Environmental aspects of commercial transport transfer to higher fuel standards in Moscow

Full Text

Специфика загрязнения атмосферного воздуха автомобильным транспортом по сравнению с промышленными выбросами проявляется, прежде всего, в низком расположении источников загрязнения, в результате чего отработавшие газы двигателей внутреннего сгорания скапливаются в зоне дыхания человека и слабее рассеиваются ветром. Близость автомагистралей к зонам жилой застройки создает серьёзную угрозу здоровью населению. [1] Основными причинами, влияющими на уровень загрязнения городской среды выбросами автотранспорта, являются ежегодное увеличение численности автомобильного парка, высокий уровень загрузки городских магистралей, низкие экологические характеристики транспортных средств и др.. Перевод автотранспорта на более высокие экологические стандарты топлива позволит улучшить экологическую обстановку в городе. При переходе на более высокий уровень стандарта заметно снижается токсичность выбросов. Например, стандарт Евро-4 по сравнению с Евро-3 в среднем предусматривает снижение выбросов угарного газа, оксидов азота и углеводородов более чем на 50%, а при переходе от Евро-4 к Евро-5 для бензиновых двигателей содержание в выбросах оксидов азота и углеводородов снижается на 25%. Для дизельных двигателей на 80% снижается концентрация сажи и на 20% - оксидов азота. В структуре транспортных потоков города Москвы основная доля приходится на легковые автомобили (рисунок 1), находящиеся в основном в частной собственности, поэтому регулировать экологические характеристики легкового автотранспорта довольно сложно. Решать задачу можно запретом ввоза импортных автомобилей, не соответствующих Евро-5, и повышением требований к продукции, производимой отечественной автомобильной промышленностью. Гораздо эффективнее управлять транспортом, принадлежащим организациям, основную часть которого составляют грузовые автомобили и автобусы. В связи с этим представляет интерес оценка экологической эффективности переоборудования грузового транспорта со стандарта Евро-3 на Евро-5, ввести который на территории России планируют в 2015 году. В Евросоюзе указанный норматив для грузовых автомобилей массой до 12 тонны был введен в 2010 году, а для автобусов и более массивных грузовиков двумя годами ранее. В таблице 1 приведены сроки введения Европейских стандартов и количественные характеристики выбросов для грузового автомобиля. Рисунок 1. Состав парка дорожных механических транспортных средств в 2013 году Таблица 1 Европейские стандарты для автомобилей массой до 3,5 тонн дизельные двигатели Класс Дата CO NOx HC+ NOx Евро 1 Октябрь 1994 6.9 - 1.7 Евро 2 Январь 1998 1.5 - 1.2 Евро 3 Январь 2001 0.95 0.78 0.86 Евро 4 Январь 2006 0.74 0.39 0.46 Евро 5 Сентябрь 2010 0.740 0.280 0.350 Евро 6 Сентябрь 2015 0.740 0.125 0.215 Как видно, при переходе от Евро-3 к Евро-5 существенно улучшаются экологические показатели выбросов по всем веществам. Для оценки экологической эффективности перехода грузового транспорта в г. Москве на Евро-5 был проведен экологический мониторинг атмосферного воздуха на участках автомагистралей города, имеющих интенсивный трафик. В качестве объектов мониторинга были выбраны Ленинский проспект, Волгоградское и Щелковское шоссе. Согласно программе экологического мониторинга измерения проводились в 9:00, 14:00 и 18:00 часов 6 рабочих дней. Для определения приземных концентраций примесей пробы отбирали на высоте 1,5 - 2 м и на расстоянии 1 м от дороги. Состав проб определяли с помощью газоанализатора «ЭЛАН». Одновременно с анализом воздуха проводились наблюдения за плотностью транспортного потока. Результаты приведены на рисунке 2. Исследования показали, что в воздухе придорожных территорий преобладает оксид углерода, его концентрации в «час пик» превышает 2 ПДК. Наименьшая концентрация зафиксирована у диоксида серы. Рисунок 2. Изменение концентраций веществ в течение дня по неполной программе наблюдения (в долях ПДКмр) и плотность транспортного потока (автомобилей/час) Для количественной оценки уровня загрязнения был рассчитан комплексный индекс загрязнения атмосферы (КИЗА): , где Сi - концентрация атмосферной примеси; ПДКi - максимальная разовая предельно допустимая концентрация примеси; Кi - константа для различных классов опасности по приведению к степени вредности диоксида серы. Величины индекса загрязнения атмосферы (ИЗА) характеризуют ее состояние следующим образом: менее 2,5 - чистая атмосфера; 2,5...7,5 - слабозагрязненная; 7,5...12,5 - загрязненная; 12,5...22,5 - сильнозагрязненная; 22,5...52,5 - высокозагрязненная; более 52,5 - экстремально загрязненная. Результаты расчетов в виде гистограмм приведены на рисунке 3. Результаты расчетов показали, что уровень загрязнения атмосферы зависит от дорожного трафика и времени суток. В 18:00 атмосфера сильно загрязнена, значения КИЗА превышают отметку 13. Движение автомобилей затруднено, их скорость менее 20км/ч. В 14:00 количество выбросов уменьшается, число автомобилей снижается, а их скорость увеличивается до 60 км/ч. Однако даже в это время атмосфера загрязнена, КИЗА превышает отметку 8. Рисунок 3. Зависимость КИЗА от дорожного трафика В связи с этим представляет интерес сделать прогноз изменения экологической обстановки при переводе грузового транспорта на стандарты Евро-5. Расчет проводили по формуле [2]: , где Мпк,i (г/км) - пробеговый выброс i-го вредного вещества автомобилями k-й группы для городских условий эксплуатации; k - количество групп автомобилей; Gk (1/час) - фактическая наибольшая интенсивность движения, т.е. количество автомобилей каждой из k групп, проходящих через фиксированное сечение выбранного участка автомагистрали в единицу времени в обоих направлениях по всем полосам движения; rvk,l - поправочный коэффициент, учитывающий среднюю скорость движения транспортного потока (vк (км/час) на выбранной автомагистрали (или ее участке) 1/3600 - коэффициент пересчета "час" в "сек"; L (км) - протяженность автомагистрали (или ее участка). Результаты приведены на рисунках 4, 5 и 6. Рисунок 4. Изменение в выбросах концентраций СО при переходе грузового транспорта на ЕВРО 5 Как видно из анализа результатов расчета, для всех объектов мониторинга можно ожидать существенного снижения выбросов угарного газа (рисунок 3) и диоксида азота (рисунок 4). Однако в связи с малой долей грузового транспорта в общих транспортных потоках, как уже отмечалось выше, в них преобладают легковые автомобили, и существенного улучшения экологической обстановки в городе, вероятно, не произойдет (рисунок 5). Рисунок 5. Изменение в выбросах концентраций NO2 при переходе грузового транспорта на ЕВРО 5 Рисунок 6. Изменение выбросов от автотранспорта при переходе грузовых автомобилей на ЕВРО 5 Полученные результаты позволяют сделать вывод о том, что выбросы автотранспорта создают повышенное загрязнение городского воздуха, при котором величины концентраций часто превышают ПДК. Для каждого города следует разработать свой комплекс мероприятий, который, в первую очередь, основывается на существующем уровне загрязнения атмосферы и, следовательно, необходимом уровне его снижения, во-вторых, следует учитывать структуру автомобильного парка городов, виды используемого топлива и многие другие факторы. В связи с этим требуются специальные мероприятия для снижения автомобильных выбросов, разработка и реализация комплексных целевых программ по борьбе с загрязнением атмосферного воздуха.

About the authors

M. V. Grafkina

Moscow State University of Mechanical Engineering (MAMI)

Email: ecomami@mail.ru
Dr.Eng., Prof.; +7 499 267 16 05

E. V. Sotnikova

Moscow State University of Mechanical Engineering (MAMI)

Email: ecomami@mail.ru
Ph.D.; +7 499 267 16 05

E. Y. Sviridova

Moscow State University of Mechanical Engineering (MAMI)

Email: ecomami@mail.ru
Ph.D.; +7 499 267 16 05

A. N. Shirokova

Moscow State University of Mechanical Engineering (MAMI)

Email: ecomami@mail.ru
+7 499 267 16 05

A. I. Fedorina

Moscow State University of Mechanical Engineering (MAMI)

Email: ecomami@mail.ru
+7 499 267 16 05

References

Supplementary files