中国铁路内燃机车及其发动机第一阶段排放标准

2025年12月 中国铁路内燃机车及其发动机第一阶段排放标准 作者：牛天林 2025年7月11日，中华人民共和国生态环境部（MEE）正式发布了《铁路内燃机车及其发动机排气污染物排放限值及测量方法（中国第一阶段）》（以下简称铁路机车“国一标准”）1。该标准已于2025年9月1日实施生效，要求对所有新制造的铁路内燃机车及其牵引用发动机开展型式检验。自2027年9月1日起，所有生产、进口和销售的铁路内燃机车及其发动机应符合本标准要求。 本次发布的铁路内燃机车标准是中国首个针对铁路领域构建的排放控制标准框架，标准适用于新生产铁路内燃机车及其牵引用发动机的型式检验、生产一致性检查和在用符合性检查。除其他规定外，该标准同时还提出了以下管理要求： »规定了铁路内燃机车及其牵引用发动机排气污染物排放限值及测量方法。»确立我国试验规程和试验循环。标准规定采用稳态循环试验：非恒速发动机采用额定转速、中间转速和怠速三工况法，恒速发动机采用额定转速不同功率的五工况法。»标准设置了一氧化碳（CO）、氮氧化物（NOX）、碳氢化合物（HC）和颗粒物（PM）的排放限值。»规定型式检验、生产一致性和在用符合性等要求。铁路内燃机车的有效寿命期为5年或90万公里，以先到者为准。»规定排放试验。型式检验和生产一致性检查均应使用符合GB19147标准规定的柴油燃料2。 根据铁路机车国一阶段标准编制工作组的测算，标准于2025年开始实施后，预计将带来显著的环境收益。在2030到2035年期间，全国铁路内燃机车氮氧化物（NOX）平均排放有望从5900吨左右降至2800吨左右，颗粒物（PM）平均排放则有望从200吨降至100吨3。 在这份政策更新简报中，我们将介绍铁路机车国一阶段中的主要管理规定，并参考同类国际标准，对标准的严格程度进行评估，分析其对未来管理发展的影响。 背景 铁路运输在中国综合交通运输体系中的作用正变得日益重要。如图1所示，2024年，铁路运输承担的旅客周转量约占全国总旅客周转量的一半，货物周转量约占全国总货物周转量的14%4。尽管铁路运输占有相当大的比重，但迄今为止，相对于道路运输领域，对于铁路内燃机车排放的监管仍有不足，此次新实施的铁路机车排放标准是弥补这一监管空白的重要一步。 国际清洁交通委员会THEICCT.ORG.CN 中国此次出台的铁路机车国一标准是应对铁路运输排放问题的重要举措。2024年，中国铁路运输系统共运营有22470台铁路机车，其中35%（约7789台）为内燃机车，65%为电气化机车。自2019年以来，内燃机车数量持续下降，而电气化机车数量持续增加，这反映了中国铁路现代化战略的整体推进方向5。尽管现有内燃机车保有量较前几十年有所减少，铁路内燃机由于发动机技术落后且缺乏排放控制措施，仍在持续贡献不容忽视的空气污染。 控制内燃机车排放将为中国交通领域污染物排放降低带来实质性成效。2024年，铁路运输约占中国交通运输领域氮氧化物（NOX）排放总量的2%和颗粒物（PM）排放总量的2%6。虽然铁路排放总量和占比相对较低，但由于机车车队老旧和缺乏监管，铁路机车的单位污染物排放（排放量与保有量之比）明显高于道路货车。因此，将铁路内燃机车排放纳入治理重点也是重要的减污工作之一。 2024年发布的《推动铁路行业低碳发展实施方案》为中国铁路行业设定了若干发展目标7，主要包括： »电力机车占比力争达到70%以上； »铁路电气化率达到78%以上； »单位运输工作量综合能耗和单位运输工作量二氧化碳（CO2）排放较2020年下降10%8。 通过加强对柴油内燃机车排放的控制，铁路机车国一阶段标准实际上是从经济激励角度在推动铁路运营企业加强向电力牵引机车过渡转型，尤其是对于新开发线路和想要扩大规模的机车车队，作用会更加显著。预计铁路机车国一阶段标准将通过提高柴油机车的运营合规成本，推动加速铁路行业的电气化和脱碳进程。 铁路机车国一阶段标准的主要内容 铁路机车国一阶段标准针对铁路内燃机车及其发动机建立了较为全面的监管要求，包含了标准适用范围和适用对象、型式检验规程、污染物排放限值以及耐久性和符合性规定四大管理要素，从而构成了一套严格的管理架构。 适用范围 自2025年9月1日起生效的型式检验要求适用于新生产的铁路内燃机车（包括柴电混合动力机车）以及作为机车牵引动力的柴油发动机。国一阶段标准设置了2年过渡期，自2027年9月1日起，该标准将适用于在中国生产和销售的所有相关产品。尽管在2025年9月1日之前生产制造 的机车、发动机以及非牵引用发动机（如辅助动力装置）在2027年9月1日之前可免于型式检验，但在该截止日期之后，不得再生产、销售或进口。这种分阶段的实施安排，旨在给予制造企业一些时间，以调整生产流程、改进技术并开发符合要求的发动机设计方案，同时防止在短期内立即产生大量合规成本。因此，随着该标准的实施，预计未来两年内，符合国一阶段标准的铁路机车和发动机型号数量及市场份额都将显著增加9。 型式检验测试 国一阶段标准采用了稳态试验循环，这也是铁路机车认证领域的国际通行做法。根据该标准，型式检验应以发动机或机车系族中燃料消耗最高（因此排放也最高）的发动机或机车为基础进行。非恒速发动机应在三种运行工况下进行排放试验，恒转速发动机应在五种运行工况下进行试验。这与欧盟实施的标准Regulation (EU) 2016/1628中的试验循环是一致的，该标准对变转速发动机采用ISO 8178标准中的F型机车试验循环（表1），恒转速发动机试验采用的是ISO 8178标准中的D2型循环（表2）10。 基于发动机功率段的排放限值 国一阶段标准对铁路内燃机车及其牵引用发动机的CO、NOX、HC和PM排放设定了基于功率段的排放限值（表3）。其中，低功率段（100–560 kW）的发动机通常用于调车机车和较轻载的货运机车，拥有最为严格的NOX+HC组合限值，即4.0 g/kWh。对中功率发动机（560–2000 kW，且单气缸排量低于5 L）单独设定了6.0 g/kWh的NOX限值和0.5 g/kWh的HC限值。大功率段（2000 kW以上，且单汽缸排量在5 L及以上）的机车主要为干线货运机车和客运机车，其适用的NOX限值最宽松，为7.4 g/kWh，但HC限值最严格，为0.4 g/kWh。PM方面，标准对于所有类别的机车均设定了0.2 g/kWh的统一限值。 耐久性及符合性 该标准规定，铁路内燃机车的有效寿命期为90万公里或5年，以先到者为准。为确保生产一致性和在用符合性，要求生产企业开展相应的规划和自查。每款铁路内燃机车产品系列投产后，生产企业均须开展在用符合性自查。当年产量达到15台、连续两年累计产量达到25台或累计总产量达到36台时，在其后的10年内累计至少应抽取3台进行检测：其中1台应处于有效寿命期的30%以内，1台应处于有效寿命期的30%至70%之间，另1台应处于有效寿命期的70%以上。 为进一步阐明铁路机车国一阶段标准的管理设计方案及其严格程度，本文将在接下来的章节中会将其与其他国际主流标准进行比较。 国际经验及对比 如图2所示，除国一阶段标准之外，全球还有三项较为先进的铁路机车排放标准，分别为欧盟铁路机车排放标准、美国铁路机车排放标准以及国际铁路联盟（UIC）排放标准。这些标准中的排放限值、测试规程和实施机制可为中国下一阶段铁路排放标准的制定提供参考。 在欧盟，铁路机车排放标准属于非道路移动机械（NRMM）排放标准体系的一部分，其欧I阶段标准于1999年实施（Directive 97/68/EC）11，欧V阶段标准（Regulation [EU]2016/1628）于2019年实施生效，是目前欧盟的最新标准12。由于铁路机车未被纳入非道路移动机械欧IV阶段标准的管理范畴，因此欧盟的铁路机车标准从欧IIIA/B阶段直接跃升到了欧V阶段。欧盟标准对铁路机车和轨道车辆分别设定了不同的限值13。最新的欧V阶段标准适用于净功率大于0的所有柴油机车和轨道车辆，并针对轨道车辆规定了专门的颗粒物数量（PN）限值。 美国在《铁路机车及机车发动机空气污染控制法规》中设定了铁路机车标准14。其最初的Tier 0阶段标准于2000年开始实施，最新的Tier 4阶段标准于2015年实施生效15。该标准适用于在美国境内运行的所有柴油干线机车、客运机车和调车机车。此外，该标准还分别对干线机车和调车机车设定了不同的限值，并规定了专门的烟度标准、铁路机车燃料硫含量限值以及怠速时间要求。 国际铁路联盟（UIC）作为铁路企业协会，也通过技术手册的形式制定了国际铁路排放标准（UIC第264号技术手册）16。其最新版UIC 264-5符合欧IIIB排放标准，2019年后，该版本在内容不作修改的情况下并入了另一项UIC技术标准（IRS 60624）17。由于欧盟标准实际上已覆盖UIC管理标准框架下的内容，因此本研究将不再进一步讨论UIC标准。 欧盟和美国的标准体系为中国第一阶段政策提供了相关参考先例，中国在国一阶段排放标准框架下同时对二者进行了一些借鉴。具体而言，国一阶段标准中的排放限值和测试方法与欧盟的分阶段路径最为接近，而其限值设定和符合性规定中的一些关键要素则与美国标准相一致。 中、欧、美标准比对 为了理解这些标准之间的差异，并探讨中国火车机车排放标准未来可能的发展方向，我们从法规限值和耐久性等方面入手，将国一阶段标准与最新的欧V及美国Tier 4标准进行了比较。 排放限值 中国火车机车国一阶段的排放限值与欧IIIA标准基本相一致，相对于美国标准而言，大体与干线机车的Tier 2和Tier 3标准相当。如图3所示，与欧盟和美国的最新标准相比，国一阶段标准在污染物限值方面仍存在一些差距。国一标准对于功率范围在100 kW（不含）至560 kW（含）之间的火车机车及发动机设定了NOX+HC组合限值，该限值的严格程度与欧V阶段标准一致，但比 美国限值高出一倍以上。对于功率范围在560–2000 kW和2000 kW以上的发动机，国一阶段标准分别设定了NOX和HC的独立限值，这两项限值均明显高于欧盟和美国的对应限值。 尽管这三项标准都针对所有功率范围设定了统一的PM排放限值，但目前国一阶段标准中的限值是欧V限值的700%，是美国Tier 4限值的400%。 CO方面，国一阶段标准针对100 kW至2000 kW的火车机车采用了与欧V标准相同的限值；但对于2000 kW以上的发动机，国一阶段标准限值要比欧V限值低14.3%。在这三项标准中，目前以美国Tiera4标准最为严格，对于100–2000akW之间的火车机车，其限值要比国一标准低约44%；对于2000akW以上的机车，则低约33%。此外，国一标准并未将100akW以下的火车机车纳入监管范围，而欧V和美国Tier 4标准均涵盖了这一功率范围。 在铁路污染物排放整体管控方面，美国Tiera4标准最为严格，对NOX、HC和CO均设定了严格的排放限值，尤其是对于大功率机车的管理要求尤为严格；欧V标准则针对PM设定了最严格的限值。这一比较表明，中国下一阶段火车机车排放标准可考虑进一步收紧污染物限值，与国际先进标准保持同步。 耐久性 这些标准在火车机车的有效寿命期规定方面也存在差异。所谓有效寿命期，是指车辆被要求持续符合排放标准的使用期限。在美国的排放标准中，有效寿命期以兆瓦小时（MW-hours）和年份两个指标来界定。如果按兆瓦小时计算，火车机车的最低有效寿命期等于其额定马力乘以7.5；按年限计算的最低有效寿命期为10年。根据标准要求，当火车机车的使用寿命超过上述任一规定值，或在机车进行翻新改造时，其有效寿命即告结束。对于2000年1月1日之前生产制造且未配备兆瓦小时计量表的火车机车，其最低有效寿命期为75万英里（约120万公里）或10年，以先到者为准。在中国的国一阶段标准中，火车机车的有效寿命期规定为90万公里或5年，同样以先到者为准，这意味着其合规期限明显短于美国标