Реферат: Розрахунок рівней викидів шкідливих речовин з відпрацьованими газами автомобільних двигунів та рівней екокомпенсацій

РОЗРАХУНОК РІВНЕЙ ВИКИДІВ ШКІДЛИВИХ РЕЧОВИН З ВІДПРАЦЬОВАНИМИ ГАЗАМИ АВТОМОБІЛЬНИХ ДВИГУНІВ ТА РІВНЕЙ ЕКОКОМПЕНСАЦІЙ

1. Методика розрахунку рівней викидів ШР з ВГ автомобільних двигунів для міського автомобільного парку

В більшості випадків для кількісної оцінки шкідливих речовин, які викидаються автомобілями з ВГ, користуються експериментальними даними по рівнях питомих пробігових викидів середнім автомобілем з кожної окремої групи автомобілей: легкові, вантажні, автобуси з різноманітними типами ДВЗ (бензиновими, дизельними, на зрідженому газі та ін.).

Розрахунок за пробіговим викидом середнього автомобіля дозволяє визначити "умовний викид" ШР в атмосферу. Для визначення більш реальних значень викидів ШР необхідне коректування значень пробігових викидів в залежності від різних природно- кліматичних умов, умов руху та технічного стану автомобілей. В результаті для автомобільного парку міста (регіону) маса викинутої за розрахунковий період шкідливої речовини (М_і ) (при наявності груп автомобілей з різними ДВЗ) може визначатися за наступною залежністю

, (1)

де - кількість груп автомобілей;

- кількість автомобілей у j-тій групі з двигуном k-того типу в розрахунковому періоді, тис.шт.;

- середній пробіг автомобіля j-тої групи з двигуном k-того типу за розрахунковий період, тис.км;

- пробіговий викид і-ї ШР автомобілем j-ї групи з двигуном k-го типу за розрахунковий період, г/км;

-добуток коефіціентів впливу n факторів на викид і-ї ШР автомобілем j-тої групи з двигуном k-того типу у регіоні (місті).

Звичайно враховуються наступні фактори впливу:

- середній вік парку, рівень технічного стану автомобілей та двигунів;

- природно-кліматичні умови експлуатації автомобілей (температура, тиск, вологість навколишнього повітря) у регіоні;

- відміна фактичних режимів руху автомобілей від того, який використовується, при випробуванні для визначення пробігового викиду і-ї ШР з ВГ автомобіля j-ї групи з двигуном k-го типу.

Розрахунок для окремих територій (держава, область, місто, населений пункт) проводиться для парку автомобілей, які зареєстровані в даному регіоні на розрахунковий період. Факторні коефіціенти (R_ijkn ) можуть визначатися, наприклад, з використанням різних даних. На рисунку 1 представлені дані по зміненню питомих пробігових рівней викидів ШР від року випуску автомобілей.

При використанні, наприклад на легкових автомобілях, систем з окислювальною каталітичною нейтралізацією ВГ пробігові викиди CO та CH знижуються відповідно в середньому у 6 та 2,5 разів. При використанні систем з окислювально-відновною (біфункціональною) каталітичною нейтралізацією ВГ питомі пробігові викиди CO, CH та NO₂ знижуються відповідно у 2 та 10, 30 разів.

Треба відзначити, що для більш глибокого урахування та розуміння ступеня забруднення атмосферного повітря автотранспортом та особливо автомобілями з дизельними двигунами необхідно також знати пробігові викиди з ВГ автомобілей: оксидів сірки (SO₂ ), сажових часток (Сж), канцерогенних вуглеводнів, в якості індикатора яких прийнятий бенз(а)пірен (БП), і альдегідів (RCHO). У відповідності до приведених даних раніше, наприклад, питомі пробігові рівні викидів БП з ВГ легкових автомобілей типу ГАЗ-31-029 з бензиновими двигунами складають 8,87*10^-6 г/км. З використанням на вказаних автомобілях систем окислювальної чи біфункціональної каталітичної нейтралізації ВГ забезпечується зниження пробігового викиду БП приблизно до 0,5*10^-6 г/км, тобто майже в 20 разів. Використанння на автомобілях систем каталітичної нейтралізації ВГ забезпечить також суттєве зниження питомих пробігових рівней викидів альдегідів та сажових часток. Однак, як відмічалося раніше, для надійної роботи нейтралізаторів необхідне використання в автомобілях неетильованих бензинів з гранично низьким вмістом сірки.

На рисунку 2 приведені дані по фактичним коефіціентам функціонально пов`язаних із середнім віком автомобілей (τ, роки) та їх технічним станом (ТС).

В основу побудування графіка змінення R_тс прийнято передумову, що рівень технічного стану, який впливає на рівні викидів ШР, які розглядаються, представляє собою міру охоплення експлуатуємих автомобілей контролем на токсичність. У відповідності до цього за нульовий рівень прийнятий такий стан, коли всі автомобілі перед виїздом проходять контроль на токсичність та автомобілі з перевищенням норм не випускатимуться для подальшої експлуатації. За одиницю прийняте таке положення, коли контрольна перевірка токсичності в експлуатації повністю відсутня. За рівень, рівний 0,5, принімають положення, коли всі автомобілі при ТО-2 проходять контроль на токсичність.

Одну з методик розрахунку викидів шкідливих речовин у атмосферу автомобільним транспортом розроблено Міністерством статистики України та підтверджено Міністерством охорони навколишнього середовища України в 1992 році. В основу методики полягає середній питомий викид ШР по автомобілям окремих груп з різними типами ДВЗ та врахунком виду палива, яке використовується:

- вантажні та спеціальні вантажні з бензиновими двигунами, а також ті, що працюють на зрідженому газі;

- вантажні і спеціальні вантажні дизельні;

- вантажні газобалонні, що працюють на стисненому природному газі;

- автобуси з бензиновими ДВЗ, а також ті, що працюють на зрідженому нафтовому газі;

- автобуси дизельні;

- легкові службові та спеціальні;

- легкові індивідуального користування.

В загальному переліку ШР враховуються тільки три інгредієнти: оксид вуглецю (СО), неспалені (неканцерогенні) вуглеводні СН та оксиди азоту (NO_x ). Для кожної групи автомобілей маса викиду конкретної ШР визначається за формулою

, (2)

де - маса викиду і-ї ШР за звітовий період, г;

- питомий викид і-ї ШР автомобілем даної групи з конкретним двигуном, г/км (табл. 1);

, (3)

де - коефіціент впливу середнього віку парку автомобілей ;

- коефіціент впливу рівня технічного стану ав томобілей (табл. 1.2);

- пробіг автомобілей цієї групи з конкретним двигуном за розрахунковий період, км.

Таблиця 1 - Показники питомого викиду ШР автомобілями з конкретними двигунами.

Таблиця 2 - Показники впливу рівня технічного стану автомобілей.

Дані по пробігу автомобілей всіх груп, крім автомобілей легкових індивідуального користування, вміщуються в статистичній звітності форми № 1-Тр (Шос) "Отчёт о автотранспорте". Розрахунок пробігу легковими автомобілями індивідуального користування, в тому числі автомобілей, що належать кооперативам та малим підприємствам, виробляється на підставі паспортних даних про витрати палива на 100 км пробігу та даних про річне споживання палива вказаними автомобілями із статистичної звітності за формою № 1-ПС (Нефть) "Отчёт о поставке продукции".

Таблиця 3 - Показники розрахунків рівней викидів ШР автотранспортом України.

Якщо є дані по випробуванням, наприклад, легкового автомобіля на стенді з біговими барабанами за Європейським їздовим циклом у відповідності до ОСТу 37.001.054- 86, то розрахунок річного рівня викидів і-ї ШР автомобілем j-ї групи може проводитись за наступними залежностями

, кг/рік (4)

чи

, кг/рік (5)

де- питомі викиди і-ї ШР відповідно на 1 км пробігу, г/км чи на 1/кг витраченого палива (бензину), г/кг;

- відповідно середньостатичний річний пробіг автомобіля j-ї групи, тис. км та сереньостатичні витрати палива, т;

- коефіціент, який враховує технічний стан автомобіля та двигуна (табл. 4).

Таблиця 4 - Залежність річного рівня викидів ШР від сроку експлуатації автомобіля.

Нижче приводиться розрахунок річного рівня викидів СО, СН, NO₂ та БП з ВГ легкового автомобіля з транспортного господарства АТ "ХарП" типу ГАЗ-31 із сроком експлуатації від 5 до 10 років (середньорічний пробіг вказаного автомобіля в Харкові відповідає 120 тис.км, річні витрати бензину АИ-93 - 12 т). Пробіг автомобіля за випробування за Європейським їздовим циклом відповідає 4,06 км їзди в умовах великого міста, а витрати бензину АИ-93 складають 0,41 кг.

Результати досліджень легкового автомобіля типу ГАЗ-31 з карбюраторним та дизельним двигунами однакової потужності представлені відповідно в таблицях 5 та

Таблиця 5 - Дані за результатами досліджень автомобіля ГАЗ-31 з карбюратоним двигуном.

Параметри	Шкідливі речовини (карбюраторний двигун)
	CO	CH	NO2	БП
mil , г/км	4,9	2,3	2,2	6,3*10-6
mig , г/кг	48,8	22,4	21,3	62,2*10-6
Mi , кг/рік

Примітка. В чисельнику приведені дані по М_і , які розраховуються через m_il , а в знаменнику - через m_ig .

Таблиця 6 - Дані за результатами досліджень автомобіля ГАЗ-31 з дизельним двигуном.

Треба відмітити, що показник m_il для вантажних автомобілей та автобусів з бензиновими двигунами вище від представлених в таблиці 5 (в середньому):

за CO - в 3 рази, за CH - в 4 рази, за NO_X - в 3,5 рази, за БП - у 5 разів. Для вантажних автомобілей та автобусів з дизельними двигунами вказаний показник вище від представлених в таблиці 6 відповідно: за CH - в 3 рази, за NO_X - в 3,5 рази, за БП - на порядок (з урахуванням осаджування канцерогенних вуглеводнів на сажових частках).

Розрахунок річного викиду вказаних ШР всієї експлуатуємої в місті групи автомобілей розглядаємого типу може вироблятися за формулою

т/рік , (6)

де - кількість автомобілей j-ї групи, тис.од.;

- коефіціент, що враховує частку автомобілей, які знаходяться в експлуатації.

Для всього автомобільного парку міста, яке розглядається, маса викинутого за розрахунковий період τ шкідливої і-ї речовини може визначатися за наступними залежностями

т (7)

або

т, (8)

де - кількість груп автомобілей;

- кількість автомобілей j-тої групи з двигуном k-того типу в розрахунковому періоді, тис.од;

- коефіціент, який враховує часткову участь автомобілей даної групи в експлуатації;

- питомі викиди і-ї ШР автомобілем j-ї групи з двигуном k-того типу, відповідно в г/км прбігу та г/кг витраченого палива;

- відповідно середній пробіг та усереднені витрати палива автомобілем j-ї групи з двигуном k-того типу за розрахунковий період відповідно в тис. км та т;

-коефіціент, який враховує технічний стан автомобілей j-ї групи з двигуном k-го типу в розрахунковий період.

Можливе також урахування факторних коефіціентів, яке пов`язане з атмосферними умовами експлуатації автомобілей.

В роботі розглядається приведена маса річного викиду забруднення в атмосферу з джерела, якавизначається за формулою

(9)

де - число відповідно газоподібних та аерозольних шкідливих складових, наприклад, які викидаються з ВГ автомобіля;

- маса річного викиду домішок відповідно і-го та j-го виду в атмосферу, т/рік;

- поправки, які враховують характер розсіювання відповідно газоподібних домішок та аерозолей (сажові частки, БП, важкі метали) в атмосфері:для автотранспортних засобів

- показники відносної агресивності домішок відповідно і-го та j-го типу, ум.т/т.

, (10)

, (11)

де - показники відносної шкідливості присутності відповідно газоподібної домішки та аерозолей у повітрі, яким дихає людина;

- поправки, які враховують вирогідність накопичення вихідної відповідно газоподібної домішки та аерозолів у компонентах навколишнього середовища та у ланцюгах живлення, а також надходження газоподібних домішок та аерозолів у організм людини неінгаляційним шляхом;

- поправки на вирогідність утворення за участю вихідних відповідно газоподібних домішок та аерозолів, які викидаються в атмосферу, інших (другорядних) забруднювачів, більш шкідливих, ніж вихідні;

- поправки, які враховують дію на різні реципієнти, окрім людини.

Показники а_і та а_j , поправки α_i , α_j , β_i , β_j , δ_i , δ_j - безрозмірні.

Показникам А_і та А_j при їх обчисленні привласнюється розмірність ум.т/т. Чисельне значення показників а_і та а_j визначається за формулою

(12)

де - середньодобові гранично допустимі концентрації відповідно газоподібних ШР та аерозолей в атмосферному повітрі;

- гранично допустимі концентрації відповідно газоподібних ШР та аерозолей у повітрі робочої зони;

=3 мг/м³ , =20 мг/м³ .

2 Оцінка питомих рівней платежів (екокомпенсацій) за викиди у атмосферу ШР автотранспортними засобами

Згідно з методикою [17], яку підтверджено Міністерством екологічної безпеки України, розмір річних платежів за викиди в атмосферу ШР пересувними джерелами забруднення встановлюється на основі базових нормативів платежів, які визначаються видом та кількістю рідкого палива, яке спалюється, за наступною формулою

(13)

де - базовий норматив платні за використання в автомобілі однієї тони і-го виду рідкого палива: бензину неетильованого - 0,2 грн/т, дизельного палива - 0,3 грн/т, бензину етильованого - 0,4 грн/т;

- річний об`єм рідкого палива і-го виду, яке використовується транспортним засобом, т/рік;

- коефіціент, який враховує теріторіальні соціально-економічні особливості населеного пункту;

- коефіціент індексації (який визначається в поданій методиці за складною багатофункціональною схемою). Для Харкова на 1997 рік він прийнятий на рівні К_інд =1,58.

Коефіціент К_Т залежить від чисельності мешканців населеного пункту, його народогосподарського значення та розраховується за формулою

, (14)

де - коефіціент, який залежить від чисельності мешканців населеного пункту (табл. 7);

- коефіціент, який залежить від народогосподарського значення населеного пункту (табл. 8).

Таблиця 7 - Показники коефіцієнту, які залежать від чисельності мешканців населеного пункту.

Таблиця 8 - Показники коефіцієнту, які залежать від народогосподарського значення населеного пункту.

Таким чином, для міста Харкова в 1997 році

грн/рік.

Отже, рівень платежів за забруднення атмосфери у Харкові одним легковим автомобілем з карбюраторним двигуном типу ГАЗ-31 (річні витрати бензину- 12 т) при дослідженнях автотранспортного господарства АТ "ХарП" складають:

- при використанні етильваного бензину

грн/рік;

- при використанні неетильованого бензину

грн/рік.

Рівень платежів за забруднення атмосфери Харкова одним легковим автомобілем пипу ГАЗ-31 з дизельним двигуном (витрати дизельного пального- 10 т) складає 10,68 грн/рік.

Річні витрати палива індивідуальним легковим автомобілем вказаного типу приблизно в 10 разів менше, тоді і плата за екологічний збиток (у відповідності до вказаної методики) складатиме - одну-дві гривні за рік.

Треба відмітити, що вказана методика не враховує істиного рівня забруднення атмосфери міста, рівней викидів транспортними засобами шкідливих інгредієнті,їх відносної небезпечності, сумуючої дії низки ШР на людину, явищ синергізму, при яких у атмосфері, наприклад, під дією сонячної радіації, синтезуються ще більш небезпечні для людини ШР (нітроканцерогенні ШР, які володіють мутагенними властивостями, та ін.). Крім того, такий методичний підхід не стимулює володарів до покращення екологічних показників автомобілей, в тому числі до використання високоефективних каталітичних нейтралізаторів ВГ, до приймання автомобілей у технічно справному стані та ін.

Тому, з метою широкого обміркування фахівцями запропоновано наступну методику оцінки часткового рівня екокомпенсацій за забруднення атмосфери _і (вище допустимих рівней) шкідливими інгредієнтами, що викидаються з ВГ автомобіля j-ї групи. Річний рівень екокомпенсації визначається наступною залежністю

П΄_аа = (15)

де - річний викид і-ї ШР автомобілем j-го типу (визначається за раніше викладеною методикою), т/рік;

- запропонований норматив платні, що визначається з урахуванням відносної шкідливості і-ї ШР в порівнянні з оксидом вуглецю, посилення шкідливого впливу і-ї ШР на людину та навколишнє середовище при сильній дії з іншими ШР та явищ синергізму, грн/т (табл.9);

К_і - необхідний (мінімальний) рівень зменшення викиду і-ї ШР для забезпечення часткової участі автомобіля у зниженні концентрації вказаної ШР в атмосфері міста до гранично допустимих рівней [ГДК_і ]_СД : (причому в розрахунок вводяться тільки ті шкідливі компоненти, для яких К_і >0;

- середнє значення концентрації і-ї ШР в атмосфері конкретної зони забруднення за сплинутий період (береться з даних досліджень центру гідрометеорології чи інших джерел). Наприклад, для міста Харкова в 1996 році =0,33; =0,83.

Таблиця 9 - Частковий рівень екокомпенсації за забруднення атмосфери шкідливими інгредієнтами

Показ- ники	Шкідливі інгредієнти
	CO	CH	SO2	NO2	Сж	НСНО	БП
[ГДКі ]сд , мг/м3	3	1,5	0,05	0,04	0,05	0,003	10-6
[ГДКі ]м.р , мг/м3	5	5	0,5	0,085	0,15	0,035	-
Клас не- безпеки	4	4	2	2	2	2	1
Ні , грн/т	2	3	53	53	87	132	67871
аі	1	2	60	75	60	1000	3·106
bi	1	1	2	3	3	4	6
Н΄і , грн/т	2	4	240	450	360	8000	36·106

де Н_і - величина базових нормативів платні, які прийняті для стаціонарних джерел забруднення.

Для забруднення речовин, які не мають підтверджених [ГДК_і ]_СД чи які не ввійшли в поданий перелік, базові нормативи платні Н_і обираються згідно з їх класом небезпек:

Розрахункова залежність для запропонованих нормативів платні

, (16)

де

- коефіціенти, які приймаються на підставі експертних оцінок, які враховують посилення шкідливої дії ї-х ШР при їх сильній дії та явищі синергізму;

Сж - сажові частиці, на яких в значній ступені сорбуються канцерогенні вуглеводні;

НСНО - формальднгід, який також володіє канцерогенними властивостями.

Згідно з методикою, яка запропонована, рівень екокомпенсації за перебільшення допустимих рівней забруднення атмосфери Харкова оксидами азоту та бенз(а)піреном, які викидаються з ВГ одного легкового автомобіля типу ГАЗ-31 з карбюраторним двигуном, складає (табл. 5):

Можливий рівень екокомпенсації за перебільшення допустимих рівней забруднення атмосфери Харкова оксидами сірки та азоту, сажі та бенз(а)пірену, які викидаються з ВГ одного легкового автомобіля типу ГАЗ-31 з дизельним двигуном,складе (табл. 6):

В розрахунку не враховувались рівні викидів СО та СН, тому що їх концентрації в атмосфері Харкова в1996 році не перебільшували допустимих рівней концентрації.

Таким чином, рівень екокомпенсації, який отриманий за методикою, що пропонується, вище рівня, визначаємого в узгодженні з методикою, підтвердженою Міністерством екобезпеки України (зараз Мінекоресурсів), на порядок і більше; в більшій мірі характеризує співвідношення екологічного збитку та часткової екокомпенсації, а також взаємозв`язок ланцюга: реальний стан забрудненості атмосфери міста та умов експлуатації автомобільного транспорту. Головне при цьому, щоб екокомпенсація мала цільовий характер та була спрямована на заходи, які пов`язані з комплексною екологізацією автомобілей та транспортних потоків.

Примітка. При визначенні П`_аа можуть також враховуватись коефіціенти К_т та К_інд , якщо необхідно вирішити гострі локальні (регіональні) екологічні прблеми. Крім того, місцевими органами самоуправління в конкретному населеному пункті може використовуватись коефіціент кратності платні (в диапазоні 1 < Кп_і ≤ 5) за гранично небезпечну ШР, яка визначає забруднення в узгодженні з методикою платежів за надлімітний викид ватмосферу забруднюючої речовини.

В такому випадку річний рівень екокомпенсації може визначатись за наступною залежністю

грн/рік (17)

Для легкового автомобіля типу ГАЗ-31 вказаний річний рівень екокомпенсацій може складати: при використанні карбюраторного двигуна (бензин неетильований, Кп_і =1) - 265 грн/рік; при використанні дизельного двигуна (дизельне паливо ДЛ, Кп_і =1) - 890 грн/рік.

У відповідності до викладеного для автомобіля з бензиновим двигуном Ф_БЕНЗ =0,89, а для того ж автомобіля з дизелем Ф_ДИЗ =1,82 чи відносний показник Ф_ДИЗ / Ф_БЕНЗ =2,04. Таким чином, ступінь забруднення атмосферного повітря міст автомобілями з дизельними двигунами може бути вище приблизно в 2 рази порівняно з автомобілями з бензиновими двигунами.

З приведених вище даних маємо, що основні напрямки у знижці забруднення атмосфери міст повинні бути, в першу чергу, пов`язані із скороченням рівней викидів визначаючих це забруднення ШР: канцерогенних речовин, оксидів азоту та сірки, а також твердих (сажових часток). Для стимулювання заходів, спрямованих на зменшення рівней викиду вказаних ШР з ВГ автомобілей, доцільно не збирати екокомпенсації з володарів транспортних засобів, двигуни яких працюють на газоподібних паливах чи які обладнані діючими високоефективними каталітичними нейтралізаторами ВГ, тому що такі автомобілі викидають в атмосферу значно менше ШР. Для розширення використання неетильованих бензинів та малосірчастих дизельних палив, а також палив з гранично низьким вмістом ароматичних вуглеводнів, в першу чергу ву великих містах України, необхідно цілеспрямовано та розумно використовувати економічно- адміністративні важелі дії на виробників палив, ринок їх збуту та споживачів.

3 Розрахунок економічної доцільності природоохоронного заходу

Економічна доцільність впровадження на автомобілях типу ГАЗ-31 системи каталітичної нейтралізації (ОСНВГ) при роботі його на газовому паливі (пропан-бутан) оцінюється за допомогою внутрішньої норми прибутку (ВНП) та чистого приведеного добутку (ЧПД) при з`ясованій величині дисконту

грн. (18)

де потік платежів, які складаються з поточних прибутків та поточних витрат та дорівнює

, грн (19)

капітальні укладання (інвестиції) в реалізацію проекту, грн;

норма дисконтування, визначається аналітично, може назначатися на рівні середньобанківського відсотку позики, %;

час реалізації проекту, роки;

кінець реалізації інвестиційного проекту, рік;

час початку інвестування проекту, рік;

час закінчення, рік;

добуток від заходу, грн;

амортизація споруди, приладу;

,

поточні витрати (витрати на експлуатацію), грн.

Термін окупності капітальних вкладів пректу складає 5 років;

добуток від реалізації природоохоронного заходу складає за роками реалізації проекту, відповідно 0, 20, 20,12,10 тис.грн.;

поточні витрати на експлуатацію ОПФ - 2,4 тис.грн;

капітальні вклади KV_t =50 тис.грн. проводяться в рівних частинах від загального об`єму в перші 2 роки;ставка дисконту r=28%.

При підрахунках маємо наступні дані в таблиці 10.

Таблиця 10 - Значення потоку платежів та ЧПД при впровадженні природоохоронного заходу.

Рисунок 3 - Значення чистого приведеного добутку при впровадженні природоохоронного заходу.

При даній величині дисконту (r=28%) ЧПД від реалізації природоохоронного заходу складає 12,5 тис.грн.

грн (22)

Розрахункові дані наведені в таблиці 11.

Таблиця 11 - Залежність ВНД від норми дисконту.

Рисунок 4 - Залежність ВНД від норми дисконту

При r=55% (ВНД) величина приведених платежів дорівнює величині приведених інвестицій.