1 9 98 Avgasutsläpp från vägtrafiken i Vägverkets regioner
Utveckling utan, alternativt med, optimal användning av motorvärmare CE po a CW "© = e CQ "© "© CD = Ulf Hammarström div Väg- och transport-/ forskningsinstitutet
VTI meddelande 846 - 1998
Avgasutsläpp från
vägtrafiken i Vägverkets
regioner
_ Utveckling utan, alternativt med, optimal
användning av motorvärmare
Ulf Hammarström
(Lib
Väg- och
Utgivare Publikation
VTI meddelande 846
m Utgivningsår Projektnummer
.. 1998 50116
' Vag- och
transport-- - - Projektnamn
forskningSlnsntUtet Kallstarteffekter inom olika VV-regioner
Författare Uppdragsgivare
Ulf Hammarström Vägverket (VV)
Titel
Avgasutsläpp från vägtrafiken i Vägverkets regioner
Utveckling utan, alternativt med, optimal användning av motorvärmare
Referat
De totala årliga kostnaderna för kallstarter har för år 1996 uppskattats till minst ca 3,7 miljarder kronor. Bland övriga resultat kan nämnas:
att Vägverkets regioner sannolikt inte kommer att klara miljömålet avseende CO2 till år 2010 att kallstartutsläppen med tiden kommer att utgöra en allt större andel av de totala utsläppen
att dagens användning av elektriska motorvärmare innebär att kallstartutsläppen av HC, CO och partiklar reduceras med ca 7% och att kallstarteffekten på bränsleförbrukningen reduceras med ca 4%
att en optimal användning av elvärmare inte skulle förbättra utvecklingen avseende CO2 och NOX medan däremot marginella förbättringar skulle kunna förväntas avseende övriga ämnen
att en optimal användning av befintliga elvärmare skulle medföra stora både samhälls- och privatekonomiska kostnadsreduktioner, främst i form av elreduktion, jämfört med nuläget
att man inte av privat- eller samhällsekonomiska skäl generellt kan förorda en Ökad förekomst av elvärmare att elanvändningen till motor- och kupévärmare kan ha mer än marginell betydelse i det svenska elsystemet. Dessa resultat bygger på beräkningar med två av Statens väg- och transportforskningsinstitut (VTI) utvecklade beräkningsmodeller:
COLDSTART, för beskrivning av representativa kallstarttillägg med beaktande av bl.a. motorvärmare EMV, för beskrivning av vägtrañkens utsläpp på regional eller nationell nivå.
ISSN 0347-6049 Antal sidor 47 + 4 Bil. Språk Svenska
Publisher Publication
VTI meddelande 846
Published Project code
. . 1998 50116
Swedish National Road and
Project
' Transport Research Institute Cold start effects in the various regions of the
Swedish National Road Administration
Author Sponsor
Ulf Hammarström Swedish National Road Administration
(SNRA)
Trtie
Emissions from road traffic in the various regions of the Swedish National Road Administration Development with and without the optimal usage ofengine heaters
Abstract (background, aims, methods, result)
Thetotal costs of cold starts in 1996 have been estimated to be at least SEK 3 .7 billion. The following are among
other results:
The various regions of the Swedish National Road Administration will probably be unable to meet the environmental target for CO2 by 2010.
Cold start extra emissions will constitute an increasing proportion of total emissions in the years to come. Today's usage of electric engine heaters reduces cold start extra emissions of HC, CO and particulates by about 7%, and the cold start extra fuel consumption by about 4%.
Optimal usage of electric heaters would not improve the trend regarding CO2 and NOX, although marginal improvements could be expected regarding other substances.
Optimal usage of existing electric heaters would lead to major both socio and private economic cost reductions compared with the present level, mainly through lower electricity consumption.
Private and socio economic reasons do not in general justify recommending increased installation of electric heaters.
Electricity consumption by engine heaters and cabin heaters can be of more than marginal importance for the Swedish electricity system.
These results are based on calculations using two models developed by the Swedish National Road and Trans-port
0
Research Institute (VTI). They are:
COLDSTART, for analysing representative cold start effects taking engine heaters into account. EMV, for analysing road trafñc emissions on a regional or national level.
ISSN
Förord
Det här redovisade projektet har genomförts på uppdrag av Vägverket. Kontaktpersoner på Vägverket har varit Michael Bjömbäck och Håkan Johansson.
Genomförandet av projektet har på Statens väg- och transportforskningsinstitut (VTI) främst engagerat: 0 Henrik Edwards, COLDSTART-anpassningar 0 Ulf Hammarström, projektledare
VTI MEDDELANDE 846
Per Henriksson, antalsbeskiivningar Bo Karlsson, EMV-anpassningar Janet Yakoub, beräkningar
Janete de Castro och Siv-Britt Franke, utskrift. . Inför utgivningen av den här redovisade studien har ett granskningsseminarium hållits med Mats Söderström som lektör.l
1 Universitetslektor vid Tekniska Högskolan i Linköping, IKP
Innehållsförteckning
Sammanfattning ... 9 Summary ... 13 1 Inledning ... .. . ... .. 17 2 Målsättning ... .. 18 3 Beräkningsmodeller ... .. 19 3.1 EMV ... .. 19 3 .2 COLDSTART ... .. 193 .3 Koppling mellan EMV och COLDSTART ... .. 20
4 Problembeskrivning ... .. 21
5 Metod ... .. 23
5 .1 EMV ... 23
5.1.1 Trañkdata ... .. 23
5.1.2 Antal fordon ... .. 28
5. 1 .3 Övriga indata till EMV ... .. 28
5.2 COLDSTART ... .. 29
5 .3 Värderingar ... .. 31
6 Resultat ... .. 33
6.1 Totala utsläpp och kallstartutsläpp per region enligt basalternativet ... .. 33
6.2 Strategier för optimal användning avmotorvärmare ... .. 35
6.3 Totala utsläpp och kallstartutsläpp med optimal användning av motorvärmare ... .. 41
7 Diskussion ... .. 43
8 Referenslista ... .. 47 Bilaga 1: EMV-modellens indatabilder, vissa exempel
Bilaga 2: Trañkdata, underlag för beräkningar
Bilaga 3: Avgasutsläpp med en användning av motorvärmaremotsvarande nuläget Bilaga 4: Avgasutsläpp med en optimal användning av el-motorvärmare
Avgasutsläpp från vägtrafiken i Vägverkets regioner
Utveckling utan, alternativt med, optimal användning av motorvärmare av Ulf Hammarström
Statens väg- och transportforskningsinstitut (VTI) 581 95 Linköping
Sammanfattning
De totala ärliga kostnaderna för kallstarter har för är 1996 uppskattats till minst ca 3, 7 miljarder kronor. Dess-utom gäller följande:
0 att Vägverkets regioner sannolikt inte kommer att klara miljömålen avseende C02 till är 2010 0 att kallstartutsläppen med tiden kommer att utgöra en allt större andel av de totala utsläppen
0 att dagens användning av elektriska motorvärmare innebär att kallstartutsläppen av HC, C0 och partiklar reduceras med ca 7% och att kallstarteffekten pä bränsleförbrukningen reduceras med ca 4%
0 att en optimal användning av befintliga elvärmare inte skulle förbättra utvecklingen avseende C02 och NOX medan däremot marginellaförbättringar skulle kunna förväntas avseende övriga ämnen
0 att en optimal användning av befintliga elvärmare skulle medföra både stora samhälls- och privatekonomiska kostnadsreduktionen främst i form av elreduktion, jämfört med nuläget
0 att man inte av privat- eller samhällsekonomiska skäl generellt kan förorda en ökadförekomst av elvärmare 0 att elanvändningen till motor- och kupe'värmare kan ha mer än marginell betydelse i det svenska elsystemet.
Inom ramen för Vägverkets reform avseende färre kall- användning. En viktig del av studien har varit att beskriva
starter har utvecklingen av vägtrañkens avgasutsläpp be- vad en optimal användning innebär.
skrivits för en användning av motorvärmare som mot- Med en användning av motorvärmare motsvarande
svarar dagens och för en ekonomiskt grundad optimal dagens har följande regionala utvecklingar beräknats:
C02 (1 000 ton)
Ar Mälardalen Mitt Norr Skåne Sthlm Sydost Väst
1996 2 088 2 024 1 047 1 896 2 209 2 618 3 742
2001 2 244 2 052 1 082 1 995 2 335 2 746 3 825
2020 2 824 2 284 1 241 2 440 2 704 3 281 4 363
NOx (ton)
År Mälardalen Mitt Norr Skåne Sthlm Sydost Väst
1996 18 455 19 044 9 858 15 961 16 223 23 292 31 869 2001 17 046 17 295 9 186 14 467 14 049 21 338 27 881
2020 11 132 9022 5311 9129 10323 13 747 17279
HC (ton)
Ar Mälardalen Mitt i i i Norr- Skåne i . Sthlm . . Sydost .. , Väst. -1996 18 646 19 134 10 032 17 309 18 939 22 392 32 404 2001 17 745 17 539 9 397 15 345 14 865 20 073 27 313 2020 6 829 5 53,1 3 109 77 6 244. , 6 872- i 7 5.73.. .i 10 891.0 i.
Ur tabellerna framgår bl.a.:
0 att region Väst genomgående har de största utsläp-pen
0 att region Norr genomgående har de lägsta utsläp-pen
0 att för C02:
- region Mitt har den lägsta relativa ökningen - region Mälardalen har den högsta relativa
ökningen
- att sannolikt ingen region klarar COZ-målet till vare
sig är 20002 eller är 2010
0 att för NOX:
- region Mitt har den största relativa reduktionen - region Stockholm har den minsta relativa
reduk-tionen 0 att för HC:
- region Mitt har den största relativa reduktionen - region Mälardalen har den minsta relativa
reduk-tionen.
En starkt bidragande orsak till att region Stockholm har den minsta NOX-reduktionen är att den tunga trafiken förväntas öka med 39% från år 1996 till år 2020, vilket är den största ökningen bland regionerna.
De s.k. kallstarttilläggens andel av de totala utsläp-pen på nationell nivå med dagens motorvärmar-användning har beräknats till följ ande:
Andel (%) kallstartutsläpp med nuvarande användning av motorvärmare
År HC C0 NOx C02 Part
1996 16,3 34,4 3,4 5,6 7,4
2001 18,5 40,4 4,5 5,6 9,1
2020 36,3 73,4 9,2 5,8 17,4
Ur tabellen framgår tydligt att kallstartutsläppen med tiden kommer att utgöra en allt större andel av detotala utsläppen.
Jämfört med en situation där elvärmare inte skulle an-vändas innebär användningen i nuläget följ ande: 0 att kallstarttilläggen i form av HC och CO har
redu-cerats med ca 7%
0 att kallstarttilläggen i form av NOX har ökat med ca 1 %
0 att kallstarttilläggen i form av bränsleförbrukning har reducerats med ca 4%
0 att de samhällsekonomiska kostnaderna för kallstart-effekter har reducerats med ca 0,9%
0 att de privatekonomiska kostnaderna för kallstarter ökat med ca 5%.
2 Det av Riksdagen beslutade målet (Prop. 1992/93: 179, sid
33, JOU19, rskr 361) att utsläppen inte ökar från år 1990 till år 2000. Inte heller det i Regeringens proposition 1997/9856 före-slagna målet om oförändrade utsläpp mellan år 1990 och år 2010 kan förväntas uppfyllas.
10
I nuläget sker ca 4% av alla personbilsstarter under året med inkopplad elvärmare.
Därav följ er att effekterna av motorvärmare på kallstarttillägg kan vara betydande då motorvärmare används. Detta sammanfaller också med de situationer då det är störst risk att gränsvärdena för halter i gaturummet överskrids.
Den genomsnittliga inkopplingstiden vid användning har uppskattats till över tre timmar och den totala elanvändningen till ca 0,29 TWh/år.
Eftersom ca 60% av de som har motorvärmare också har kupévärmare med parallell användning följer att den totala elförbrukningen per år i nuläget för dessa två kom-ponenter tillsammans skulle kunna uppgå till ca 0,8 TWh. En kupévärmare har ca tre gånger större effektuttag än eneldriven motorvärmare.
Beräkningarna baseras på trafikprognoser ur den natio-nella planen för vägtransportsystemet. Denna innebär på nationell nivå bla. följande trañkökningar från år 1996 till år 2020:
0 25% för personbilar 0 20% för tunga lastbilar 0 5% för bussar.
En annan viktig beräkningsförutsättning är att den tek-niska utvecklingen har förutsatts stanna på en nivå mot-svarande årsmodell 1996, dvs. efterföljande årsmodeller blir varken bättre eller sämre. Därmed kommer bilparken successivt att bli alltmer lik årsmodell 1996 för beräk-ningsår efter år 1996.
Optimal användning har deñnierats som en minime-ring av de samhällsekonomiska kostnaderna med en privatekonomisk restriktion. Restriktionen motsvarar att man inte privat skall förlora på användningen. All opti-mal användning har förutsatts ske med timer.
I beräkningsförutsättningarna för optimal användning har förekomst av elvärmare och anslutningsmöj ligheter inte förändrats utan enbart användningen. Med använd-ning avses i vilka situationer som inkoppling sker och inkopplingstidens längd.
Med en optimal användning av elvärmare skulle elanvändningen reduceras med ca 70% och de samhälls-ekonomiska kostnaderna exklusive kapitalkostnader reduceras med ca etthundrasex miljoner kr/år, elen till kupévärmare oräknad. Av detta belopp utgör elbesparingen ca nittiotvå miljoner kronor. Parallth skulle även reduktioner kunna uppnås för avgasutsläppen om än mera marginella enligt följ ande:
Förändring av andel (%) kallstartutsläpp med optimal användning av elvärmare (jfr. tabell ovan)
År HC co NOx co2 Part
1996 _0,2 -0,1 0 0 -0,1
2001 _0,1 _0,2 0 0,1 _0,1
2020 _0,1 _0,1 0 0 -0,2
Skulle en förväntad reduktion av el till kupévärmare även beaktas skulle den totala kostnadsreduktionen öka till ca tvåhundrafemtiosex miljoner kr/år.
På regional nivå skulle de största relativa förbättring-arna kunna uppnås i regionerna Mitt och Nord.
Det privatekonomiska utfallet för användning av
elmotorvärmare skulle med en optimal användning för-ändras från en kostnad av ca etthundrafyrtioåtta miljo-ner kronor till en intäkt av ca tjugotvå miljomiljo-ner kronor. Den optimala användningen av elvärmare innebär bl.a. följande:
0 att ingen användning sker för lufttemperaturer över 10°C
0 att ingen användning sker för parkeringstider kortare än 1,5 timmar
0 att ingen inkopplingstid är längre än 1,25 timmar för bilar utan katalysator
0 att ingen inkopplingstid är längre än 0,75 timmar för katalysatorbilar
0 att användningsfrekvensen skulle öka med ca 100% för bilar utan katalysator och med ca 50% för bilar med katalysator
0 att den genomsnittliga inkopplingstiden skulle redu-ceras till ca 0,5 timmar.
Utanför det beskrivna användningsområdet medför in-koppling privat- eller samhällsekonomiska förluster. Det lönsamma användningsområdet, temperatur och parkeringstid, är betydligt större för en samhällsekono-misk utvärdering jämfört med en privatekonosamhällsekono-misk.
För nuläget har någon vinst av elvärmare, jämfört med utan elvärmare, för katalysatorbilar inte kunnat på-visas till skilhiad från bilar utan katalysator. Med opti-mal användning följer lönsamhet av användning både för bilar utan och med katalysator. Eftersom de totala sam-hällsekonomiska kostnaderna för kallstarter uppgår till över tre miljarder kronor, elen till motorvärmare oräk-nad, borde en tillräcklig sparpotential finnas för att kunna motivera betydande satsningar på teknisk utveckling.
Utfallet av den samhällsekonomiska analysen är naturligtvis starkt beroende av vad som medräknas och vilka värderingar som väljs. I analysen har avgaser, driv-medel och el medräknats men inte sådant som motor-slitage, komfort, mm. Det använda elpriset skall mot-svara kostnaden för ny kondenskraft med naturgas som
VTI MEDDELANDE 846
bränsle plus överföringskostnaden. Med undantag för el baseras värderingarna på underlag från Vägverket.
I den privatekonomiska kalkylen ingår enbart bensin och el med genomsnittliga konsumentpriser.
Om investeringskostnaderna för elvärmare beaktas har inte någon lönsamhet, vare sig samhällsekonomisk eller privatekonomisk, kunnat påvisas med motorvär-mare för genomsnittliga startförhållanden på nationell mva.
Något förenklat skulle man kunna säga om nyttan av att använda elvärmare:
0 att den är störreför äldre tekniknivåer än för nyare 0 att den ökar med bilens ålder.
Om kapitalkostnaderna för nyanskaffning beaktas blir dock bilden den motsatta, om inte elvärmarna i skrotade bilar skulle kunna återanvändas.
Även om investeringar i elvärmare skulle medföra en samhällsekonomisk förlust kan åtgärden vara av intresse eftersom det finns speciella mål och gränsvärden för avgaser. Den samhällsekonomiska aspekten är då huvud-sakligen en metod för prioritering mellan olika åtgärder. Användning av elvärmare med parallella kupévärmare innebär i nuläget totala effektuttag av el, uppgående som mest till ca 500 MW. Detta kan exempelvis jämföras med att uteffekten per reaktor i Barsebäck är ca 570 MW. En optimal användning av elvärmare skulle reducera det maximala effektuttaget för elvärmarna med 62% trots en ökad användningsfrekvens.
Den totala elanvändningen för motor- och kupévär-mare kan jämföras med att den totala elanvändningen för elektrisk tågdrift och stationär fordonsuppvännning som år 1993 uppgick till 1,63 TWh. Vägtrañkens elanvänd-ning för motor- och kupévärrnare skulle därmed uppgå till ca 50% av järnvägens elanvändning.
Därmed kan det finnas behov av att parallellt betrakta andra samhällsmål än vad som gäller för vägtrafikens avgasutsläpp. Ett sådant mål skulle kunna vara kärnkraft-ens avveckling. Med en optimal användning av elvärmare kan en betydande reduktion förväntas av det maximala effektuttaget av elkraft.
För att öka möjligheten till att uppnå en optimal an-vändning av elvärmare borde en utveckling av motor-värmare ske i riktning mot en ökad datorstyrning. Den samhällsekonomiska utvärderingen har gett att kallstart-tilläggen i genomsnitt kostar ca 1,0 kr/start. Kostnaden är förbilar utan katalysator ca 0,1 kr/start större än för bilar med katalysator. Av de ingående delkostnadema är för katalysatorbilar de för bränsleförbrukning inklusive OCZ-kostnaderna störst, följt av kostnaderna för HC. Därmed borde den tekniska utvecklingen primärt inrik-tas på reduktion av dessa ämnen.
Emissions from road traffic in the various regions of the Swedish National Road Administration Development with and without the optimal usage of engine heaters
by Ulf Hammarström
Swedish National Road and Transport Research Institute (VTI) SE-581 95 Linköping Sweden
Summary
The total costs ofcold starts in 1996 have been estimated to be at least SEK 3. 7 billion. Thefollowing are among other results:
The various regions of the Swedish National Road Administration will probably be unable to meet the environmental targetfor C02 by 2010.
Cold start extra emissions will constitute an increasing proportion oftotal emissions in the years to come. Today's usage ofelectric engine heaters reduces cold start extra emissions of HC, CO andparticulates by about 7%, and the cold start extrafuel consumption by about 4%.
Optimal usage ofelectric heaters would not improve the trend regarding C02 and NOX, although marginal improvements could be expected regarding other substances.
Optimal usage ofexisting electric heaters would lead to major both socio andprivate economic cost reductions compared with the present level, mainly through lower electricity consumption.
Private and socio economic reasons do not in generaljustijjz recommending increased installation ofelectric heaters.
Electricity consumption by engine heaters and cabin heaters can be of more than marginal importancefor the Swedish electricity system.
As part of the Swedish National Road Administration°s reform aimed at reducing the number of cold starts, the trend in road traffic emissions has been analysed on the basis of usage of engine heaters corresponding to the
important aspect ofthis study has been the definition of optimal usage .
The following regional trends have been calculated on the basis of present usage of engine heaters: present level and for economically optimal usage. An
VTI
CO; (thousand tonnes)
Year Mälardalen Mitt Norr Skåne Stockholm Sydost Väst
1996 2 088 2 024 1 047 1 896 2 209 2 618 3 742
2001 2 244 2 052 1 082 1 995 2 335 2 746 3 825
2020 2 824 2 284 1 241 2 440 2 704 3 281 4 363
N0x (tonnes)
Year Mälardalen Mitt Norr Skåne Stockholm Sydost ' Väst 1996 18 455 19 044 9 858 15 961 16 223 23 292 31 869 2001 17 046 17 295 9 186 14 467 14 049 21 338 27 881
2020 11 132 9 022 5311 9129 10323 13747 17279
HC (tonnes)
Year Mälardalen Mitt Norr Skåne Stockholm Sydost Väst 1996 18 646 19 134 10 032 17 309 18 939 22 392 32 404 2001 17 745 17 539 9 397 15 345 14 865 20 073 27 313
2020 6 829 5 531 3 109 6 244 6 872 7 573 10 891
The tables show that:
0 Region Väst has the highest emissions throughout.
0 Region Norr has the lowest emissions throughout.
0 Concerning C02:
- Region Mitt has the lowest relative increase.
- Region Mälardalen has the highest relative
increase. _
- Probably no region will meet the CO2 target either by 20002 or 2010.
0 Concerning NOX:
- Region Mitt has the largest relative reduction.
- Region Stockholm has the smallest relative
reduction. 0 Concerning HC:
- Region Mitt has the largest relative reduction.
- Region Mälardalen has the smallest relative
reduction.
A major contributory cause of Region Stockholm showing the smallest NOX reduction is that heavy traffic is expected to increase by 39% from 1996 to 2020, which is the largest increase among the regions.
The proportion of cold start extra emissions in rela-tion to total emissions on a narela-tional level, assuming pre-sent usage of engine heaters, has been calculated as follows:
Percentage of cold start extra emissions with present usage of engine heaters
Year HC C0 N0x C02 Part
1996 16,3 34,4 3,4 5,6 7,4
2001 18,5 40,4 4,5 5,6 9,1
2020 36,3 73,4 9,2 5,8 17,4
The table shows clearly that the cold start extra emissions will constitute an increasing percentage oftotal emissions in the years to come.
Compared with a situation where electric heaters are not used, present usage would lead to the following: 0 Cold start extra emissions in the form of HC and CO
would decrease by about 7%.
0 Cold start extra emissions in the form ofNOx would increase by about 1%.
0 Cold start extra fuel consumption would decrease by about 4%.
0 The communityas costs for cold start effects would decrease by about 09%.
0 The individual°s costs for cold starts would increase by about 5%.
2 The goal set up by Parliament (Prop. 1992/93:179, sid 33, JoU 19, rskr 361), whereby emissions are not to increase from 1990 to 2000. Neither can the goal ofunchanged emissions from 1990 to 2010, as set up in the Regeringens proposition 1997/ 98:56 , be expected to be met.
14
At present, about 4% of all annual passenger car starts are made with engine heaters in use.
From this, it follows that the effects of engine heat-ers on cold start extra emissions may be considerable when such heaters are used. This coincides also with the situations when the risk of exceeding the limit values for concentrations in the street space is at its greatest. The average length of usage for engine heaters has been put at over three hours and the total electricity consumption at 0.29 TWh/year.
Since about 60% of motorists who have engine heat-ers also use a cabin heater at the same time, it follows that the present total electricity consumption per year for these two components could be about 0.8 TWh.
A cabin heater uses approximately three times as much electricity as an electric engine heater.
The calculations are based on traffic forecasts in the national plan for the road transport system. The plan assumes the following traffic increases on a national level from 1996 to 2020:
° 25% for passenger cars ° 20% for heavy trucks ° 5% for buses.
Another important assumption for the calculations is that technical development will remain on a similar level to 1996 models, i.e. subsequent models will be neither technically superior not inferior. Thus, the car tleet will increasingly resemble 1996 models in calculations for years after 1996.
Optimal usage has been defined as a minimisation of the community°s costs, with a restriction concerning the individual°s economy. The restriction is that a private person must not lose economically by using a heater. All optimal usage has been assumed to employ a timer. In the calculation assumptions for optimal usage, the availability ofelectric timers and connection facilities has been assumed to be unchanged: it is only usage that changes. Usage refers to the situations in which heat-ers are connected and the length of the connection pe-riod.
With optimal usage ofelectric heaters, electricity consumption could be reduced by about 70% and the community°s costs, excluding capital costs are could be reduced by about SEK 106 million per year, ignoring electricity for cabin heaters. The electricity saving constitutes about SEK 92 million of this sum. At the same time, the following reductions could also be
achieved for emissions, although they are more
margi-nal:
Change in percentage of cold start extra emissions with optimal usage of electric heaters (cf. table above).
Year HC CO Nox CO; Part
1996
-0,2
-0,1
0
0
-0,1
2001
_0,1
_0,2
0
0,1
_0,1
2020
-0,1
-0,1
0
0
-0,2
If an expected reduction of electricity consumption for compartment heaters were also taken into account, the total cost reduction would increase to about SEK 256 million per year.
On a regional level, the largest relative improvements would be achieved in Region Mitt and Region Norr . With optimal usage, there would be a private economic income of about SEK 22 million per year. Optimal usage ofelectric heaters is based on the following assumptions, among others:
0 No usage when air temperatures are above 10°C. 0 No usage for parking periods shorter than 15 hours. 0 No usage for periods longer than 1.25 hours in cars
without catalytic converters.
0 No usage for periods longer than 0.75 hour for cars with catalytic converters.
0 A 100% increase in frequency of usage for cars without catalytic converters and a 50% increase in frequency of usage for cars with catalytic converters.
0 Areduction in the average period ofusage to 0.5 hour. Outside the profitable range described, usage entails losses for the individual or community. The profltable range, temperature and parking period are considerably greater for a community-oriented evaluation compared with one that is individual-oriented.
At present, it is not possible to demonstrate any gain from the use of electric heaters, as against non-use of heaters, in cars with catalytic converters, unlike cars without a catalytic converter. Optimal usage is accompanied by proñtability from usage, both for cars with and without a catalytic converter. Since the community°s total costs for cold starts are over SEK 3 billion a year, disregarding electricity for engine heaters, there should be sufficient savings potential to justify considerable investment in technical development.
The outcome of the community-oriented analysis is naturally highly dependent on what is included and which values are chosen. The analysis includes exhaust emissions, fuel and electricity, but not factors such as engine wear, comfort, etc. The electricity price used corresponds to the cost of power from a new conden-sing plant uconden-sing natural gas as fuel, plus the distribution cost.
VTI MEDDELANDE 846
The individual-oriented analysis includes only petrol and electricity, which carry average consumer prices.
If the capital costs for electric heaters are taken into account, no proñtability from engine heaters has been demonstrated, either for the community or the individual. In Simplified terms, the benefits of using electric heaters are:
° greater for older levels of technology than for newer ° greater the older the car.
If the capital costs are taken into account, however, the picture will be the opposite, unless the electric heaters in scrapped cars can be reused.
Even if investments in electric heaters were to lead to a loss for the community, the measure may be of interest since there are special goals and limits for emissions. The socio-economic aspect is then mainly a way of allocating priority between different measures.
In the present situation, the use of electric heaters parallel to cabin heaters means a total electricity consumption of at most 500 MW. This can be compared with the output of about 570 MW from one nuclear reactor at the Barsebäck plant. Optimal usage of electric heaters would reduce the maximum electricity consumption ofthe heaters by 62%, despite an increased frequency of usage.
The total electricity consumption by engine and cabin heaters can be compared with the total consumption by electric trains and stationary vehicle heating, which was 1.63 TWh in 1963. The electricity consumption ofengine heaters and cabin heaters in road transport would thus be approximately 50% of the electricity consumed by the railways.
Consequently, there may be a need to pay parallel attention to other community goals than those applying to road traffic emissions. Such a goal might be the phasing-out of nuclear power. With optimal usage of electric heaters, a considerable reduction in maximum electricity consumption can be expected.
To promote optimal usage of electric heaters, engine heaters should be developed towards increased computer control. The community-oriented evaluation has indicated that the cold start excess costs are about SEK 1.0 per start. For cars without catalytic converters, the cost is about SEK 0.10 higher per start compared with cars using catalytic converters. Of the part costs included, those for fuel consumption, including C02, are greatest among cars with catalytic converters, followed by the costs for HC. Technical development should thus be primarily oriented towards reducing these substances.
1 Inledning
Färre kallstarter är benämningen på en av Vägverkets milj öreformer. Arbetet med dessa reformer pågår både på nationell och regional nivå.
För beskrivning av vägtrafikens avgasutsläpp arbe-tar VTI med att utveckla beräkningsmodeller och med sammanställning av tillhörande indata för beskrivning av vägtrañkens avgasutsläpp. En av dessa modeller, COLDSTART (Hammarström och Edwards, 1997), är direkt inriktad på att beskriva inverkan av olika faktorer på de sk. kallstarttilläggen. Eftersom kallstarttilläggen för viss bil och visst bränsle är ett uttryck för temperatur-förhållanden i motorn så omfattar COLDSTART något förenklat två beräkningsled: temperaturberäkning vid motorstart och beräkning av kallstarttillägg som funk-tion av motortemperatur.
Avgasutsläppen kan något förenklat indelas i kallstart-utsläpp, varmutsläpp och avdunstning.
Varrnutsläpp motsvarar utsläpp från en fullt upp-värmd motors avgasrör. Kallstarttillägg definieras här som skillnaden i utsläpp från avgasröret mellan att följa en hastighetsprofll med kall motor och med en fullt uppvärmd. Kallstarttilläggen har relativt sett blivit ett större problem med katalysatortekniken.
En beprövad åtgärd för att påverka kallstarttilläggen är användning av motorvärmare. Med motorvärmare höjs temperaturen på kylvattnet före start. Däremot på-verkas olj etemperaturen endast marginellt och katalysatortemperaturen överhuvudtaget inte före
motor-VTI MEDDELANDE 846
start. Genom förändrade temperaturförhållanden för främst kylvattnet, med motorvärmare, så påverkas uppvärmningstiden för katalysatom jämfört med att köra utan inkopplad motorvärmare för en och samma bil. Enligt en av VTI utförd mätserie med en bil tog det i genomsnitt längre tid att värma upp katalysatom med inkopplad motorvärmare än utan! Vad som sannolikt har störst betydelse för avgaserna med motorvärmare är effekten på förhållandet mellan bränsle och luft på den till förbränningsrummet inkommande gasblandningen. På insprutningsmotorer styrs detta förhållande åtminstone i vissa fall av temperaturen på kylvattnet, dvs. under viss temperaturnivå sker en uppfettning av gasblandningen. Vad som också har betydelse är kondensering av bränsle på väggarna i insugningsröret, dvs. cylindrarna kan tillföras bränsle i droppform istället för gasform. Även om olj etemperaturen normalt inte direkt påver-kas av motorvärmare är det sannolikt så att motoroljan snabbare värms upp efter start om motorvärmare varit inkopplad. Detta medför i sin tur en genomsnittligt lägre inre friktion i motorn, vilket kräver mindre drivmedels-förbrukning. Lägre drivmedelsförbrukning ger slutligen en mindre total avgasmängd.
En annan viktig beräkningsmodell i detta samman-hang är den sk. EMV-modellen (Hammarström och Karlsson, 1997). Med denna kan vägtrañkens totala ut-släpp beskrivas på regional eller nationell nivå.
2 Målsättning
Enligt uppdraget från Vägverket skall kallstarttillägg och totala utsläpp på nationell nivå och inom Vägverkets regioner redovisas:
0 för åren 1996, 2001, 2007 och 2020
0 för en trañkprognos från Vägverket ur den nationella planen för vägtransportsystemet, se tabellerna 5.4, 5.5 och 5.6
0 för aktuell användning och för optimal användning av motorvärmare
18
0 för förväntad teknisk utveckling 0 för ämnena HC, CO, NOX och C02.
Den resulterande målsättningen har av resursmässiga skäl modiñerats såtillvida att den tekniska utvecklingen inte beskrivits längre än t.o.m. årsmodell 1996.
3 Beräkningsmodeller
3.1 EMVEn beräkning av vägtrafikens totala avgasutsläpp kräver tillgång till ett omfattande dataunderlag. EMV är en modell för hantering av dessa dataunderlag och för beräkning av totala årliga avgasutsläpp.
En central indatatyp är s.k. emissionsfaktorer, vilka har strukturerats enligt följande: kallstarttillägg; varm-utsläpp och avdunstning.
Emissionsfaktorerna utgörs av basvärden med till-hörande försämringsfaktorer (%/år). Försämrings-faktorerna är olika för kallstarttillägg och varmutsläpp. För avdunstning förekommer ingen försämring enligt valda indata.
En ytterligare komponent ifråga om emissions-faktorer är antal år med försämring per fordon. Andra indatatyper till EMV är följ ande:
trafikdata
antal fordon per årsmodell och drivsystem fördelning på kravnivåer
årlig körsträcka som funktion av fordonsålder drivmedelsbeskrivning drivmedelsanvändning skrotningssannolikhet korrektionsfaktorer för kallstarttillägg korrektionsfaktorer för drivmedelskvalitet korrektionsfaktorer för luftfuktighet.
I bilaga 1 redovisas som exempel indatabildema för trafikdata, emissionsfaktorer och antal fordon. För det här aktuella uppdraget krävs nya indata för de olika Vägverksregionema ifråga om följande:
0 trafikdata
0 antal fordon per årsmodell och drivsystem 0 korrektionsfaktorer för kallstarttillägg.
De totala kallstarttilläggen, vilka söks inom detta upp-drag, kan inte fås direkt som utdata i den befintliga EMV-versionen.
Eftersom EMV inte direkt kan särredovisa kallstart-utsläpp får istället beräkning göras med två uppsättningar av korrektionsfaktorer och där den ena utgörs av nol-lor. Med nollor som korrektionsfaktorer för kallstarttillägg motsvarar utdata i EMV summan av varmutsläpp och avdunstning. Kallstartutsläppen kan därefter beräknas som en differens.
En brist hos EMV är att antalet årsmodellklasser i en beräkning ifråga om emissionsfaktorer är begränsad till 20. Speciellt känsligt blir naturligtvis detta vid utsläpps-jämförelser mellan år där tappade gamla årsmodellers emissionsfaktorer avviker kraftigt från nyare årsmodel-ler. Ett exempel är bensindrivna personbilar där man för VTI MEDDELANDE 846
ett beräkningsår har med bilar utan katalysator och för ett efterföljande inte. I detta fall kommer man att få en överskattande nedåtgående trend. Därmed bör beräknade data för år 2007 och de närmast följ ande åren ej använ-das. Går man fram till år 2020 har det beskrivna proble-met en mycket marginell betydelse.
3.2 COLDSTART
Programutformningen är inte gjord för beräkning av representativa absoluta kallstartillägg för hela bilparken. Istället kan programmet sägas vara utformat för beskriv-ning av relativa förändringar som funktion av variabler av betydelse för kallstarttilläggen. Sådana variabler är bl.a. följande:
0 hur starterna fördelas över årets timmar för olika delar av Sverige
0 parkeringstid före varje sådan start
0 temperatur- och vindförhållanden över årets timmar för olika delar av Sverige
0 förekomst av parkeringsaltemativ vid bostad, arbete och Övrigt
0 förekomst av motorvärmare av olika typer 0 användning av motorvärmare och timer.
Trots att stora satsningar gjorts på att täcka det stora indatabehovet är kvaliteten på indata fortfarande ojämn, men kan som ett genomsnitt bedömas vara accepta-bel . Trots denna brist representerar sannolikt beräk-ningsmodellen den hittills största, åtminstone av oss kända, satsningen på att ta fram underlag för kallstart-beräkningar. Eftersom modellen innehåller många olika typer av indata är också analyspotentialen stor.
Flera av de viktigaste underlagen till modellen finns eller kommer att finnas redovisade i separata publikationer av-seende:
0 starter och parkeringstider (Henriksson, 1996)
0 uppvärmning och avsvalning av bilrnotorer3
0 förekomst av parkeringsformer och motorvärmare
samt användning av motorvärmare3.
De principiella programfunktionema är beskrivning av motortemperaturer vid start och att till dessa koppla kallstarttillägg. Temperaturbeskrivningen omfattar: 0 uppvärmning efter motorstart
0 avsvalning efter avstängning 0 uppvärmning med motorvärmare.
De två sista punkterna genomförs med stor detaljerings-grad medan den första punkten kraftigt förenklats till att förutsätta att alla bilresor medför att motorn är fullt 3 Ej dokumenterad studie utförd av VTI.
uppvärmd då den åter stängs av. Definition av full upp-värmning är i COLDSTART med befintlig kalibrering lika med den temperatur som uppnås under tredje
delkör-cykeln (yht) i FTP 754. Detta innebär sannolikt en
över-skattande tendens för motortemperaturer vid motor-avstängning och därmed även vid start. I sin tur med-för detta en systematisk avvikelse ifråga om skattade kallstarttillägg som bedöms motsvara en marginellt underskattande tendens. Det finns också andra brister som kan förväntas medföra en överskattande tendens.
COLDSTART är primärt en beräkningsmodell för framtagning av underlag, vilka i sin tur kan användas för beskrivning av representativa regionala eller nationella kallstarttillägg. Kravet på representativitet innebär att även motorvärmare bör kunna beskrivas. Både el- och bensinvärmare beskrivs i modellen. Avgasutsläpp från själva bensinvärmaren ingår i de beräknade kall-starttilläggen. För motorvärmama är det viktigt att kunna ge en helhetsbild, dvs. både vad som hamnar på intäkts-och kostnadssidan. Intäkterna utgörs av de i allmänhet reducerade kostnaderna i form av minskade avgas-utsläpp från motorn som följer av användning. På kostnadssidan hamnar vad som åtgår för att driva motor-vännaren både ifråga om drivmedel och de eventuella avgasutsläpp som följer av detta.
Programmet innehåller för närvarande en primitiv rutin för bestämning av optimal användning av
motor-4 FTP 75 avser den provmetod som bl.a. ingår i de svenska avgasbestämmelserna betecknade A12 (Statens Naturvårdsverk, 1987)
20
värmare. Rutinen innebär att användaren speciñcerar en serie temperaturer, parkeringstider, inkopplingstider och vindförhållanden. För varje kombination av vården i dessa serier fås indata till en kalkyl. Kalkyler genomförs automatiskt för alla kombinationer av de uppräknade förhållandena. Manuellt väljs sedan lönsamma kombina-tioner ut ur de genomförda kalkylema.
3.3 Koppling mellan EMV och COLDSTART
I EMV ingår för närvarande kallstarttillägg baserade på provmetoden FTP 75 dvs. en starttemperatur av ca 22°C och för den till provet hörande körcykeln. Efter-som det finns behov av att beskriva kallstarttillägg för andra temperaturer än 22°C ingår i EMV korrektions-faktorer för kallstarttillägg. Genom att EMV arbetar med en beskrivning av hela bilparken kan med denna modell representativa kallstartutsläpp beräknas för hela bil-parken.
Vad som behövs för att kunna uppnå representativa kallstarttillägg är korrektionsfaktorer motsvarande start-temperaturer representativa för svenska förhållanden. Dessa korrektionsfaktorer beräknas med COLDSTART.
Även om COLDSTART direkt ger absolutnivåer så är
huvudsyftet just beräkning av korrektioner. Skall repre-sentativa absolutnivåer för bilparken beräknas är man för närvarande hänvisad till EMV eller andra motsvarande modeller.
4 Problembeskrivning
Ett generellt problem iñåga om utsläppsberäkningar på regional- och nationell nivå är tillförlitlighet. Båda de beräkningsmodeller som har använts är mycket indata-krävande. Kvaliteten på tillgänglig indata är ojämn och avser normalt nationell nivå. I detta uppdrag söks utsläpp inom Vägverkets regioner. Hur stort fel följ er av att an-vända data representativa för nationell nivå på regional nivå i vissa fall? Vad som naturligtvis måste avse regio-nal nivå är trañkdata. Beträffande övriga data är det ingen datatyp som absolut måste kartläggas på regional nivå om inte de regionala värdena har en betydande avvikelse från de nationella medelvärdena. Ett undantag är antal fordon vid beskrivning av avdunstning från parkerade fordon. Detta förutsätter att antalet är representativt för antalet inom det geografiska område som en beräkning avser. Eftersom denna studie bl.a. handlar om optimal användning av motorvärmare bör underlaget för denna del ha största möjliga anpassning till den regionala nivån. Detta är också i stor utsträckning uppfyllt. Vad menas med optimalt användande av motorvärmare? Följ ande alternativ är tänkbara:
0 lägsta utsläpp av visst ämne
0 lägsta privatekonomiska kostnad, dvs. för en sum-mering av kostnader för åtminstone drivmedels-förbrukning och eldrivmedels-förbrukning
0 lägsta samhällsekonomiska kostnad dvs. minimum för en summa bildad av alla relevanta kostnads-variabler.
Det kan vara så att en viss användningsstrategi medför en samhällsekonomisk vinst men en privatekonomisk
förlust. Är det rimligt att förutsätta en sådan
använd-ningsstrategi? En rimligare strategi borde vara en av-gränsning till sådan användning som ger en samtidig samhällsekonomisk och privatekonomisk vinst. Detta villkor medför naturligtvis risk för att man inte uppnår den mest optimala lösningen vare sig samhälls- eller privatekonomiskt.
De samhällsekonomiska kostnaderna för exempelvis el varierar över årets timmar. Därmed skulle man egent-ligen behöva arbeta med olika värderingar som funktion av tid.
Eftersom den förväntade skadeverkan av ett utsläpp är beroende av var ett utsläpp sker så finns dessutom för utsläppsvärderingar ett rumsligt beroende. Skillna-derna mellan landsbygds- och tätortsvärderingarna ut-görs huvudsakligen av det kostnadstillägg som följer av att människor exponeras för avgaser. Vad som bl.a. ut-märker starter är att de i huvudsak sker där människor vistas vare sig det är fråga om landsbygd eller tätort.
VTI MEDDELANDE 846
Därmed skulle det kunna ligga närmast till hands att generellt välja tätortsvärderingar.
I övrigt kan man också fråga sig vad optimal använd-ning mera konkret innebär? För de som har motorvär-mare handlar det om användningsfrekvens och inkopp-lingstid. Exempelvis kan den optimala inkopplingstiden förväntas vara en funktion av bl.a.:
aktuellt fordon och dess ålder 0 parkeringstid
0 lufttemperatur 0 vindförhållande.
Därmed finns det inte en optimal inkopplingstid utan snarast oändligt många, dvs. en för varje kombination av förutsättningar som kan gälla.
Beträffande fordon är det inte bara skillnader mellan bilar med och utan katalysator utan även tiden för upp-värmning och avsvalning av motorn som har betydelse. Det finns också skillnad i optimal inkopplingstid mellan en ny och en gammal bil av samma modell. Beträffande lufttemperatur och vindförhållande som en bil expone-ras för, så är dessa i sin tur en funktion av parkeringsför-hållanden såsom varmgarage, kallgarage mm.
Ytterligare faktorer som kan ha betydelse för opti-mal användning är körförloppet och längd på den efter-följande resan, eftersom denna påverkar kallstart-tilläggens storlek. De kallstarttillägg som här används motsvarar den första delen av körförloppet i prov-metoden FTP 75 med tillhörande reslängd. Eftersom den tillgängliga metoden, COLDSTART plus EMV, förutsät-ter att alla resor ger ett fullt kallstarttillägg för aktuell starttemperatur så kommer sannolikt beräknad optimal inkopplingstid att innehålla en överskattande tendens. Det kan ñnnas andra faktorer som samtidigt ger en under-skattande tendens. Ireferens (Sérié and Joumard, 1996) ges en beskrivning av betydelsen av lufttemperatur, kör-förlopp och reslängd på kallstarttilläggen.
Användningen av motorvärmare, då inkopplings-möjlighet fmns, kan beskrivas enligt följ ande:
0 ett beslut att använda motorvärmare, vilket kan vara en funktion av lufttemperatur och parkeringstid 0 ett följdbeslut om att använda timer, vilket primärt
skulle kunna vara en funktion av parkeringstid och möjligheten att med någorlunda säkerhet bedöma längden av denna tid
0 ett sista följ dbeslut avseende hur lång uppvärmnings-tid som timem skall ställas in för.
För den andra och tredje punkten gäller naturligtvis också att dessa beror på meteorologiska förhållanden.
Beträffande betydelsen av lufttemperatur för använd-ning av elvärmare är en fråga, vilken temperatur som har störst betydelse: den då bilen parkeras eller den för-väntade då bilen åter skall startas.
Om parkeringstidens längd har betydelse för använd-ningen så har sannolikt också osäkerheten i tidpunkt för återstart betydelse. Parkeringstidens exakta längd är ofta inte känd då enbil parkeras. Hur används då en timer? Ställs den in på den förväntade parkeringstiden eller väljer man exempelvis att koppla in för tidigt framför för sent? En mera exakt historisk beskrivning av dessa tider klaras sannolikt inte med intervjuundersökningar utan förutsätter mätningar.
Ett förhållande som naturligtvis kan ha stor betydelse för samtliga uppräknade punkter är elkostnaden för användaren. Hur vanligt är det exempelvis att arbets-givare tillhandahåller subventionerad el för motorvär-mare vid arbetsplatsen? Här kan det också vara så att man inte själv kan välja inkopplingstid utan att istället strömmen kopplas på viss tid före arbetets slut. Även
22
vid bostaden kan det vara så att elanvändning i garage m.m. inte motsvaras av ett representativt kostnadsuttag, som följd av att man ofta inte har separat elmätning per parkeringsplats. Hur vanligt är det att man debiteras hela den kostnad som använd el motsvarar?
Skall investeringskostnadema både i motorvärmare och elanslutning medräknas i kalkylerna? Dessa kost-nader päverkar inte den optimala användningen då man väl har en motorvärmare. Däremot skall investerings-kostnadema medräknas vid bedömning av nya satsningar om man vill jämföra motorvärmare med något annat alternativ såsom exempelvis eftermontering av kataly-sator på gamla bilar.
En motorvärmare påverkar även annat såsom kom-fort, motorslitage och säkerhet. Någon kvantiflering av dessa effekter finns inte tillgänglig. Någon fullständig samhällsekonomisk kalkyl kan därmed inte genomföras. Detta ger en underskattande tendens för lönsamheten av att använda motorvärmare. Även redovisade total-kostnader för kallstarter utgör därmed en underskattning.
5 Metod
5.1 EMV 5.1.1 Trafikdata
De sökta data skall ha en form motsvarande indatabilden i bilaga 1. Eftersom uppdraget omfattar en beskrivning av utveckling av utsläpp med tiden i Vägverkets regio-ner så krävs en beskrivning av trafikens utveckling för dessa områden.
Varje region utgörs av minst två län enligt följ ande: 0 Norr: - Västerbotten - Norrbotten 0 Mitt - Jämtland - Västernorrland - Gävleborg - Kopparberg 0 Mälardalen: - Uppsala Södermanland Örebro - Västmanland 0 Stockholm - Stockholm - Gotland 0 Väst: - Värmland - Skaraborg - Älvsborg - Halland
Göteborgs och Bohus län 0 Skåne: - Kristianstad - Malmöhus 0 Sydöst: - Östergötland - Jönköping - Kronoberg - Kalmar Blekinge.
Kallstartutsläpp är en funktion av antal starter. I den sk. basfllen i EMV har antal starter baserats på genomsnitt-lig reslängd från RVU:n 84/85. Antal starter har uppskat-tats som funktion av genomsnittlig reslängd och trafik-arbete.
Hur mycket skin er genomsnittlig reslängd mellan olika regioner? Eftersom resultaten är känsliga för denna för-utsättning måste vi arbeta efter hypotesen att skillnaden i reslängd mellan olika regioner kan vara större än mar-ginell och att dessutom reslängden kan ha förändrats VTI MEDDELANDE 846
jämfört med den gamla RVU:n. Nya genomsnittliga res-längder har därför beräknats baserat på den nya RVU:n, vilken har pågått sedan andra kvartalet 1994. I RVU:n finns information, som kan utnyttjas för beskrivning av om starter sker i tätort eller på landsbygd.
Att data används ur basñlen (EMV) behöver inte bära att data tas direkt ur denna utan kan istället inne-bära att exempelvis relativa fördelningar på kortväga och långväga resor, med och utan släp används. Nya data, utöver totalt traflkarbete per region och fordons-kategori, har endast tagits fram för personbilar.
EMV i basversionen klarar inte att i indata hantera fördelning av starter på landsbygd och tätort. Detta måste istället hanteras via källkoden, varför en specialversion av EMV tagits fram inom detta uppdrag.
Trafikdata från Vägverket omfattar fordonskilometer för år 1995 och uppräkningsfaktorer till olika år. Data om fordonskilometer omfattar följande för år 1995: 0 statligt vägnät, regionala data med uppdelning på både
lätta (totalvikt S 3500 kg) och tunga fordon 0 kommunalt vägnät:
- lätta fordon, totalt trañkarbete på nationell nivå - tunga fordon, totalt trafikarbete på nationell nivå - regionala fördelningar av det totala trafikarbetet
på det kommunala vägnätet enligt räkningar 0 enskilt vägnät:
- lätta fordon totalt - tunga fordon totalt 0 totalt på nationell nivå för:
- bussar - mc - mopeder - lätta lastbilar.
Uppdelningen på lätta och tunga fordon baseras på slang -räkningar. Separeringen grundas bl.a. på avstån-det mellan bilens första och andra axel. Något förenklat förs bilar med axelavstånd max. 3,3 m till gruppen av lätta fordon och övriga till tunga. Det har visat sig att gränsen 3,3 m medför en betydande risk för en mer än marginell överskattning av andelen tung trafik. Detta har i sin tur en mer än marginell betydelse för beräknade avgasutsläpp, vilket främst kan förväntas medföra en överskattning av NOX- och partikelutsläpp.
Uppräkningsfaktorerna omfattar följande: 0 personbilar: speciella serier för varje region 0 lätta lastbilar: en gemensam serie för alla regioner 0 mc och moped: samma som för personbilar på
riks-nivå
0 tunga lastbilar: speciella serier för varje region 0 bussar: en gemensam serie för alla regioner.
Seriema med uppräkningsfaktorer från Vägverket om-fattar följande år: 1993, 1995, 1996, 2000, 2001, 2005, 2007, 2010 och 2020.
Det första arbetsmomentet har varit att ta fram trafik-arbete för lätta respektive tunga fordon per region. Följ ande metod har valts:
statligt vägnät: data om lätta och tunga fordondirekt tillgängliga per region
kommunalt vägnät:
totala värden uppdelade på lätta och tunga fordon är tillgängliga för hela det kommunala vägnätet totala vården är tillgängliga per region
antag att samma fördelning mellan lätta och tunga fordon gäller för regionerna som totalt inom det kommunala vägnätet
enskilt vägnät:
_ fördelningen mellan lätta och tunga fordon natio-nellt på enskilt vägnät liknar mest fördelningen för
- antag att samma fördelning över regioner inom gruppen av lätta respektive inom gruppen av tunga fordon gäller som för det statliga vägnätet baserat på föregående punkt
0 totalt; summera per region trafikarbetet för lätta res-pektive för tunga fordon.
Dataunderlaget från Vägverket är grupperat i statligt, kommunalt och enskilt vägnät. Ingen av dessa delar är helt renodlad ifråga om landsbygd och tätort även om det kommunala vägnätet i huvudsak bör avse tätorts-förhållanden.
En bas för vidare bearbetning av trafikdata är kom-pletta beskrivningar av trafikarbete (fkm) för lätta respektive tunga fordon med uppdelning på statligt, kom-munalt och enskilt vägnät. I tabellerna 5.1 och 5.2 redovisas data för lätta respektive tunga fordon. det statliga vägnätet
Tabell 5.1 Traw/(arbete för lätta fordon är 1995 efter en bearbetning baserad på underlag från
Vägverket.
Region Statligt Kommunalt Enskilt Totalt
fkm rad kol. fkm rad kol. fkm rad kol. fkm rad kol.
% °/o °/o % % °/o °/o %
Stockholm 4 962 60,7 12,5 2 951 36,1 21,0 265 3,2 12,4 8 179 100 14,6 Mälardalen 5541 73,6 13,9 1 686 22,4 12,0 299 4,0 14,0 7 525 100 13,4 Sydöst 6 615 74,0 16,6 1 967 22,0 14,0 356 4,0 16,6 8 938 100 16,0 Skåne 4 620 67,6 11,6 1 967 28,8 14,0 249 3,6 11,6 6 835 100 12,2 Väst 9339 69,9 23,5 3 513 26,3 25,0 503 3,8 23,5 13 354 100 23,8 Mitt 5 825 78,7 14,6 1 265 17,1 9,0 313 4,2 14,6 7 403 100 13,2 Norr 2 909 77,2 7,3 703 18,7 5,0 155 4,1 7,2 3 768 100 6,7 Totalt 39 811 71,1 100 14 050 25,1 100 2 140 3,8 100 56 001 100 100
Tabell 5.2 Trafkarbeteför tungafordon är 1995 efter en bearbetning baseradpå underlagfrån
Vägverket.
Region Statligt Kommunalt Enskilt Totalt
fkm rad kol. fkm rad kol. fkm rad kol. fkm rad kol.
% °/o °/o % % °/o °/o %
Stockholm 322 62,4 8,7 178 34,5 20,9 16 3,1 8,9 516 100 10,9 Mälardalen 541 80,9 14,7 102 15,2 12,0 26 3,9 14,4 669 100 14,2 Sydöst 707 82,2 19,2 119 13,8 14,0 34 4,0 18,9 860 100 18,2 Skåne 405 74,4 11,0 119 21,9 14,0 20 3,7 11,1 544 100 11,5 Väst 894 77,7 24,2 212 18,4 24,9 44 3,8 24,4 1 150 100 24,4 Mitt 541 84,0 14,7 76 11,8 8,9 26 4,0 14,4 644 100 13,6 Norr 281 83,3 7,6 42 12,5 4,9 14 4,2 7,8 337 100 7,1 Totalt 3 690 78,2 100 850 18,0 100 180 3,8 100 4 720 100 100 24 VTI MEDDELANDE 846
Vid beräkning av avgasutsläpp är det inte tillräckligt med en uppdelning på lätta och tunga fordon utan en ñnare indelning krävs. För år 1995 har Vägverket tillhandahållit underlag på nationell nivå för lätta lastbilar, bussar, motorcyklar och mopeder. Genom att även det totala nationella trañkarbetet finns tillgängligt för lätta respek-tive tunga fordon så finns naturligtvis även data för per-sonbilar och tunga lastbilar tillgängliga genom att bilda differenser.
Hur skall dessa nationella data fördelas på regioner? Antag att samtliga persontransporter har samma fördel-ning och att samtliga godstransporter har samma för-delning på regioner oberoende av fordonstyp. De lätta fordonen, tabell 5.1, domineras av persontransporter och de tunga fordonen, tabell 5.2, av godstransporter. Där-med kan man approximativt använda regionsfördehaingen enligt tabell 5.1 för buss, mc och moped och fördel-ningen enligt tabell 5.2 för lätta lastbilar.
Den slutliga uppdelningen av trafikdata på fordonstyper per region har tillgått enligt följande:
0 personbilar, som differensen mellan lätta fordon totalt och summan av lätta lastbilar, motorcyklar och
mopeder _
0 tunga lastbilar, som differensen mellan tunga fordon och bussar
0 en uppdehting av tunga lastbilar på -16 ton och 16-ton baserat på den fördelning som används i EMV:s basñl dvs., 13,9% och 86,1%.
Resulterande trañkdata per fordonstyp och region år 1995 skulle därmed bli enligt tabell 5.3.
Tabell 5.3
Trafikarbete (Jilfkrn) per fordonstyp och region år 1995 baserat på underlag från Vägverket.Lätta fordon Region Totalt le Mc Mp Pb Stockholm 8 179 228 115 36 7 800 Mälardalen 7 525 383 104 33 7 005 Sydöst 8 938 503 124 39 8 272 Skåne 6 835 288 96 30 6 421 Väst 13 354 636 184 60 12 474 Mitt 7 403 383 102 32 6 886 Norr 3 768 199 52 16 3 501 Totalt 56 001 2 620 777 246 52 358 Tunga fordon
Region Totalt B le -16 ton 16- ton
Stockholm 516 117 399 55 344 Mälardalen 669 106 563 78 485 Syd öst 860 126 734 102 632 Skåne 544 97 447 62 385 Väst 1 150 188 962 134 828 Mitt 644 103 541 75 466 Norr 337 53 284 40 245 Totalt 4 721 790 3 931 546 3 385 VTI MEDDELANDE 846
Ett alternativ till vissa delar av den metod som beskri-vits ovan skulle kunna vara en fördelning baserad på (antal bilar) >< (årlig körsträcka). En sådan skattning ingår i EMV-modellen och redovisas i utdatadelen. Resultatet av en sådan beräkning ger:
v 0 ett väsentligt mindre trafikarbete än enligt Vägverkets dataunderlag
0 en väsentligt mindre relativ skillnad i trafikarbete mellan -16 ton och 16- ton än i tabell 5.3.
En förklaring till skillnaden kan vara att (antal bilar) >< (årlig körsträcka) inte beaktar trafik med utländska bilar. Detta kan sannolikt inte förklara hela skillnaden. De av EMV skattade trafikdata har inte utnyttjats för beräkning av avgasutsläpp. Syftet med att här kommen-tera EMV-skattningen är endast för rimlighetsbedömning. Att metoderna inte ger resultat av samma storleksord-ning skulle kunna bero på följande:
0 att något är fel i trafikdata från Vägverket 0 att något är fel med årlig körsträcka 0 att något är fel med antal motorfordon.
Sannolikheten för fel på den sista punkten borde vara liten.
Frågetecknet avseende fördelning på -16 ton och 16- ton uttrycker en risk för en överskattande tendens speciellt avseende NOX-utsläpp.
Dataunderlag av speciellt stor betydelse är trafik-prognoserna. Dessa motsvarar vad som ingår i den nationella planen för vägtransportsystemet. I tabellerna 5.4, 5.5 och 5.6 redovisas uppräkningsfaktorer för per-sonbilar, för tunga lastbilar och för övriga fordonstyper.
Tabell 5.4 Uppräkningsfaktorer för personbilars
trafikarbete på statligt och kommunalt vägnät*.
År VST VMN VSÖ VSK WÄ W VN 1993 1 1 1 1 1 1 1 1996 1,027 1,027 1,027 1,027 1,027 1,027 1,027 2001 1,085 1,125 1,092 1,100 1,064 1,064 1,071 2007 1,155 1,242 1,171 1,187 1,108 1,108 1,124 2020 1,23 1,46 1,32 1,38 1,22 1,2 1,22
* Uppgifter från Vägverket ur den nationella planen för vägtransport-systemet.
Tabell 5.5 Uppräkningsfaktorer för tunga lastbilars
trafikarbete på det statliga och kommunala vägnätet*.
År VST VMN vsö VSK VVÄ VM VN 1993 1 1 1 1 1 1 1 1996 1,091 1,091 1,091 1,091 1,091 1,091 1,091 2001 1.212 1,166 1,151 1,137 1,108 1,080 1,155 2007 1,357 1,255 1,224 1,192 1,129 1,067 1,232 2020 1,52 1,39 1,35 1,31 1,23 1,15 1,36
* Uppgifter från Vägverket ur den nationella planen för
vägtransport-systemet.
Tabell 5.6 Uppräkningsfaktarer på riksnivå för Övrigafordonstypers trafikarbete *.
År Lätt lastbil Buss Mc (som pb) Moped (som pb)
1993 1,000 1,000 1 1
1996 1,017 1,013 1,027 1,027
2001 1,119 1,012 1,085 1,085
2007 1,300 1,068 1,155 1,155
2020 1,632 1 ,080 1 ,270 1 ,270 * Uppgifter från Vägverket ur den nationella planen för
vägtransport-systemet.
Uppdelning på kortväga och långväga resor har inte regionaliserats. Den fördelning som finns i den till EMV hörande basfilen har använts i samtliga regioner.
Körning med och utan släp har stor betydelse för emissionsfaktoremas storlek. Några andra data än de som finns i basfilen till EMV-modellen har inte funnits tillgängliga, varför dessa data använts.
Några uppgifter om trafikens fördelning på lands-bygd och tätort med entydig definition har hittills, så-vitt vi vet, inte funnits tillgängliga. Inte heller i denna studie har vi klarat detta mål fullt ut. Det försök som genomförts för att förbättra denna situation har base-rats på den nationella resvaneundersökning som pågått sedan 1994.
Vad som söks ur RVU:n är följande: 0 starter och trafikarbete
0 en uppdelning av resor på kortväga och långväga 0 en uppdelning på tätort och landsbygd.
Definition av kortväga resa är att huvudresan skall vara max. 100 km.
Som definition av tätort har valts SCst.
Genomfört arbete avseende RVU:n har dokumente-rats i (Björketun, 1997).
RVU:n innehåller information om vilka SAMS-områden5
som en resa startat och slutat i. Däremot vet man inte de exakta geografiska koordinaterna för start och mål. Därmed måste ett skattningsförfarande användas en-ligt följ ande:
0 om ett SAMS-område ligger helt inom en tätort, dvs. start i tätort
0 om ett SAMS-område ligger helt utanför tätorter, dvs. start på landsbygd
0 om ett SAMS-område överlappar både tätort och landsbygd, dvs. behov av skattningsförfarande. I det sista fallet måste sannolikheten för respektive områdesalternativ bestämmas.
5 SAMS-område: SCB har med hjälp av kommunerna delat in Sverige i ca 10 000 områden som kallas för SAMS (Small Area Statistics). Grunden för indelningen är bl.a. typ av bebyggelse och husens ålder.
26
För SAMS-områden som både ligger i tätort och på landsbygd har en fördelning genomförts, se (Björketun, 1997). Det använda förfarandet borde ge en god bild av startemas fördelning på landsbygd och tätort. Felet kan dock inte kvantifieras. Beträffande reslängd per resa har hela längden förlagts till det SAMS-område där resan startar. En fördelning på landsbygd och tätort har gjorts på motsvarande sätt som för starter. Felet för trafikarbetets fördelning på landsbygd och tätort enligt metoden har bedömts kunna vara betydande, dvs. underlaget kan inte användas avseende trafikarbete.
Det använda RVU-materialet i föreliggande studie, dvs. resultaten i (Björketun, 1997) har följande struktur: 0 kortväga och långväga
0 region
0 tätort och landsbygd.
I referensen ovan finns ytterligare uppdelningar, vilka inte utnyttj ats i denna studie.
Eftersom RVU:n med vald ansats inte givit någon trovärdig beskrivning av trafikarbetets fördelning på landsbygd och tätort har en annan metod fått väljas.
Trafikens fördelning på landsbygd och tätort har speciellt stor betydelse i denna studie eftersom man är speciellt intresserad av utsläpp på landsbygd och tät-ort och av hur dessa kan förväntas utvecklas. I bas-versionen av EMV är det tillräckligt att ange andel trafikarbete i tätort. Kallstarttilläggen förutsätts ske i tätort. Eftersom kallstarttilläggen är av speciellt intresse i denna studie kan inte EMV:s förenklade beskrivmng accepteras. Detta innebär att en representativ beskriv-ning måste finnas av andel starter i tätort. Detta krä-ver i sin tur en programförändring.
Vad som har använts för att skatta andelen tätortstra-f1k (fkm) per fordonstyp och region är tabellerna 5.1 och 5.2 i kombination med följande antagande: 0 att kommunalt helt motsvaras av tätort
0 att den resterande andelen tätortsköming per region är direkt proportionell mot andelen trafik på det kommunala Vägnätet
0 att andelen tätortsköming nationellt för lätta fordon är 40%, vilket motSvarar basfilen i EMV-modellen. Trafikarbetet i tätort för lätta fordon kan då uttryckas enligt följ ande:
(i) = Tk 0) + (Tk (i) / Tro, <0) >< a >< TW(i) =
Tk X (1 + 21)66 Ett bättre uttryck skulle ha varit:
Two)= Tka) + a ><aka)/10,0» x(10,0) - na»
Andelen tätortsköming (%) för lätta fordon skulle med detta alternativa uttryck bli följande med samma följd av regioner som i tabell 5.7: 55; 36; 36; 45; 42; 29 och 31.(i): region
Tk(i): trafikarbete på det kommunala vägnätet i region (i)
Ttot(i): trafikarbete totalt i region (i) för fordons-kategori 0)
a; sökt värde för bestämning av resulterande
andel tätortskörning per region.
Utnyttjandet av basñlens andel tätortskörning ger för lätta fordon:
(2 Tt__t(i)) / (z Tt t(1)) = 0,40.
Därmed kan a lösas ut för lätta fordon.
Andelen tätortskörning för tunga fordon per region kan sedan uppskattas baserat på följande:
0 andelen körning på det kommunala vägnätet för tunga fordon per region enligt tabell 5.2
0 antagande om att trafiksammansättningen i tätort är lika både på det kommunala och på övrigt vägnät per region.
Resultatet av dessa beräkningar har sammanställts i tabell 5.7.
Tabell 5. 7 Andel körning (%) på kommunalt vägnät
och i tätort totalt per fordonsgrupp relativt det totala trafikarbetet perfordonstyp och region.
Reglon Lätta fordon Tunga fordon Kommunalt Tätort Kommunalt Tätort
Stockholm 36 55 35 53 Mälardalen 22 34 15 23 Sydöst 22 44 14 28 Skåne 29 44 22 33 Väst 26 40 1 8 28 Mitt 1 7 26 12 1 8 Norr 19 29 1 3 20
Några möjligheter till att ta fram tätortsandelar för enskilda fordonstyper har inte funnits baserat på till-gängliga dataunderlag. Därmed fås exempelvis samma andel tätortskörning för både lastbil -16 ton och 16- ton, dvs. en sannolik överskattning av andelen tätortskörning för 16- ton. En annan brist är att samma andel tätorts-körning har använts för både kortväga och långväga trafik. Detta kan medföra fel som följd av att andel släp och beläggningsgrader inte blir representativa. Därmed kan resultatet förväntas innehålla en överskattande ten-dens för de tunga fordonens utsläpp.
De i tabell 5.7 redovisade andelarna har fått gälla generellt för alla fordonstyper inom respektive grupp. För personbilar har det slutgiltiga beräkningsunderlaget sammanställts enligt följande:
VTI MEDDELANDE 846
0 starter:
- använd begreppet delresa som mått på starter - beräkna totala antalet starter på nationell nivå
genom att multiplicera det totala trafikarbetet per år för personbilar med kvoten mellan totala anta-let starter och fkm enligt nya RVU:n
- bilda med RVU:n en relativ fördelning av starterna över region, reslängd och områdestyp - fördela ut det totala antalet starter för nationell nivå med fördelningen enligt ovan. Detta genom-förs för vart och ett av beräkningsåren, dvs. med en och samma fördelning
0 trafikarbete:
- det totala trañkarbetet per region fås ur data-underlaget från Vägverket
- bilda per region en fördelning med avseende på reslängd och områdestyp baserat på nya RVU:n och skattningarna av andel tätortskörning enligt ovan
- fördela ut det totala trafikarbetet per region, på reslängd och områdestyp med fördelningar enligt ovan
- andelen körning med släp förutsätts vara den-samma som i EMV:s basfil
0 beläggningsgrad:
- denna förutsätts vara lika som den i EMV:s bas-fil.
Den genomsnittliga reslängden per delresa har ur den nya RVU:n uppskattats till 14,8 km. Därmed skulle det totala antalet starter med personbil år 1996 bli ca 3,55 X 109 stycken (totala trafikarbetet för personbilar/14,8). För lätta lastbilar har antalet starter uppskattats till 0,180 x 109 med antagande om samma genomsnittliga reslängd som för personbilar. Eftersom motorvärmare endast beaktats för bensindrivna bilar skall elförbrukning upp-skattas baserat på antal starter för bensindrivna bilar. I EMV finns ingen möjlighet att beskriva olika reslängd per delresa för olika drivsystem. Därmed fås exempel-vis samma genomsnittliga reslängd för bensindriven som för dieseldriven personbil. Det skulle också kunna finnas skillnad i genomsnittlig reslängd mellan nya och gamla bilar. Inte heller en sådan skillnad kan beskrivas. Lätta lastbilar: antag samma fördelning på reslängd och områdestyp som för personbilar. De genomsnittliga reslängderna för lätta lastbilar antas också vara samma som för personbilar. Andelen körning med släp samt beläggningsgrad väljs lika som basfilens värden.
För övriga fordonstyper väljs samma beläggnings-grader och fördelningar som i basñlen medan fordons-kilometer och andel tätortskörning fås ur Vägverkets data.
Eftersom trañkdata är av stor betydelse för genom-förda beräkningar har dessa (Gfkm) redovisats i bilaga 2.
