國內外船舶發動機排放標準梳理與比較

進入21世紀以來，為減少船舶造成的空氣污染，國際海事組織(IMO)制定了MARPOL 73/78公約附則VI《防止船舶造成空氣污染規則》，各國政府也紛紛出臺區域性船舶排放標準。近年來，歐盟、美國均更新了各自內河船舶排放標準，中國也首次了頒布船舶發動機排放控制國家標準。本文針對世界主要國家和地區內河船舶排放標準進行了梳理和比較。

歐洲內河船舶排放標準

歐洲船舶發動機排放標準主要包括歐盟非道路移動機械（NRMM）內燃機排放標準、萊茵河航運中央委員會（CCNR）船舶檢查規則、歐洲內河航運標準起草委員會（CESNI）制定的內河航行船舶技術要求等。

1、歐盟NRMM排放標準

2004年4月21日，歐盟頒布NRMM內燃機氣體及顆粒物排放指令——Directive 2004/26/EC，包括Stage III(2006年1月1日實施)和Stage IV(2014年1月1日實施)兩個階段。其中，Stage III階段又分為A、B兩個部分，而Stage III A部分適用于37kW以上內河船舶發動機。

2016年9月14日，歐盟又更新了NRMM內燃機氣體及顆粒物排放指令——Regulation(EU)2016/1628，即NRMM Stage V階段標準。與Stage IIIA不同的是，Stage V根據用途將內河船舶發動機分為IWP(內河船舶主推進用發動機)和IWA(內河船舶輔助用發動機)兩類，IWP和IWA又各分成變速發動機和恒速發動機兩種，每種發動機又根據凈功率分為4小類；污染物類別方面增加了PN(粒徑大于23納米的顆粒物數量)，并對氣體燃料發動機的總HC排放限值提出了特殊要求。如果發動機全部或部分采用氣體燃料，則HC排放限值應按HC=0.19+(1.5⨯A⨯GER)計算得到，其中GER為整個測試循環的平均氣體能量比例(%)，對于雙燃料發動機，系指整個測試循環所使用氣體燃料的能量占兩種燃料全部能量的比例；對于純氣體燃料發動機，GER取為1。如果計算值大于0.19+A，則HC排放限值就取為0.19+A。

2、CCNR排放標準

萊茵河航運中央委員會(CCNR)成立于1816年，在歐洲船舶規范制定方面一直占據主導地位。2003年，CCNR率先在其內河船舶規范《萊茵河船舶檢查規則》中頒布了船舶發動機空氣污染物排放標準，即CCNR Stage I標準;2007年CCNR又頒布了CCNR Stage II標準，進一步收緊排放限值。CCNR船舶發動機排放標準與歐盟NRMM標準體系和限值均不相同。為了與NRMM標準協調，CCNR規則規定，按照歐盟指令Directive 2004/26/EC進行型式認證的船舶發動機(即滿足NRMM Stage IIIA)視為等同于《萊茵河船舶檢查規則》提及的型式認證。

3、CESNI排放標準

為協調NRMM與CCNR規則的一致性，CCNR在2015年6月決定成立CESNI，由CCNR成員國和歐盟成員國的專家共同組成，其目的是制定統一的內河航運船舶技術要求。按照計劃，NRMM和CCNR規則將于2018年10月8日完全統一。

CESNI于2017年發布了《歐洲內河船舶技術要求》（2017/1），該技術要求直接引用了歐盟指令Regulation(EU) 2016/1628，即NRMM Stage V標準。最遲在2018年10月7日前，歐盟指令和CCNR都將按照上述要求執行，從而達到歐洲內河船舶技術要求的統一。

美國內河船舶排放標準

美國船舶柴油機排放控制標準納入《美國聯邦法規》(CFR)中，主要由美國環保署(EPA)制定，屬于具有普適性的國家法律組成部分之一。EPA根據用途、額定功率、單缸排量等將船舶柴油機分成小型、C1商用、C2、C3和C1娛樂共5類，每一類都對應有不同的排放標準。

1、小型船舶發動機（37kW以下）

CFR第40篇第89部分“新造及在用非道路圧燃式發動機排放控制”規定了非道路圧燃式發動機的空氣污染物排放標準，額定功率小于37kW的船舶柴油機需滿足其中Tier 1和Tier 2兩個階段的要求。

2、C1商用、C1娛樂、C2和C3（37kW以上）

CFR第40篇第94部分“船用壓燃式發動機排放控制”專門針對37kW以上船舶柴油機提出了排放控制要求，也分為Tier 1和Tier 2兩個階段。對于C1和C2，如果是天然氣發動機，則用NMHC+NOx代替THC+NOx，排放限值不變。

CFR第40篇第1042部分“新造及在用船舶圧燃式發動機及船舶排放控制”進一步針對37kW以上船舶柴油機提出了Tier 3和Tier 4階段限值。Tier3限值適用3700kW以下的C1和C2類發動機，Tier 4限值適用于600kW以上C1商用和C2類發動機。

國內船舶排放標準

我國內河船舶排放標準主要包括《內河船舶法定檢驗技術規則》、GB20891《非道路移動機械用柴油機排氣污染物排放限值及測量方法》和GB15097《船舶發動機排氣污染物排放限值及測量方法》等。

1、《內河船舶法定檢驗技術規則》

2011年9月1日，中華人民共和國海事局《內河船舶法定檢驗技術規則》（2011版）生效，正式在全國內河實施船舶發動機NOx排放控制，限值與IMO Tier I相同，適用于130kW以上柴油機。2015年3月1日，《內河船舶法定檢驗技術規則2015修改通報》正式生效，新造船舶柴油機NOx排放需滿足IMO Tier II要求，這也是我國130kW以上船舶柴油機現行排放標準。

2、GB20891《非道路移動機械用柴油機排氣污染物排放限值及測量方法》

2007年4月3日，我國發布了GB20891-2007《非道路移動機械用柴油機排氣污染物排放限值及測量方法（中國I、II階段）》，第I、II階段分別于2007年10月1日和2009年10月1日實施，但僅規定額定凈功率不超過37kW的船舶柴油機可參照執行，非強制要求。

2014年5月16日，我國又發布了GB20891-2014《非道路移動機械用柴油機排氣污染物排放限值及測量方法（中國III、IV階段）》，第III階段從2014年10月1日開始實施，第IV階段實施時間待定，且明確規定額定凈功率不超過37kW的船舶柴油機需強制執行。

3、GB15097-2016《船舶發動機排氣污染物排放限值及測量方法》

2016年8月22日，環境保護部和國家質量監督檢驗檢疫總局聯合發布了GB15097-2016《船舶發動機排氣污染物排放限值及測量方法(中國第一、二階段)》，這是中國首次專門針對船舶發動機排放控制發布強制性國家標準。該標準適用于額定凈功率大于37kW的第1類船機（額定凈功率大于或等于37kW且單缸排量小于5L）和第2類船機（單缸排量大于或等于5L且小于30L），包括柴油機和氣體燃料發動機，對氣體燃料發動機還專門提出了甲烷(CH4)排放限值。

比較與展望

基于上述梳理不難發現，歐盟和美國的內河船舶排放控制標準已經歷近20年的發展，目前，歐盟主要實施NRMM標準和CCNR規則，NRMM船機標準歷經了Stage IIIA和Stage V兩個階段，CCNR歷經了CCNR1和CCNR2兩個階段；美國主要實施EPA標準，目前歷經了Tier 1、Tier 2、Tier 3和Tier 4四個階段。中國內河船舶排放標準只經歷了10年左右的發展，近年才頒布CHN Stage I和CHN Stage II兩個階段內河船機排放限值。下文從控制污染物種類、排放限值兩個方面進行比較和分析。

1、 污染物種類

表1列出了各種標準控制污染物種類。從中可以看出，歐盟、萊茵河、美國和中國標準均涵蓋CO、HC、NOx和PM四種基本污染物；另外，歐盟NRMM Stage V和中國CHN標準還提出了氣體發動機CH4排放控制。值得注意的是，NRMM Stage V還專門提出了顆粒物數量PN控制，從這個角度講，歐盟NRMM Stage V是目前污染物類別覆蓋最全面的。

表1 不同國家和地區內河船舶排放標準控制污染物種類

2、排放限值

圖1對歐盟、萊茵河、美國和中國最新船舶排放限值范圍進行了比較。不難看出，歐盟NRMM Stage IIIA、萊茵河CCNR Stage II、美國EPA Tier 3和中國CHN Stage I對HC、NOx和PM等常規污染物的限值基本處于同一水平。但歐盟和美國最近頒布的最新標準NRMM Stage V和EPA Tier 4均進一步了收緊HC和NOx限值，同時對PM進行了大幅削減，相比而言，中國CHN Stage II標準則要寬松一些。

圖1 不同國家和地區船舶發動機排放法規比較

針對目前比較受關注的天然氣發動機CH4排放，目前只有歐盟和中國標準提出了直接要求。在NRMM Stage V中，CH4排放計入THC中，THC限值最大可取6.19g/kWh； CHN Stage I和Stage II單獨提出CH4排放限值，范圍為1.0-2.0g/kWh。比較而言，目前中國標準對于內河船機CH4排放的限制是最為嚴格的。

展望未來，可以發現，為應對未來日益嚴格的船舶排放標準，天然氣作為燃料在船舶上的應用將越來越多，但不斷收緊的THC或CH4排放限值將對天然氣發動機形成嚴峻的挑戰，許多國際組織如CIMAC、SGMF等正在著手制定天然氣發動機的CH4排放標準。傳統的機內凈化措施或將無法滿足日益嚴格的標準限值，設計者除考慮降低機內CH4直接逃逸、減少未燃CH4排放外，還應著重考慮DOC(氧化催化器)技術在船機上的應用研究。

另外，從歐盟NRMM Stage V和美國EPA Tier 4來看，PM排放是未來船機的一個挑戰，逐步引入顆粒物數量PN排放控制，也是未來船機PM排放控制向精準化方向發展的趨勢之一，DPF(顆粒捕集器)或將成為重要應對手段之一。但目前船機應用DPF缺乏實際經驗，高硫含量燃油也對DPF應用帶來挑戰，企業需盡早開展技術研發和儲備。