摘要：在“雙碳”背景下，氫能源作為零污染零排放的典型代表，其關(guān)鍵技術(shù)日益成熟，氫燃料公交車為公交企業(yè)帶來的益處也逐漸顯現(xiàn)。目前，公交車輛節(jié)能減碳的計(jì)算方法并沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，同行業(yè)之間公布的節(jié)能量和減碳量也參差不齊，缺乏科學(xué)合理的計(jì)算方法。本文參照現(xiàn)有節(jié)能量的計(jì)算方法，建立了一套適用于城市公交企業(yè)實(shí)際運(yùn)營情況的，即基于客運(yùn)量的節(jié)能減碳計(jì)算方法，并以北京公交氫燃料公交車為例，驗(yàn)證了該方法的可行性，對(duì)企業(yè)分析節(jié)能減碳效果，評(píng)價(jià)節(jié)能減碳管理水平具有較好的參考意義。

關(guān)鍵詞：交通碳排放；節(jié)能減碳；方法學(xué)；客運(yùn)量；氫燃料公交車；

中圖分類號(hào)：U491"""""""""""""""""""""""""""""""""" 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A"""""""""""""""""""""""""""""""""" 文章編號(hào)：1673?6478（2023）05-0011-06

Research on Calculation Method of Energy Saving and Carbon Reduction of Hydrogen Fuel Buses Based on Passenger Traffic Volume

CHEN Xingfu SUN Haiyan WANG Heng LI Fei WANG Kun GAO Yu WANG Juanjuan

（1. Beijing Public Transport Corporation， Beijing 100161， China; 2. Beijing Public Transport Corporation First Passenger Transport Branch， Beijing 100101， China; 3. CPC Beijing Public Transport Corporation Party School， Beijing 100192， China）

Abstract： In the context of dual carbon， as a typical representative of zero pollution and zero emission， hydrogen energy has become increasingly mature in its key technologies， and the benefits of hydrogen fueled buses for public transport enterprises are gradually emerging. At present， there is no unified standard for the calculation method of energy conservation and carbon reduction of public transport vehicles， and the published energy saving and carbon reduction amount among the same industry are also uneven， lacking scientific and reasonable calculation methods. With reference to the existing energy saving calculation methodology， this paper establishes a set of energy saving and carbon reduction calculation method based on passenger traffic volume， which is applicable to the actual operation of urban public transport enterprises. Taking Beijing public transport hydrogen fuel buses as an example， the feasibility of this method is verified， which has a good reference significance for enterprises to analyze the effect of energy saving and carbon reduction and evaluate the management level of energy saving and carbon reduction.

Key words： transport carbon emissions; energy saving and carbon reduction; methodology; passenger traffic volume; hydrogen fuel bus

0 引言

全球變暖已經(jīng)引起了世界各國的廣泛關(guān)注，氣候變化成為人類生存和發(fā)展的重大挑戰(zhàn)之一[1]。2021年9月中共中央、國務(wù)院發(fā)布《關(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》，提出從優(yōu)化交通運(yùn)輸結(jié)構(gòu)、推廣節(jié)能低碳型交通工具等多方面加快推進(jìn)低碳交通運(yùn)輸體系建設(shè)[2]。2021年10月，國務(wù)院印發(fā)了《2030年前碳達(dá)峰行動(dòng)方案》，明確了積極擴(kuò)大電力、氫能、天然氣、先進(jìn)生物液體燃料等新能源、清潔能源在交通運(yùn)輸領(lǐng)域的應(yīng)用，大力推廣新能源汽車，逐步降低傳統(tǒng)燃油汽車在新車產(chǎn)銷和汽車保有量中的占比，推動(dòng)城市公共服務(wù)車輛電動(dòng)化替代?[3]。2021年12月，國務(wù)院印發(fā)《“十四五”現(xiàn)代綜合交通運(yùn)輸體系發(fā)展規(guī)劃》，指出“十四五”期間將推動(dòng)城市公共服務(wù)車輛電動(dòng)化的替代[4]。2022年3月，國家發(fā)展改革委、國家能源局聯(lián)合印發(fā)《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃（2021—2035年）》，鼓勵(lì)有條件的地方，可在城市公交車等公共服務(wù)領(lǐng)域，試點(diǎn)應(yīng)用燃料電池商用車[5]。國家政府對(duì)氫燃料電池車輛的一系列支持政策側(cè)面反映出推廣使用氫燃料車輛對(duì)實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)具有重要價(jià)值。2022年10月，北京市發(fā)布《北京市碳達(dá)峰實(shí)施方案》[6]，提出到2030年，營運(yùn)交通工具單位換算周轉(zhuǎn)量碳排放強(qiáng)度比2020年下降10%。因此提出基于客運(yùn)量的節(jié)能減碳方法對(duì)于完成“雙碳”目標(biāo)具有重要的意義。

1 概述

1.1 研究現(xiàn)狀

目前，國內(nèi)外研究學(xué)者主要采用“自上而下”和“自下而上”兩種模型計(jì)算交通運(yùn)輸?shù)哪芎募芭欧?。?yīng)用比較廣泛的“自下而上”模型主要包括長期能源替代規(guī)劃系統(tǒng)模型（LEAP）、對(duì)數(shù)平均權(quán)重分解模型（LMDI）等[7]?！白陨隙隆蹦Ｐ褪菑暮暧^系統(tǒng)著手進(jìn)行系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析和宏觀政策評(píng)價(jià)，常用的方法有可計(jì)算一般均衡模型（CGE）、系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法、計(jì)算經(jīng)濟(jì)學(xué)方法等。其中“自上而下”法主要是基于燃料消耗的分析方法，主要根據(jù)各類燃料的消耗量和能耗或排放系數(shù)進(jìn)行計(jì)算；而“自下而上”法主要是根據(jù)運(yùn)輸工具保有量、年行駛里程、單位運(yùn)輸周轉(zhuǎn)量里程能耗及碳排放因子進(jìn)行計(jì)算。

王博洋等人[8]提出基于VMT法的公交行業(yè)能耗測算模型，該模型屬于中微觀能源消耗核算分析方法，從車輛角度入手開展了能耗的測算。徐龍等人[9]提出基于多源數(shù)據(jù)的公交車能耗及碳排放測算模型，根據(jù)車載自動(dòng)診斷系統(tǒng)數(shù)據(jù)、加油（氣）數(shù)據(jù)、運(yùn)營排班數(shù)據(jù)建立了速度?能耗碳排放強(qiáng)度曲線模型。張秀媛等人[10]提出不同交通方式生命周期能耗及排放測算方法，其考慮了周轉(zhuǎn)量的變化。綜合國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，基于周轉(zhuǎn)量的能耗和排放的測算均已有理論支撐，能耗和排放的測算過程均較為復(fù)雜，對(duì)公交運(yùn)營企業(yè)的實(shí)際操作層面并沒有直接使用價(jià)值，迫切需要一種簡單而科學(xué)的測算評(píng)價(jià)方法。

1.2 研究目的及意義

氫燃料車輛是新能源汽車的重要組成部分，由于使用的燃料為氫氣，其與氧氣化學(xué)反應(yīng)后產(chǎn)生電力，為車輛提供動(dòng)力，化學(xué)反應(yīng)后唯一的產(chǎn)物是水，具有清潔高效的特點(diǎn)[11]。除此之外，燃料電池能量轉(zhuǎn)換效率高，應(yīng)用到公交車輛上可以達(dá)到較長的續(xù)駛里程，相比純電動(dòng)車具有較大優(yōu)勢(shì)。氫燃料車輛在公交行業(yè)的推廣應(yīng)用，對(duì)于發(fā)展低碳交通運(yùn)輸體系、優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)和解決環(huán)境污染問題發(fā)揮著重要作用。

北京公交集團(tuán)作為首都城市地面公共交通的主要運(yùn)輸載體，從2008年奧運(yùn)會(huì)開始就嘗試使用氫燃料公交車輛，至2021年共經(jīng)歷了四期氫燃料電池公交車輛的示范運(yùn)營，據(jù)內(nèi)部統(tǒng)計(jì)，先后運(yùn)營了16輛燃料電池車輛，安全運(yùn)營了近百萬公里，驗(yàn)證了氫燃料車輛技術(shù)在公交行業(yè)應(yīng)用的可行性。2022年，為服務(wù)保障北京冬奧會(huì)，北京公交集團(tuán)采購了212輛氫燃料車，圓滿完成了運(yùn)輸保障任務(wù)，實(shí)現(xiàn)了零故障的優(yōu)異目標(biāo)。

氫燃料電池公交車輛的優(yōu)勢(shì)是多方面的。對(duì)于公交企業(yè)來說，燃料成本是各級(jí)管理人員關(guān)注的重點(diǎn)之一。使用氫燃料車輛能產(chǎn)生什么樣的節(jié)能減碳效益仍停留在理論層面。目前公交車輛的更新替代所產(chǎn)生的節(jié)能量的核算方法學(xué)較為單一，總體上分為能耗直接比較法和單耗法兩種。對(duì)于城市公共交通服務(wù)而言，車輛能耗的影響因素較多，尤其是受道路條件、載荷情況影響較大，僅僅從能耗總量或者百公里能耗量兩方面并不能體現(xiàn)出真實(shí)的車輛能耗水平，因此，找到符合實(shí)際運(yùn)營情況的節(jié)能減碳分析標(biāo)準(zhǔn)十分必要。

1.3 研究思路方法及思路

本文從曾服務(wù)于2022年冬奧會(huì)，現(xiàn)已投入到正常運(yùn)營線路的212輛氫燃料公交車輛中選取典型代表，探索基于客運(yùn)量的節(jié)能減碳計(jì)算方法學(xué)，分析氫燃料公交車與其他燃料類型車輛相比所產(chǎn)生的節(jié)能減碳效益，對(duì)于企業(yè)未來發(fā)展決策，評(píng)估車輛節(jié)能減碳效果，具有重要的指導(dǎo)意義。

2 選取典型線路

2.1 氫燃料公交車現(xiàn)有規(guī)模

據(jù)公交集團(tuán)內(nèi)部資料統(tǒng)計(jì)，目前北京公交在用的氫燃料公交車主要有2種車型，共計(jì)212輛，為2022年采購，其中BJ6122FCEVCH車型有140輛，裝載豐田燃料電池系統(tǒng)（150kW電堆）、60.26 動(dòng)力電池、70MPa氫瓶；BJ6906FCEVCH車型有72輛，裝載豐田燃料電池系統(tǒng)（80kW電堆）、60.26 動(dòng)力電池、35MPa氫瓶。

212輛車主要由客六和客八分公司運(yùn)營，其中客八分公司共169輛，客六分公司共43輛，具體運(yùn)營場景分布在各個(gè)延慶和房山的各條線路中，且分布相對(duì)分散，運(yùn)營最多的線路為客八分公司919快線路，共114輛車，全部為BJ6122FCEVCH車型，其他的運(yùn)營線路均在10輛車以下，不具備參考價(jià)值。因此，本文主要以919快路為例，討論氫燃料公交所帶來的節(jié)能減碳效益。

2.2 919快路運(yùn)營情況

919快路，首站京張路口北，末站德勝門，線路長度全程80.9km，點(diǎn)內(nèi)配車129輛，目前配備氫燃料車114輛，LNG車15輛，使用氫燃料車之前也曾使用過柴油車。每日運(yùn)營320車次，完成日運(yùn)營26"360km，每天加氫量約1"430kg。

3 基于客運(yùn)量的節(jié)能減碳方法學(xué)

3.1 能耗量計(jì)算方法

3.2 碳排放量計(jì)算方法

3.3 基于客運(yùn)量的節(jié)能減碳計(jì)算方法

4 方法學(xué)的驗(yàn)證與應(yīng)用

4.1 基準(zhǔn)期的能耗及排放情況

4.2 統(tǒng)計(jì)期的能耗及排放情況

結(jié)合表3和表4，如果按傳統(tǒng)的能耗總量法進(jìn)行測算，以2021年8月份為例，車輛的平均百公里能耗為51.87kg/100km，折合標(biāo)準(zhǔn)煤為9.51tce/100km，折合碳排放為15.46tCO₂/100km。使用氫燃料車輛以后所產(chǎn)生的節(jié)能量為411.38tce，減排量為668.79tCO₂。以百公里能耗法測算，產(chǎn)生的節(jié)能量為363.88tce，減排量為591.56tCO₂。

4.3 節(jié)能減碳效益分析

對(duì)比表3和表4可以明顯發(fā)現(xiàn)，雖然在相同的月份，只是車輛車型不同，但是車輛的行駛里程和客運(yùn)量數(shù)據(jù)差距較大，無法使用能耗總量的直接比較法科學(xué)準(zhǔn)確地比較氫燃料車所產(chǎn)生的節(jié)能減碳效果?？瓦\(yùn)量越大，整車質(zhì)量越大，車輛的百公里能耗就越高。僅用百公里能耗法進(jìn)行比較，也忽視了客運(yùn)量對(duì)能耗的影響，尤其是在受新冠疫情影響的情況下，客運(yùn)量變化較大，因此提出基于客運(yùn)量的節(jié)能減碳方法對(duì)于科學(xué)比較不同條件下的節(jié)能減碳效果具有重要的意?義。

使用新提出的基于客運(yùn)量的節(jié)能減碳計(jì)算方法計(jì)算2022年使用氫燃料車以后產(chǎn)生的節(jié)能減碳效益，結(jié)果見表5：

通過表5可以得出，2022年8月產(chǎn)生的節(jié)能量是362.74tce，產(chǎn)生的減碳量是589.72tCO2，同時(shí)可以計(jì)算出9月和10月的節(jié)能減碳情況。

以此類推，根據(jù)三個(gè)月的節(jié)能減碳情況，可以推斷出919快路114輛氫燃料公交車使用一年后可產(chǎn)生4"110tce的節(jié)能量以及6"682tCO2的減碳量，平均每輛車每年可節(jié)能36.1tce，減碳58.6tCO₂。

4.4 基于客運(yùn)量的方法學(xué)優(yōu)勢(shì)分析

4.4.1 傳統(tǒng)節(jié)能減碳方法存在的不足

如果采用能耗總量法分析節(jié)能減碳量，我們以2021年8月和9月的數(shù)據(jù)為例進(jìn)行對(duì)照，如表3所示，2021年8月的運(yùn)營里程為382"389km，2021年9月為424"005km，9月的運(yùn)營里程環(huán)比增長10.9%，不考慮客運(yùn)量對(duì)能耗的影響，我們假設(shè)兩個(gè)月份的能耗強(qiáng)度保持不變，那么9月的能耗總量也將環(huán)比增長10.9%，而實(shí)際的能耗總量降低了2.5%，與實(shí)際情況差距較大，因此采用能耗總量法對(duì)于運(yùn)營里程、客運(yùn)量變化較大的情況并不適用。

如果采用百公里能耗法分析節(jié)能減碳量，我們?nèi)砸?021年8月和9月的數(shù)據(jù)為例進(jìn)行分析，根據(jù)表3，2021年8月百公里能耗為51.87L，2021年9月為45.60L，很明顯8月的百公里能耗強(qiáng)度高于9月，但是8月卻帶來了與9月幾乎同等數(shù)量的客運(yùn)量，也就是說8月雖然能源消耗強(qiáng)度較高，但是客運(yùn)量所帶來的收益更高，因此，僅僅從能源消耗強(qiáng)度即百公里能耗水平來評(píng)價(jià)運(yùn)營水平和節(jié)能減碳效益并不準(zhǔn)確。

4.4.2 基于客運(yùn)量節(jié)能減碳方法學(xué)的科學(xué)性分析

公交線路的客運(yùn)量和運(yùn)營里程受季節(jié)、天氣、政策等影響較大，即使是在不同年份的同一時(shí)間點(diǎn)其能耗水平的差距也非常顯著，直接使用能耗總量法或百公里能耗法進(jìn)行比較會(huì)產(chǎn)生較大的差距，基于此所測算的節(jié)能量與實(shí)際情況具有較大偏差，對(duì)預(yù)測能耗缺乏科學(xué)的理論指導(dǎo)。

基于客運(yùn)量的節(jié)能減碳方法學(xué)可根據(jù)具體線路的客運(yùn)量、運(yùn)營里程的變化，精確測算當(dāng)前能耗水平，可以測算在不同客運(yùn)量和不同運(yùn)營里程條件下的節(jié)能減碳量。該方法打破了傳統(tǒng)只考慮百公里能耗水平的單一條件限制，使得節(jié)能減碳數(shù)據(jù)更貼近實(shí)際情況，尤其對(duì)于單一線路來說，可以更精確地測算本條線路由于更新替換新能源車輛在不同的運(yùn)營情況下所產(chǎn)生的節(jié)能量和減碳量。

4.5 節(jié)能減碳方法學(xué)的推廣建議

根據(jù)以上分析，可以測算出某條運(yùn)營線路在某一時(shí)間段（日、月、季、年）所產(chǎn)生的節(jié)能減碳量。即在某條線路某一對(duì)比時(shí)間段行駛里程、客運(yùn)量、能源消耗量數(shù)據(jù)均有統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的情況下可以測算出統(tǒng)計(jì)期與基準(zhǔn)期對(duì)比的節(jié)能減碳量，其中基準(zhǔn)期可以劃定為去年同一時(shí)期的同比情況，也可以劃定為與上一時(shí)間段的環(huán)比情況。該方法同樣可推廣至某一車隊(duì)、某一單位等更大的統(tǒng)計(jì)測算范圍。

4.6 節(jié)能減碳方法存在的不足

車輛的能耗水平的制約因素較多，且較為復(fù)雜。本文僅考慮了客運(yùn)量和運(yùn)營里程兩個(gè)因素，忽略了其他因素，這必然會(huì)造成測算誤差。本文提出的方法學(xué)可采用修正系數(shù)的方法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化，使其盡可能接近實(shí)際情況。而季節(jié)條件、道路擁堵、駕駛員操作習(xí)慣、車輛輔助設(shè)備等均會(huì)影響車輛能耗。本文選取客運(yùn)量這個(gè)具備公交特色的主要突出因素進(jìn)行分析，待方法成熟后，可擴(kuò)大調(diào)研范圍，搜集更全面的數(shù)據(jù)，進(jìn)一步研究論證。

5 結(jié)語

本文參照目前節(jié)能減碳的常規(guī)計(jì)算方法，以北京公交919快路氫燃料公交車為例，提出基于客運(yùn)量的節(jié)能減碳方法，該方法打破了傳統(tǒng)考慮單一因素的局限，引入客運(yùn)量的概念，使得評(píng)價(jià)地面公交企業(yè)節(jié)能減碳效益更加全面，該方法具有創(chuàng)新性和獨(dú)特性，具備推廣使用的價(jià)值。

依據(jù)提出的方法，計(jì)算出919快路氫燃料公交車替換天然氣車后，每年可減少能源消耗4"110tce，減少二氧化碳排放6"682t，運(yùn)用該方法計(jì)算的節(jié)能減碳量更具參考意義，對(duì)于企業(yè)預(yù)估各個(gè)統(tǒng)計(jì)階段的節(jié)能量具有更好的參考價(jià)值。

在實(shí)際調(diào)研過程中我們發(fā)現(xiàn)，單車層面的運(yùn)營里程和能耗數(shù)據(jù)較為完整，而客運(yùn)量的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)只能精確到車隊(duì)。而乘客在上下車時(shí)均有刷卡信息，為客運(yùn)量數(shù)據(jù)的精細(xì)化收集奠定了基礎(chǔ)，可以通過信息化手段提取該數(shù)據(jù)，利用系統(tǒng)整合數(shù)據(jù)，并通過智能手機(jī)助手和其他可視化方式進(jìn)行展現(xiàn)，供管理者參考。

由于公交車輛能耗和排放與駕駛員的操作行為息息相關(guān)，駕駛行為對(duì)能耗和排放的影響較大，該方法并不能用于分析駕駛員的駕駛行為所造成的節(jié)能減碳量，如若考慮人為因素，還需要大數(shù)據(jù)分析手段細(xì)致分析和歸納。

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