渔船用柴油机履行新排放标准的问题探讨

李胜勇，张祝利

(中国水产科学研究院渔业机械仪器研究所，上海 200092)

截至2019年底，中国海洋机动渔业船舶总功率已超过1 474.4万 kW[1-2]，渔船柴油机(以下称“船机”)排放的尾气中包含多种有害物质，其中氮氧化物(NOx)、硫氧化物(SOx)、颗粒物(PM)会直接或间接的影响人们的心肺功能，导致血管疾病的发生[3-4]。据统计，世界船舶NOx排放量占全球人为活动产生NOx排放总量的15%左右[5-6]。环境保护部会同质检总局于2016年8月30日发布了GB 15097—2016《船舶发动机排气污染物排放限值及测量方法(中国第一、二阶段)》(以下称“新标准”)[7-8]。交通运输部海事局发布的《内河船舶法定检验技术规则2019》和《国内航行海船法定检验技术规则2020》先后采纳了新标准的相关内容。渔业船舶主管部门也正在组织研究采纳新标准渔船法定检验技术规则。新标准第一阶段排放要求是参照欧盟97/68/EC(2004/26/EC)《关于协调各成员国采取措施防治非道路移动机械用压燃式发动机气态污染物和颗粒物排放的法律》指令制定而成，第二阶段则是参照美国40 CFR PART 1042《压燃式船用发动机排放控制》制定而成[9]。中国是发展中国家，但在船机排放标准方面已经在向世界发达国家看齐。

1 新标准与MARPOL公约要求的对比

新标准的排放要求和MARPOL公约的排放要求相比差别较大，本研究从两个方面进行对比。

1.1 两者适用船舶和柴油机的范围不同

新标准适用于内河船、沿海船、江海直达船、海峡[渡]船和渔业船舶。而MARPOL公约附则VI中氮氧化合物的排放要求适用于国际航行的船舶，但对于船长小于24 m且仅用于娱乐目的的船舶和柴油机组合铭牌功率小于750 kW的船舶经主管机关同意后可豁免TierIII排放标准要求[10]。

新标准和MARPOL附则VI适用柴油机的功率和单缸排量范围不同。新标准规定额定净功率大于或等于37 kW并且单缸排量小于5 L的柴油机(第一类船机)和单缸排量大于或等于5 L且小于30 L的柴油机(第二类船机)的排气污染物需于2018年7月1日之后和2021年7月1日之后，分别满足第一阶段和第二阶段的排放限值要求；规定要求单缸排量大于30 L的柴油机(第三类船机)须满足《船用柴油机氮氧化物排放试验及检验指南》(GD01—2011)。MARPOL附则VI适用对象是输出功率超过130 kW的柴油机。对2000年1月1日或之后至2011年1月1日前安装上船或进行重大改装的柴油机，其NOx排放须满足Tier I要求；对2011年1月1日及之后安装上船或进行重大改装的柴油机，其NOx排放须满足Tier II要求；对2016年1月1日或之后安装上船或进行重大改装的柴油机，若其经过NOx排放控制区，其NOx排放须满足Tier III要求[10]。

新标准适用国内船舶和内河船舶，而MARPOL适用国际航行船舶。两类船舶的预防空气污染要求分别由各主管机关制定，因此要求差异较大。但当国际航行船舶须抵达某国港口时，除了满足MARPOL公约要求，还须对于港口国的特殊要求有相应的执行措施。

1.2 两者检测的排气污染物种类及其限值不同

新标准把船机排放污染物中的一氧化碳(CO)、碳氢化合物(CxHy)+氮氧化物(NOx)及颗粒物(PM)都列为控制对象，且要求其“比排放量”乘以按新标准要求试验测得的劣化系数后不得超过第一阶段和第二阶段的限值要求，具体限值要求如表1所示。

对于不经过排放控制区的船舶，MARPOL附则VI仅将NOx作为控制对象，NOx的排放限值按照船机的额定转速所在范围规定了3种不同的排放限值要求，如表2所示。对船机进行排放认可试验时，确认其在规定的环境条件下NOx的排放量低于限值要求，未对NOx提出柴油机全生命周期的劣化系数修订要求[11]。

新标准规定船机排放污染物中CO、CxHy+ NOx、PM三者都需要达到限值要求。而且新标准须确认船机在其整个生命周期内的排放污染物都能满足新标准的排放要求，因此要求在型式试验中须进行模拟船机整个生命周期的劣化试验，从而得到劣化系数。MARPOL附则VI则是要求样机在型式认可试验中NOx的排放量在排放限值要求以下即可。

表1 柴油机排气污染物排放限值(第一、二阶段)Tab.1 Diesel engine exhaust pollutant emission limits(Phase I and II)

表2 MARPOL附则VI船机NOx排放要求Tab.2 MARPOL Annex VI requirements for NOx emission from marine engines

2 新标准中尚待进一步明确内容

2.1 关于新标准的适用渔业船舶的航区未明确

新标准中关于标准适用的对象是“渔业船舶”，其定义是“从事渔业生产的船舶以及属于水产系统为渔业生产服务的船舶”。渔船法定检验规则通常将渔业船舶航行作业的区域分为远洋渔船、国内和内河航区。国内航区又按离海岸的距离不同分为沿海、近海和远海等航区。新标准中并未对作业区域进行区分，两者存在较大的差异。远洋商业运输船不适用新标准，而远洋渔船、远海渔船则要适用，这些渔业船舶的航区已经大大超出交通运输部2018年11月30日发布的《船舶大气污染物排放控制区》中规定的大气污染物排放控制区域[12]，这也成为分歧的焦点。

2.2 柴油机达到“有效生命周期”后须如何操作未明确

新标准要求船机制造企业应采取措施，确保正常使用条件下的船舶所安装的船机在正常寿命期内，排放控制装置始终正常运行，在有效寿命期内排放达标。并规定有效寿命10 000小时数和10年的使用年限，二者以先到者为准。然而新标准并未对达到有效寿命的柴油机后续如何处理作进一步说明，例如须强制柴油机报废或者增加哪些检验项目可在一定时间内继续使用等。

3 新标准实施过程中出现的一些行业难题

新标准的第一阶段已经于2018年7月1日起开始生效，同时也产生了一些新问题。

3.1 劣化试验时间长，试验成本高

为更合理的估算实船柴油机整个生命周期的排气污染物排放量，新标准要求基本特性相同的柴油机须通过至少2 500 h的劣化试验测出劣化系数。如此长时间的劣化试验，燃油的消耗、试验期间设备的维护和调试等带来的试验成本增加，大功率的机型表现得尤为突出。以一台2 000 kW的中速机为例，整个劣化试验期间，仅试验所用的燃油费用就超过500万元。对大多数企业来说，劣化试验产生的经济负担较重。

3.2 国际、国内船舶和渔业船舶柴油机分属不同的检验部门，可能导致重复型式认可

国际船舶柴油机须满足MARPOL的排放要求，国内船舶柴油机则须满足新标准的排放要求，渔业船舶柴油机也执行新标准，但是对柴油机的具体要求与运输船舶不尽相同。而三者的检验主管部门分属不同管理部门，导致企业需要向三家检验部门分别进行三次型式认可，重复进行试验增加了船机企业的产品检验成本。

3.3 新标准实施后，重油的使用受限，航行作业成本增加

无论是渔业船舶还是运输船舶，油耗是船东最大的运营成本，一般来说燃油和润滑油的总费用约占总运行成本50%～60%，甚至更多。因此价格更便宜的重油非常受船东欢迎。新标准第二阶段实施后，若想继续使用重油，可能需要同时配备氮氧化物后处理系统、硫氧化物后处理系统和颗粒物的后处理系统[13-15]。3种后处理系统相互独立，导致造船初期投资大幅增加，系统的日常维护成本也很高。因此，部分船东选择放弃使用重油，以致增加了航运的成本。

3.4 新标准第二阶段的生效显仓促，船机企业准备尚不充分

新标准第二阶段相对第一阶段的限值中，PM下降了40%～60%，CxHy+NOx总体降低了20%以上，CO保持不变。满足第二阶段PM限值是艰巨的挑战，尤其对可燃用重油的柴油机来说难度更大。就目前的行业状况来看，只有通过采用电控燃油喷射、增压中冷技术搭配后的处理系统才有可能满足要求。这对当前仍然以机械泵为主流燃油喷射技术的船机行业来说难度较大，一方面因为技术准备还不够充分，另一方面关于重油的电喷技术目前只有国外的少数企业掌握，国内关于这方面的研究尚处在初级阶段。其次，目前颗粒物的后处理技术比较成熟的是颗粒物捕集技术(DPF)，而该方式会大幅增加船机排气背压，需另配备引风机平衡压力，系统较为复杂，且需要定期处理积碳，维护成本高[16-19]。船机行业真正全面的达到第二阶段的要求仍需要一个较长的过程，而第二阶段的生效仅剩下一年左右的时间，对于多数船机企业来说并没准备好。

3.5 新标准比MARPOL要求更加严格，船东和船机企业接受度不高

在过去相当长一段时期，中国在一定程度上忽视了对环境的保护，导致人们的环保意识普遍不强。国内、内河渔业船舶规则规范都是随国际公约修订的进程而修订，且在具体的执行尺度和生效日期方面，通常会根据中国具体情况调整和顺延。这也使得人们形成了国内和内河渔业船舶要求的尺度应该较公约要求更宽松才合理的观念。然而新标准生效后，出现了渔业船舶比国际航行的入级船舶和停靠在中国港口的国外船舶的船机排放要求更高的现象，因此船东、柴油机企业对新标准的落地接受度普遍不高。

4 多种举措并用，确保新标准执行到位

新标准开始实施后，渔船柴油机行业的发展遇到诸多“困难”，为更好地解决这些难题，需从多个角度制定有针对性的对策，确保新标准顺利实施。

4.1 优化船机技术水平、加大后处理系统研发力度，攻克技术壁垒

排放要求的升级对船机、船机后处理系统企业的技术研发能力提出了更高的要求。促进船机企业多增加与国外先进的船机企业的技术交流和引进，从优化燃烧系统、进气系统结构、喷油正时和提高增压压力等方面，进一步提升柴油机的燃烧质量。为达到颗粒物第二阶段的限值要求，需要技术成熟，应尽快研发高效节能的后处理产品并实现规模化生产，建议主管机关大力引导，政府出台政策予以扶持，激励企业加大研发投入力度，同时学习和引进国外的先进技术，以研发出能满足新标准的产品。

4.2 理顺国际、国内及渔业船机的检验机制，推进商、渔船检验机制的融合

国际船舶、国内船舶及渔业船舶柴油机的检验部门不同，对应的排放的要求也有较大的差别，为避免船机企业重复进行排放试验，建议主管部门能进行相互协调，建立协同检验机制，三方在同一个试验过程中，按照各自检验标准开展检验工作，同步进行型式认可。既节省了企业的试验成本，又提高了检验部门的型式认可的效率。

4.3 根据行业实际情况对新标准进行适当修订

建议国内渔船柴油机主管部门对新标准中第二阶段的要求谨慎采纳，对行业实际执行二阶段的能力进行深入调研和评估，同时，船机企业需要充分的时间去优化和研发新的机型使得后处理系统能更好地适配船机；进一步明确适用渔业船舶的航区范围，可在定义中增加距岸距离的说明，与规则中的定义保持一致，进而消除歧义。远洋和远海航区距岸已经超过200海里，因此建议远洋和远海航区作业的渔业船舶柴油机排放执行MARPOL附则VI的排放限值标准；对于达到“有效寿命期”之后的船机如何处理需进一步给出说明。比如规定达到“有效寿命期”的船机须进行全面大修或者需要增加检验项目、增加实船评估等，并给出可操作性的导则，为船东和船机企业在船机选型和产品设计规划指明方向。

4.4 加强宣传力度，打破固有观念

渔业船舶主管机关需广泛组织业内宣贯和交流，深刻阐述环境保护的意义和重要性。减少排放必然带来前端生产成本的提高和产品的升级迭代。对于国内渔业船舶规则不应比公约要求高的观点是不成立的。对于船舶的性能指标来说，国内的船舶比国际航行船舶低是合理的，国际船的航线长，航行海况复杂多变，因此对性能的要求更高。但对于排放污染物，国内和内河船舶更靠近人的居住区域，给人们带来的影响更大，因此在排放指标方面，国内船舶和内河船的要求高于国际船舶是合理的，也是必要的。对于产业升级带来的生产成本的增加，在新标准推行的初期阶段，建议地方政府可对部分困难的船机企业进行耐久试验的燃油补助，一方面可以推动产业升级，提高企业的竞争力，另一方面也可为新标准的落地提供了有力保障。

《GB 15097—2008船用柴油机排气排放污染物的测量方法》主要规定了船机排放污染物的各种测量方法，未对污染物的排放限值做出规定。此次发布的船机排放新标准，相对于前代标准是一次跨越性升级。新标准的要求与欧美发达国家一致，比MARPOL的要求更严格，这体现出中国政府对空气污染防治的决心，同时也向世界展示了负责任大国的担当。新标准的实施促进了船机的产品升级和行业发展。可以预见会很大程度改善中国空气质量，降低有害气体和颗粒物产生的影响。