CHƯƠNG III. MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH HỆ SỐ PHÁT THẢI
3.2. Phương pháp luận xác định hệ số phát thải
Đây là phương pháp tiếp cận từ cơsở dữ liệu điều tra thực tế, tính toán lượng thải, các điều kiện biên ảnh hưởng tới quá trình phát thải của loại phương tiện nghiên cứu. Trong phương pháp này, các yếu tố quyết định tính chính xác của hệ số phát thải là các dữ liệu về hoạt động của phương tiện và các yếu tố ảnh hưởng đến các thông số này như việc đếm số phương tiện, phân loại phương tiện, mật độ dòng phương tiện, quãng đường vận hành, vận tốc của phương tiện, các điều kiện thời tiết,...) và các dữ liệu liên quan về phát thải (loại nhiên liệu, mức độ tiêu thụ và loại khí thải phát sinh....)
Sau khi đã thu thập được các thông tin trên, việc tiếp theo là thiết lập các tiêu chí lựa chọn đối tượng điển hình và tiến hành thử nghiệm, tính toán ở các điều kiện thí nghiệm, kết quả xử lý bằng hàm toán học...
Ưu điểm của phương pháp này là hệ số phát thải mang tính đại diện, có độ chính xác cao do được tiến hành ở điều kiện thực tế tại khu vực nghiên cứu.
Nhược điểm của phương pháp là chi phí thực hiện tốn kém do phải thu thập các dữ liệu đầu vào và thử nghiệm trên số lượng phương tiện đủ lớn và sát với thực tế nhất.
Việc xây dựng hệ số phát thải ở phương pháp này cần một thời gian đủ dài, các cơ sở dữ liệu phải đủ lớn và tin cậy mới có thể xác định được hệ số phát thải.
Ngoài ra, hiện nay ở Việt Nam và trên thế giới cũng đang áp dụng cách tính hệ số phát thải bằng phương pháp xây dựng chu trình lái xe, đây là phương pháp xác định hệ số phát thải thông qua đo đạc khí ô nhiễm của xe khi xe chạy trên băng thử (với chu trình lái đã được xác định). Tuy nhiên điểm hạn chế của phương pháp này là các thử nghiệm và đo đạc trong phòng thí nghiệm bị giới hạn bởi các điều kiện biên nhất định. Do vậy hệ số phát thải có nhiều sai số khi áp dụng với điều kiện thực tế xe chạy trên đường. Bên cạnh đó việc xác định hệ số phát thải của từng loại phương tiện yêu cầu một băng thử phù hợp với loại phương tiện đó cũng là một hạn chế vì làm tăng chi phí.
Ở phương pháp này, các dữ liệu đầu vào cần thu thập như thống kê về phương tiện, lựa chọn loại phương tiện đại diện cũng như xác định được điều kiện thử đặc trưng cho loại phương tiện..
Ưu điểm của phương pháp là quá trình tiến hành thuận lợi do kiểm soát được điều kiện môi trường, hệ số phát thải sẽ đạt độ chính xác cao nếu như tìm được chu trình lái xe đặc trưng của phương tiện gần với điều kiện thực chạy trên đường nhất.
3.2.2. Phương pháp tiếp cận từ trên xuống (Top-down)
Đây là phương pháp sử dụng các phần mềm tính toán có sẵn hoặc các công thức tính hệ số phát thải có sẵn trong các nghiên cứu liên quan.
Hệ số phát thải là một bộ dữ liệu trong phần mềm tính toán và được xác định bằng công thức tính theo quãng đường vận hành hoặc mức tiêu thụ nhiên liệu, hoặc vận tốc trung bình và các hệ số thực nghiệm liên quan.
Hiện tại trên thế giới đang áp dụng rộng rãi hai phần mềm tính toán phát thải ô nhiễm khí do hoạt động giao thông vận tải là Mobile của Tổ chức bảo vệ Môi trường Mỹ (US EPA) và COPERT của liên Minh Châu Âu. Việc chọn lựa phần mềm nào để xây dựng hệ số phát thải phụ thuộc vào cách tiếp cận và điều kiện cụ thể của quốc gia đó.
Việc xác định hệ số phát thải của một khu vực hoặc quốc gia dựa trên công thức hoặc hệ số phát thải có sẵn của một khu vực hoặc quốc gia có điều kiện giao thông tương tự (hoặc các điều kiện biên tương tự) là rất khó. Tuy nhiên, phương pháp này là một lựa chọn phù hợp đối với khu vực không có sẵn hoặc có ít các dữ liệu cần thiết khi muốn tính hệ số phát thải. Các biến số bao gồm bố cục dòng xe, vận tốc di chuyển trung bình, số km đã thực hiện, loại phương tiện và số năm đã qua sử dụng….
Ưu điểm của phương pháp này là tiết kiệm chi phí thực hiện, kết quả tính toán nhanh, tương đối chính xác.
Nhược điểm: điều kiện của các biến số đối với từng quốc gia khác nhau thì khác nhau, nếu áp dụng không linh hoạt sai số có thể rất lớn...
Sơ đồ mô tả hai phương pháp tiếp cận tính hệ số phát thải
Với điều kiện cụ thể của Hà Nội, cách tính hệ số phát thải dựa theo phương pháp Bottom - Up không thực hiện được trên loại xe buýt chạy động cơ diesel do chưa có đủ nguồn lực, thiết bị đo kiểm và chi phí thực hiện. Nếu thực hiện theo phương pháp xây dựng chu trình lái chuẩn cũng chưa thực hiện được do hiện nay ở Việt Nam chỉ mới có hệ thống thiết bị thử nghiệm khí thải xe máy và ôtô con trên băng thử dynamometer 20'' và dynamometer 48''. Hệ thống này có tại Phòng thí nghiệm Động cơ đốt trong -Viện Cơ khí Động lực - Trường đại học bách khoa Hà Nội.
Hiện nay các thông tin về phát thải, hệ số phát thải và các thông số liên quan về nguồn thải di động ở Hà Nội còn rất hạn chế. Thậm chí các thông tin về lượng phát thải khí ở điều kiện hoạt động bình thường của phương tiệnsử dụng ở Hà Nội cũng không đầy đủ.
Từ dưới lên Từ trên xuống
Các dữ liệu đầu vào - Đếm dòng phương tiện - NC về bố cục đội xe - Ghi lại vận tốc phương tiện
- Độ dài của quãng đường...
Các dữ liệu phát thải-E đầu vào
- Các khí phát thải và hệ số tiêu thụ nhiên liệu (dựa vào vận tốc/gia tốc ..)
- Đo kiểm phát thải thực tế của xe bằng thiết bị đo khí thải ở điểu kiện thực tế hoặc đo trên băng thử ..
HỆ SỐ PHÁT THẢI e
Ước lượng các thông số không chắc chắn (như dòng xe không phổ biến trên đường, số km khởi động lạnh...)
Các dữ liệu thông tin đầu vào:
- Thành phần phương tiện
- Tiêu thụ nhiên liệu - Giá trị vận tốc đại diện
...
Các dữ liệu phát thải-E đầu vào
-Thông tin loại nhiên liệu, mứctiêu thụ và khí thải phát sinh …
- Tính tải lượng phát thải của chất ô nhiễm j bằng phương pháp tính nhanh hoặc sử dụng PT cháy của nhiên liệu trong động cơ..
Xử lý số liệu
Các mô hình tính toán COPERT/MOBILE hoặc các công thức tính EF đã có
Đánh giá độ chính xác
Do vậy, nghiên cứu này lựa chọn cách tiếp cận Top-down để tính hệ số phát thải ở điều kiện Hà Nội thông qua sử dụng công thức tính toán hệ số phát thải đã được đã được xây dựng dựa trên các điều kiện thực tế về loại phương tiện, điều kiện lái của lái xe và dựa trên đặc điểm của hệ thống giao thông cụ thể.
3.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến giá trị của hệ số phát thải
Các yếu tố, điều kiện bên ngoài như đặc điểm dòng phương tiện và mạng lưới giao thông vận tải, số năm hoạt động, điều kiện khí hậu… đều có tác động đến hệ số phát thải của phương tiện.
3.3.1. Điều kiện môi trường
Điều kiện môi trường ở đây bao gồm nhiệt độ và độ ẩm trong không khí xung quanh. Độ ẩm được cho rằng có một tác động quan trọng đến phát thải NOx tại tất cả các nhiệt độ do nó ảnh hưởng đến hiệu suất loại bỏ hơi nước trong không khí, điều này làm ảnh hưởng tới nhiệt độ đốt cháy trong buồng đốt.
Đối với các nước châu Âu, quá trình tính toán hệ số phát thải được tính đến cả yếu tố khởi động lạnh do nhiệt độ mùa đông ở đây thường rất thấp, có khi nhiệt độ xuống âm 20oC.
Ở Việt Nam do nhiệt độ mùa đông không thấp như các nước phía phía bắc bán cầu nên nhiệt độ không ảnh hưởng đáng kể tới hệ số phát thải ở Hà Nội.
3.3.2. Tải trọng của phương tiện
Đây là một yếu tố rất khó tính toán và xác định đặc biệt đối với các phương tiện vận tải phục vụ mục đích công cộng do đối tượng tham gia thay đổi thất thường..
Thực tế chứng minh khi xe hoạt động ở chế độ tải tối ưu (vận hành theo đúng quy trình, quy phạm của nhà sản xuất) thì hệ số phát thải sẽ thấp do tiêu hao nhiên liệu thấp. Ngược lại, trường hợp xe chạy quá tải sẽ tiêu hao nhiên liệu nhiều hơn, hệ số phát thải lớn hơn.
3.3.3. Mật độ phương tiện trên đường
Một số đặc trưng của dòng xe có thể có các tác động đáng kể đến tổng thể lượng phát thải của phương tiện như phân bố tuổi xe và số km tích lũy trung bình của xe …
Trong trường hợp mật độ phương tiện quá đông cùng tham gia trên đường sẽ làm giảm tốc độ của phương tiện, xe sẽ chạy ở chế độ tĩnh nhiều hơn, lượng tiêu thụ nhiên liệu sẽ lớn hơn, do vậy hệ số phát thải sẽ lớn hơn.
Trong một nghiên cứu đang được tiến hành tại Trung tâm KHCN Môi trường Giao thông nhằm đánh giá mức độ tiêu hao nhiên liệu của xe ôtô con cho thấy, mức độ tiêu hao nhiên liệu ở chế độ không tải cao hơn gấp 2-3 chế độ xe chạy trên đường ở tốc độ trong khu đô thị (tính trên cùng một khoảng thời gian).
Tuy nhiên trong nghiên cứu này, các yếu tố về mật độ dòng phương tiện trên đường sẽ quy về biến vận tốc. Các điều tra khảo sát về vận loại xe nghiên cứu ở Hà Nội sẽ được tiến hành để đưa vào trong tính toán hệ số phát thải.
Tuổi của xe có ảnh hưởng quan trọng tới mức phát thải của phương tiện. Đối với các xe mới, mức độ tiêu hao nhiên liệu thấp và lượng khí thải ra cũng thấp hơn xe đã hoạt động nhiều năm. Khi động cơ của phương tiện hoạt động kém, công suất của động cơ giảm sút thì hệ số phát thải sẽ cao.
3.3.4. Chu trình lái xe
Các hành vi lái xe trên cả quãng đường của người cầm lái góp hiệu quả đáng kể làm giảm lượng phát thải của xe. Nếu xe chạy theo một chu trình lái chuẩn, lượng phát thải sẽ giảm hơn so với việc chạy không theo một chu trình lái nào, ví dụ như phanh giảm tốc độ một cách đột ngột và liên tục…
3.3.5. Vận tốc của phương tiện
Vận tốc của phương tiện nói cung ảnh hưởng rất lớn đến tiêu hao nhiên liệu của động cơ – là thông số ảnh hưởng quan trọng đến hệ số phát thải. Trong hầu hết các kết quả nghiên cứu trên thế giới, khi vận tốc càng thấp thì tiêu hao nhiên liệu càng lớn, tức hệ số phát thải lớn hay ngược lại, vận tốc lớn thì tiêu hao nhiên liệu thấp và mức độ phát thải các khí ô nhiễm (CO, NOx, THC,..) giảm. Tuy nhiên, một số trường hợp đặc biệt, khi vận tốc đạt tới một giá trị giới hạn thì việc tăng vận tốc tiếp theo sẽ tiêu hao nhiên liệu càng tăng và hệ số phát thải tăng. Kết quả nghiên
cứu ở Thái Lan trên xe buýt cho thấy, khi vận tốc ≥ 60km thì hệ số phát thải CO2 bắt đầu tăng, khi vận tốc ≥ 60km thì tiêu hao nhiên liệu cũng tăng.
Đối với tình hình giao thông ở Hà Nội, vận tốc trung bình của các phương tiện, đặc biệt là các phương tiện vận tải công cộng có tốc độ thường không vượt quá 30km/h, cho nên vậntốc tỷ lệ nghịch với hệ số phát thải.