引言

非道路移动机械指不以道路运输为目的，装配有发动机的移动机械和工业设备，包括工程机械(挖掘机、推土机、压路机等)、农业机械(拖拉机、收割机、农用运输车等)、小型通用机械、柴油发电机组、船舶、铁路内燃机车、航空等^[1]。非道路移动机械用柴油机(本研究在无特别说明情况下简称非道路移动机械)往往功率更大，具有使用功率范围广、作业环境差、油品质量低等特点，面临数量难以确定、流动性大、监管难等问题^[2]。2019年全国机动车碳氢化合物(HC)、氮氧化物(NO_x)、颗粒物(PM)排放量分别为189.2万t、635.6万t、7.4万t，而非道路移动机械HC、NO_x、PM的排放量分别为43.5万t、493.3万t、24.0万t，其NO_x的排放量接近机动车，PM的排放量已经超过机动车，可见非道路移动机械排放对环境质量有显著影响^[3]。近年来，随着产业转型升级和环保力度的不断加大，各国不断提高机动车排放标准，全球道路移动源排放得到全面控制，排放量逐年下降，但非道路移动机械排放标准的制定和减排措施的实施较机动车仍相对落后，开展非道路移动机械污染防治研究已成为环境治理的当务之急^{[4, 5]}。

研究结果表明，在各种控制非道路移动机械排放、改善环境质量的技术和措施中，提升排放标准被认为是最有效的方法之一^[6-10]。世界各国先后制定了限值不同的排放标准^[11]，2008年起，美国开始实施第四阶段排放标准(Tier 4)，欧盟于2019年开始实施第五阶段排放标准(以下简称欧Ⅴ)，不断更新实施的排放标准逐步降低了排放限值，有效减少了污染物的排放。中国对非道路移动机械排放标准的研究起步较晚，2014年10月起实施了中国第三阶段排放标准，为制定符合中国国情的科学排放标准，李媛媛等^[12] 总结了美国非道路移动机械污染防治方法；宋天佳等^[13] 解析了欧V排放新标准；杨晓慈^[14] 分析了欧盟非道路移动机械排放标准与中国的差异性；周磊^[15]、李昆生等^[16] 阐述了中国非道路移动机械现行排放标准以及移动源污染防治法规。目前，针对中国与欧盟和美国现行非道路移动机械排放标准的对比分析研究较少，本研究首先总结了中国与欧美在非道路移动机械类型划分方式上的不同；其次，对中国与欧美的排放标准进行详细全面地比较分析；最后，通过案例分析说明提升排放标准能够有效减少污染物排放。以期结合国内非道路移动机械污染防治现状，借鉴国外污染防治的先进经验，为我国非道路移动机械污染防治工作及相关排放标准制定提供科学依据。

1 非道路移动机械类型划分

非道路移动机械主要具有分布范围广、保有量大、种类多的特点，研究不同国家和地区非道路移动机械排放标准的差异性，首先要明确各个国家和地区对非道路移动机械的定义及对机械的划分类型^[17]，这是开展非道路移动机械类型排放标准研究的必要条件。本研究通过对比分析中国与欧美对非道路移动机械的划分方式和划分类型，明确了不同国家和地区对非道路移动机械划分的差异性，研究结果对国内科学合理地划分非道路移动机械类型具有借鉴意义。

1.1 中国

中国对非道路移动源的划分，采用原环境保护部发布的《非道路移动机械排放清单技术指南》(以下简称《技术指南》)中提供的方法^[18]，根据用途分为工程机械、农业机械、小型通用机械、柴油发电机组、船舶、铁路内燃机车、民航飞机，按照不同的分类依据有四级分类，详细分类如图 1(a)所示。

由图 1(a)可以看出，中国对非道路移动机械分类方式有四级，第一级根据用途划分，包括工程机械、农业机械、小型通用机械、柴油发电机组、船舶、铁路内燃机车、民航飞机；第二级根据类别划分，工程机械包括挖掘机、推土机、装载机、叉车、压路机、摊铺机、平地机、其他，农业机械包括拖拉机、联合收割机、农用运输车、排灌机械、其他，小型通用机械包括手持、非手持，船舶包括客运、货运船舶，铁路内燃机车包括客运、货运内燃机车；第三级按额定净功率划分，包括＜37kW、37~ 75kW、75~ 130kW、≥130kW四个功率区间；第四级根据排放标准划分，包括国Ⅰ前、国Ⅰ、国Ⅱ、国Ⅲ、国Ⅳ五个排放阶段^{[17, 18]}。

1.2 欧盟

欧盟对非道路移动机械的定义和划分主要依据发动机的类型，欧Ⅴ规定了所有类别的压燃式(柴油机)和点燃式的非道路移动机械发动机的排放控制要求，对非道路用发动机类型进行了重新命名，详细如表 1所示。

1.3 美国

美国对非道路移动机械排放研究起步早，技术相对成熟，具有健全的非道路移动机械管理体制。为了实现精细化管理，美国环保局(EPA)与发动机制造商、燃料生产商、州和地方政府、交通规划者和公众进行了广泛合作，共同控制移动源污染排放。EPA签署了多个非道路机械标准，为所有不同类型的非道路发动机、设备等分别制定了不同的标准。美国的非道路移动机械包括五大类型，如图 1(b)所示。

1.4 非道路移动机械类型划分比较分析

中国按照不同的分类依据，采用四级分类的方式对非道路移动源进行划分，其中按排放标准分类也是一种划分方式；欧V将非道路移动机械的发动机划分为十种类型，对每一种发动机制定了严格的排放要求；美国将非道路移动机械分为陆用柴油发动机机械、陆用非道路点燃式机械、船用发动机及船舶、铁路机车以及飞机五种类型，EPA通过与各方合作，按照机械发动机类型制定了相应的排放标准，实现了污染精细化治理。相比较而言，中国的划分方式最为细致，美国的划分方式与中国有相似之处(都有分铁路机车和飞机)，但也存在按照发动机类型划分机械的方式，欧盟所有非道路移动机械都根据发动机类型划分，这种划分方式较为高效便捷，在分类方式上应予以借鉴。

2 非道路移动机械标准介绍 2.1 污染物排放标准

为提升大气环境质量，加快推进非道路移动机械污染防治研究工作，世界各国均制定了相应的非道路移动机械排放标准。中国、欧盟及美国的非道路移动机械排放标准实施进度具体见图 2。

2.1.1 中国

中国对非道路移动机械排放标准研究起步较晚，原国家环境保护总局、原环境保护部分别于2007年4月3日、2014年5月16日发布了《非道路移动机械用柴油机排气污染物排放限值及测量方法(中国Ⅰ、Ⅱ阶段)》(GB 20891—2007)、《非道路移动机械用柴油机排气污染物排放限值及测量方法(中国三、四阶段)》(GB 20891—2014)，并分别于2007年10月1日、2014年10月1日正式实施。

原环境保护部规定，自2014年10月1日起，凡进行排气污染物排放型式核准的非道路移动机械都必须符合《非道路移动机械用柴油机排气污染物排放限值及测量方法(中国第三、四阶段)》标准第三阶段要求；同时《非道路移动机械用柴油机排气污染物排放限值及测量方法(中国Ⅰ、Ⅱ阶段)》(GB 20891— 2007)自2016年4月1日起废止。中国非道路移动机械第三、四阶段排放限值如表 2所示。

为进一步减少非道路移动机械污染物排放，加快改善环境质量，北京市制定了《非道路移动机械用柴油机排气污染物限值及测量方法》(DB 11/185— 2013) ^[20]，上海和深圳也规定提前实施《非道路移动机械用柴油机排气污染物排放限值及测量方法(中国三、四阶段)》的方案。另外，为有效解决在用非道路移动机械冒黑烟及PM排放量过大的问题，北京、上海、深圳及天津相继出台了本地的在用非道路移动机械用柴油机排气烟度排放限值及测量方法技术标准。地方排放标准在排放限值方面较国家排放标准更加严格，有力改善了重点城市的空气质量，提高了城市竞争力。

2.1.2 欧盟

欧盟关于非道路移动机械的第一部法规(Directive 97/68/EC)于1997年12月16日发布。该法规把非道路移动机械排放标准实施分为两个阶段：Stage Ⅰ和Stage Ⅱ。Stage Ⅰ于1999年实施，Stage Ⅱ从2001年到2004年在欧盟各成员国相继实施。欧盟于2004年4月21日通过欧盟Stage Ⅲ和Stage Ⅳ排放标准(Directive 2004/26/EC)，又于2005年2月21日发布了针对农用和林业机械的排放标准修订版(Directive 2005/13/EC) ^[21]。Stage Ⅲ被分为Ⅲ A和Ⅲ B两个阶段，于2006年至2013年逐步实施。Stage Ⅳ于2014年开始实施。有关Stage Ⅴ排放标准的条例在2014年被提出，并于2016年9月14日完成，针对额定净功率超过130 kW以及低于56 kW的非道路机械排气污染物限值排放标准于2019年开始实施，而对于额定净功率在56 kW到130 kW之间的于2020年开始实施^[22]。自2019年起，欧盟开始实施非道路移动机械第Ⅴ阶段排放标准，欧盟Stage Ⅳ及Stage Ⅴ具体排放限值如表 3所示。

2.1.3 美国

美国于1994年提出非道路移动机械排放标准的第一部法规Tier 1，于1996—2000年逐步实施。Tier 2和Tier 3于2000—2008年逐步实施。2004年EPA签署引入Tier 4排放标准，于2008—2015年逐步实施。美国非道路移动机械现行排放标准为EPA发布的Tier 4排放标准，相关排放标准的具体排放限值及实施年份见表 4。

2.2 基准油品标准

油品硫含量决定了非道路移动机械的超微颗粒排放量，因而油品标准中的硫含量是各地区油品质量提升的关键控制因素。当前，我国非道路机械油品标准参照规范GB 20891—2014第三、四阶段基准柴油技术要求，以降低硫含量为主要目标，其中第四阶段基准柴油技术要求硫含量不大于10 ppm ^①，同时逐步降低多环芳香烃等以进一步提升油品质量。欧洲方面由于新冠肺炎疫情的影响，在EU 2020/2040中延长欧洲第五阶段油品标准期限，该标准中硫含量等方面与GB 20891—2014一致，均为10 ppm，对于多环芳香烃含量要求欧洲规范更为宽泛。EPA方面，非道路机械柴油标准规定2014年起所有非道路机械应采用超低硫柴油(ultra-low sulfur diesel，ULSD)，即柴油硫含量不大于15ppm，标准同样对芳香烃的含量提出了要求。

① ppm(part per million)，即百万分之一，是一个无量纲量，表达溶液浓度时，1ppm即为1μg/ml。

3 非道路移动机械排放标准比较分析 3.1 污染物排放测量方法比较

中国与欧美的非道路移动机械污染物测量方法，包括稳态试验循环(NRSC)和瞬态试验循环(NRTC)。NRSC是依据排放测试循环ISO8178(适用于不同类型非道路移动机械发动机的国际标准)进行测量的；NRTC包含1238个逐秒变化的试验循环，NRTC试验循环包含冷启动循环和热启动循环，冷启动循环开始时，发动机的冷却液和机油以及发动机的处理系统和辅助设备都应该在20℃到30℃之间，冷态试验结束后，立即进行20分钟热浸期，热浸期结束后应立即进行热启动循环试验，污染物的结果应在冷态和热态两种循环下得出。

在中国非道路移动机械排放现用标准中，NRSC适用于所有第三阶段、第四阶段排气污染物测量；NRTC适用于第四阶段小于560kW非恒定转速柴油机排气污染物的测量，测量的最终结果为冷启动循环下的结果的10 % 和热启动循环下的结果的90 % 的加权。

在欧盟非道路移动机械排放现用标准中，NRSC和NRTC均被应用于Stage Ⅴ阶段的排气污染物测量，NRTC下测量的最终结果为冷启动循环下结果的10 % 和热启动循环下结果的90 % 的加权；在美国非道路移动机械现用排放标准Tier 4中，NRSC和NRTC均被用于测量污染物的排放量，NRTC下测量的最终结果为冷启动循环下结果的5 % 和热启动下结果的95 % 的加权。

3.2 污染物排放限值比较分析

本研究对中国、欧盟、美国在用非道路移动机械排放标准进行比较，对比分析中国与欧美非道路移动机械排气污染物排放限值，以总结各污染物排放限值的差异性。中国与欧美非道路移动机械在用排放标准排气污染物限值如表 5所示。

3.2.1 CO排放限值比较分析

中国与欧美非道路移动机械污染物CO排放限值如图 3所示。由图可知，在污染物CO排放限值标准的制定上，我国目前的在用标准与欧盟、美国基本相同。对比中国与欧美非道路移动机械排放标准，在P_max≥37 kW时，中国与欧美的排放限值基本一致；在19≤P_max＜37 kW时，欧盟的排放限值比中国和美国低0.5；在P_max＜19 kW时，中国的污染物排放限值最低，在8≤P_max＜19 kW时，欧美的排放限值是中国的1.20倍，在P_max＜8 kW时欧美的排放限值约为中国的1.45倍，我国在该功率区间的排放标准最为严格。

3.2.2 HC+NO_x排放限值比较

中国与欧美非道路移动机械污染物HC+NO_x排放限值如图 4所示。从图中可以看出，在非道路移动机械HC+NO_x排气污染物限值标准的制定上，欧盟与美国的排放标准始终相同。中国在P_max＜19 kW时的在用标准与欧美标准基本一致；在P_max≥19 kW时，中国的排放限值较欧美高，要求更为宽松。在19≤P_max＜37 kW时，欧美的排放限值比中国低了37 %；在56≤P_max＜560 kW时，中国的排放限值为欧美排放限值的3.71~5.92倍，尤其在56≤P_max＜130 kW时差异最大，约为欧美的6倍；在P_max≥560kW时也比欧美高0.21。由此可见，我国的排放标准与欧美相比还有很大差距。

3.2.3 PM排放限值比较

中国与欧美道路移动机械污染物PM排放限值如图 5所示。从图中可以看出，在非道路移动机械污染物PM排放标准的制定上，中国的排放限值是欧盟的1.50~ 40.00倍，是美国的0.83~ 20.00倍，排放标准落后于欧盟与美国。在P_max＜19 kW时，中国的排放标准与欧美之间存在较大差距，欧美的排放限值比中国低了37 %；而在19≤P_max＜37 kW时，这种差异较为显著，中国的排放限值是美国的20倍，是欧盟的40倍，落后于欧美，而欧盟非道路移动机械污染物PM的排放限值最低。

3.3 小结

分析中国与欧盟、美国非道路移动机械在污染物测量方法及排放限值方面的差别，结果表明，中国和欧盟在测量方法NRTC上加权一致，与美国加权百分比不同。由于美国非道路移动机械污染物测量方法NRTC中的冷启动和热启动的加权与中国不同，这会对排放标准限值设定产生影响，但美国的检测方法对于中国和欧盟来说，提供了另外一种检测方案，可用于后期污染物排放检测标准的深化研究；在排放限值方面，中国的排放限值明显高于欧美，尤其是污染物HC、NO_x、PM的排放标准与欧美相比还存在相当大的差距。针对国内现状，为降低非道路移动机械排放量，减少空气污染，提升大气环境质量，应借鉴欧盟与美国的先进经验，如加快淘汰不符合标准的非道路移动机械，优化非道路移动机械排气污染物检测方案，提高大气污染物(CO、HC、NO_x、PM等)排放标准。

4 对非道路移动机械污染防治工作的具体建议

基于以上分析，本研究提出以下对非道路移动机械污染防治工作的具体建议：

(1) 加快油品质量、技术升级，加速制定强制性油品标准，保证油品达标。自2019年1月1日起，全国全面供应符合国六标准的车用汽柴油，取消普通柴油标准，并统一车用柴油、普通柴油、部分船舶用油的标准，实现“三油并轨”；促进油气回收治理以及尾气净化技术革新；加强油品生产、销售、储存和使用环节的执法监管。

(2) 强化综合监督管理和维修治理，提升大气污染物的排放标准并坚决执行。对非道路移动机械的生产商和燃料供应商进行许可证管理，使其达到生态环境部发布的污染物排放标准；制订非道路机械排放跟踪调查和保养计划，通过采用定期检测、全面推进抽检等执法监管手段对排放超标的非道路移动机械实施处罚，对于抽查结果多次不合格的，应责令进行维修、报废或停产，必要时实行产品缺陷召回制度；鼓励公众参与社会监督，开通投诉举报通道，例如12369环保热线等，对情况属实的予以适当奖励；积极宣传非道路移动机械排放对城市空气质量的影响及劣质油品的危害，提高社会公众的环保意识。

(3) 进行政策激励和引导。积极推进排放控制区的划定、管控、评估工作，推动各地依法划定禁止使用高排放非道路移动机械区域；加快在用非道路机械排放标准监测规范、燃料油标准等的编制工作；通过税收减免等经济引导手段鼓励生产商主动提高非道路机械的燃油经济效率；实施绿色政府采购制度，在政府采购时对于使用新能源动力的非道路移动机械的单位给予适当加分；对提前淘汰的高排放的老旧机械进行适当补贴，推进这些机械的更新淘汰和深度治理。

(4) 加快企业技术革新。为缓解环保压力，非道路移动机械用柴油机的更新换代在所难免，一些规模小、技术力量薄弱、污染物排放多的企业将会逐渐被淘汰。作为非道路移动机械的生产商、燃料供应商等相关企业，只有响应国家节能减排的号召，大力应用新技术、新工艺、新材料，提高自主开发能力和创新能力，才能走出被市场淘汰的困境。