國一帆,王久亮
(河北省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司,河北 石家莊 050000)
建立健全綠色低碳循環(huán)發(fā)展的經(jīng)濟(jì)體系是黨的十九大提出的重大發(fā)展任務(wù)。2020年12月31日,習(xí)近平總書記主持召開中央全面深化改革委員會(huì)第十七次會(huì)議時(shí)強(qiáng)調(diào):“建立健全綠色低碳循環(huán)發(fā)展經(jīng)濟(jì)體系,促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展全面綠色轉(zhuǎn)型,是解決我國資源環(huán)境生態(tài)問題的基礎(chǔ)之策。”2021年2月22日,國務(wù)院印發(fā)《關(guān)于加快建立健全綠色低碳循環(huán)發(fā)展經(jīng)濟(jì)體系的指導(dǎo)意見》指出,到2025年,產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、能源結(jié)構(gòu)、運(yùn)輸結(jié)構(gòu)明顯優(yōu)化,綠色產(chǎn)業(yè)比重顯著提升,基礎(chǔ)設(shè)施綠色化水平不斷提高,碳排放明顯降低,到2035年,廣泛形成綠色生產(chǎn)生活方式,碳排放達(dá)峰后穩(wěn)中有降,生態(tài)環(huán)境根本好轉(zhuǎn),美麗中國建設(shè)目標(biāo)基本實(shí)現(xiàn)。
《交通強(qiáng)國建設(shè)綱要》要求“構(gòu)建安全、便捷、高效、綠色、經(jīng)濟(jì)的現(xiàn)代化綜合交通體系”,并從促進(jìn)資源節(jié)約集約利用、強(qiáng)化節(jié)能減排和污染防治、強(qiáng)化交通生態(tài)環(huán)境保護(hù)修復(fù)等方面提出了交通運(yùn)輸綠色發(fā)展的重點(diǎn)方向。國內(nèi)外對綠色低碳循環(huán)交通運(yùn)輸并無明確一致的定義,宿鳳鳴[1]、陸化普[2]、茅林[3]、衛(wèi)藍(lán)[4]、池熊偉[5]等從不同角度論述了對低碳交通運(yùn)輸?shù)牧私狻>C合來看,綠色低碳循環(huán)交通運(yùn)輸體系追求以最少的資源投入、最小的環(huán)境代價(jià)、最大限度地滿足社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展產(chǎn)生的合理交通需求,具有資源集約、生態(tài)友好、排放清潔、能源低碳和運(yùn)行高效等基本特征。通過技術(shù)革新、組織優(yōu)化、結(jié)構(gòu)調(diào)整、制度完善等手段,努力推動(dòng)交通運(yùn)輸綠色低碳循環(huán)發(fā)展,是行業(yè)加強(qiáng)生態(tài)文明建設(shè)和推動(dòng)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略舉措,是建設(shè)交通強(qiáng)國的關(guān)鍵內(nèi)容,是建設(shè)美麗中國的重要領(lǐng)域。
河北省是華東、華南和西南等區(qū)域連接三北地區(qū)的樞紐,是全國放射狀公路、鐵路網(wǎng)布局的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn),河北交通體系是保障首都與全國便捷交通聯(lián)系的重要基礎(chǔ)。目前河北省現(xiàn)代化綜合立體交通網(wǎng)絡(luò)完善,服務(wù)京津冀協(xié)同發(fā)展成效顯著,已基本形成“南北貫通、東出西聯(lián)”的大交通格局,交通運(yùn)輸先行保障作用不斷增強(qiáng)。立足發(fā)展新階段,對全省交通運(yùn)輸發(fā)展提出了新的更高要求,加快交通運(yùn)輸創(chuàng)新發(fā)展、綠色發(fā)展、高質(zhì)量發(fā)展,實(shí)現(xiàn)安全、便捷、高效、綠色、經(jīng)濟(jì)的現(xiàn)代化綜合交通運(yùn)輸體系邁上新臺(tái)階。
為此,針對河北省綠色交通發(fā)展現(xiàn)狀,開展專題分析研究,采用定量分析與定性分析相結(jié)合的方式,應(yīng)用不同分析方法,為未來一段時(shí)期河北省交通運(yùn)輸綠色低碳循環(huán)發(fā)展提供技術(shù)支撐,對我國建立健全綠色低碳循環(huán)發(fā)展的經(jīng)濟(jì)體系,確保實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)具有重要意義。
為更好地建立河北省綠色低碳循環(huán)交通運(yùn)輸體系、建設(shè)交通強(qiáng)國河北篇章,需要對河北省交通碳排放現(xiàn)狀進(jìn)行計(jì)算來提供數(shù)據(jù)支撐。本文選擇基于交通燃料消耗的計(jì)算方法(自上而下法)進(jìn)行河北省交通運(yùn)輸碳排放計(jì)算[6]。河北省交通運(yùn)輸業(yè)的能源消耗數(shù)據(jù)來自2001—2020年的《中國能源統(tǒng)計(jì)年鑒》,能源種類包括原煤、汽油、煤油、柴油、燃料油、液化石油氣、天然氣、液化天然氣8 類,由于電力在消費(fèi)過程不直接產(chǎn)生二氧化碳,不納入計(jì)算統(tǒng)計(jì)范疇。國內(nèi)生產(chǎn)總值、人口等數(shù)據(jù)來自2001—2020年《河北經(jīng)濟(jì)年鑒》。碳排放系數(shù)綜合考慮《IPCC國家溫室氣體清單指南》(2006)、《綜合能耗計(jì)算通則》(GB/T 2589—2020)計(jì)算得出。
根據(jù)IPCC 所提供的計(jì)算方法來測算二氧化碳排放量,測算公式為[7]:
式中:C為碳排放量;E為能源消耗量;K為能源碳排放系數(shù);j為第j種能源。采用IPCC(2006)的缺省碳排放系數(shù),結(jié)合《綜合能耗計(jì)算通則》(GB/T 2589—2020)上的各類能源平均低位發(fā)熱量,計(jì)算得出各類能源以質(zhì)量為單位的碳排放系數(shù)(表1)。
表1 各類能源碳排放系數(shù)Tab.1 Carbon emission coefficients of different types of energy
由公式計(jì)算得到2000—2019年河北省交通運(yùn)輸碳排放總量(表2)。從表1和圖1可以看出,2000—2019年20年間,河北省交通運(yùn)輸碳排放總量總體呈上升趨勢,總量從2000年的417.3萬噸增長到2019年的2 008.7萬噸,增長約3.8倍;各年份增速波動(dòng)較大,平均增速為10.8%,其中2005年增速達(dá)94.8%。
圖1 河北省交通碳排放量總量及增速Fig.1 Transportation carbon emissions and growth rate in Hebei Province
表2 河北省交通運(yùn)輸能源消費(fèi)碳排放(萬噸)Tab.2 Carbon emissions of transportation energy consumption in Hebei Province(10 000 tons)
同時(shí),各類型能源增長和占比情況變化較大(圖2)。其中,柴油碳排放量增長最快,由2000年的125.9萬噸增長至2019年的1 135.8萬噸,占比從30.2%到56.5%,自2005年起,柴油消費(fèi)碳排放量一直占據(jù)主導(dǎo)地位;原煤、汽油消費(fèi)碳排放量先上升后大幅下降,煤油、燃料油、液化石油氣、天然氣、液化天然氣總體呈上升趨勢。至2019年,除柴油外,燃料油、天然氣、汽油消費(fèi)碳排放量分別占比14.5%、11.0%、9.5%,煤油、液化天然氣、原煤、液化石油氣碳排放量占比較低。
圖2 河北省交通各類能源碳排放量占比Fig.2 The proportion of carbon emissions from various types of energy in Hebei Province
近年來使用煤炭作為燃料的高能耗蒸汽機(jī)車被逐漸淘汰是河北省交通運(yùn)輸業(yè)原煤消費(fèi)碳排放下降的主要原因。同時(shí),營運(yùn)車輛柴油化進(jìn)程的加快、大型貨運(yùn)汽車及其他機(jī)動(dòng)車使用量快速上升、道路運(yùn)輸需求的不斷增加,使柴油消費(fèi)碳排放上升并成為了河北省主要的交通碳排放能源。除此之外,新增重型貨車、營運(yùn)客車、公交車、出租車中天然氣及LNG車輛的廣泛應(yīng)用,是天然氣和液化天然氣碳排放量上升的主要原因??偟目磥?,原煤消費(fèi)對交通運(yùn)輸業(yè)碳排放影響較小且趨于穩(wěn)定,石油類制品的能源消費(fèi)在河北省交通能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中占主導(dǎo)地位,天然氣及液化天然氣對交通運(yùn)輸碳排放的影響也在逐年加大,交通運(yùn)輸能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)已得到初步改善。
基于上述河北省交通碳排放總量歷年的變化情況以及對河北省社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、交通運(yùn)輸需求、能源消耗等情況的具體了解,對河北省未來交通運(yùn)輸碳排放情況進(jìn)行趨勢分析,并選取不同方法進(jìn)行預(yù)測并綜合取值。
未來一段時(shí)間交通需求尚有較大增長空間。2019年河北省城鎮(zhèn)化率為57.62%,居全國第十九位,隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)度加快和京津冀一體化程度加深,客運(yùn)需求量在未來一段時(shí)間內(nèi)仍將保持較快增長。而在新冠肺炎疫情影響下,選擇小汽車出行的人數(shù)大幅增長,公共交通出行比例有所下降,為客運(yùn)的低碳化轉(zhuǎn)型蒙上一層不確定性。貨運(yùn)方面,隨著河北省充分發(fā)揮京津冀經(jīng)濟(jì)圈作用以及河北省經(jīng)濟(jì)發(fā)展戰(zhàn)略的實(shí)施,工業(yè)仍然是河北省主導(dǎo)產(chǎn)業(yè),國民經(jīng)濟(jì)將繼續(xù)處于持續(xù)、穩(wěn)定、快速增長時(shí)期,在這個(gè)發(fā)展階段內(nèi),貨運(yùn)量總體將呈現(xiàn)穩(wěn)步增長的趨勢。
能源消費(fèi)仍以化石燃料為主,新能源替代仍在發(fā)展。運(yùn)輸裝備的能源清潔化是交通領(lǐng)域碳減排的重要手段。國家推出的一系列節(jié)能減排的法律法規(guī)以及交通運(yùn)輸新規(guī)定有效限制了原煤、柴油的大量消耗,一定程度上削減了碳排放量。從前文能源消耗計(jì)算碳排放可知,汽油、柴油、煤油、燃料油等化石燃料在2011年左右有所下降,但總體占比仍然超過90%,帶來了大量的碳排放。新能源技術(shù)的發(fā)展使得天然氣、電動(dòng)車應(yīng)用日益普遍,但是能源結(jié)構(gòu)短期內(nèi)改變的可能性較小,重型貨車、船舶在短期內(nèi)還缺乏成熟的能源替代方案。
總體上來看,交通運(yùn)輸碳達(dá)峰相對較晚。交通運(yùn)輸是居民出行和物流服務(wù)的基礎(chǔ)支撐和保障,碳排放總量控制難度很大。大宗商品長途運(yùn)輸公路占比較大,鐵路貨運(yùn)和客運(yùn)比例偏低,機(jī)場港口缺乏統(tǒng)籌導(dǎo)致基礎(chǔ)設(shè)施利用率不高,各種運(yùn)輸方式銜接不暢導(dǎo)致多式聯(lián)運(yùn)發(fā)展滯后,從而造成交通運(yùn)輸結(jié)構(gòu)不合理、能源利用率低和碳排放量大。城市公共交通的出行分擔(dān)率偏低,生活水平的提高使人們對運(yùn)輸時(shí)效性、個(gè)性化和舒適度等要求越來越高,大排量小汽車客運(yùn)出行比例過高,從而導(dǎo)致單位運(yùn)輸周轉(zhuǎn)量的二氧化碳排放強(qiáng)度下降面臨瓶頸,低碳交通發(fā)展面臨嚴(yán)重挑戰(zhàn)。從我國目前所處的發(fā)展階段以及河北省產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和能源結(jié)構(gòu)情況來看,目前還未出現(xiàn)交通碳排放與GDP脫鉤的明顯跡象。
根據(jù)上述分析,本文結(jié)合以下三種預(yù)測方法綜合分析,最終確定河北省交通運(yùn)輸碳排放總量特征年份(2030年、2060年)預(yù)測結(jié)果。
(1)時(shí)間序列法
利用按時(shí)間順序排列的數(shù)據(jù)預(yù)測未來的方法,事物的發(fā)展變化趨勢會(huì)延續(xù)到未來,反映在隨機(jī)過程理論中就是時(shí)間序列的平穩(wěn)性或準(zhǔn)平穩(wěn)性。時(shí)間序列法就是研究預(yù)測對象自身變化過程及發(fā)展趨勢。根據(jù)前文統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),用時(shí)間序列法研究河北省交通碳排放量隨時(shí)間的變化,分別采用了多項(xiàng)式、線性、對數(shù)三種方法進(jìn)行了回歸分析,結(jié)果如圖3所示。
圖3 碳排放量隨時(shí)間變化趨勢圖Fig.3 Trend chart of carbon emissions
(2)彈性系數(shù)法
根據(jù)交通行業(yè)能源消耗和經(jīng)濟(jì)發(fā)展關(guān)系的規(guī)律,交通運(yùn)輸碳排放總量仍然與GDP增長保持一定的彈性關(guān)系。截至目前,我國經(jīng)濟(jì)的增長會(huì)導(dǎo)致相應(yīng)交通運(yùn)輸碳排放總量的增加。隨著河北省經(jīng)濟(jì)的增長,交通運(yùn)輸需求呈現(xiàn)總體上升的趨勢,但受“雙碳”政策和行業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整整體發(fā)展趨勢影響,預(yù)計(jì)2030年前后趨于平穩(wěn)。利用公式應(yīng)用彈性系數(shù)分析法對GDP年均增長率分別進(jìn)行預(yù)測,計(jì)算得到目標(biāo)年交通運(yùn)輸碳排放量。公式如下:
式中:Q為預(yù)測碳排放量;Q0為現(xiàn)在碳排放量;T為彈性系數(shù);RGDP為GDP增長速度。
經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平是影響交通運(yùn)輸碳排放量的重要因素,碳排放量與GDP增長保持一定的彈性關(guān)系。根據(jù)目前我國所處的發(fā)展階段,一段時(shí)間內(nèi)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的提高會(huì)帶動(dòng)碳排放量持續(xù)升高。未來三十余年,隨著河北省經(jīng)濟(jì)的增長,碳排放量在一段時(shí)間內(nèi)仍然會(huì)呈現(xiàn)總體上升的趨勢,但增速會(huì)不斷降低,直到達(dá)到峰值后開始減少,預(yù)計(jì)2030年前后達(dá)到峰值并隨后趨于平穩(wěn)。利用公式,計(jì)算得到不同目標(biāo)年碳排放增長率,如下表所示:
表3 彈性系數(shù)法預(yù)測碳排放增長率Tab.3 Growth rate of carbon emission by elastic coefficient method
(3)灰色系統(tǒng)分析法
灰色系統(tǒng)分析法用來衡量影響因素關(guān)聯(lián)程度,為一個(gè)系統(tǒng)的發(fā)展態(tài)勢提供了量化的度量。由于某一個(gè)地區(qū)某一領(lǐng)域的碳排放量具有特定的地域特點(diǎn),受到本地區(qū)本領(lǐng)域諸多因素綜合影響,這些因素的具體影響過程并不完全清楚,稱之為灰色系統(tǒng)。經(jīng)分析,河北省交通運(yùn)輸碳排放量符合上述特點(diǎn),可將其視為灰色系統(tǒng)。應(yīng)用GM(1,1)模型對河北省交通碳排放量進(jìn)行預(yù)測[8],以2000—2019年的河北省交通碳排放量為原始數(shù)列。設(shè)原始時(shí)間序列數(shù)據(jù)為X(0):
由它產(chǎn)生的一次累加生產(chǎn)數(shù)列為:
利用一次累加生成GM(1,1)模型的白化方程:
其系數(shù)向量可采用最小二乘法估計(jì)求解:
式中,B、Y分別為如下矩陣和向量:
解上述微分方程,即可得到時(shí)間響應(yīng)函數(shù):
依據(jù)河北省交通碳排放總量,使用MATLAB軟件采用最小二乘法對參數(shù)進(jìn)行估計(jì),得到預(yù)測結(jié)果。
根據(jù)以上三種方法得到的預(yù)測結(jié)果,結(jié)合河北省交通運(yùn)輸碳排放量發(fā)展特點(diǎn)和發(fā)展趨勢,確定河北省各特征年交通碳排放量的預(yù)測結(jié)果。綜合取值結(jié)果見下表。
表4 綜合取值預(yù)測結(jié)果Tab.4 Comprehensive prediction results
根據(jù)前文河北省交通運(yùn)輸碳排放現(xiàn)狀和預(yù)測分析,結(jié)合綠色低碳循環(huán)交通運(yùn)輸發(fā)展的內(nèi)涵,分析河北省交通運(yùn)輸發(fā)展階段性特征,并給出針對性建議:
一是交通運(yùn)輸結(jié)構(gòu)調(diào)整需持續(xù)優(yōu)化。在河北省綜合運(yùn)輸系統(tǒng)中,各交通運(yùn)輸方式在很大程度上依舊表現(xiàn)為相互競爭、缺乏合作的局面,各方式之間尚未形成有效的協(xié)調(diào)配合,交通運(yùn)輸結(jié)構(gòu)并沒有很好地與綠色低碳循環(huán)經(jīng)濟(jì)適配。未來,需持續(xù)優(yōu)化調(diào)整運(yùn)輸結(jié)構(gòu),提升鐵路運(yùn)輸能力、優(yōu)化港口集疏運(yùn)體系、加快公路貨運(yùn)轉(zhuǎn)型升級,將各種交通運(yùn)輸方式進(jìn)一步優(yōu)化整合,實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸資源的合理配置,構(gòu)建綠色低碳循環(huán)的綜合運(yùn)輸體系,實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)性減排。
二是綠色循環(huán)低碳交通運(yùn)輸技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用需繼續(xù)推動(dòng)。近年來,河北省在清潔能源運(yùn)輸工具推廣方面取得一定成績。未來,需要繼續(xù)加快節(jié)能與清潔能源裝備推廣,推進(jìn)以天然氣等清潔能源為燃料的運(yùn)輸裝備和機(jī)械設(shè)備的應(yīng)用,加強(qiáng)加氣、供電等配套設(shè)施建設(shè)。積極探索生物質(zhì)能在交通運(yùn)輸裝備中的應(yīng)用。推廣應(yīng)用混合動(dòng)力交通運(yùn)輸裝備,推進(jìn)合同能源管理在用能裝備和系統(tǒng)中的應(yīng)用。同時(shí),要加強(qiáng)綠色循環(huán)低碳交通運(yùn)輸技術(shù)的研發(fā),大力推進(jìn)交通運(yùn)輸能源資源節(jié)約、生態(tài)環(huán)境保護(hù)、新能源利用等領(lǐng)域關(guān)鍵技術(shù)、先進(jìn)適用技術(shù)與產(chǎn)品研發(fā),積極推進(jìn)科技成果市場化、產(chǎn)業(yè)化,加快交通運(yùn)輸科技創(chuàng)新。
三是交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的綠色低碳循環(huán)要求需進(jìn)一步強(qiáng)化。經(jīng)過多年建設(shè),河北省交通運(yùn)輸基礎(chǔ)設(shè)施取得了長足發(fā)展,近年來在基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃建設(shè)過程中也逐步重視綠色低碳循環(huán)的相關(guān)要求。未來,需要進(jìn)一步強(qiáng)化交通基礎(chǔ)設(shè)施綠色低碳循環(huán)的可持續(xù)發(fā)展特性,繼續(xù)推進(jìn)各種運(yùn)輸方式協(xié)調(diào)發(fā)展,凸顯整體優(yōu)勢和集約效能。將節(jié)約能源資源要求貫徹到交通基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營、養(yǎng)護(hù)和管理全過程,并遵循減量化、再利用、資源化原則,積極探索資源回收和廢棄物綜合利用的有效途徑。嚴(yán)格執(zhí)行交通建設(shè)規(guī)劃和建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境影響評價(jià)、環(huán)境保護(hù)“三同時(shí)”和建設(shè)項(xiàng)目水土保持方案編制制度,加強(qiáng)交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、養(yǎng)護(hù)和運(yùn)營過程中的污染物處理和噪聲防治。
四是綠色低碳循環(huán)交通運(yùn)輸發(fā)展的保障機(jī)制需進(jìn)一步健全。目前,河北省綠色交通治理能力和推進(jìn)手段尚不完善。未來,需進(jìn)一步完善綠色循環(huán)低碳交通運(yùn)輸法規(guī)標(biāo)準(zhǔn),在交通基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理等技術(shù)規(guī)范中貫徹綠色循環(huán)低碳的要求。完善綠色循環(huán)低碳交通運(yùn)輸統(tǒng)計(jì)監(jiān)測考核體系,研究建立交通運(yùn)輸綠色循環(huán)低碳發(fā)展指標(biāo)體系、考核辦法和激勵(lì)約束機(jī)制。推進(jìn)綠色循環(huán)低碳交通運(yùn)輸市場機(jī)制運(yùn)用,加強(qiáng)培養(yǎng)節(jié)能環(huán)保第三方服務(wù)機(jī)構(gòu),加快培育節(jié)能環(huán)保技術(shù)服務(wù)市場。鼓勵(lì)交通運(yùn)輸企業(yè)參與自愿減排、自愿循環(huán),引導(dǎo)交通運(yùn)輸企業(yè)積極參與國內(nèi)碳排放交易。
本研究采用能源消耗法碳排放計(jì)算模型,測算了2000—2019年河北省交通運(yùn)輸碳排放量,分析了其時(shí)序變化,并結(jié)合碳排放現(xiàn)狀對未來河北省交通運(yùn)輸碳排放進(jìn)行了趨勢和預(yù)測分析,進(jìn)一步總結(jié)歸納出河北省綠色低碳循環(huán)交通運(yùn)輸發(fā)展體系階段特征并給出針對性建議。主要結(jié)論如下:
(1)河北省交通運(yùn)輸碳排放仍然呈顯著增長趨勢。碳排放總量從2000年的417.3萬噸增長到2019年的2 008.7萬噸,增長約3.8倍,平均增速10.8%;柴油消費(fèi)碳排放量占據(jù)主導(dǎo)地位,原煤、石油碳排放量占比下降。
(2)根據(jù)定性和定量預(yù)測分析,河北省交通運(yùn)輸碳達(dá)峰存在較大壓力。由于交通運(yùn)輸業(yè)的行業(yè)特性和河北省的發(fā)展特性,河北省交通運(yùn)輸碳排放存在很大的減排潛力,但同時(shí)也要保障經(jīng)濟(jì)社會(huì)在一定程度上的正常發(fā)展,相關(guān)政策措施需要考慮區(qū)域環(huán)境和經(jīng)濟(jì)協(xié)同發(fā)展的效益最大化。
(3)總體上來看,河北省綠色低碳循環(huán)交通運(yùn)輸發(fā)展體系建設(shè)仍不完善,碳減排方面存在較大壓力,在交通運(yùn)輸結(jié)構(gòu)調(diào)整,綠色循環(huán)低碳交通運(yùn)輸技術(shù),交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、保障機(jī)制方面需要進(jìn)一步優(yōu)化。