雙碳目標下高速公路收費站碳排放模型研究

褚如思　武同樂　何文聰　曹光輝

摘 要：交通行業(yè)是實現(xiàn)“碳達峰、碳中和”目標的重要領(lǐng)域，ETC是落實雙碳目標在交通領(lǐng)域的具體舉措。為有效量化車輛進出收費站過程的碳排放，推動節(jié)能減碳和智慧交通發(fā)展，本文立足于河南省高速公路收費站現(xiàn)狀特點，運用理論分析和數(shù)學(xué)建模的方法，構(gòu)建了不同收費模式下車輛碳排放測算模型，并對模型影響因素進行分析、對參數(shù)進行標定，最后以具體實例進行碳排放量測算。結(jié)果表明，碳排放測算模型具有一定的實用性，可以為碳排放量化研究、碳效益評估提供理論基礎(chǔ)，也可為推動收費站開展節(jié)能減碳工作提供一定的參考。

關(guān)鍵詞：雙碳;高速公路;收費站;ETC;碳排放

中圖分類號：U491 ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? 文章編號：1003-5168（2021）30-0120-04

Abstract： The transportation industry is an important area to achieve the goal of "carbon peaking and carbon neutralization"， and ETC is a specific measure to implement the double carbon target in the transportation field. In order to effectively quantify the carbon emission of vehicles in and out of toll stations and promote the development of energy conservation， carbon reduction and intelligent transportation， based on the current characteristics of expressway toll stations in Henan Province， vehicle carbon emission calculation models under different toll modes are constructed in this paper by using the methods of theoretical analysis and mathematical modeling. The influencing factors of the model are analyzed and the parameters are calibrated. Finally， a specific example is conducted to calculate the carbon emission. The results show that the carbon emission calculation model has certain practicability， which can not only provide a theoretical basis for carbon emission quantitative research and carbon benefit evaluation， but also provide a certain reference for promoting energy conservation and carbon reduction in toll stations.

Keywords： double carbon; expressway; toll station; ETC; carbon emission

研究分析表明，實現(xiàn)雙碳目標的核心在于碳吸收與碳減排，交通行業(yè)主要通過碳減排途徑實現(xiàn)雙碳目標，即大力發(fā)展智慧和綠色交通[1]。近年來，我國高度重視碳減排，2020年12月，中央經(jīng)濟工作會議明確將“做好雙碳工作”作為八項重點任務(wù)之一[1]。2021年2月，《國家綜合立體交通網(wǎng)規(guī)劃綱要》提出，加快推進綠色低碳發(fā)展，交通領(lǐng)域CO2排放盡早達峰[2]。從交通方式來看，公路產(chǎn)生的碳排放在交通行業(yè)中的占比最高，超過了80%，需要重點推進碳減排。

ETC系統(tǒng)正是作為可以促進節(jié)能低碳的新技術(shù)，在國內(nèi)被推廣應(yīng)用。目前我國客車應(yīng)用ETC技術(shù)相對成熟，但貨車應(yīng)用ETC尚處于起步階段，收費站碳排放方法研究也主要是針對客車車型，如王清洲等[3]在考慮排隊長度等因素的影響，提出了高速主線收費站污染物排放模型;肖鶴等[4]在高速公路低碳運營方面構(gòu)建了ETC系統(tǒng)碳減排計算模型?；诖?，本文在雙碳背景下，以貨車也可應(yīng)用ETC技術(shù)為契機，開展不同收費模式下車輛碳排放量化方法研究，以期更好地為高速公路收費站開展節(jié)能減碳工作提供理論、數(shù)據(jù)參考和決策依據(jù)。

1 不同收費模式下的碳排放量測算模型

車輛進出收費站的碳排放源主要是燃油油耗。MTC收費模式下，車輛經(jīng)過減速-怠速-加速進出收費站;ETC收費模式下，車輛以最高限速勻速進出收費站?；诖?，需先測算出車輛進出收費站過程中的油耗量，再折算成二氧化碳的排放量進行測算。

1.1 MTC收費模式下碳排放量測算模型構(gòu)建

1.1.1 MTC油耗計算。MTC收費模式下的油耗量為減速-怠速-加速階段的油耗之和。

1.1.1.1 減速階段。根據(jù)駕駛實際情況，假設(shè)車輛在減速狀態(tài)為空擋滑行，則減速油耗與怠速油耗相同，為：

第2～4類客車和第1～5類貨車通行量較低，目前并沒有權(quán)威機構(gòu)統(tǒng)計其銷量。因此本文根據(jù)河南省收費站相關(guān)數(shù)據(jù)和現(xiàn)場調(diào)研等方式，計算各車型通行量所占比例，求出加權(quán)平均值，得到代表車型相關(guān)參數(shù)，如表3所示。

2.2 CO2排放系數(shù)

根據(jù)《綜合能耗計算通則》（GB/T2589—2008）、《省級溫室氣體清單編制指南》得到CO2排放系數(shù)，如表4所示。

2.3 范圍值

相關(guān)燃料參數(shù)范圍，如表5所示。

3 實例分析

本文以鄭州東三環(huán)南收費站為具體實例測算車輛進出高速公路收費站過程的碳排放量。根據(jù)不同收費模式下的碳排放量測算模型，需要對收費站服務(wù)時間、收費廣場長度等數(shù)據(jù)進行標定，按照需要對東三環(huán)南收費站開展現(xiàn)場調(diào)研，相關(guān)參數(shù)及調(diào)研數(shù)據(jù)如表6、表7所示。

模型計算結(jié)果如下：得到MTC收費模式下客、貨車及合計的碳排放量分別為80.7 t、86.3 t、167 t;ETC收費模式下客、貨車及合計的碳排放量分別為25.9 t、24.3 t、50.2 t。結(jié)果表明：①車輛在MTC收費模式下碳排放量約是ETC收費模式下碳排放量的3倍;②收費模式對車輛進出收費站碳排放影響最為明顯，合理的增加ETC車道數(shù)可大幅減少收費站碳排放量;③貨車通行比例對MTC收費模式下的碳排放影響最大;④假設(shè)客、貨車通過收費站的通行比例保持不變，采用ETC代替MTC車道，鄭州東三環(huán)南收費站全年可實現(xiàn)碳減排約467.2 t。

4 結(jié)語

本文采用查閱文獻、理論分析和現(xiàn)場調(diào)研等方式對收費站碳排放量化方法展開研究，并以貨車也可應(yīng)用ETC技術(shù)為契機，建立了不同收費模式下碳排放測算模型，最后結(jié)合具體實例，分析車輛進出收費站過程的節(jié)能減碳效果，并測算出東三環(huán)南收費站采用ETC技術(shù)全年可實現(xiàn)碳減排約467.2 t，驗證了模型的實用性，可以為收費站碳排放量化研究等提供理論和數(shù)據(jù)依據(jù)，為推動收費站開展節(jié)能減碳工作提供一定的參考，也為交通行業(yè)推動雙碳目標的落實提供有力支撐。未來隨著ETC等相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展，本模型還有不斷優(yōu)化和完善的空間。

參考文獻：

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[3] 王清洲，欒海敏，范鑫，等.高速公路主線收費站節(jié)能減排測算模型與實例分析[J].環(huán)境工程，2019，37（6）：184-189，164.

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