徐慧智　裴玉龍　王連震　張文會

(東北林業(yè)大學(xué)交通學(xué)院　哈爾濱 150040)

0　引　言

城市純電動汽車是新能源汽車的一種，依照中華人民共和國工業(yè)和信息化部2009年6月17日發(fā)布的《新能源汽車生產(chǎn)企業(yè)及產(chǎn)品準(zhǔn)入管理規(guī)則》，新能源汽車是指采用非常規(guī)的車用燃料作為動力來源(或使用常規(guī)的車用燃料、采用新型車載動力裝置)，綜合車輛的動力控制和驅(qū)動方面的先進(jìn)技術(shù)，形成的技術(shù)原理先進(jìn)、具有新技術(shù)、新結(jié)構(gòu)的汽車。新能源汽車包括混合動力汽車(HEV)、純電動汽車(BEV，包括太陽能汽車)、燃料電池電動汽車(FCEV)、氫發(fā)動機(jī)汽車、其他新能源(如高效儲能器、二甲醚、燃?xì)?、醇醚、生物柴油汽車?汽車等各類別產(chǎn)品?！蛾P(guān)于免征新能源汽車車輛購置稅的公告》《車輛購置稅收入補助地方資金管理暫行辦法》《關(guān)于新能源汽車充電設(shè)施建設(shè)獎勵的通知》《關(guān)于2016—2020年新能源汽車推廣應(yīng)用》《關(guān)于節(jié)約能源，使用新能源車船車船稅優(yōu)惠政策的通知》等政策的陸續(xù)出臺，在國家層面大力支持新能源車輛的購置和使用。北京、上海、廣州、哈爾濱等各地市紛紛提出地方層面的新能源車輛的支持鼓勵政策。按此趨勢，城市純電動汽車引入城市客運交通勢在必行，是未來優(yōu)化城市客運交通結(jié)構(gòu)的優(yōu)先選擇。城市客運交通中引入BEV車輛，作為清潔能源，在城市范圍內(nèi)二氧化碳排放量為零，但發(fā)電過程消耗化石燃料產(chǎn)生一定的二氧化碳排放，需要對城市客運交通二氧化碳評估做出真是可靠的計算分析。真實、合理的反映城市客運交通引入BEV車輛減少二氧化碳的量值，是交通工作者面臨的科研任務(wù)之一。

國內(nèi)外學(xué)者開展了相關(guān)研究，認(rèn)為應(yīng)該考慮能源在開采、生產(chǎn)、運輸、使用，以及電力在生產(chǎn)、傳輸、存儲、使用全過程中的二氧化碳排放量。王楠楠[1]針對城市運行工況，對油耗規(guī)律進(jìn)行了研究，周蘇等[2]針對車用燃料面臨的困境，提出了相應(yīng)的電動車發(fā)展模式，Wee[3]和R. Rahim[4]分別從節(jié)油設(shè)備手段和能源生產(chǎn)過程2個角度提出了減少二氧化碳排放的措施。郭昌倫、蘇城元和匡文博等[5-7]關(guān)于二氧化碳排放量計算分別提出了碳平衡、由上而下、由下而上等多種方法，歐訓(xùn)民等[8]則采用能源碳含量及燃料氧化率情況進(jìn)行二氧化碳排放量計算。Bian Y. W.等[9]基于不同的決策單元(DMU)進(jìn)行能源效率評價的數(shù)據(jù)包絡(luò)分析(DEA)定量計算了提高能源效率對二氧化碳排放量減少的影響。XU Bin等[10]采用向量自回歸模型分析了交通行業(yè)二氧化碳排放量變化的影響因素，揭示了能源效率直接影響二氧化碳的排放量。Song Xiaodong等[11]提出私家車數(shù)量激增，能源效率低，私家車對二氧化碳排放量的影響較大。施曉清等[12]分析了城市客運交通中引入BEV車輛的情景，引入了新能源改變現(xiàn)有交通客運系統(tǒng)能源結(jié)構(gòu)[12]。國內(nèi)外學(xué)者針對二氧化碳排放量的計算方法開展了廣泛研究，形成了較為成熟的計算方法，我國在國家層推進(jìn)企業(yè)編制溫室氣體排放清單，但是針對城市客運交通的二氧化碳排放量測算，有待進(jìn)一步加強(qiáng)相關(guān)研究。

根據(jù)現(xiàn)狀城市客運交通情況，BEV車輛引入城市客運交通可分為2種情形，即代替汽油車和代替柴油車。CNG作為新能源汽車，具有低排放、環(huán)境影響小的特點，暫不考慮BEV車輛代替CNG、電力等新能源汽車。研究BEV車輛引入城市客運交通對二氧化碳減排量的意義在于：對典型城市能源結(jié)構(gòu)進(jìn)行梳理，揭示城市客運交通高二氧化碳排放環(huán)節(jié)[13]；分析城市引入BEV車輛對城市交通能耗降低的貢獻(xiàn)水平[14]；研究城市客運交通引入BEV車輛時，不同出行方式單位能耗和單位電耗對二氧化碳減排量的影響。

1　研究思路和計算條件

傳統(tǒng)的二氧化碳排放量測算，一般從當(dāng)?shù)睾既剂系南牧砍霭l(fā)，通過碳含量及氧化率角度計算二氧化碳生成量，計算BEV車輛引入城市客運交通二氧化碳排放量時存在問題如下。

1) 城市客運采取BEV車輛，當(dāng)?shù)睾既剂舷牧繛榱?，?jù)此測算二氧化碳排放量亦為零。此種計算方法忽視了電能生產(chǎn)過程中消耗的含碳燃料(也成為化石燃料)產(chǎn)生量。

2) 城市客運交通含碳燃料(化石燃料，如汽油、柴油等)，往往統(tǒng)計來源于加油站、加氣站等，沒有對購買對象進(jìn)行分類識別，較難獲得精確的城市客運交通使用數(shù)據(jù)。

鑒于上述原因，有必要在現(xiàn)有二氧化碳排放量測算方法的基礎(chǔ)上，通過挖掘城市交通調(diào)查數(shù)據(jù)，從交通使用者角度和能源利用全過程出發(fā)，擴(kuò)展城市客運交通二氧化碳排放“自下而上”的研究思路和計算方法。

1.1　基本概念

研究邊界。研究邊界為城市物理空間、發(fā)電廠、輸電線路、相關(guān)配套設(shè)施等。

基準(zhǔn)線?；鶞?zhǔn)線是某行業(yè)的代表某一生產(chǎn)水平的單位活動水平碳排放量。各個國家和地區(qū)采用的排放基準(zhǔn)線均有所不同，歐盟采用了行業(yè)碳排放效率前10%的產(chǎn)品排放的平均值作為基準(zhǔn)值，美國加州采用了同一產(chǎn)品碳排放強(qiáng)度的加權(quán)平均值的90%作為基準(zhǔn)值。2014年北京市采用了行業(yè)內(nèi)平均碳排放強(qiáng)度前10%數(shù)據(jù)作為行業(yè)碳排放強(qiáng)度先進(jìn)值的上限，以行業(yè)內(nèi)平均碳排放強(qiáng)度前20%數(shù)據(jù)作為行業(yè)碳排放強(qiáng)度先進(jìn)值的下限。但是未給出城市客運交通行業(yè)基準(zhǔn)線的確定方法。采用單位里程消耗燃料(經(jīng)驗值)乘以運距、燃料凈熱值、二氧化碳排放因子，作為項目排放量的基準(zhǔn)線。

排放量。平均電耗乘以運距數(shù)據(jù)得到BEV車輛的總用電量，將其乘以區(qū)域電網(wǎng)的二氧化碳排放因子，得到項目排放量。

減排量。使用項目排放量減去基準(zhǔn)線排放量得到減排量。

1.2　研究思路

1) 通過分析交通調(diào)查數(shù)據(jù)，獲得研究邊界內(nèi)不同出行方式的運行狀態(tài)。根據(jù)運距、油耗、電耗、氣耗等數(shù)據(jù)，計算得到城市客運交通的總能耗，乘以二氧化碳排放因子，得到現(xiàn)狀城市客運交通二氧化碳總排放量。

2) 設(shè)定BEV車輛引入城市客運交通的極限情景模式，即城市交通的全部汽油、柴油車輛均被BEV車輛代替。

3) 根據(jù)取代傳統(tǒng)石化燃料車輛的運距，乘以對應(yīng)車型(大客車、小客車)的電耗，獲得極限情景模式下城市客運交通總能耗，乘以電力二氧化碳排放因子，得到城市客運交通引入BEV車輛后二氧化碳的總排放量。

步驟1)和3)得到的排放量相減，獲得減排量。

1.3　研究條件和現(xiàn)狀能耗測算

從交通使用者角度出發(fā)，通過城市客運車輛的使用強(qiáng)度反推二氧化碳排放量。以哈爾濱市為案例，研究引入BEV車輛對二氧化碳減排量的影響[15]。平均運距、運行時間、旅行速度等數(shù)據(jù)來源于2015年哈爾濱市組織的全市交通調(diào)查數(shù)據(jù)(抽樣率2.3%，2.5萬戶居民，6.5萬條交通出行信息)。

1.3.1城市交通運行狀態(tài)

各種出行方式出行平均距離見表1。哈爾濱市平均出行距離為6 562 m。其中，公交車、小汽車、出租車、班車平均運距分別為9.291，11.3，10.859，10.356 km。

各種出行方式出行時耗的分布情況見表2。其中，公交車、小汽車、出租車、班車平均時耗分別為46，32，31，36 min。

表1　哈爾濱不同出行方式的平均出行距離Tab.1　The average trip distance of differenttravel modes in Harbin

表2　哈爾濱不同出行方式居民的出行時耗構(gòu)成Tab.2　Travel time consumption structure of residentsin different Trip modes in Harbin

各個出行方式采用平均出行距離除以出行時耗，各種出行方式旅行速度的分布情況見表3。其中，公交車、小汽車、出租車、班車旅行速度分別為12.12，21.19，21.02，17.26 km/h。

表3　哈爾濱不同出行方式的旅行速度Tab.3　Travel speed of different travel modes in Harbin

1.3.2城市客運交通能耗測算

2015年，個人汽車保有量116.6萬輛，增長14.3%，其中個人小型客車保有量94.9萬輛，增長27.9%；公交車輛6 923輛(壓縮天然氣汽車2 625輛，其他能源公交車180輛)，公交年客運量達(dá)13.4億人次，共有出租汽車16 572輛，客運量達(dá)到5.0億人次。在車輛保有率數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合2015年哈爾濱不同出行方式調(diào)查數(shù)據(jù)，得到哈爾濱市不同出行方式的基本特征數(shù)據(jù)，見表4。

表4　哈爾濱不同出行方式的基本特征數(shù)據(jù)(2015年)Tab.4　The characteristic of different travel modes in Harbin (2015)

注：①來源于參考文獻(xiàn)[16]；②來源于推算，2015年哈爾濱市戶籍人口961.4萬人，出行率為2.03人次/d，參照2015年交通調(diào)查獲得的方式劃分比例，計算得到各方式的客運量數(shù)據(jù)；③來源于參考文獻(xiàn)[17]；④來源于北京市公用事業(yè)科學(xué)研究所劉麗珍的研究成果[18]，北京市CNG公交車的用氣指標(biāo)為單機(jī)車每100 km耗氣量為34.51 m3，雙機(jī)車每100 km耗氣量為48.15 m3，雙層車每100 km耗氣量為40.96 m3；⑤來源于經(jīng)驗數(shù)據(jù)，公交車數(shù)據(jù)參考合肥安凱純電動車；⑥來源于樣本調(diào)查數(shù)據(jù)。

從表4的汽車保有量(A列)可知，哈爾濱市客運交通車輛由汽油車、柴油車、CNG和其他車型組成(電動車和雙燃料車)。公交車按照能源來源可分為汽油車、CNG車和其他車型(電動、LPG等)，出租車可分為柴油車(3年內(nèi)逐步淘汰，目前尚有2 000輛左右)、雙燃料(CNG和汽油雙燃料為主，行駛過程中以CNG作為主要燃料，汽油作為啟動熱車過程中的輔助燃料)、汽油車等，小汽車以汽油車為主，電動汽車等新能源車輛尚未普及。2015年哈爾濱城市客運交通能耗測算見表5。經(jīng)測算能耗(標(biāo)準(zhǔn)煤)為148.383 7萬t /年(具體計算過程參見表格中的變量關(guān)系式，如表5中I=H×G/100表示總能耗=總運距×單位能耗/100；K=I×J表示總能耗質(zhì)量=總能耗體積×密度；K=I表示總耗電量不變。表5～10采用相同的運算方式，后續(xù)不再累述)。

1.3.3城市客運交通二氧化碳排放量測算

城市客運交通能源結(jié)構(gòu)中，主要能源為汽油、柴油、CNG和電力，參考IPCC 2006和2014年東北電網(wǎng)數(shù)據(jù)(2015年8月10日，中國自愿減排項目信息服務(wù)網(wǎng)發(fā)布，http://www.ccerpipeline.com/)，給出各能源燃料的二氧化碳排放因子，見表6。

根據(jù)客運總能耗數(shù)據(jù)(Ⅰ)，得到車用汽油、車用柴油、液化石油氣和電力的組合數(shù)據(jù)(Q)，見表7。2015年，城市客運交通消耗車用汽油786 695 125 L，車用柴油62 901 346 L，液化石油氣464 345 891 L，電力137 796 MWh。經(jīng)計算，2015年哈爾濱城市客運交通CO2排放量為2 901 199 207 kg/年(290.1萬t/年)。其中，車用汽油和車用柴油產(chǎn)生二氧化碳排放量為1 951 751 352 kg/年(195.2萬t/年)。

2　純電動汽車二氧化碳減排量測算

表8給出了公交車、小汽車、出租車、班車、對外交通、其他車輛等交通方式引入BEV車輛的替代對象，并給出了相應(yīng)的能耗指標(biāo)。

采用BEV車輛進(jìn)行替代后，運距不發(fā)生改變。根據(jù)表5、表6和表8的數(shù)據(jù)，得到公交車(汽油)、小汽車(汽油)、出租車(柴油)、班車(汽油)、對外交通(汽油)和其他車輛(汽油)的年運輸里程、耗電量、排放因子、排放量指標(biāo)，見表9。

討論極限的情景模式，城市交通的全部汽油、柴油車輛均被BEV車輛代替。根據(jù)表7或圖2可知，采用汽油和柴油，2015年哈爾濱市城市客運交通的二氧化碳排放量為195.2萬噸/年。根據(jù)表9可知，如果全部采用電力代替，排放的二氧化碳量為153.9萬噸/年。城市BEV車輛引入城市客運交通減排量計算結(jié)果見表10，哈爾濱市現(xiàn)狀城市客運交通二氧化碳減排量潛力為41.3萬噸/年(減排量為21.2%)。表10中，負(fù)值代表引入BEV車輛導(dǎo)致二氧化碳排放增加，正值表示產(chǎn)生減排量。不同用途和能源類型的車輛，二氧化碳的減排能力有所區(qū)別?，F(xiàn)階段，哈爾濱小汽車(汽油)和出租車(柴油)引入BEV車輛，二氧化碳排放量減少，而其他車型(公交車、班車、對外交通、其它車輛等)引入BEV車輛，導(dǎo)致二氧化碳排放量增加。

表5　哈爾濱城市客運交通能耗測算(2015年)Tab.5　Energy consumption of urban passenger transport in Harbin (2015)

注：①來源于各種能源與標(biāo)準(zhǔn)煤的折算系數(shù)。

表6　能源的排放因子和CO2排放系數(shù)Tab. 6 Energy emission factor and CO2 emission coefficient

注：N為IPCC 2006年C排放系數(shù)；O為碳氧化因子；P為CO2排放系數(shù)。

表7　碳排放計算表(哈爾濱市)Tab.7　Carbon Emission Calculation (Harbin)

表8　BEV車輛引入城市客運交通減排量應(yīng)用指標(biāo)Tab.8　BEV vehicle introduced urban passenger traffic reduction displacement application index

表9　城市BEV車輛引入城市客運交通CO2排放量Tab.9　CO2 emission calculation table of urban BEV vehicles by introduced urban passenger

表10　城市BEV車輛引入城市客運交通減排量計算表Tab.10　Traffic emission reduction calculation table of urban BEV vehicles by introduced urban passenger

城市客運交通不同能源排放的二氧化碳量見圖1。

圖1　城市客運交通不同能源排放的二氧化碳量(2015,哈爾濱)Fig1.　Carbon dioxide emissions from differentsources of energy in urban transport (2015, Harbin)

3　結(jié)論

1) 根據(jù)城市交通調(diào)查數(shù)據(jù)，對哈爾濱市城市客運交通能耗進(jìn)行了測算，綜合考慮汽車保有量、客運量、平均運距、額定載客數(shù)量、空駛率等參數(shù)，測算了城市客運交通各種出行方式的總運距和能耗。考慮能源在開采、生產(chǎn)、運輸、使用以及電力在生產(chǎn)、傳輸、存儲、使用全過程中的二氧化碳排放量，對城市客運交通引入BEV車輛進(jìn)行二氧化碳減排量測算。

2) 根據(jù)基準(zhǔn)線和項目排放的概念，對公交車、小汽車、出租車、班車、對外交通、其它車輛等出行方式進(jìn)行了分析并計算其減排量。哈爾濱城市客運交通的全部汽油、柴油車輛均被BEV車輛代替，排放的二氧化碳量為153.9萬t/年，減排量潛力為41.3萬t/年(減排量為26.8%)。

3) 單位里程油耗、單位里程電耗、電力二氧化碳排放因子是BEV車輛引入城市客運交通后二氧化碳減排量的影響因素。單位里程能耗越大、單位里程電耗越小，城市客運交通中引入BEV車輛，產(chǎn)生的二氧化碳減排量越大(值得注意的是，如果單位里程電耗過大的BEV車型替代單位里程能耗較小的傳統(tǒng)車型，無法達(dá)到二氧化碳減排效果)。改變發(fā)電的能源結(jié)構(gòu)，降低石化燃料的使用比例，改善電力的二氧化碳排放因子，能夠?qū)崿F(xiàn)引入BEV車輛降低二氧化碳排放的效果。

4) 城市客運交通能耗和二氧化碳排放量需綜合考慮發(fā)電過程化石燃料使用量、最低熱值、電量運輸耗損、BEV車輛相關(guān)設(shè)備耗損等。電動汽車如果單位指標(biāo)耗電量過高，城市客運交通二氧化碳排放存在大于傳統(tǒng)燃料車輛的可能性。

關(guān)于城市客運交通能耗和二氧化碳排放，目前尚無較好的方法對其進(jìn)行精確測算，從交通使用者角度出發(fā)，探索了一種新的二氧化碳排放量測算方法。通過研究發(fā)現(xiàn)，單位里程油耗和單位里程電耗對二氧化碳的排放量影響較大，在電力二氧化碳排放因子確定的條件下，兩者的比值為一固定數(shù)值時，BEV車輛引入城市交通二氧化碳的減排量為零，該平衡點值得開展進(jìn)一步研究。

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