張秀媛,楊新苗,閆 琰
(1.北京交通大學(xué)運(yùn)輸學(xué)院,北京,100044;2.清華大學(xué) 土木工程系,北京,100087)
當(dāng)前,北京、上海等大城市車(chē)用能源在城市能源消費(fèi)總量中的比重相對(duì)較高。與此同時(shí),二三線(xiàn)城市甚至四線(xiàn)城市的汽車(chē)銷(xiāo)量和保有量增速較快,和一線(xiàn)城市的差距在不斷縮小。二三線(xiàn)城市集中了全國(guó)城市人口的60%,其經(jīng)濟(jì)總量占全國(guó)的比例約為50%。轎車(chē)進(jìn)入家庭導(dǎo)致私人汽車(chē)過(guò)多、車(chē)用燃料標(biāo)準(zhǔn)和尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)過(guò)低等導(dǎo)致交通擁堵和霧霾等環(huán)境質(zhì)量下降。車(chē)用能源已經(jīng)成為城市能源消耗的重點(diǎn)領(lǐng)域。因此,調(diào)整城市交通結(jié)構(gòu),完善交通能源消耗和碳排放統(tǒng)計(jì),大力發(fā)展公共交通,降低人均能耗和人均排放是城市交通可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。
目前,國(guó)內(nèi)外對(duì)于城市交通能耗研究的主要方法包括如下幾個(gè)方面。Toshihiko等人用CGE(Computational General Equilibrium Model)模型通過(guò)模擬能源、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境的三者關(guān)系,主要用于預(yù)測(cè)碳稅等促進(jìn)節(jié)能減排的政策效果,為決策者制定長(zhǎng)期能源戰(zhàn)略和政策提供支持,應(yīng)用于國(guó)家和地區(qū)等宏觀層面分析[1]。周偉等在2010年采用MARKAL-MACRO(The Market Allocation of Technologies Model-MACRO)模型,用人口統(tǒng)計(jì)學(xué)理論進(jìn)行中國(guó)城市化能源消耗[2]定量分析。研究設(shè)定了中國(guó)未來(lái)能源消費(fèi)的3種情景預(yù)測(cè),分別為基準(zhǔn)情景,一次能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化情景以及氣候變化約束情景。對(duì)不同情景下各行業(yè)能源消耗量及CO2排放量進(jìn)行了測(cè)算,并指出由于機(jī)動(dòng)車(chē)保有量的增加,交通運(yùn)輸行業(yè)的能耗及碳排放量將持續(xù)上升。Eric D Larson等以MARKAL模型為基礎(chǔ)建立了中國(guó)能源系統(tǒng)模型,研究在保證社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、能源供應(yīng)安全、環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)上,對(duì)中國(guó)能源發(fā)展技術(shù)戰(zhàn)略進(jìn)行了情景分析[3]。趙嫻在2007年根據(jù)AIM(Asian-Pacific Integrated Model)能源技術(shù)模型建立了北京市2008年交通能源需求與環(huán)境排放模型,以2005年為基準(zhǔn)年預(yù)測(cè)了2008年能耗和排放[4]。并對(duì)2008年北京市交通能源需求和環(huán)境排放進(jìn)行了4種情景分析。朱松麗等人在2002年采用LEAP(Long-range Energy Alternatives Planning System)模型預(yù)測(cè)了北京市1998-2020年交通能源需求[5]。在研究過(guò)程中建立了北京市和杭州市城市交通數(shù)據(jù)庫(kù),包括各類(lèi)型機(jī)動(dòng)車(chē)排放因子的測(cè)定。王曉華應(yīng)用LEAP模型建立了北京市物流系統(tǒng)能耗計(jì)算模型,并利用MOBILE模型核算了能耗及排放強(qiáng)度[6]。Ranjan等人在1997年利用LEAP模型和環(huán)境數(shù)據(jù)庫(kù)分析了印度新德里交通部門(mén)的能源消耗和排放影響因素,并預(yù)測(cè)了能源需求總量和排放量[7]。閆琰的分析研究中指出公共交通系統(tǒng)作為交通領(lǐng)域重要的節(jié)能方式,完全可以成為環(huán)境稅的受益者,但由于我國(guó)目前尚未形成完善的能源環(huán)境稅收體系,公共交通系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)勢(shì)尚沒(méi)有給出合理的分析和支持[8]。張鐵映研究指出由于能源問(wèn)題的日益嚴(yán)重,碳交易市場(chǎng)成為全球溫室氣體減排、減少CO2排放所推廣的市場(chǎng)機(jī)制,充分利用公共交通系統(tǒng)節(jié)能減排的優(yōu)勢(shì),收益用于公共交通系統(tǒng)的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)[9]。
當(dāng)前我國(guó)城市交通系統(tǒng)能源消耗和碳排放的測(cè)算研究不斷深入開(kāi)展,迫切需要加強(qiáng)我國(guó)城市交通能源統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)建設(shè)和完善,具有合理的統(tǒng)計(jì)結(jié)構(gòu)和量化研究所需的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。但是,目前我國(guó)城市交通能源消耗統(tǒng)計(jì)缺失和不完整,使得城市客運(yùn)交通系統(tǒng)能耗統(tǒng)計(jì)測(cè)算存在諸多問(wèn)題。
城市公共交通系統(tǒng)的能源消耗和碳排放整體分析和統(tǒng)計(jì),以及公共交通系統(tǒng)能耗數(shù)據(jù)體系的建立是城市交通能耗分析的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。唐旭南等人針對(duì)城市公交系統(tǒng)全生命周期能耗進(jìn)行分析,通過(guò)測(cè)算車(chē)輛生命周期成本,包括購(gòu)置成本、運(yùn)行成本、維護(hù)保養(yǎng)成本、其他成本,并給出了車(chē)輛生命周期成本與行駛里程之比等關(guān)系分析,形成公交車(chē)輛能源費(fèi)率參數(shù)[10]。賈順平等人也指出不同交通方式的能源消耗因子比較,應(yīng)考慮全過(guò)程消耗和全承擔(dān)消耗,用生命周期評(píng)價(jià)方法進(jìn)行評(píng)價(jià)。包括建設(shè)階段、運(yùn)營(yíng)階段、維護(hù)階段、運(yùn)營(yíng)及更新等為交通運(yùn)輸能源消耗的研究重點(diǎn)之一[11]。
在之前的城市交通能源消耗研究中,主要針對(duì)車(chē)輛終端能耗分析,缺少針對(duì)城市交通基礎(chǔ)設(shè)施能耗的研究,尤其是缺乏對(duì)于公共交通系統(tǒng)生命周期能耗測(cè)算和城市交通基礎(chǔ)設(shè)施能耗測(cè)算的研究。交通系統(tǒng)的能耗往往只關(guān)注車(chē)輛運(yùn)營(yíng)的階段,即車(chē)輛的燃油消耗產(chǎn)生的能源消耗和溫室氣體排放,而忽略了基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)及運(yùn)營(yíng)維護(hù)的能耗。忽略交通基礎(chǔ)設(shè)施對(duì)于環(huán)境的影響來(lái)分析評(píng)價(jià)某種交通方式的環(huán)境影響是不科學(xué)的,也是不全面的。這在軌道交通方式上體現(xiàn)的尤為明顯,軌道交通的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)包括軌道、車(chē)站、站臺(tái)等,其能源消耗和綠色溫室氣體排放是巨大的,如果忽略這個(gè)階段而只考慮其運(yùn)營(yíng)階段,再將其與其他交通方式相比較難以得到客觀的結(jié)果[12]。
對(duì)于公共交通系統(tǒng)而言,交通運(yùn)輸工具的終端能源消費(fèi)量只是整個(gè)公共交通系統(tǒng)能源消費(fèi)量的一部分,單獨(dú)憑借運(yùn)輸工具的終端能源消費(fèi)量來(lái)評(píng)價(jià)不同公共交通方式的用能是不全面、不準(zhǔn)確的。從城市公共交通系統(tǒng)全生命周期角度研究能源消耗應(yīng)包括基礎(chǔ)設(shè)施能耗和交通運(yùn)輸工具能耗。因此本文按照生命周期分析方法來(lái)建立公共交通系統(tǒng)能耗模型關(guān)系。
目前,城市交通系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括公共交通、準(zhǔn)公共交通、非公共交通,其中公共交通主要由地面公交和軌道交通為主,出租車(chē)為準(zhǔn)公共交通方式構(gòu)成,非公共交通中重點(diǎn)是小汽車(chē)。對(duì)公共交通和出租車(chē)進(jìn)行全生命周期能耗和碳排放分析中能耗影響因素包括內(nèi)部和外部?jī)刹糠?,其中能耗?nèi)部影響因素主要是基礎(chǔ)設(shè)施、車(chē)輛性能、燃料類(lèi)型、運(yùn)營(yíng)組織和駕駛員技能等;外部影響因素主要有城市土地利用、居民出行方式選擇等方面。
城市交通系統(tǒng)能源消耗和碳排放統(tǒng)計(jì)指標(biāo)體系應(yīng)按照交通方式結(jié)構(gòu)確定,指標(biāo)體系既要考慮交通方式結(jié)構(gòu)和交通需求,也要考慮能源消耗結(jié)構(gòu)包括汽油、柴油、天然氣和電等變化[13]。
公共交通系統(tǒng)中,軌道交通包括機(jī)車(chē)牽引和列車(chē)能耗、車(chē)站能耗以及基礎(chǔ)設(shè)施能耗。其中,機(jī)車(chē)牽引能耗是影響軌道交通系統(tǒng)總能耗的關(guān)鍵,機(jī)車(chē)牽引能耗包括列車(chē)加速牽引能耗和環(huán)控能耗兩部分。軌道交通車(chē)輛性能對(duì)軌道交通能耗的影響體現(xiàn)在其機(jī)車(chē)牽引效率和輔助牽引能耗占比兩個(gè)方面。機(jī)車(chē)輔助牽引占能耗牽引能耗的比例,輔助牽引能耗指在列車(chē)運(yùn)行過(guò)程中,為乘客提供舒適、安全保障的車(chē)載設(shè)備能源消耗。
從全生命周期角度研究城市客運(yùn)交通系統(tǒng)能耗應(yīng)該包括車(chē)輛,基礎(chǔ)設(shè)施和燃油3個(gè)方面,前兩個(gè)方面又包括設(shè)計(jì)、原料開(kāi)采、制造過(guò)程、建設(shè)過(guò)程、運(yùn)營(yíng)過(guò)程、維護(hù)和報(bào)廢7個(gè)階段。不同交通方式的能源消耗因子比較,考慮全過(guò)程消耗和全承擔(dān)消耗,用生命周期模型方法進(jìn)行分析評(píng)價(jià),包括建設(shè)階段、運(yùn)營(yíng)階段、維護(hù)階段、回收處理階段,是交通運(yùn)輸能源消耗的研究重點(diǎn)之一。
按照全生命周期能源消耗分析方法測(cè)算公共交通系統(tǒng)能耗及排放強(qiáng)度,探索公共交通能耗影響因素、主要參數(shù)和測(cè)算模型方法。
本文重點(diǎn)考慮公共交通的車(chē)用能源類(lèi)型和公共交通系統(tǒng)組成要素。
(1)公共交通車(chē)用能源類(lèi)型較多,簡(jiǎn)單劃分為傳統(tǒng)公交車(chē)輛和新能源車(chē)輛。2009年我國(guó)工信部制訂的《新能源汽車(chē)生產(chǎn)企業(yè)及產(chǎn)品準(zhǔn)入管理規(guī)則》正式確定了新能源車(chē)輛的范圍,指除汽油、柴油發(fā)動(dòng)機(jī)之外所有其他能源汽車(chē),包括純電動(dòng)汽車(chē)(BEV)、混合動(dòng)力汽車(chē)(HEV)、燃料電池汽車(chē)(FCEV)、氫發(fā)動(dòng)機(jī)汽車(chē)及燃?xì)?、醇醚、生物柴油汽?chē)等。新能源車(chē)輛概念取代了替代燃料車(chē)輛的概念。清潔能源汽車(chē)是以車(chē)用清潔能源取代傳統(tǒng)汽油、柴油的環(huán)保型汽車(chē)的統(tǒng)稱(chēng),其特征是能耗低、污染物排放少、對(duì)環(huán)境友好[14-15]。
(2)城市公共交通系統(tǒng)組成要素,包括內(nèi)部要素和外部要素。公共交通系統(tǒng)內(nèi)部構(gòu)成要素可以劃分為物理設(shè)施、運(yùn)營(yíng)計(jì)劃、從業(yè)人員。物理設(shè)施包括基礎(chǔ)設(shè)施,車(chē)輛,燃料,設(shè)備,動(dòng)力系統(tǒng),控制、通信和地理系統(tǒng);公共交通系統(tǒng)外部構(gòu)成要素可劃分為:政府決策,私人交通出行方式及非機(jī)動(dòng)交通出行方式,消費(fèi)者指城市居民等。
城市客運(yùn)交通出行總量,出行距離,出行結(jié)構(gòu)由城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展、土地利用、居民出行選擇等宏觀層面影響因素決定,即城市客運(yùn)交通出行總量,出行距離,出行結(jié)構(gòu)是公共交通系統(tǒng)能耗強(qiáng)度的外部影響因素的構(gòu)成要素,此外還有公共交通系統(tǒng)內(nèi)部構(gòu)成要素影響著公共交通方式能耗強(qiáng)度。
城市公共交通能源消耗與排放測(cè)算主要參數(shù)為車(chē)輛速度、交通基礎(chǔ)設(shè)施、滿(mǎn)載率和燃料類(lèi)型等。
(1)車(chē)輛速度,對(duì)車(chē)輛能耗的影響主要體現(xiàn)在對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)牽引力和風(fēng)阻力上。有研究表明車(chē)速較低時(shí),車(chē)速波動(dòng)對(duì)車(chē)輛油耗的影響較小,車(chē)速的增加對(duì)車(chē)輛油耗的影響越顯著。目前我國(guó)城市公交車(chē)平均速度在30km/h以下,車(chē)速變化對(duì)車(chē)輛百公里油耗影響不大,車(chē)速波動(dòng)在20%左右,油耗波動(dòng)在10%左右。
(2)交通基礎(chǔ)設(shè)施能耗按照全生命周期分析包括交通建設(shè)、運(yùn)營(yíng)、維護(hù)和報(bào)廢處理四個(gè)階段,其中建設(shè)階段是能源消耗的主要來(lái)源。由于基礎(chǔ)設(shè)施使用壽命較長(zhǎng),報(bào)廢階段也暫時(shí)不予考慮,其生命周期清單分析中基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)和維護(hù)階段是能耗和排放的主要和直接來(lái)源。基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)及維護(hù)能耗生命周期評(píng)價(jià)往往使用基于過(guò)程的評(píng)價(jià)方法,即根據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施的施工過(guò)程和技術(shù)來(lái)逐步計(jì)算能耗和排放。
公共交通系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)施可按照地面交通和軌道交通分為兩類(lèi),地面交通(地面公交和出租車(chē))的基礎(chǔ)設(shè)施主要包括道路、站臺(tái)、停車(chē)場(chǎng)站等,軌道交通基礎(chǔ)設(shè)施主要包括區(qū)間軌道、車(chē)站和車(chē)輛段。公共交通系統(tǒng)的運(yùn)輸工具根據(jù)交通方式可劃分為公共汽電車(chē)、出租車(chē)、軌道交通車(chē)輛。
(3)滿(mǎn)載率,車(chē)輛滿(mǎn)載率對(duì)車(chē)輛能耗的影響主要在于影響車(chē)輛載重,車(chē)輛載重越大,滾動(dòng)阻力越大,百公里能耗越高。對(duì)于大型公交車(chē),滿(mǎn)載時(shí)能耗比空載時(shí)有較大幅度提高,平均達(dá)35%以上,同時(shí)隨著速度的增加,增幅也會(huì)增加。
車(chē)輛滿(mǎn)載率對(duì)人均能耗有著顯著影響,人均能耗隨著車(chē)輛滿(mǎn)載率的提高而快速降低,滿(mǎn)載率超過(guò)50%后,人均能耗降幅變平緩。當(dāng)公交車(chē)輛滿(mǎn)載率較低時(shí),人均能耗較高,當(dāng)滿(mǎn)載率不足10%時(shí)甚至超過(guò)私人汽車(chē)出行人均能耗。從節(jié)能減排角度考慮,應(yīng)通過(guò)調(diào)整運(yùn)營(yíng)計(jì)劃或車(chē)型調(diào)配,保證車(chē)輛的載客率在50%以上。
(4)燃料類(lèi)型,公共交通的燃料類(lèi)型主要有汽油、柴油、天然氣、電和混合動(dòng)力。假定在滿(mǎn)載率100%理想條件下進(jìn)行不同燃料類(lèi)型地面公交車(chē)輛的人均能耗及排放強(qiáng)度對(duì)比,差距較大?;旌蟿?dòng)力地面公交車(chē)輛在能耗及碳排放方面均有比較明顯的優(yōu)勢(shì),與傳統(tǒng)柴油公交車(chē)相比,人均能耗及排放強(qiáng)度下降23%左右?;旌蟿?dòng)力公交車(chē)輛能夠顯著的降低車(chē)輛運(yùn)行能耗和碳排放,技術(shù)較為成熟,是目前新能源車(chē)輛發(fā)展的主要方向。但車(chē)輛購(gòu)置成本偏高,我國(guó)許多城市正在積極推廣混合動(dòng)力公交車(chē)的應(yīng)用,對(duì)購(gòu)置混合動(dòng)力公交車(chē)提供一定的補(bǔ)助。天然氣公交車(chē)輛與傳統(tǒng)柴油公交車(chē)輛相比,優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在經(jīng)濟(jì)性和減少有害氣體排放方面,其能耗和碳排放方面并不具有顯著優(yōu)勢(shì)。天然氣的價(jià)格是柴油價(jià)格的25%左右,并且能夠降低近90%PM2.5排放量。因此天然氣作為清潔能源和替代能源將成為未來(lái)公交車(chē)輛的一個(gè)重要發(fā)展方向。電力公交車(chē)目前主要是以有軌電車(chē)和無(wú)軌電車(chē)為主,純電動(dòng)公交車(chē)輛雖然運(yùn)行階段不產(chǎn)生排放,但是由于我國(guó)電力生產(chǎn)過(guò)程中能耗及碳排放量較高。因此,純電動(dòng)公交車(chē)輛整體碳排放水平仍然較高,還不具備大規(guī)模運(yùn)營(yíng)的技術(shù)條件。
城市公共交通能源消耗和排放的主要統(tǒng)計(jì)指標(biāo)為載客人數(shù)、燃料類(lèi)型、百公里能耗、能耗強(qiáng)度、排放強(qiáng)度等。
模型結(jié)構(gòu)和統(tǒng)計(jì)指標(biāo)選取。根據(jù)公共交通系統(tǒng)能耗測(cè)算模型結(jié)構(gòu),模型的計(jì)算模塊分為3個(gè)部分,即基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)能耗及排放計(jì)算,基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)營(yíng)能耗及排放計(jì)算,運(yùn)營(yíng)車(chē)輛能耗及排放計(jì)算。
(1)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)方面,將基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)階段分為準(zhǔn)備階段和施工階段,準(zhǔn)備階段能耗與排放為建筑材料生產(chǎn)的排放與能耗,施工階段能耗與排放為施工過(guò)程中機(jī)械耗電的能耗與排放?;A(chǔ)設(shè)施建設(shè)能耗為準(zhǔn)備階段和建設(shè)階段能耗及排放之和,計(jì)算公式如下:
Ec、CEc指基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)階段能耗、碳排放量;PEn、EFn指第n類(lèi)建筑材料能耗、排放因子;Un為第n類(lèi)建筑材料用量;PEc、EFc指電力能耗、排放因子,Ui指第i類(lèi)施工器械耗電量。
(2)基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)營(yíng)方面,運(yùn)營(yíng)能耗主要指維持公共交通系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)的設(shè)備能耗,包括照明系統(tǒng)、空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)、信號(hào)系統(tǒng)等,根據(jù)其耗電量計(jì)算能耗和排放,詳見(jiàn)以下兩個(gè)公式:
E0、CE0指基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)營(yíng)階段能耗、碳排放量,PEc、EFc指電力能耗、排放因子,Uj指第 j類(lèi)運(yùn)營(yíng)設(shè)備耗電量。
(3)車(chē)輛運(yùn)行方面,車(chē)輛運(yùn)營(yíng)能耗由城市居民交通需求、城市交通結(jié)構(gòu)、車(chē)輛承載系數(shù)、車(chē)輛能耗強(qiáng)度等參數(shù)進(jìn)行計(jì)算,如下各式。
D指年均城市客運(yùn)交通需求量,用客運(yùn)周轉(zhuǎn)量表示,單位人公里,p指城市居民人口,n指居民人均每日出行次數(shù),d指居民平均單次出行距離。
Ev、CEv指車(chē)輛運(yùn)營(yíng)階段能耗、碳排放量,Ek、CEk指k類(lèi)型公共交通方式車(chē)輛運(yùn)營(yíng)階段能耗、碳排量,Sk指k類(lèi)型公共交通方式的交通分擔(dān)率,Qk,i指k類(lèi)型交通方式中i類(lèi)型燃料車(chē)輛占比,Gk,i指k類(lèi)型交通方式i類(lèi)型燃料車(chē)輛單位公里能耗強(qiáng)度,PEi、EFi指 i類(lèi)型燃料能耗、排放因子。
一般情況下,地面交通車(chē)輛燃油經(jīng)濟(jì)性計(jì)算普遍采用如下公式:
Gk,j指k類(lèi)型交通方式中i類(lèi)型燃料車(chē)輛單位公里能耗,P為車(chē)輛行駛阻力功率,gi為燃料消耗率,V為車(chē)輛行駛速度,γ為燃料密度,ηγ為發(fā)動(dòng)機(jī)傳動(dòng)機(jī)械效率,m為車(chē)輛重量,g為重力速度,f為滾動(dòng)阻力系數(shù),i為道路坡度,Cp為空氣阻力系數(shù),A為車(chē)輛迎風(fēng)面積。
以北京市公共交通系統(tǒng)為例,對(duì)公共交通系統(tǒng)能耗和碳排放作統(tǒng)計(jì)分析。北京市公共交通中,公交車(chē)輛一般為大型客車(chē),以12米單節(jié)車(chē)、18米鉸鏈車(chē)為主。公交車(chē)輛主力車(chē)型包括BK6111單機(jī)(12米)、BK6140(14米鉸鏈)、BK6180(18米鉸鏈)等。公交車(chē)輛按照主要燃料分類(lèi)主要有柴油車(chē)、天然氣車(chē)、混合動(dòng)力車(chē)及電車(chē)。北京市地鐵采取6節(jié)編組,3動(dòng)3托,常見(jiàn)的車(chē)型有DKZ系列、SFM系列B型車(chē),采用直流第三軌供電。
根據(jù)城市客運(yùn)交通額定載客量下的能耗和碳排放統(tǒng)計(jì)指標(biāo)要求,給出北京市載客量對(duì)應(yīng)的能耗與排放統(tǒng)計(jì)指標(biāo)取值如表1所示。
表1 北京市客運(yùn)交通額定載客量對(duì)應(yīng)的能耗與排放統(tǒng)計(jì)指標(biāo)取值
根據(jù)北京市交通統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)計(jì)算出在車(chē)輛按照額定載客人數(shù)運(yùn)行情況下,公共交通系統(tǒng)不同交通方式的生命周期得到基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、運(yùn)營(yíng)能耗強(qiáng)度、運(yùn)營(yíng)人均能耗及排放強(qiáng)度結(jié)果,如表2所示。根據(jù)測(cè)算結(jié)果,地鐵基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)營(yíng)階段能耗及排放均遠(yuǎn)高于公交和出租車(chē)。地鐵基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)營(yíng)階段人均能耗強(qiáng)度約為公交系統(tǒng)的483倍,出租車(chē)的362倍。地鐵基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)營(yíng)階段人均排放強(qiáng)度約為公交系統(tǒng)的525倍,出租車(chē)的332倍。公共交通系統(tǒng)中地鐵的全生命周期能耗強(qiáng)度最低,約為公交的45.2%,出租車(chē)的11.4%。地鐵的排放強(qiáng)度受我國(guó)電力行業(yè)排放強(qiáng)度較高的影響,比公交排放強(qiáng)度高,但仍低于出租車(chē)。通過(guò)測(cè)算結(jié)果可以看出,基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)能耗占全生命周期能耗的比例均較低,地鐵的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)能耗占比最高為4.66%。公交和出租的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和運(yùn)營(yíng)能耗總和占比仍然極低,不到1%。公交和出租系統(tǒng)能耗99%來(lái)自于車(chē)輛運(yùn)行階段。
表2 不同交通方式生命周期能耗及排放強(qiáng)度(額定載客)
圖1 不同燃料類(lèi)型公共交通能耗強(qiáng)度和排放強(qiáng)度(額定載客)
不同燃料類(lèi)型下,公交車(chē)天然氣能耗強(qiáng)度大,出租車(chē)汽油排放強(qiáng)度大,但是具有靈活、速度快、舒適便捷的特點(diǎn)可以作為公共交通系統(tǒng)的一個(gè)補(bǔ)充部分。適度發(fā)展出租車(chē),提高出租車(chē)的服務(wù)水平是遏制私人汽車(chē)發(fā)展的重要途徑。但出租車(chē)的數(shù)量不宜過(guò)多,大量空駛里程將造成能源浪費(fèi)和排放,如圖1所示。
根據(jù)北京市交通發(fā)展研究報(bào)告2008-2010年數(shù)據(jù),如表3所示,運(yùn)用本文建立的公共交通系統(tǒng)能耗測(cè)算模型計(jì)算北京市交通系統(tǒng)能耗及排放量。
表3 北京市公共交通系統(tǒng)能耗分析基礎(chǔ)數(shù)據(jù)
計(jì)算結(jié)果如表4所示,基礎(chǔ)設(shè)施能耗約占公共交通系統(tǒng)總能耗的5%,車(chē)輛能耗是主要的能源消耗來(lái)源。2008-2010年公共交通系統(tǒng)客運(yùn)量占比呈現(xiàn)增加趨勢(shì),而同時(shí)公共交通系統(tǒng)能耗占比呈現(xiàn)顯著下降趨勢(shì)。2010年公共交通系統(tǒng)承擔(dān)了46.3%的城市客運(yùn)量,但消耗的能源僅占城市客運(yùn)交通系統(tǒng)能耗的14.67%,體現(xiàn)出了公共交通系統(tǒng)節(jié)能的巨大優(yōu)勢(shì)。公共交通系統(tǒng)內(nèi)部能耗組成,地面公交系統(tǒng)能耗占比最高,約60%左右,地鐵系統(tǒng)能耗占比最低,2010年地鐵能耗占比僅為6.86%但承擔(dān)了24.33%的客運(yùn)量。
表4 北京市公共交通系統(tǒng)能耗測(cè)算
從城市層面來(lái)看,改善交通出行結(jié)構(gòu)、提高公共交通出行比例是降低城市客運(yùn)交通系統(tǒng)能耗和人均能耗的主要手段。根據(jù)北京市“十二五”交通發(fā)展規(guī)劃目標(biāo),2015年公共交通出行比例力爭(zhēng)達(dá)到50%以上,軌道交通日均客運(yùn)量1200萬(wàn)人次以上,中心城地面公交日均客運(yùn)量1300萬(wàn)~1500萬(wàn)人次。私人小汽車(chē)出行比率降低至25%,自行車(chē)出行比例保持在18%左右。運(yùn)用交通需求預(yù)測(cè)模型,LEAP模型對(duì)城市公共交通交通系統(tǒng)能耗和排放進(jìn)行情景預(yù)測(cè)、顯著影響因素和靈敏度分析。以2015年為基準(zhǔn)年,設(shè)置多種滿(mǎn)載率情景,得到公交和地鐵的能耗與碳排放指標(biāo)如表5所示。
表5 不同滿(mǎn)載率情景下公交和地鐵能耗及碳排放測(cè)算結(jié)果
根據(jù)地面公交系統(tǒng)生命周期能耗強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果,公交系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和運(yùn)營(yíng)階段能耗僅占總能耗的0.45%,車(chē)輛運(yùn)行階段能耗是公交系統(tǒng)能耗的絕對(duì)主要組成。按照傳統(tǒng)柴油公交車(chē)型占比50%,天然氣公交車(chē)型占30%比例,混合動(dòng)力公交車(chē)型占15%比例,電力公交車(chē)型占5%比例計(jì)算。
基準(zhǔn)情景的公共交通中地面公交、地鐵和出租車(chē)滿(mǎn)載率分別為43%,59%,30%,當(dāng)公共交通車(chē)輛滿(mǎn)載率達(dá)到50%、60%、70%、80%時(shí),地面公交系統(tǒng)能耗及碳排放強(qiáng)度與基礎(chǔ)情景相比分別下降了12.6%、27.2%、37.6%和45.4%??梢钥闯鲈诘孛婀幌到y(tǒng)隨著滿(mǎn)載率的提高,節(jié)能減排潛力巨大。因此,積極調(diào)整公交車(chē)輛能源結(jié)構(gòu),公交車(chē)輛能源結(jié)構(gòu)仍然以柴油公共汽車(chē)為主,以天然氣公共汽車(chē)為輔,以無(wú)軌電池、混合動(dòng)力、純電動(dòng)車(chē)為補(bǔ)充,積極推廣新能源和清潔能源車(chē)輛十分必要。
2015年北京市公共交通低碳發(fā)展情景設(shè)定為地面公交滿(mǎn)載率為60%,地鐵滿(mǎn)載率為65%,出租車(chē)滿(mǎn)載率為32%。基準(zhǔn)情景和低碳情景能耗與碳排放測(cè)算結(jié)果,如表6所示。
表6 2015年北京市基準(zhǔn)和低碳情景下公共交通系統(tǒng)能耗及排放對(duì)比
低碳情景下北京市公共交通系統(tǒng)能耗和碳排放分別下降22%和14%,公共交通人均能耗及碳排放則分別下降超過(guò)31%。低碳情景下北京市客運(yùn)總能耗為719.84萬(wàn)噸標(biāo)煤,與基準(zhǔn)情景相比下降26%。其中,地鐵系統(tǒng)低碳情境下能耗及排放強(qiáng)度與基礎(chǔ)情景相比分別下降0.9%、15.1%、25.7%。隨著滿(mǎn)載率的提高,能耗和排放下降速度減緩。
我國(guó)城市客運(yùn)交通系統(tǒng)應(yīng)建設(shè)以大容量公共交通方式為骨架、常規(guī)公交為補(bǔ)充的多層次公共交通體系。在城區(qū)內(nèi)大型客流集散處設(shè)置大型換乘樞紐,換乘樞紐連接多種交通方式,盡量縮短換乘距離。樞紐開(kāi)發(fā)向立體化、綜合化發(fā)展,與商業(yè)開(kāi)發(fā)相結(jié)合。中心城邊緣建設(shè)換乘樞紐,通過(guò)收取擁堵費(fèi),提高停車(chē)費(fèi)用汽車(chē)牌照控制等措施推進(jìn)P+R模式出行模式,鼓勵(lì)私人汽車(chē)換乘公共交通方式進(jìn)入中心城區(qū)。收取的費(fèi)用作為改善公交服務(wù)的資金,有效緩解了城市交通擁堵問(wèn)題。
具體節(jié)能減排措施如下:
·優(yōu)化城市交通結(jié)構(gòu),提高公共交通的出行比例。
·在政府主導(dǎo)的公交領(lǐng)域推廣新能源車(chē)輛,實(shí)現(xiàn)交通節(jié)能減排。
·提升公共交通的服務(wù)水平,完善車(chē)輛信息服務(wù),便利的換乘系統(tǒng)和高可達(dá)性的線(xiàn)路設(shè)置。
·提高私人汽車(chē)的使用成本,來(lái)彌補(bǔ)其給城市交通和環(huán)境帶來(lái)的負(fù)外部性效應(yīng)。
改善出行結(jié)構(gòu),縮短出行距離、提高車(chē)輛滿(mǎn)載率是降低公共交通系統(tǒng)和城市客運(yùn)交通能耗和排放的最有效方法。
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