彭天鐸，袁志逸，2，3，任 磊，2，3，4，歐訓(xùn)民，2，3，4

（1.清華大學(xué)氣候變化與可持續(xù)發(fā)展研究院，北京 100084；2.清華大學(xué)能源環(huán)境經(jīng)濟(jì)研究所，北京 100084；3.清華大學(xué)現(xiàn)代管理研究中心，北京 100084；4.清華-力拓資源能源與可持續(xù)發(fā)展研究中心，北京 100084）

交通部門是化石能源消費(fèi)及CO排放的重點領(lǐng)域，交通運(yùn)輸活動產(chǎn)生的碳排放約占全球能源相關(guān)碳排放的24%。聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會發(fā)布的第6 次評估報告顯示，如要將全球溫升水平控制在不超過工業(yè)化前的2 ℃以內(nèi)，全球減緩氣候變化和適應(yīng)的行動，特別是能源系統(tǒng)減排刻不容緩，交通部門需采取舉措深度脫碳，2050年碳排放需降至2015 年的70%～80%，才能支撐實現(xiàn)2 ℃溫控目標(biāo)。

主要國家已積極采取措施推動交通低碳轉(zhuǎn)型，并將交通低碳化納入國家能源轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略，如歐洲“Fit for 55 ”一攬子計劃、美國一攬子基礎(chǔ)設(shè)施法案、日本“綠色增長計劃”等，明確了交通部門的減排目標(biāo)和路徑。隨著經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展，中國交通運(yùn)輸需求持續(xù)提升，未來交通部門的碳排放量將呈現(xiàn)近中期快速增長、遠(yuǎn)期逐漸放緩的態(tài)勢，如不實行積極、持續(xù)的減緩政策，2060年中國交通部門的碳排放量將高達(dá)2020 年的3～4 倍。因此，交通部門亟待低碳轉(zhuǎn)型以實現(xiàn)近零排放，從而支撐實現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)。

本文從中國交通部門發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢出發(fā)，分析交通部門的能源消費(fèi)量，以及排放現(xiàn)狀和特點，介紹現(xiàn)有的低碳發(fā)展政策和舉措，并對交通部門現(xiàn)有的主要低碳發(fā)展技術(shù)現(xiàn)狀、前景及其面臨的挑戰(zhàn)進(jìn)行總結(jié)，進(jìn)而提出了中國碳中和目標(biāo)下交通部門的發(fā)展路徑，以供交通部門低碳發(fā)展借鑒和參考。

1 中國交通部門碳排放現(xiàn)狀及趨勢

1.1 碳排放總量與結(jié)構(gòu)

近年來，交通部門已成為中國碳排放增長最快的領(lǐng)域之一，也是減排的重點領(lǐng)域。2019年，中國交通部門能源消費(fèi)量近5 億t 標(biāo)準(zhǔn)煤，約占能源消費(fèi)總量的11%。交通部門與能源相關(guān)的碳排放量超過9 億t，約占全國能源相關(guān)碳排放量的10%左右。交通部門的碳排放總量隨社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展而快速增長，1990-2019 年年均增速8.1%，高于全國整體碳排放量年均增速2.6個百分點。

中國汽車保有規(guī)模的擴(kuò)大致使道路運(yùn)輸碳排放量保持高速增長。2009 年以來，我國連續(xù)12 年汽車產(chǎn)銷規(guī)模居世界首位，目前汽車保有量已超過3億輛，千人汽車擁有量超過200 輛。汽車普及率提升拉動車用能源消費(fèi)，2019年，以汽車交通為主的道路交通能源消費(fèi)超過3.3億t標(biāo)煤，絕大多數(shù)為汽油和柴油，產(chǎn)生的碳排放量超過7 億t，較2005和2010 年的碳排放量分別增長了1.4 倍和0.6 倍。汽車保有規(guī)模的增長主要受到乘用車和重型商用車驅(qū)動，從來源結(jié)構(gòu)看，私人乘用車和重型貨車的排放量在道路運(yùn)輸排放總量中的占比分別為50.1%和

圖1 近年來中國交通部門碳排放量變化

24.6%。

鐵路運(yùn)輸碳排放量隨著電氣化率的提高和高鐵的普及而進(jìn)入平臺期。隨著中國鐵路運(yùn)輸電氣化進(jìn)程的加快，電力機(jī)車、高速動車組得到廣泛運(yùn)用，鐵路運(yùn)輸電力消費(fèi)量逐年提高，從2010 年的307 億kWh增長至2019年的607億kWh，年均消費(fèi)增速達(dá)7.9%，遠(yuǎn)高于同期柴油消費(fèi)2.3%的增速。電力對柴油消費(fèi)量的替代加速了鐵路運(yùn)輸?shù)牡吞蓟M(jìn)程，2017年以來，鐵路運(yùn)輸年碳排放量基本穩(wěn)定在2 500萬t左右。

航空運(yùn)輸碳排放量隨著航空業(yè)迅速發(fā)展而高速增長。近年來，中國國內(nèi)航空市場發(fā)展強(qiáng)勁，2019年民航機(jī)隊規(guī)模增至2010年的3倍，帶動航空煤油消費(fèi)從2010年的1 600萬t增至2019年的3 680萬t，碳排放量從4 960 萬t 增長至1.14 億t。從內(nèi)部結(jié)構(gòu)看，寬體客機(jī)、窄體客機(jī)和支線客機(jī)的占比分別為23.9%、65.5%和1.6%。窄體客機(jī)仍是民航運(yùn)輸中排放量增長最快的飛機(jī)類型，寬體客機(jī)排放量在民航運(yùn)輸總排放量中的占比稍有提高，支線客機(jī)排放量占比基本保持不變。

水路運(yùn)輸碳排放量穩(wěn)步增長。水路運(yùn)輸能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)以柴油和燃料油為主，液化天然氣（Liquefied Natural Gas，LNG）在內(nèi)河運(yùn)輸中逐漸得到應(yīng)用。水路運(yùn)輸活動保持平穩(wěn)增長，2010-2019 年，水路運(yùn)輸能源消費(fèi)量從3 100萬t標(biāo)準(zhǔn)煤增長至4 018萬t標(biāo)準(zhǔn)煤，碳排放量從7 087萬t增長至9 061萬t。

1.2 交通部門主要碳排放特征

從燃料類別看，石油基燃料是交通部門碳排放的主要來源。交通燃料中，油品的單位熱值直接碳排放因子相對較高，是天然氣的1.3 倍，而電力、氫能等在使用階段為“零排放”。目前，交通部門能源消費(fèi)由汽油、柴油、航空煤油等油品主導(dǎo)，占比高達(dá)90%，導(dǎo)致交通部門碳排放量居高不下。2019年，汽油、柴油、航空煤油消費(fèi)帶來的碳排放量占交通部門總排放量的95%以上，其他替代燃料占比不足5%。

從運(yùn)輸方式看，道路交通是最主要的排放來源，民航運(yùn)輸增長最快。60%以上的柴油和90%以上的汽油被道路交通所消耗，道路運(yùn)輸碳排放量在中國交通部門碳排放量中占比長期保持在80%左右，2019年占比為76%，民航和水路運(yùn)輸?shù)恼急确謩e為12%和9.5%，鐵路部門占比為2.7%。民航運(yùn)輸碳排放量的增長最快，2010年以來年均增長率接近10%，遠(yuǎn)高于其他3種運(yùn)輸方式。

1.3 交通部門碳排放發(fā)展趨勢

中國經(jīng)濟(jì)正進(jìn)入高質(zhì)量發(fā)展階段，隨著生活水平的提升，居民出行需求仍將增加，貨物運(yùn)輸需求在一定時期內(nèi)將保持旺盛，交通部門的能源消費(fèi)和碳排放仍有增長空間。研究表明，在當(dāng)前既有政策情景下，交通部門的碳排放將無法于2030 年前達(dá)峰，2060 年碳排放量仍將超過10 億t，只有采取更嚴(yán)措施優(yōu)化調(diào)整能源結(jié)構(gòu)、推廣低碳、零碳交通裝備和技術(shù)，才能使交通部門的碳排放量降至1億t以內(nèi)。

道路交通在交通部門中的位置決定了其碳排放路徑對整體交通低碳化轉(zhuǎn)型的重要性。城鎮(zhèn)化率的提升使汽車普及率進(jìn)一步提升，2030年前道路交通碳排放量將繼續(xù)增長，此后隨著節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用和新能源汽車的大規(guī)模滲透，道路交通碳排放量快速下降，2060 年接近“零排放”。未來高速鐵路將分擔(dān)部分民航運(yùn)輸需求，但民航運(yùn)輸碳排放量仍將快速增加。

圖3 中國道路交通碳排放預(yù)測［7，11-15］

2 中國交通部門低碳發(fā)展政策

中國政府很早即開始采取行動促進(jìn)交通行業(yè)節(jié)能減排，“雙碳”目標(biāo)提出后，政府各部門加快出臺支持交通綠色低碳轉(zhuǎn)型的相關(guān)政策舉措，已基本形成了系統(tǒng)性政策體系，可劃分為頂層設(shè)計、發(fā)展規(guī)劃、行業(yè)節(jié)能減排標(biāo)準(zhǔn)等3類。

2.1 頂層設(shè)計

將減少交通部門碳排放作為實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的重要環(huán)節(jié)，已被納入中國“1+N”政策體系，在頂層設(shè)計“1”中多有涉及?！蛾P(guān)于完整準(zhǔn)確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達(dá)峰碳中和工作的意見》作為國家總體設(shè)計確立了“雙碳”政策實施的原則和目標(biāo)，其中強(qiáng)調(diào)加快推進(jìn)低碳綜合交通運(yùn)輸體系建設(shè)，并提出優(yōu)化交通運(yùn)輸結(jié)構(gòu)、推廣節(jié)能低碳型交通工具、積極引導(dǎo)低碳出行三大關(guān)鍵舉措，從模式、技術(shù)和消費(fèi)3 個層面確立了交通部門低碳轉(zhuǎn)型方向?！?030 年前碳達(dá)峰行動方案》聚焦碳達(dá)峰關(guān)鍵期，將交通綠色低碳行動列入碳達(dá)峰十大行動，面向2030 年實現(xiàn)碳達(dá)峰構(gòu)建了系統(tǒng)、全面、量化的舉措和目標(biāo)，如新能源和清潔能源交通工具比例達(dá)到40%左右，運(yùn)輸碳強(qiáng)度較2020 年下降9.5%，百萬人口以上城市綠色出行比例超過70%、推進(jìn)交通補(bǔ)能基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等，加快形成綠色低碳運(yùn)輸方式，確保交通部門“碳排放增長保持在合理區(qū)間”。

2.2 重點發(fā)展規(guī)劃

中國相關(guān)管理部門已制定多項交通行業(yè)發(fā)展規(guī)劃以推進(jìn)綠色低碳交通建設(shè)，覆蓋交通網(wǎng)絡(luò)、裝備、技術(shù)、出行方式等多個方面。

《交通強(qiáng)國建設(shè)綱要》將綠色與安全、便捷、高效、經(jīng)濟(jì)等并列視為現(xiàn)代綜合交通運(yùn)輸體系的重要特征，提出2035 年中國要基本建成交通強(qiáng)國，強(qiáng)化交通節(jié)能減排和污染防治，優(yōu)化交通運(yùn)輸結(jié)構(gòu)、能源結(jié)構(gòu)，促進(jìn)新能源和清潔能源的使用?！督煌◤?qiáng)國建設(shè)評價指標(biāo)體系》從生態(tài)環(huán)保、節(jié)約等維度設(shè)立了交通工具污染物與碳排放水平、交通與環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展水平、交通基礎(chǔ)設(shè)施空間資源節(jié)約化水平等3 個指標(biāo)，以此反映交通“綠色”發(fā)展程度。

《綠色出行創(chuàng)建行動方案》側(cè)重從用戶側(cè)提升城市綠色出行水平，強(qiáng)調(diào)推進(jìn)新能源汽車的規(guī)?；瘧?yīng)用、優(yōu)先發(fā)展公共交通并促進(jìn)消費(fèi)者出行理念的轉(zhuǎn)變，力爭到2022年，60%以上的綠色出行創(chuàng)建城市的公共交通、自行車和步行等綠色出行比例達(dá)到70%以上。

《國家綜合立體交通網(wǎng)規(guī)劃綱要》強(qiáng)調(diào)交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)與生態(tài)空間協(xié)調(diào)，提出2035 年交通基礎(chǔ)設(shè)施綠色化建設(shè)比例達(dá)到95%，加快促進(jìn)交通能源動力系統(tǒng)清潔化、低碳化、高效化發(fā)展，交通領(lǐng)域CO排放盡早達(dá)峰。

《“十四五”現(xiàn)代綜合交通運(yùn)輸體系發(fā)展規(guī)劃》將“綠色轉(zhuǎn)型，安全發(fā)展”列為“十四五”期間交通發(fā)展基本原則之一，強(qiáng)調(diào)在交通領(lǐng)域要逐步形成綠色生產(chǎn)生活方式，逐步構(gòu)建以鐵路、水運(yùn)為主的大宗貨物中、長途運(yùn)輸形式，推廣先進(jìn)低碳設(shè)施設(shè)備，建立交通運(yùn)輸碳排放監(jiān)測平臺和綠色低碳約束激勵機(jī)制，并提出2025 年城市新能源公交車輛占比達(dá)到72%，交通運(yùn)輸碳排放強(qiáng)度較2020年下降5%等具體目標(biāo)。《“十四五”民用航空發(fā)展規(guī)劃》《公路“十四五”發(fā)展規(guī)劃》《水運(yùn)“十四五”發(fā)展規(guī)劃》等專項規(guī)劃作為交通子部門的綱領(lǐng)性文件，對未來各自部門綠色發(fā)展目標(biāo)、任務(wù)和關(guān)鍵舉措進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計。

除政府部門外，交通行業(yè)組織作為政府與企業(yè)溝通的橋梁、行業(yè)發(fā)展的促進(jìn)者，制定了本行業(yè)“雙碳”發(fā)展規(guī)劃或者路線圖，以推動業(yè)界加快低碳轉(zhuǎn)型步伐。例如，中國汽車工程學(xué)會聯(lián)合汽車行業(yè)主要企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)制定了《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖2.0》，面向2035年，從技術(shù)層面對乘用車、商用車等不同類型汽車以及燃油汽車、電動汽車、氫燃料電池汽車等不同動力路線制定了詳細(xì)的市場結(jié)構(gòu)、保有規(guī)模、燃料消耗、低碳技術(shù)應(yīng)用等目標(biāo)，引導(dǎo)全行業(yè)加快發(fā)展節(jié)能與新能源汽車。包括中國汽車工業(yè)協(xié)會、中國汽車工程學(xué)會等在內(nèi)的行業(yè)機(jī)構(gòu)正在工信部的指導(dǎo)下編制汽車產(chǎn)業(yè)綠色低碳發(fā)展路線圖，引領(lǐng)汽車行業(yè)加快綠色低碳發(fā)展。

圖2 中國道路運(yùn)輸碳排放結(jié)構(gòu)

2.3 節(jié)能減排標(biāo)準(zhǔn)

中國已經(jīng)出臺多階段燃油經(jīng)濟(jì)性限制標(biāo)準(zhǔn)和排放標(biāo)準(zhǔn)以促進(jìn)交通運(yùn)輸?shù)吞及l(fā)展。

在車輛方面，中國汽車工業(yè)管理部門建立并逐步實施了《乘用車燃料消耗量限值》《乘用車燃料消耗量評價方法及指標(biāo)》《重型商用車燃料消耗量限值》等國家標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定了各類車型的燃料消耗量限值和總體節(jié)能目標(biāo)。

在船舶方面，上海、山東等省市制定營運(yùn)性船舶燃料消耗限額標(biāo)準(zhǔn)，將不同噸位的集裝箱船、干散貨船、件雜貨船的單位燃料限額做了強(qiáng)制性規(guī)定。中國交通運(yùn)輸部制定實施《營運(yùn)船舶燃料消耗限制及驗證方法》，采用函數(shù)形式對能耗和總載重的關(guān)系進(jìn)行刻畫，設(shè)定內(nèi)河、近海、沿海等不同水運(yùn)類型的燃料消耗限制標(biāo)準(zhǔn)，第2 階段標(biāo)準(zhǔn)較之于第1 階段加嚴(yán)了約10%。海運(yùn)方面目前主要遵從國際海事組織（International Maritime Organization，IMO） 制定的船舶技術(shù)能效指數(shù)（Energy Efficiency Existing Ship Index ，EEXI）和營運(yùn)碳強(qiáng)度指標(biāo)（Carbon Intensity Indicator，CII）的雙控要求，2023年至2026年碳強(qiáng)度每年削減2%。

在鐵路和航空方面，燃料標(biāo)準(zhǔn)和碳排放標(biāo)準(zhǔn)政策主要嵌入綜合或者專項規(guī)劃目標(biāo)中。例如，

《“十四五”民航綠色發(fā)展專項規(guī)劃》中設(shè)定降低運(yùn)輸航空單位周轉(zhuǎn)量油耗和碳排放強(qiáng)度的舉措和目標(biāo)，2025 年要求機(jī)隊噸公里油耗較2020 年下降7%左右，噸公里碳排放較2020年下降11%左右。

除上述3 類政策外，中國通過優(yōu)化交通運(yùn)輸結(jié)構(gòu)，提升鐵路、水路對道路貨運(yùn)的替代，實現(xiàn)節(jié)能降碳。例如，《推進(jìn)多式聯(lián)運(yùn)發(fā)展優(yōu)化調(diào)整運(yùn)輸結(jié)構(gòu)工作方案（2021-2025 年）》提出，2025 年水路和鐵路貨運(yùn)量占比分別比2020 年增長12%和10%，重點區(qū)域大宗貨物依靠鐵路、水路和新能源汽車運(yùn)輸比例達(dá)到80%。

3 中國交通部門實現(xiàn)碳中和所需關(guān)鍵技術(shù)

科技創(chuàng)新是加快綠色低碳轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵，為實現(xiàn)近“零排放”，交通部門應(yīng)在重點行業(yè)和領(lǐng)域加速推廣低碳技術(shù)。

3.1 替代燃料技術(shù)

3.1.1 道路運(yùn)輸

新能源汽車被視為道路交通最重要的減碳技術(shù)路線。在當(dāng)前電網(wǎng)結(jié)構(gòu)下，從燃料全生命周期角度看，單位運(yùn)輸服務(wù)的電動汽車相比燃油汽車具有一定的減碳效果，電網(wǎng)電力制氫和煤制氫路線下氫燃料電池汽車碳排放強(qiáng)度仍高于燃油汽車，但隨著電網(wǎng)低碳化，電動汽車和氫燃料電池汽車碳減排優(yōu)勢將日益凸顯。未來，乘用車、輕型商用車將全面電動化，電池技術(shù)尚不支持長途營運(yùn)性運(yùn)輸，重型貨車等重型商用車將是氫燃料電池汽車應(yīng)用的重要領(lǐng)域。中國新能源汽車市場滲透率已超過10%，2025 年和2035 年市場滲透將分別增至15%～25%和40%～60%。氫燃料電池汽車正處于初始發(fā)展階段，2025 年保有量達(dá)到5 萬輛，2035 年推廣量將達(dá)到100萬輛。

3.1.2 民航運(yùn)輸

民航運(yùn)輸可能的替代能源技術(shù)主要分為生物質(zhì)燃料、氫能和電力3 類。生物質(zhì)燃料是現(xiàn)階段民航運(yùn)輸最有可能大規(guī)模應(yīng)用的替代燃料選擇，具有即用性的特點，無需改變飛機(jī)結(jié)構(gòu)和地面儲運(yùn)設(shè)施，但目前制備成本仍然較高，每噸制備價格在8 000～20 000元之間。全電飛機(jī)面臨的主要問題是電池技術(shù)的局限，為實現(xiàn)中短途航程飛行，電池能量密度須達(dá)到800～2 000 Wh/kg，目前投入商用的電池能量密度最高為300 Wh/kg，仍有較大差距。在當(dāng)前的電池技術(shù)水平下，全電飛機(jī)在2030 年將只能應(yīng)用于小型支線客機(jī)中，實現(xiàn)B737 或A320 型體量的全電飛機(jī)商運(yùn)還不現(xiàn)實。由于全電飛機(jī)的電池技術(shù)局限導(dǎo)致的航程有限，氫能被視為民航低碳發(fā)展的重要替代燃料技術(shù)，氫能窄體客機(jī)和寬體客機(jī)有望在20年內(nèi)進(jìn)入機(jī)隊。

3.1.3 水路運(yùn)輸

水路運(yùn)輸替代路線較為多元。目前，水運(yùn)船舶燃料以燃料油和柴油為主，液化天然氣（Liquefied Natural Gas，LNG）是目前應(yīng)用最廣泛的替代燃料，采用LNG 作為燃料的船舶已經(jīng)超過500艘，甲醇、氫能、電力、氨等受技術(shù)、成本和基礎(chǔ)設(shè)施等制約仍處在探索或商業(yè)示范階段。LNG的可持續(xù)性仍然有爭議，其相對于燃料油的減碳潛力為10%～30%，主要扮演中、短期內(nèi)過渡燃料的角色。氫燃料和氨燃料的主要推廣障礙包括技術(shù)不成熟、燃料能量密度不足和配套設(shè)施不完善。與電動汽車和電動飛機(jī)類似，電動船舶受電池能量密度限制只能應(yīng)用到小噸位和短航程中。在內(nèi)河運(yùn)輸中進(jìn)一步推廣電池技術(shù)仍須取得突破。

3.2 節(jié)能技術(shù)

道路運(yùn)輸中，能效提升技術(shù)對道路運(yùn)輸?shù)墓?jié)能減排有極大的促進(jìn)作用。中國車輛能效提升措施主要包含對汽車制造商所產(chǎn)汽車進(jìn)行嚴(yán)格的能效限制管控和加大新型高效汽車的市場補(bǔ)貼力度?；旌蟿恿夹g(shù)、先進(jìn)內(nèi)燃機(jī)技術(shù)和輕量化材料技術(shù)已經(jīng)被列為核心車輛節(jié)能技術(shù)。

民航運(yùn)輸中，飛機(jī)翻新技術(shù)可提升單機(jī)運(yùn)行能效，管理技術(shù)可提升機(jī)隊整體運(yùn)行能效。翻新技術(shù)包括融合式翼梢小翼、發(fā)動機(jī)更新、電動滑行系統(tǒng)、機(jī)艙輕量化等，可在一定程度上提升單機(jī)執(zhí)飛航班時的巡航能效和滑行能效。

高鐵的普及將替代部分民航運(yùn)輸需求，協(xié)助民航深度脫碳。以京滬高鐵線路為例，全線每年可有效減少碳排放量超過百萬噸。高鐵的低碳效益需配合低碳發(fā)電結(jié)構(gòu)才能完全兌現(xiàn)，因此發(fā)展高速鐵路的同時應(yīng)注重電力結(jié)構(gòu)的清潔化。

3.3 顛覆性技術(shù)

自動駕駛技術(shù)是汽車重要的發(fā)展趨勢，是支撐新一代智能交通系統(tǒng)的重要技術(shù)。借助自動駕駛技術(shù)和智能網(wǎng)聯(lián)系統(tǒng)，促進(jìn)車路協(xié)同，從而提升道路運(yùn)輸效率并降低道路運(yùn)輸碳排放。

超級高鐵綜合利用先進(jìn)技術(shù)創(chuàng)造出與民航運(yùn)輸類似的低真空環(huán)境，減小列車高速運(yùn)行時的空氣阻力。超級高鐵運(yùn)行時速可達(dá)1 000 km，且在真空管道中運(yùn)行安全性較高。

飛機(jī)自身結(jié)構(gòu)顛覆性改變和革新性技術(shù)概念可能有助于實現(xiàn)民航低碳發(fā)展目標(biāo)。與傳統(tǒng)油箱、機(jī)翼的飛機(jī)布局相比，顛覆性機(jī)身構(gòu)造包括翼身融合、斜拉翼式布局、盒式機(jī)翼等，革新性推進(jìn)系統(tǒng)主要包括槳扇發(fā)動機(jī)技術(shù)。

4 中國交通部門碳中和的主要挑戰(zhàn)

4.1 交通運(yùn)輸需求將保持上行

交通部門是國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要組成部分，未來隨著中國社會和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，交通服務(wù)需求仍有較大增長空間。預(yù)計2021-2035 年，居民出行量年均增長3.2%，貨運(yùn)量年均增長2%。道路運(yùn)輸?shù)哪芎暮吞寂欧旁谥袊煌ú块T中占比最高，隨著人均GDP 的增長，中國千人乘用車保有量將繼續(xù)增加，民航人均出行次數(shù)遠(yuǎn)低于全球平均水平，未來仍有較大增長空間。運(yùn)輸需求增長的同時推進(jìn)碳減排將面臨很大壓力。

4.2 民航和水路運(yùn)輸脫碳技術(shù)不成熟

民航客運(yùn)增長趨勢明顯，且缺少立即可用的替代燃料。生物質(zhì)燃料被認(rèn)為是最可能投入使用的替代燃料，但目前還無法全面應(yīng)用。氫能和電動飛機(jī)都基本處在概念和試驗階段，距離商用還很遙遠(yuǎn)。

水路運(yùn)輸相對民航運(yùn)輸?shù)脑鲩L潛力較小，但也存在技術(shù)替代選擇有限的問題。目前，主流的替代燃料技術(shù)為LNG 船舶，但其減碳效率較低。氫能船舶、氨能船舶和電動船舶仍在概念示范階段，能否商用還面臨很大的不確定性。

4.3 道路貨運(yùn)難以實現(xiàn)深度脫碳

乘用車和輕型商用車電動化普及速度相對較快，以重型貨車為代表的中、遠(yuǎn)途車輛運(yùn)距遠(yuǎn)、時間長和任務(wù)重，目前的電池技術(shù)面臨性能不足、規(guī)模經(jīng)濟(jì)發(fā)展受限、電功率范圍不足和充電設(shè)施配套不完善，還不足以通過電動化支撐長途、重型貨運(yùn)任務(wù)。

燃料電池汽車可能是重型貨運(yùn)的一種替代技術(shù)選擇，但目前該技術(shù)尚不成熟，氫能成本、氫能供應(yīng)等仍存在瓶頸，大規(guī)模推廣可能會帶來用能的高成本和配套設(shè)施建設(shè)的高投入。

5 中國交通部門碳中和發(fā)展路徑

基于清華大學(xué)構(gòu)建的“中國交通能源碳排放分析模型”，立足于“雙碳”目標(biāo)的實現(xiàn)和交通部門低碳轉(zhuǎn)型，在對交通低碳政策，以及結(jié)構(gòu)和技術(shù)演變趨勢研判的基礎(chǔ)上，對未來交通部門低碳轉(zhuǎn)型路徑進(jìn)行仿真，主要結(jié)論如下。

5.1 交通部門近“零排放”目標(biāo)

為支撐實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)，中國交通部門碳排放須力爭在2030 年前達(dá)峰，并在2060 年實現(xiàn)近“零排放”。碳排放量峰值應(yīng)力爭控制在11 億t 以內(nèi)，2060 年力爭降至0.6 億t，降幅為94.6%。直接碳排放減少主要?dú)w功于燃料電池汽車、電動汽車、氫能飛機(jī)和生物質(zhì)燃料的應(yīng)用。2060 年，道路運(yùn)輸和民航運(yùn)輸?shù)奶寂欧帕空急确謩e為31.5%和36.9%。為實現(xiàn)交通部門近“零排放”目標(biāo)，需要運(yùn)輸結(jié)構(gòu)優(yōu)化、燃料替代、創(chuàng)新技術(shù)應(yīng)用等協(xié)同推進(jìn)和實施。

圖4 碳中和目標(biāo)下中國交通部門碳排放

5.2 運(yùn)輸結(jié)構(gòu)優(yōu)化

城間客運(yùn)方面，高鐵的發(fā)展將加速對民航運(yùn)輸量的替代。2035年后，高速鐵路完成對25%民航新增運(yùn)輸需求的替代。城中客運(yùn)方面，共享出行和自動駕駛可能會使出行需求增多。2060年公交車和出租車保有量相比2020年分別增長1.3倍和2.3倍。

5.3 道路運(yùn)輸發(fā)展路徑

5.3.1 保有量及車隊構(gòu)成

私人乘用車保有量將呈現(xiàn)先增后降的趨勢，2050 年后總保有量趨于穩(wěn)定。2035、2050 和2060年電動汽車保有量分別達(dá)到1.5、3.4 和4.0 億輛。受大宗貨物需求增長放緩及“公轉(zhuǎn)水”和“公轉(zhuǎn)鐵”的影響，重型貨車保有量先升后降，預(yù)計2030年達(dá)到峰值，力爭在2055～2060 年間燃油汽車退出銷售。2060年貨車保有量中燃油汽車的比例降至1%～3%。

圖5 未來中國車隊構(gòu)成

5.3.2 燃油經(jīng)濟(jì)性進(jìn)步

按照政策目標(biāo)以及技術(shù)進(jìn)步趨勢，2019-2035年的乘用車油耗水平每年下降3.0%～4.6%，2035年載貨汽車油耗較2019 年下降15%～20%，大型載客汽車油耗下降20%～25%。

5.3.3 新技術(shù)應(yīng)用

自動駕駛技術(shù)和智能網(wǎng)聯(lián)系統(tǒng)是車輛技術(shù)的一項重要變革，能夠充分發(fā)揮交通基礎(chǔ)設(shè)施效能，提升交通系統(tǒng)運(yùn)行效率和管理水平。預(yù)計至2035 年，幾乎全部車輛裝配有不同等級的自動駕駛功能，完全自動駕駛技術(shù)將開始應(yīng)用，道路通行能力能夠提高50%左右。

5.4 鐵路運(yùn)輸發(fā)展路徑

5.4.1 電氣化比例進(jìn)一步提高

鐵路客貨運(yùn)電氣化率逐漸提高。除少數(shù)高原地區(qū)或運(yùn)輸難度大時采用氫能機(jī)車實現(xiàn)替代，電力機(jī)車在2060 年占比接近100%，高鐵動車組將隨著高鐵線路的開通而快速增加，2060年高鐵動車組數(shù)量將比2020 年增加1.6 倍，高鐵動車組保有量將達(dá)到1.5萬標(biāo)準(zhǔn)列，與2020年相比年均增長率為9.7%。

5.4.2 能效提升

推廣關(guān)鍵鐵路節(jié)能技術(shù)，加速運(yùn)輸工具的更新?lián)Q代過程。目前，中國高速鐵路快速普及，發(fā)展迅速，但也必須看到，速度大幅提升的同時，能耗也會隨之提高。因此，需要加大新式車組的關(guān)鍵節(jié)能技術(shù)的研發(fā)工作，攻克技術(shù)難關(guān)，減少電氣化動車組的全生命周期排放。2060年電力機(jī)車和高鐵動車組能效較之于2020年分別提升15.0%和9.1%。

5.5 民航運(yùn)輸發(fā)展路徑

5.5.1 翻新技術(shù)

對老齡機(jī)隊采用翻新技術(shù)來提升飛機(jī)運(yùn)行性能。翻新技術(shù)中融合式翼梢小翼、電動滑行系統(tǒng)和機(jī)艙輕量化技術(shù)的應(yīng)用規(guī)模逐步從2030 年的402 架次增長到2060年2016架次。

5.5.2 替代燃料技術(shù)

生物質(zhì)燃料是最易實現(xiàn)推廣的替代燃料技術(shù)，2035年前應(yīng)著力發(fā)展即用型生物質(zhì)燃料并推廣其規(guī)?；瘧?yīng)用。2040年前后爭取實現(xiàn)全電飛機(jī)在支線客機(jī)和中、短途航班中服役。氫能飛機(jī)不受航程限制，應(yīng)力爭在2040 年前后實現(xiàn)商用，從而發(fā)揮長期氫價下降帶來的減排經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢。在碳中和發(fā)展路徑下，2060 年窄體客機(jī)中氫能飛機(jī)數(shù)量將達(dá)到577架，寬體客機(jī)和支線客機(jī)中應(yīng)用數(shù)量相對較少。

5.5.3 新代際飛機(jī)

2020年前，各類機(jī)型基本實現(xiàn)換代，上一代際客機(jī)已退出生產(chǎn)序列。一般新一代際客機(jī)入役時間約為15～20 年。2035 年前后，下一代際機(jī)型將進(jìn)入服役，各類機(jī)型機(jī)隊中下一代際機(jī)型將在2035年后逐漸替代當(dāng)前代際機(jī)型，能效將較之于當(dāng)前代際機(jī)型提高20%。2060年，機(jī)隊將以氫燃料電池飛機(jī)和下一代際客機(jī)為主，上一代際機(jī)型、當(dāng)前代際機(jī)型、氫能飛機(jī)和下一代際機(jī)型在機(jī)隊中占比分別為0.0%、10.5%、38.5%和51.0%。

5.5.4 顛覆性技術(shù)

槳扇發(fā)動機(jī)依靠對轉(zhuǎn)螺旋槳產(chǎn)生推力，其形式介于渦槳發(fā)動機(jī)和渦扇發(fā)動機(jī)之間，可有效減少26%～30%的運(yùn)行能耗。搭載槳扇發(fā)動機(jī)的顛覆性機(jī)身結(jié)構(gòu)客機(jī)有望在2040 年前后商用，屆時應(yīng)加速飛機(jī)替代，推廣應(yīng)用高能效的顛覆性技術(shù)客機(jī)。

5.6 水路運(yùn)輸發(fā)展路徑

5.6.1 替代燃料技術(shù)

在碳中和發(fā)展路徑下，水路運(yùn)輸將大規(guī)模推廣氫能船舶和電動船舶。內(nèi)河貨運(yùn)將以LNG 船舶為過渡，逐步轉(zhuǎn)變?yōu)橐噪妱哟盀橹?，沿海貨運(yùn)將以LNG船舶為過渡逐步轉(zhuǎn)變?yōu)橐詺淠艽盀橹鳌NG船舶2035 年達(dá)到3.2 萬艘。2030 年后，氫能船舶和電動船舶保有量逐漸增加，在2046 年后快速增加，電動船舶保有量從2030 年的0.3 萬艘增加至2060 年的7.6 萬艘。氫能船舶自2035 年前后入役，從2035年的0.03萬艘增長至2060年的0.74萬艘。

5.6.2 船舶能效提升

船隊能效提升主要分為現(xiàn)役船隊運(yùn)行能效提高和新售船舶能效提升兩方面。從現(xiàn)有船舶技術(shù)來看，船體結(jié)構(gòu)改造、動力和推進(jìn)系統(tǒng)升級等的節(jié)能減排技術(shù)型轉(zhuǎn)型措施可以帶來5%～15%的減排潛力，主要船型的新造船舶的節(jié)能潛力可以達(dá)到10%～25%，船舶能效提升可能在2060 年使排放減少約8%。

6 結(jié)論

交通部門能耗和碳排放趨勢對中國能否如期實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)有著重要影響。在當(dāng)前以油品為主的燃料結(jié)構(gòu)以及以道路交通為主的運(yùn)輸結(jié)構(gòu)下，如不實行積極的低碳轉(zhuǎn)型政策和舉措，中國交通運(yùn)輸部門將無法在2030 年前實現(xiàn)碳達(dá)峰，2060 年碳排放也將高于當(dāng)前水平。模型仿真結(jié)果顯示，碳中和目標(biāo)下，中國交通部門碳排放應(yīng)努力在2030 年前達(dá)峰，2060 年控制在1 億t 以內(nèi)，力爭實現(xiàn)近“零排放”。

交通部門實現(xiàn)碳達(dá)峰和近“零排放”的主要障礙包括隨經(jīng)濟(jì)增長而來的運(yùn)輸需求持續(xù)上行、民航和水運(yùn)的減碳技術(shù)選擇有限和道路貨運(yùn)脫碳難度大等。為克服上述困難，交通部門應(yīng)重點從以下4 方面發(fā)力：

（1）發(fā)展替代燃料技術(shù)，提高新能源汽車、氫能飛機(jī)、電動飛機(jī)、氫能/氨能船舶、高鐵動車組和電力機(jī)車的滲透速度，力爭2060 年乘用車、出租車和公交車完全電動化，貨車車隊中燃油車比例降至5%以內(nèi)。2060 年機(jī)隊中氫能飛機(jī)和電動飛機(jī)占比接近40%。船隊中電動船舶和氫能船舶等新能源船舶保有量在2045年后快速增加。

（2）大力提升交通工具能效，2060年交通能耗強(qiáng)度比2020年減少10%～50%。

（3）加速運(yùn)輸結(jié)構(gòu)優(yōu)化，促進(jìn)城間客運(yùn)結(jié)構(gòu)向高鐵轉(zhuǎn)移，城市客運(yùn)結(jié)構(gòu)向公共運(yùn)輸轉(zhuǎn)移，貨運(yùn)結(jié)構(gòu)進(jìn)一步推進(jìn)“公轉(zhuǎn)鐵”和“公轉(zhuǎn)水”。

（4）綜合運(yùn)用多種低碳技術(shù)，特別是加大先進(jìn)顛覆性技術(shù)的研發(fā)和推廣。