京津冀公鐵貨運碳排放測算研究

李利軍，姚國君

（石家莊鐵道大學 經濟管理學院，河北 石家莊 050043）

0 引言

研究表明，交通運輸產生的碳排放量占到全球碳排放量的25%[1-2]。20 世紀初，馬歇爾和庇古論證了能源消耗和污染排放的外部成本效應，此后，碳排放成為研究熱點。在交通領域，有關碳排放的研究主要集中在碳排放測算、碳排放預測、碳排放因素分析等方面。其中，李健等[3]發現北京市交通碳排放始終呈現增長趨勢，天津市、河北省近年來交通碳排放有下降趨勢；羅希、謝漢生等[4-5]分別測算了我國交通運輸業能源消費碳足跡總量、鐵路運營碳排放量；張詩青等[6]對交通運輸碳排放時空分布格局進行研究；張宏鈞等[7]研究發現影響公路與鐵路碳排放的主要因素是換算周轉量；汪瑩等[8]綜合運用協整檢驗、向量誤差修正模型及Granger檢驗，建立換算總周轉量、能源消耗強度、運輸車輛結構和人均GDP與碳排放的長期協整方程與短期誤差修正方程；左大杰等[9]發現運輸強度及其結構是驅動行業碳排放的關鍵因子；Benoit，Hickman等[10-11]基于模擬仿真對不同情景下的碳排放進行了預測分析。

綜合現有文獻研究，交通碳排放測算研究取得了一定成果，但還存在研究多停留在全國性的整體層面、省域空間效應方面研究較少，部分碳排放測算缺乏測算模型參數等問題。為此，運用排放系數法與油耗法相結合的方法測算京津冀公路貨運碳排放，構建基于鐵路貨物周轉量的碳排放計算方法測算京津冀鐵路貨運碳排放，并依據階段劃分對公路、鐵路碳排放情況進行比較分析，以期促進公路、鐵路貨運合理發展。

1 碳排放測算模型構建

公路貨運碳排放測算采用油耗法，即利用碳排放系數計算的方法；鐵路貨運碳排放測算采用“自上而下”的計算方法，即利用鐵路運輸的能源消耗量乘以其能源碳排放系數計算。研究集中于貨物運輸過程中燃料燃燒直接產生的碳排放測算，對鐵路電力機車運輸不測算碳排放?；谘芯繑祿墨@得性，對1998—2018年京津冀公路、鐵路貨運進行碳排放測算。

1.1 公路碳排放測算模型構建

我國公路交通的能耗主要是汽油、柴油等高碳排放的化石燃料。為了方便測算公路碳排放量，將貨車分為輕型、中型、重型3類，設貨車燃油均為柴油，各車輛數據來自1998—2019年《北京市統計年鑒》《天津市統計年鑒》《河北省統計年鑒》。綜合相關文獻[4，12-14]研究方法，參考文獻[12]的研究成果，利用油耗法對公路貨運碳排放進行測算。

式中：C1為公路碳排放量，萬t；Ai為第i類貨車的百公里油耗量，i= 1，2，3，L/102km；Pi為第i類車型碳排放系數，根據歐洲排放標準，并對應車型分類，得到各車型碳排放系數[15]，g/L；Li為第i類機動車年均行駛里程，km。

式中：A為貨車百公里油耗量，L/102km；a，b，c，d，e為回歸參數[15]；IRI為國際平整度指數，由于公路等級不同，采用世界銀行數據報告IRI取平均值1.35；f為縱坡坡度，上坡為正，下坡為負，可以近似相互抵消，%；V為車速，km/h。

由于目前缺少各車型的行駛距離數據，研究采用《道路機動車大氣污染物排放清單編制技術指南》推薦的機動車年均行駛里程，機動車（含柴油車）年均行駛里程如表1所示。柴油車型碳排放系數[15]如表2所示?；貧w參數參考文獻[15]得到，回歸參數如表3所示。車速根據《公路工程技術標準》（JTGB01-2014），結合《道路機動車大氣污染物排放清單編制技術指南》，參考相關文獻[16-17]確定不同車型車速均值如表4所示。

表1 機動車（含柴油車）年均行駛里程 kmTab.1 Average annual mileage of motor vehicles （including diesel vehicles）

表2 柴油車型碳排放系數 g/LTab.2 Carbon emission coefficients of diesel vehicles

表3 回歸參數Tab.3 Regression parameters

根據式（1）、式（2），以及表1至表4數據，結合原始數據統計資料，京津冀公路碳排放測算結果如表5所示。

表4 不同車型車速均值 km/hTab.4 Average speed of different vehicles

表5 京津冀公路碳排放測算結果 萬tTab.5 Measurement results of highway carbon emissions in the Beijing-Tianjin-Hebei region

1.2 鐵路碳排放測算模型構建

目前，學術界對鐵路碳排放測算尚未有準確的計算方法，研究中根據牽引動力不同，鐵路碳排放測算分為蒸汽機車、內燃機車，并設定蒸汽、內燃機車使用化石燃料分別為焦炭、柴油?？紤]到1998—2002年蒸汽、內燃、電力機車混用，根據《中國鐵道年鑒》全國鐵路機車能源供應數據顯示電力供應對煤炭、燃油的替代性明顯，2002年已不再使用蒸汽機車，電力機車運量占比逐年增加，內燃機車運量逐年減少，到2018年電力機車運量占比88.4%，內燃機車運量占比11.6%。鑒于1998—2008年《中國鐵道年鑒》各鐵路局并未統計鐵路運輸用油量、用電量，限于研究數據的可獲得性，鐵路碳排放測算分為2個部分：第一部分是1998—2007年，采用機車單耗與貨物周轉量進行計算；第二部分是2008—2018年采用用油量、用電量進行計算。在第一部分中，考慮到內燃機車逐年淘汰且多用于調車運轉、區段運輸等，干線運輸占比不大，故其計算結果可能偏大。在第二部分中，考慮存在內燃機車在客運中的使用，但根據數據統計顯示，所占份額可以忽略不計。研究采用《陸上交通運輸企業溫室氣體排放核算方法與報告指南》推薦的碳排放計算方法如下。

式中：C2為鐵路運輸碳排放量，萬t；ADi為第i種化石燃料的活動水平，GJ；EFi為第i種化石燃料的二氧化碳排放因子，t/GJ；NCVi為第i種固體化石燃料的平均低位發熱量，GJ/t；FCi為第i種固體化石燃料消費量，t；CCi第i種化石燃料的單位熱值含碳量，t/GJ；OFi為第i種化石燃料的碳氧化率，%；ET貨運ij為第i類運輸工具所完成的貨物周轉量，萬t·km；RK貨運ij為完成的單位貨物周轉量所消耗的第i種燃料消費量，kg/（萬t·km）。

由于京津冀城市統計年鑒內并無明確機車類型的貨物周轉量數據，鑒于中國鐵路北京局集團有限公司（以下簡稱“北京局集團公司”）管轄分布不僅包括京津冀，也包括山東、河南、山西部分地區，其中以山東區域中德州部分、邯濟線（邯鄲—焦斌）部分、河南區域安陽部分、山西區域陽泉部分為代表。同樣，考慮到中國鐵路沈陽局集團有限公司、中國鐵路太原局集團有限公司分別在北京、天津、河北省境內均有部分管轄，以錦承線（錦州—承德）、京通線（北京—通遼）、大秦線（韓家嶺—柳村南）為代表。經相互抵消后比較發現，占比小于1%。因此，采用1998—2008年《中國鐵道年鑒》中北京局集團公司統計的貨物周轉量代替京津冀鐵路貨物周轉量。機車單耗如表6所示。2008—2018年北京局集團公司機車耗油量如表7所示?；剂咸匦詤等笔≈等绫?所示。

表6 機車單耗 kg / （萬t · km）Tab.6 Unit consumption of locomotives

表7 2008—2018年北京局集團公司機車耗油量 tTab.7 Oil and electricity consumption of China Railway Beijing Group from 2008 to 2018

表8 化石燃料特性參數缺省值Tab.8 Default values of fossil fuel characteristic parameters

根據式（3）至式（6），結合表6、表7、表8數據，京津冀鐵路碳排放測算結果如表9所示。

2 京津冀公鐵貨運碳排放測算比較分析

根據表5、表9繪制1998—2018年京津冀公鐵貨運碳排放總量比較圖如圖1所示；根據表5繪制1998—2018年京津冀公路貨運碳排放變化圖如圖2所示；根據表5及京津冀人口數量繪制1998—2018年京津冀公路貨運人均碳排放變化圖如圖3所示。由于鐵路碳排放測算數據采用的是北京局集團公司統計的貨物周轉量代替京津冀鐵路貨物周轉量，若測算京津冀鐵路人均碳排放，其結果的準確性較低。因此，研究不再測算鐵路人均碳排放。

表9 京津冀鐵路碳排放測算結果 萬tTab.9 Calculation of carbon emissions from railway transport in the Beijing-Tianjin-Hebei region

（1）各年份碳排放對比。由圖1可知，鐵路碳排放量遠小于公路碳排放量。1998—2003年，公路碳排放量隨時間增加但增速不大；2004年較2003年減少近5 000萬t；公路碳排放量在2006—2012年呈增長狀態，由2006年的18 290.72萬t增長到2012年38 018.20萬t，2006—2012年年增長率達18%；2013—2014年公路碳排放量較2012年減少近1 000萬t；2015—2018年，公路碳排放量明顯增加，年增長率達10%。相比之下，鐵路貨運碳排放量遠小于公路碳排放量。由于測算過程中采用的數據不同，其計算結果差異較大，1998—2007年測算數據來源機車單耗與貨物周轉量。1998—2001年鐵路碳排放量等于蒸汽機車與內燃機車完成的貨物周轉量碳排放量之和；2002—2007年鐵路碳排放量主要來自內燃機車。2008—2018年鐵路碳排放量逐年降低，電力機車逐漸取代內燃機車，因此，鐵路運輸直接碳排放量不斷減小。京津冀鐵路碳排放的減少離不開鐵路節能減排政策的實施以及機車的更新換代。公路碳排放不斷增長與其運營里程、貨運量增加相關，因此也就導致碳排放只增不減。

（2）按地區分析。根據圖2可以看出，河北省公路碳排放占比較大。分車型統計，天津市、河北省均表現為重型貨車碳排放量最高；北京市輕型貨車碳排放量最高；京津冀3地中型貨車碳排放量占比最小。根據計算結果，北京市公路碳排放量不同車型呈現出不同特征：輕型貨車碳排放量逐年遞增，由1998年的229.11萬t增加到2018年1 198.433萬t；中型貨車碳排放量呈現逐年遞減趨勢，由1998年的279.70萬t減少到2018年的42.38萬t；重型貨車碳排放量整體逐年減少，但減少的幅度不大。盡管北京市已采取諸多貨車限行政策，但北京市總體公路碳排放量自1998年到2018年年均增長25.14萬t。天津市3類車型碳排放量均為逐年增長狀態，其中中型貨車碳排放量先增后減；重型貨車碳排放量增長速度最大，1998—2018年年均增長137.64萬t。 河北省公路碳排放量不同車型均呈現逐年增加的趨勢，其中重型貨車碳排放量占河北省公路碳排放總量的70%左右。鐵路方面，北京局集團公司在2002年加大了內燃機車和電力機車投入，從2007年后內燃機車運輸占比逐漸減小，到2017年其貨物周轉量是電力機車的14%。隨著電力機車運量的加大，鐵路運輸碳排放量將會逐步減少。

（3）公路人均碳排放量分析。在公路碳排放中，北京市碳排放均值為1 171.28萬t，天津市碳排放均值為2 738.77萬t，河北省碳排放均值為 21 959.76萬t。根據圖3，河北省人均碳排放量最高，1998—2018年年平均人均碳排放量為3.06 t； 北京市年平均人均碳排放量最小，為0.68 t；天津市年平均人均碳排放量為2.09 t。北京市公路人均碳排放總體呈現先減少后增加的態勢，1998—2015年呈現減少狀態，即由0.81 t減少到0.52 t，2016—2018年呈現增加態勢；天津市和河北省公路人均碳排放整體表現為逐年增長，其中河北省增長較快。從人均碳排放量來看，北京市公路貨運人均碳排放穩定狀態最好，天津市穩定狀態次之，河北省穩定狀態不佳。

3 結束語

構建公路、鐵路貨運碳排放模型，并對京津冀公路、鐵路貨運碳排放進行測算。結果表明，京津冀公路貨運碳排放量大于鐵路。公路碳排放方面，河北省公路貨運碳排放量最大，天津市次之，天津市和河北省碳排放量呈上升趨勢；北京市碳排放量最小且北京市碳排放量呈減少趨勢。鐵路碳排放方面，除個別年份外，京津冀鐵路貨運碳排放量呈下降趨勢。研究測算了京津冀公路與鐵路貨運的直接碳排放情況，對于間接碳排放未進行測算?；谌芷谝暯沁\輸工具間接碳排放測算將是下一步研究重點。