là nồng độ của chất ô nhiễm (mgNm-3);
V* là giá trị tiêu chuẩn hoá của thể tích khí ống xả đưa ra bởi băng thử trong phòng thí nghiệm trong nhà máy sản xuất môtô sau khi hiệu chỉnh ở nhiệt độ và áp suất (Nm3);
L là tổng số dặm di chuyển trong quá trình thử (km);
Trường hợp nghiên cứu ở Hồng Kông về “Đo đạc phát thải trên đường của phương tiện chạy động cơ diesel và ước tính hệ số phát thải” của tác giả T.L.Chan*, Z.Ning, các yếu tố đầu vào được lựa chọn để tính phát thải và tính hệ số phát thải bao gồm: số lượng làn xe, số lượng phương tiện đi qua, độ hỗn hợp của các phương tiện, tốc độ phương tiện, chế độ gia tốc, cấp đường ... và được tiến hành đo tại 9 vị trí ở Hồng Kông [21]. Công thức tính hệ số phát thải như sau:
EFj = Ej .Gj/100 (g/km) (1.7)
Trong đó:
Ej : phát thải của chất ô nhiễm j (g/l) EFj: hệ số phát thải của chất j (g/km)
Gj: Lượng nhiên liệu tiêu thụ (lit/100km)
Trong điều kiện giao thông đô thị, việc tiêu thụ nhiên liệu phụ thuộc rất nhiều vào vận tốc của phương tiện. Theo nghiên cứu của Tông et al. (2000) về nhiên liệu tiêu thụ trên của các phương tiện diesel trên đườngở Hồng Kông đã đưa ra phương trình hữu ích về mối quan hệ ngay giữa tốc độ của phương tiện và lượng nhiên liệu tiêu thụ như sau:
Gj = 319.95.V-1.1131
V: Vận tốc của phương tiện chạy trên đường (km/h) 3.4.4. Nghiên cứu ở Việt Nam
Việc xây dựng và ứng dụng các hệ số phát thải phục vụ cho nhiệm vụ quy hoạch và quản lý môi trường đã được quan tâm triển khai từ khi có luật bảo vệ môi trường từ năm 1993. Tuy nhiên, trong lĩnh vực giao thông vận tải trong cả nước chưa có các nghiên cứu chuyên sâu và hệ thống về hệ số phát thải.
Trong đó kể tới "Nghiên cứu tình trạng phát thải của xe máy và ôtô con ở thành phố Hà Nội" là một nghiên cứu mang tính khởi động cho loạt nghiên cứu về hệ số phát thải và kiểm kê phát thải. Nghiên cứu được thực hiện theo chu trình ECE R40 đối với xe máy và chu trình của NEVC của liên minh châu Âu đối với ô tô con trên băng thử tại phòng thí nghiệm AVL, tại bộ môn Động cơ đốt trong, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội. Nghiên cứu này đã đưa ra kết quả ban đầu về hệ số phát thải của xe máy ở thời điểm hiện tại và các kịch bản trong tương lai 2020. Từ kết quả đó, nghiên cứu tính toán ra tổng lượng khí thải ở Hà Nội do xe máy và ôtô con [14].
Công thức sử dụng tính hệ số phát thải trong nghiên cứu như sau:
EF = E/L (g/km) Trong đó:
EF- Hệ số phát thải, g/km
E – tổng lượng phát thải của các thành phần độc hại, g/năm L - quãng đường phương tiện di chuyển, km/năm
Nghiên cứu thực hiện trong phòng thí nghiệm AVL và kết quả hệ số phát thải tính bằng giá trị trung bình của tổng lượng khí thải trên quãng đường phương tiện di chuyển nhất định, điều này cho thấy các yếu tố thực tế trên đường Hà Nội chưa được tính toán vào trong hệ số phát thải của phương tiện. Do đó tính thực tiễn chưa cao.
Nhận xét:Từ các nghiên cứu ở trên có thể thấy việc tính toán hệ số phát thải là một công việc rất phức tạp, đây là việc kết hợp của nhiều thông số liên quan đến phương tiện, nhiên liệu, các điều kiện vận hành... và kết hợp với cơ sở dữ liệu sẵn có của nhiều cơ quan quản lý liên quan về tiêu thụ nhiên liệu và km di chuyển..
(như Tổng Công ty vận tải, Cục Đăng Kiểm, Bộ giao thông vận tải...). Kết quả xác định hệ số phát thải sẽ đạt tới con số chính xác nếu dữ liệu có tính tin cậy (nhiên liệu tiêu thụ, quãng đường di chuyển, thông tin về loại xe, chất lượng nhiên liệu sử dụng, vận tốc xe trung bình trên quãng đường... các loại phương tiện đo kiểm để xác định phát thải). Từ đó có thể tính ra hệ số phát thải của chất ô nhiễm nghiên cứu của loại phương tiện cụthể.
Theo khái niệm hệ số phát thải, chính là giá trị đặc trưng về mối liên hệ của lượng chất ô nhiễm thải vào bầu khí quyển với một hoạt động liên quan đến sự thải chât ô nhiễm đó. Do vậy, công thức có tính khả thi để xác định hệ số phát thải ở điều kiện Hà Nội được đề xuất tính như sau:
EFj = Eij .Gj/100 (g/km) (1.7)
Trong đó:
Ej : phát thải của chất ô nhiễm j (g/l) EFj: hệ số phát thải của chất j (g/km) Gj: Lượng nhiên liệu tiêu thụ (lit/100km)
Công thức (1.7) thể hiện mối quan hệ tỷ lệ thuận giữa tiêu hao nhiên liệu và hệ số phát thải.
CHƯƠNG IV: XÂY DỰNG PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH HỆ SỐ PHÁT THẢI CHO TUYẾN XE BUÝT 26 VÀ KẾT QUẢ HỆ SỐ PHÁT THẢI