交通節能減排綜述

吳春榮

(江西贛粵高速公路工程有限責任公司,江西南昌 330000)

交通節能減排綜述

吳春榮

(江西贛粵高速公路工程有限責任公司,江西南昌 330000)

隨著我國城市化進程加快、社會經濟穩步發展,交通運輸需求不斷上升,加劇了交通能源的需求量和顯著增加了環境排放。我國大氣污染物排放量已經超過了環境容量。因此,在全社會嚴峻的能源形勢的背景下,探索道路交通節能減排的途徑,對交通運輸行業的可持續發展具有推動作用。從國內外交通排放現狀、節能減排現狀,進行了調研和綜合分析,從多層次方位分析了交通節能減排影響因素,并提出了交通節能減排的對策。

道路交通；節能減排；可持續發展

0 引言

隨著我國城市化進程加快、社會經濟穩步發展,交通運輸需求不斷上升,加劇了交通能源的需求量和顯著增加了環境排放。交通運輸行業是僅次于制造業的第二大油品消耗行業,也是實現低碳生活發展路徑的重點行業。在我國,交通運輸行業油品消耗量占全國能源消耗總量的1/3左右。我國石油對外依存度逐年提高,預計到2020年交通耗油量將達到1.76億t,折合原油3.2億t,總需求量非常龐大。另一方面,與國外相比,我國交通能源利用效率有較大差距,其中機動車燃油經濟性水平比歐洲低25%,比日本低20%,比美國整體水平低10%。此外,我國大氣污染物排放量已經超過了環境容量。因此,在全社會嚴峻的能源形勢的背景下,探索道路交通節能減排的途徑,對交通運輸行業的可持續發展具有推動作用。

近年來,國內外主要的能源和氣候變化研究機構十分重視對交通領域節能減排的研究。這些研究主要集中在兩個方面：一是對交通部門能源消耗情況的預測,IEA等研究機構開發了交通領域能源研究模型,為交通能源的研究奠定了理論和技術基礎。另一個方面是對交通領域節能減排途徑的探索,主要結論認為公共交通和軌道交通是實現可持續交通理念和低碳經濟的重要模式。但對于中國交通減排潛力的分析和預測仍未被廣泛關注。

1 國內外交通排放現狀

1.1 國外交通排放現狀

美國能源部能源信息管理局發布的《國際能源展望2009》報告顯示,在法律和政策保持不變的情況下,非經濟合作與發展組織(OECD)國家占世界一次能源需求的93%,其中的需求量增長主要來自中國和印度；而OECD國家對能源的需求量增加率為24%。

交通運輸是能源消費的主要部門,也是能源依賴性最強的部門之一。發達國家交通運輸能耗平均約占其能源消費總量的30%和石油消費總量的95%。交通運輸能耗又以公路運輸能耗為主,發達國家公路運輸能耗平均約占交通運輸石油消費總量的90%。預計到2025年交通運輸能耗占全球總能耗的比重將會超過60%［1］。

1.2 國內交通排放現狀

統計數字顯示,1991～1996年交通部門能源消耗的平均增長速度為 4.5%,1996～2002年則為14.5%,11年間總量增長了6 056.53萬t。交通部門的能源消耗在全國總能源消耗中所占的比例由1991年的4.50%上升到2002年的7.3%［2］。

在交通運輸部門能源消耗快速增長的同時,機動車的能源消耗正逐年上升,其中,汽油和柴油消費量由2000年的1 388萬t和2 544萬t增加至2007年的2 763萬t和6 794萬t,占2007年全國汽、柴油消費量的50.1%和54.4%,年均消費增長率分別達到10.3%和15.1%。而焦炭、煤炭、原油消耗量分別從2000年的1 132萬t、11.2萬t和175萬t下降到2007年的685萬t、0.6萬t和164萬t。根據國務院發展研究中心預測,若不采取有效措施,2020年交通運輸的石油能源消耗量將達到2.56億t,占石油消耗總量的57%［2］,增長幅度和速率超過其他行業,將對國民經濟發展,國家能源安全和保障,以及全球溫室氣體排放控制造成很大的影響。

從中國2007年交通運輸分行業的能源消耗比例看,道路運輸減排是中國控制交通運輸排放量的關鍵環節(51.6%),其中貨車(18%)、公共汽車(12%)和私人汽車(10%)是主要領域［3］。伴隨著工業化和城市化的進程,2007年末中國汽車保有量已達到5 207.62萬輛,其中民用汽車4 358.4萬輛,占總量的83.7%。2009年末,中國汽車消費量已位居世界第一,生產量位居第三。據氣候組織(The Climate Group)預測,如果中國繼續現有發展勢頭,至2020年中國汽車保有量將突破1.5億輛, 2030年中國汽車CO2排放量將占全球排放總量的20%。中國道路交通運輸減排工作任重道遠［4］。

2 國內外道路交通節能減排現狀

2.1 國外道路交通節能減排現狀

節能減排指的是降低能源消耗和減少污染物排放,道路交通的節能減排主要是指通過道路運輸企業的管理和控制來提高營運車輛的燃油使用效率、降低燃油消耗和減少尾氣排放。

國外對道路交通節能減排的政策實施較早,同時,針對這一問題進行了深入的研究。很多發達國家出臺了相關的法律法規,以實現緩解道路運輸活動對資源和環境產生不利影響的目標。上世紀70 年代國際社會經歷了中東石油危機之后,全球石油價格飛漲。此外,不少學者、科研工作者以及政府官員也意識到原油的逐漸枯竭,對人類長期的發展將會產生深遠影響。于是,1975 年以后,發達國家相繼制定并實施適合各自國情的汽車燃油經濟性標準和法規。日本在上世紀70年代就規定了轎車能源利用效率考核標準,相對于美國而言,日本采用的燃油經濟性政策更加完善了對車型燃油經濟性的限制,其采用的按重量分類的平均燃油經濟性對日本的能源貢獻很大,燃料經濟性標準可以說是世界上最嚴格的。同時,自美國上世紀60 年代《潔凈空氣法案》頒布以來,全世界開始了控制汽車排放的歷程,經過幾十年的努力,目前已經基本形成以美國、歐洲和日本為代表的三大汽車排放法規體系。

2.2 國內道路交通節能減排現狀

隨著《節約能源法》和《可再生能源法》的修訂和推出以及“十二五”期末的臨近,我國節能減排工作進入到一個新的階段。2010年6月交通運輸部公布交通運輸行業“十二五”規劃期間節能減排目標：力爭到“十二五”期末,在2005年基礎上綜合單耗下降10%,營運船舶綜合單耗下降15%,港口生產綜合單耗下降8%,二氧化碳和主要污染物排放明顯降低,綠色、低碳交通運輸體系建設取得明顯進展。

道路運輸業是能源消耗和尾氣排放的重點行業,汽油和柴油的消耗占到總消費量的50%以上,廢氣排放也已成為很多城市空氣污染的主要來源。加強道路交通的節能減排工作對提高全社會的能源利用效率,保護和改善環境,促進社會的可持續發展意義重大。道路運輸業在長期的節能工作中組織制訂了一系列道路運輸節能標準,根據標準的使用可分為運輸管理標準、車輛技術性能標準及汽車使用性能改進方面的標準［5.6］。

與此同時,各方面的專家學者對此也做了一定的研究工作,蔡鳳田、劉莉等人［6］提出了通過建立道路運輸節能標準體系來促進道路運輸節能降耗的措施。錢伯章［7］在《節能減排——可持續發展的必由之路》中提出了眾多節能減排先進技術。于志剛、邵毅明［8］基于系統角度對道路運輸節能途徑進行了研究,提出只有從系統角度研究道路運輸系統才是降低道路運輸能源消耗的良策。由上述可知,目前國內關于道路交通節能減排的研究才剛剛開始,基本上停留在戰略研究階段,研究成果也是針對某一環節的單一技術,對道路交通節能減排預測與評價領域還沒有進行專門、細致、系統的研究工作,缺乏成熟的理論體系,對如何具體考核道路交通節能減排的績效還沒有系統的理論方法。

3 影響交通節能減排的因素

3.1 宏觀層面

(1)城市空間結構對交通能耗的影響

城市空間是城市各種經濟、社會活動得以實現的載體,各類性質的上地使用在城市內的分布,決定了居民日?；顒拥牡攸c。城市空間的增長表現為城市用地的增長和空間形態的變化,它包括兩個維度的變化:規模和相互關系“城市空間結構是城市要素在空間范圍內的分布和聯結狀態,是城市經濟結構、社會結構的空間投影,是城市社會經濟存在和發展的空間形式。城市空間結構一般表現在城市密度、城市布局和城市形態三種形式。

a. 城市密度與交通能耗

城市是由分屬于經濟、社會、生態等系統的諸要素構成的社會經濟綜合體,城市密度則是各類要素在城市空間范圍內一定數量的表現,它是城市各構成要素密度的一種綜合。大城市高密度發展確實能達到減少城市交通能耗的目的。但是,我國中小城市的比例較大,而中小城市的高密度發展與交通能耗的相關性較小,還需要根據我國城市化的特點,選擇相關變量,對城市密度和城市能源消耗關系進行研究,才能在機動車增長與城市化進程之間找到契合點。

b. 城市形態與交通能耗

城市形態是城市空間結構的整體形式，是城市內部密度和空間布局的綜合反映,是城市三維形狀和外瞻的表現。在城市化的進展中,我國許多省會大城市為擺脫城市擴張帶來的交通擁擠、能源消耗嚴重、人口高度密集、環境容量緊張等困境,正期冀通過新城或者副中心的建設,讓城市形態由單中心向多中心轉變。黃建中［9］總結了城市形態與居民出行之間的關系,城市形態不僅影響著居民出行選擇、城市交通模式,還和居民出行時間和出行距離有直接關系,同時也間接關系著城市交通總能耗的多少。

c. 土地利用模式與交通能耗

城市空間結構的集中度、分散度以及土地利用的混合程度是決定交通能耗的首要因素之一,也是影響城市區域有利的短線交通和不利的長線交通的關鍵因素。由于土地利用模式與出行距離、出行頻率和出行方式選擇有著直接關系,其應具有的主要特征是：能夠促進可持續交通系統的建立發展和高效利用。

(2)城市規模對交通能耗的影響

城市規模(city size)是衡量城市大小的數量概念,包括城市人口規模與城市地域規模兩種指標。城市規模的擴大會給居民出行帶來變化。毛海虓［10］指出中國城市居民的人均出行次數會隨著城市人口規模的擴大而減少,居民的平均出行距離與城市人口有高度的正相關性,但兩者之間并不是線形增長關系。200萬人是關鍵臨界值,小于此數值時,平均出行距離增加的幅度較大(平均增長速度0.012 8 km/萬人)；超過這一數值時,平均出行距離增加的幅度開始放緩(平均增長速度0.001 8 km/萬人)。

不同的城市規模需要有對應的城市交通系統支撐。一般來說,步行的距離不超過1.5 km,在600～1 000 m的范圍內可以組織城市基木步行單元,以高混合的土地利用模式滿足居民基木出行要求；自行車出行最好控制在4～6 km的空間范圍以內,并以此來構成城市慢行交通基本單元和城市核心區范圍；地面公交的單程出行距離基本在20 km以內,以此數據位基礎可組織公交運行線路,劃分城市社會片區；小汽車的出行速度快、自由度高,在不受限制的情況下1 h行駛距離可達到60 km以上［11］,因此在此范圍內確定城市市區范圍比較合適。有研究表明,一個城市的半徑擴大一半,其城市交通總能耗將是原來的4倍。雖然“小汽車城市”可使城市規模擴大許多,但是它帶來的城市蔓延也會成倍增加城市交通能源的損耗?？梢?在城市化的進程中,控制城市合理規模、選擇綠色交通模式是減少城市交通能耗的有效途徑之一。

(3)城市交通結構對交通能耗的影響

交通結構是指在城市空間布局、人口密度、經濟水平以及社會環境等特定條件下形成的一定的交通方式結構,即城市交通系統中不同交通模式所承擔的交通量的比例關系。不同的交通方式其能耗各不相同。以每百人公里油耗(升)為標準,常規公交、快速公交、出租車和私人小汽車的指標分別為0.7、0.173、5.056和6.067；以每百公里人均能耗為標準,常規公交是私人小汽車的8.4%,電車是私人小汽車的3.4%至4%,地鐵是私人小汽車的5%。由于各種交通方式的交通能耗指標相差很大,因此不同的城市交通結構會對城市交通總能耗產生差異性影響。在城市居民總出行量一定的情況下,何種交通方式在總出行量中所占的比例越高,其對城市交通總能耗的影響越大?？梢?交通結構是影響城市交通能耗的關鍵因素,它決定了城市交通能耗的總體狀況和發展趨勢。

3.2 中觀層面

(1)城市路網對交通能耗的影響

不同的城市空間結構、城市發展歷史和城市地形地貌條件決定了城市道路網絡的形態、結構和容量不盡相同。衡量道路網絡是否合理的標準,并不是一味擴大路網容量以期解決城市交通擁堵,因為路網容量的增長速度遠遠比不上機動車的增長速度,還需結合路網連接度！路網密度、路網整體可達性、道路面積率等指標共同評判道路網絡的成熟程度。城市道路網絡并不是直接與城市交通能耗聯系,合理的城市道路網絡只有與土地利用、限制機動車使用相結合,才能真正降低城市交通總能耗量。

(2)可達性對交通能耗的影響

可達性(accessibility)這一概念很早就用于城市交通規劃研究中,用以作為描述兩分區間交通聯系程度的指標,反應了城市居民利用某種交通方式從某一地點(如居住地)到達其出行目的地(如工作地點)的便利程度。它可間接檢驗某區域內居民出行所消耗的交通能源是否合理。在同等出行條件下,當公交可達性優于機動車可達性時,居民會選擇公共交通方式出行；如果城市公交可達性較低,將會迫使有經濟承受能力的居民選擇使用私家車出門,而城市路網勢必變得更加擁堵。因此,提高城市區域范圍的整體公交可達性將有助于降低城市交通總能耗。

(3)交通微循環系統對交通能耗的影響

交通微循環就是由部分次干道、支路及支路以下道路組成的城市道路網絡運輸體系,交通微循環可以起到緩解干道交通壓力、提高干道網絡運營質量等作用［12］。支路間距和單向交通是影響微循環交通能耗的兩大因素,相比改變城市密度、交通結構等其他因素,短期內有更強的可操作性和現實性。

3.3 微觀層面

(1)機動車能耗的微觀影響因素

a. 發動機和燃油技術

機動車的內燃機目前主要使用液態燃料,預計到2030年仍是主要驅動裝置。機動車的發動機的結構、種類及負荷率,車輛傳動系效率與油耗關系密切。目前,渦輪增壓技術可使發動機尺寸縮小,并使傳統的內燃機的燃料效率更好。業界已確認,車輛重量每增加100 kg,發動機的比油耗將增加7%。因此,發動機的下一步研究是如何在減少油耗的前提下獲得車重和尺寸較大車型的舒適、安靜和安全性。另外,提高發動機熱效率,通過科技創新繼續提高發動機性能和熱效率,具有廣闊的節油空間［13］。

b. 行車模式的影響

城市道路的坡度、平整度、線形,交叉口信號控制模式、交叉口間距、交通擁堵狀況、機非分流狀況等運行環境,都會影響到機動車的運行狀態。城市道路下的行車模式是指機動車在實際行駛過程中表現的等速、加速、減速、怠速和停車等多種行駛工況,燃油消耗量隨工況動態變化,對機動車的節能減排有重大影響［14］。

c. 速度的影響

在車速十分緩慢的行駛條件下 (如在城市中心區域,以每小時10～15 km/h的速度行駛),每車公里的比油耗很高(溫室氣體排放也高)；當平均車速增加到30～50 km/h,機動車的比油耗將急速下降,并在平均車速為60～100 km/h時,達到或接近最小值。這說明,當車速達到一定水平后,車速的變化對油耗的影響不大。另外,在城市路網中機動車保持一定速度的穩速行駛,也可進一步降低油耗［15］。

d. 車輛重量的影響

車身輕量化,減輕機動車的自身重量是機動車降低燃油消耗及減少排放量的最有效措施之一。據統計,車重減輕10%,可降低燃油消耗量8%。因此,開發和應用鋁合金、鎂、合金、高強度鋼、車用塑料作為車輛材料,使用碳纖維材料作為車身,可大大減輕車體的自重。另外,機動車外形以及輪胎結構等整車結構方面因素也與油耗關系密切［16］。

e. 路面粗糙度的影響

國內外的模擬實驗表明,路面粗糙度的變化僅對油耗有適度的影響。由此得出的結論是：在城市道路工況下,路面粗糙度較小的變化,僅對機動車油耗和排放產生有效的影響。但是,路面粗糙度增加對車輛運行成本影響的計算表明,如果改變行車條件(例如頻繁地加速和減速等),將對油耗產生重大的影響。對于大型車輛來說,因路面粗糙度增加而導致的車輛運行成本,隨著車輛尺寸的增大急劇增加［17］。

(2)常規公交能耗的微觀影響因素

作為機動車的一種,常規公交車的能耗也受行車模式、速度、燃油等微觀因素的影響。為保證公交優先戰略的實施,應大力發展和推廣新能源公交車的研發和使用。新能源公交車應具有普惠性、占地少、能耗低、污染小等基本特征,相對于以柴油為動力的傳統公交車,它在優化能源結構、提高能源效率、減少尾氣污染、保障供應安全等方面具有明顯的優勢。研究和實踐都表明,率先發展運行線路相對固定、燃料加注易于把握、更新換代時間較短、生產維修技術成熟的新能源公交車是比較可行、便于集中管理協調、專業化試驗示范和大規模推廣應用的。無論從公交發展還是從能源和汽車工業發展的角度,新能源公交車都應成為城市交通發展的首要選擇和必要選擇［18］。

與一般機動車能耗特點不同的是,常規公交車的能耗還受公交線路長度、發車密度等指標的影響,而公交的空間布局形態和開行頻率決定了公交的能源消耗的多少。

(3)軌道交通能耗的微觀影響因素

總體說來,地鐵系統比快速公交系統在每條線路提供了更高的乘客運輸能力,但是也需要更高的投資成本?？傮w來說,即使包括車站的能源消耗在內(通風、空調、照明、電梯等),中國的軌道系統也要比城市常規公交車更為節能［19］。

4 交通節能減排的對策

4.1 做好城市規劃,優化城市形態

注重城市土地利用規劃與城市綜合交通規劃的銜接和協調,優化城市形態。將城市綜合交通體系規劃完全納入到法定的城市總體規劃中。加快綜合交通規劃和公共交通專項規劃的法定化進程,強化城市土地利用規劃、城市總體規劃、城市綜合交通規劃與公共交通規劃的四規合一。

4.2 優化路網結構、改善交通基礎條件

改善交通基礎條件包括提高道路等級,提高路面鋪裝率；改進交通信號,完善交通管控系統,建立單行線網絡,拓寬交叉路口,平交路口改立交路口,高等級道路監控,盡可能減少擁堵,縮短車輛在路上的等待時間等,可以降低車輛運營過程中的能源消耗。

改進路面結構及材料,減少道路養護中的能源消耗。道路養護的能源信號依照道路等級與路面類型而定,高等級道路年度能耗比低等級公路要高,瀝青混凝土路面年度能耗比水泥混凝土路面要高［20］。

建設客貨運輸綜合樞紐,優化公路站場布局,建設以道路運輸樞紐為龍頭、一般性汽車客貨運站(站)為輔助,布局合理的公路客、貨運站體系；建立以主樞紐為貨運節點的道路貨運信息服務系統；引導道路運輸擴展倉儲、配送等運輸功能和服務范圍；引導運輸企業向規?；较虬l展,推廣甩掛運輸、拖掛運輸技術；加快綜合運輸體系的建設與發展,為車輛高效、順暢地行使創造良好條件,降低能耗和排放水平。

4.3 研發汽車新產品,改進運輸車輛

積極改進運輸車輛,積極研究汽車新型能源動力系統技術［21］。

積極改進運輸車輛,努力促使燃料完全燃燒來減少 HC、CO 等有害物質。鼓勵發展節能型轎車；加快輕型汽車的柴油化進程,發展使用柴油的汽車、專用車、廂式車和重型汽車,提高柴油車在運營中的比重。提高專用貨車、廂式貨車在載貨車中的比重。重點發展適合高速公路、干線公路的大噸位多軸重型汽車、短途集散用小型貨車和適合農村道路的客車。

研制和開發新型燃料替代車輛,引進消化吸收再創新,提高自主創新能力,大力促進機動車交通根據燃料的清潔化和多樣化,如天然氣汽車、混合動力汽車、電動汽車、燃料電池汽車以及甲醇、乙醇等生物質能汽車等。

4.4 深化體制改革,健全節能降耗激勵和約束機制

(1)建立道路交通的統籌協調機構；

(2)加快油品價格形成機制改革；

(3)發揮價格、稅收杠桿作用：稅費改革、增加碳稅和道路擁擠費、對新能源汽車補貼；

(4)鼓勵多元收入；

(5)加強交通管理,營造順暢便捷的出行環境；

(6)加大宣傳力度,提高全民交通節能減排意識。

［1］ 周莎.基于重慶山地城市的道路交通節能減排預測與評價方法研究［D］.重慶:重慶交通大學，2010.

［2］ 周偉，Joseph S Szyliowicz.邁向可持續發展的未來——中國交通能源與環境政策研究［M］.北京:人民交通出版社，2005.

［3］ 國家統計局能源統計司，國家能源局綜合司.中國能源統計年鑒［M］.北京:中國統計出版社，2008.

［4］ 高菠陽，劉衛東.道路交通節能減排途徑與潛力分析［J］.地理研究，2013，32(4):767-775.

［5］ 中國道路運輸協會，節能降耗， 道路運輸業在行動［Z］.

［6］ 蔡鳳田，劉莉，竇秋月.建立道路運輸節能標準體系促進道路運輸節能降耗［J］.交通環保，2007(6):29-32.

［7］ 錢伯章.節能減排——可持續發展必由之路［M］.北京:科學出版社，2008.

［8］ 于志剛，邵毅明.基于系統角度的道路運輸節能途徑研究［J］.研究探索，2007(3):72-73.

U491

A

1009-7716(2015)09-0123-05

2015-04-28

吳春榮(1978-),男,江西高安人,工程師,從事公路施工管理工作。