城市交通能源結(jié)構(gòu)與碳達(dá)峰情景分析
——以南京為例

周德群，侯文沖，浦天龍，丁 浩

（1.南京航空航天大學(xué) 經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院，江蘇 南京 211106；2.中央民族大學(xué) 民族學(xué)與社會(huì)學(xué)學(xué)院，北京 100081）

一、引言

2020年9月在氣候雄心峰會(huì)上習(xí)近平宣布：中國(guó)將提高國(guó)家自主貢獻(xiàn)力度，采取更加有力的政策和措施，力爭(zhēng)2030年前二氧化碳排放達(dá)到峰值，努力爭(zhēng)取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和。［1］交通部門二氧化碳排放是全球碳減排的重點(diǎn)，根據(jù)國(guó)際能源協(xié)會(huì)（International Energy Association，IEA）的研究報(bào)告，進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，全球交通部門的二氧化碳排放量從2000年 的5 770Mt增 長(zhǎng) 至2019年 的8 222Mt，占全球二氧化碳排放量的24.46%，且增長(zhǎng)量在世界各部門中排名第二；其中，我國(guó)交通部門的二氧化碳排放量在2000—2019年，由260Mt增長(zhǎng)至910Mt，平均增長(zhǎng)率為每年13.0%，在各部門中排名第一。隨著我國(guó)城市化的進(jìn)程的加快和居民出行需求的日益提高，城市交通碳排放量逐年上升，是我國(guó)目前交通運(yùn)輸行業(yè)碳減排的重點(diǎn)研究對(duì)象［2］。不合理的城市交通能源結(jié)構(gòu)是城市交通低碳發(fā)展的重要制約因素［3］，調(diào)整城市能源消耗結(jié)構(gòu)，對(duì)降低城市交通碳排放增長(zhǎng)速度，縮短交通碳達(dá)峰實(shí)現(xiàn)的時(shí)間具有重要意義［4］。南京市作為我國(guó)華東地區(qū)重要的交通樞紐、通訊樞紐和物流節(jié)點(diǎn)城市；擁有現(xiàn)代化的通訊體系和全方位、立體化、大運(yùn)量的現(xiàn)代交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)，明確南京市城市交通排放結(jié)構(gòu)并在碳達(dá)峰的約束下對(duì)城市交通能源結(jié)構(gòu)進(jìn)行測(cè)量對(duì)我國(guó)實(shí)現(xiàn)城市交通低碳發(fā)展、實(shí)現(xiàn)交通運(yùn)輸業(yè)碳達(dá)峰目標(biāo)具有重要參考和借鑒意義。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)二氧化碳排放與碳減排問(wèn)題已經(jīng)開展了豐富的研究，主要包括二氧化碳排放量核 算［5］139-144［6］［7］1154-1162、影 響 因 素 分 析［8-10］、低 碳 交 通 策略［11-12］、排放預(yù)測(cè)［13-14］、碳達(dá)峰路徑探索［15］等。交通部門碳排放核算與減排策略分析是碳減排領(lǐng)域的重要問(wèn)題之一。莊穎利用“自上而下”法和周轉(zhuǎn)量法對(duì)廣東交通運(yùn)輸業(yè)和私人交通碳排放進(jìn)行了核算［7］1154-1162；張秀媛利用全生命周期法對(duì)北京市公共交通進(jìn)行全生命周期的碳排放進(jìn)行測(cè)算［5］139-144。交通碳達(dá)峰路徑探索我國(guó)交通碳達(dá)峰目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的重要途徑；趙子賢采用全生命周期評(píng)價(jià)方法構(gòu)建基于碳減排量和碳減排率的私人電動(dòng)汽車碳減排核算技術(shù)方法［16］。胡曉偉利用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)構(gòu)建了城市交通減排治理決策模型，并對(duì)哈爾濱城市交通碳達(dá)峰路徑進(jìn)行了探索［17］；黃志輝使用行駛里程法對(duì)我國(guó)道路交通行業(yè)碳排放進(jìn)行核算并探討了碳達(dá)峰情景［15］385-393；陳亮基于1990—2016年北京市交通碳排放相關(guān)數(shù)據(jù)，選擇旅客周轉(zhuǎn)量、城市化率等7項(xiàng)指標(biāo)作為我國(guó)區(qū)域交通碳排放影響因素結(jié)合STIRPAT模型，建立基于支持向量回歸機(jī)制的碳排放預(yù)測(cè)模型，結(jié)果表明：未來(lái)區(qū)域交通碳排放增長(zhǎng)趨勢(shì)逐漸變緩，總量將繼續(xù)呈上升趨勢(shì)［18］。

綜上所述，目前城市交通碳排放研究主要應(yīng)用“自上而下”法和周轉(zhuǎn)量法，對(duì)城市交通能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)與碳排放量的關(guān)系展開分析，但對(duì)城市交通結(jié)構(gòu)、能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)與城市交通碳達(dá)峰之間的研究略顯不足。因此，本文基于“自下而上”的測(cè)算體系，提高數(shù)據(jù)粒度，對(duì)城市公共汽車、私人汽車、地鐵、營(yíng)運(yùn)貨車、出租車（含網(wǎng)約車）等差異化交通方式的碳排放進(jìn)行核算；從城市交通結(jié)構(gòu)、城市交通能源消耗結(jié)構(gòu)等視角分析城市交通碳排放現(xiàn)狀，明確城市交通二氧化碳排放增長(zhǎng)的主要來(lái)源，分析碳達(dá)峰目標(biāo)下城市交通能源結(jié)構(gòu)要求和碳達(dá)峰情景，為我國(guó)城市交通碳達(dá)峰提供決策依據(jù)和參考方案。

二、城市交通碳排放測(cè)算體系

1.城市交通系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

為提高數(shù)據(jù)粒度并對(duì)城市交通進(jìn)行分維度核算分析，本文研究范圍涵蓋城市道路交通和軌道交通，根據(jù)目前我國(guó)現(xiàn)行交通工具分類標(biāo)準(zhǔn)，將南京市城市交通系統(tǒng)按照使用性質(zhì)、營(yíng)運(yùn)性質(zhì)和車輛規(guī)格進(jìn)行劃分，如圖1所示。

圖1 南京城市交通系統(tǒng)排放源

2.城市交通碳排放系數(shù)

二氧化碳排放系數(shù)是指單位能源在燃燒或被使用過(guò)程中所含碳元素與氧元素結(jié)合產(chǎn)生的二氧化碳量，通常以kg為單位；IPCC假設(shè)某類型的能源二氧化碳系數(shù)可以是固定不變的。根據(jù)《省級(jí)溫室氣體清單編制指南》中推薦的碳氧化率，原油、柴油、煤油等能源的氧化率取值98%，LPG、天然氣等能源的氧化率取值為99%，各類型能源二氧化碳排放系數(shù)見計(jì)算公式（1）：

式中：i為能源類型，EFi為i類型能源的二氧化碳排放系數(shù)，ACVi為單位能源的平均低位發(fā)熱量，KJ/kg；HVCi為i能源單位熱值產(chǎn)生的二氧化碳量，kg/TJ；FOi為i能源的碳氧化率。

3.城市交通碳排放核算模型

本文的測(cè)算內(nèi)容主要包括：公交車、地鐵、私家車、出租車（含網(wǎng)約車）、營(yíng)運(yùn)貨車等，假設(shè)自行車和步行的CO2排放為0；由于缺乏能源消耗和機(jī)動(dòng)車活動(dòng)數(shù)據(jù)，營(yíng)運(yùn)貨車選用“周轉(zhuǎn)量”法進(jìn)行估算，見計(jì)算公式（2）。

其中，i為交通工具消耗的能源的類型，如柴油、汽油、電力、天然氣等；Fi為城市交通對(duì)i燃料的消耗量；EFi為消耗i類型燃料的CO2排放因子，kg/（kg/L/m3），Qij為消耗i類型燃料的j類交通工具的單位周轉(zhuǎn)量二氧化碳排放因子。

私家車、公交車等其他交通方式選用“自下而上”法，見計(jì)算公式（3）：

i為交通工具消耗的能源的類型，如汽油、柴油、天然氣、電力等；j為交通工具的類型，如出租車、公交車、地鐵等；Fi，j為城市交通j類型交通工具單位時(shí)間內(nèi)消耗i類型燃料的量；EFi為消耗i類型燃料的CO2排放因子，kg/（kg/L/m3），Li，j為消耗i類型燃料的j類型交通工具的單位時(shí)間行駛量。

4.城市交通碳排放預(yù)測(cè)模型

基于2006—2020年的歷史數(shù)據(jù)對(duì)南京市城市交通系統(tǒng)CO2排放相關(guān)參數(shù)進(jìn)行了預(yù)測(cè)，例如不同能源類型的機(jī)動(dòng)車保有量、機(jī)動(dòng)車保有量的行駛里程、營(yíng)運(yùn)貨車的周轉(zhuǎn)量等。根據(jù)二次指數(shù)平滑（Holt）模型，以2021年為預(yù)測(cè)基準(zhǔn)年，分別對(duì)南京市城市交通系統(tǒng)中的交通工具的保有量、行駛里程、貨運(yùn)周轉(zhuǎn)量等進(jìn)行預(yù)測(cè)，再將預(yù)測(cè)結(jié)果代入南京市城市交通CO2排放核算模型運(yùn)算，得到最終結(jié)果。其中Yt+T是指使用Holt’模型得出的第T期的預(yù)測(cè)值，Yt是指第t時(shí)期的真實(shí)值為基準(zhǔn)值，s(1)t是一次平滑值序列，s(2)t是二次平滑值序列，at、bt為初始參數(shù)。

三、數(shù)據(jù)來(lái)源

本文主要使用并參考了南京市統(tǒng)計(jì)局、江蘇省交通運(yùn)輸廳南京市交通出行網(wǎng)等既有統(tǒng)計(jì)信息和江蘇省地方標(biāo)準(zhǔn)文件，并結(jié)合2006—2020年南京市公安局交通管理局存檔信息，以及典型城市數(shù)據(jù)。

根據(jù)《綜合能源計(jì)算通則》（GB/T 2589-2020）和《中國(guó)能源統(tǒng)計(jì)年鑒》以及《省級(jí)溫室氣體編制指南》，計(jì)算得南京市各類交通工具消耗能源的二氧化碳排放系數(shù)見表1。江蘇省電網(wǎng)碳排放系數(shù)為0.704 kgCO2/（kW·h）［19］。

表1 南京市道路交通能源碳排放系數(shù)取值

本文通過(guò)抽樣收集車型、保有數(shù)量、百公里能耗等數(shù)據(jù)對(duì)南京市微型汽油客車、微型電動(dòng)客車、天然氣公交車、摩托車、中型汽油貨車、輕型電動(dòng)貨車的排放因子進(jìn)行了補(bǔ)充。其中非營(yíng)運(yùn)交通工具CO2碳排放因子見表2；營(yíng)運(yùn)載客交通工具CO2碳排放因子見表3；營(yíng)運(yùn)載貨交通工具單位貨運(yùn)周轉(zhuǎn)量CO2排放因子見表4；另外，根據(jù)江蘇省地方標(biāo)準(zhǔn)《城市軌道交通運(yùn)營(yíng)電耗計(jì)算及節(jié)能管理規(guī)范》（DB32/T 3146-2016），南京市軌道交通的能源消耗主要與地鐵車輛的行駛里程、車輛類型、車站的類型以及車站的面積相關(guān)，能耗系數(shù)取值見表5。

表2 南京市非營(yíng)運(yùn)交通工具排放因子取值[19]

表3 南京市營(yíng)運(yùn)性載客交通工具排放因子取值

表4 南京市營(yíng)運(yùn)載貨汽車單位貨運(yùn)周轉(zhuǎn)量排放因子

表5 南京市軌道交通能源消耗系數(shù)表

通過(guò)收集整理《南京市統(tǒng)計(jì)年鑒》《江蘇省交通年鑒》、南京市交通出行網(wǎng)、南京地鐵官網(wǎng)、南京市公安局交通運(yùn)輸局存檔信息等信息，梳理出南京市2006—2020年南京市公交車、地鐵、營(yíng)運(yùn)貨車、出租車、非營(yíng)運(yùn)交通工具的保有量、貨運(yùn)周轉(zhuǎn)量、年平均行駛里程等數(shù)據(jù)；由于南京市統(tǒng)計(jì)局缺乏對(duì)私人機(jī)動(dòng)車的年平均行駛里程的統(tǒng)計(jì)信息，無(wú)法直接獲取，根據(jù)現(xiàn)有研究成果，地理位置對(duì)車輛年平均行駛里程無(wú)顯著影響且不同地區(qū)的車輛的年平均行駛里程最大差異不超過(guò)1 500 km，主要與城市規(guī)模和類型相關(guān)［20］。因此本文選取上海市的機(jī)動(dòng)車年平均行駛里程作為代替數(shù)據(jù)。南京市2006—2020年道路交通工具主要年份的部分活動(dòng)數(shù)據(jù)見表6。

表6 南京市2006-2020年主要年份交通工具統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)

四、南京城市交通能耗及CO2排放核算結(jié)果分析

基于上述測(cè)算模型和數(shù)據(jù)，計(jì)算得到了2006—2020年南京市城市交通CO2排放量（如圖2所示）。南京城市交通CO2碳排放總量呈持續(xù)增長(zhǎng)趨勢(shì)，由2006年的181萬(wàn)噸增長(zhǎng)到2020年的779萬(wàn)噸，增長(zhǎng)了598萬(wàn)噸，年平均增長(zhǎng)率約為13.86%。

圖2 2006-2020年南京城市交通CO2排放總量

南京市營(yíng)運(yùn)交通CO2排放量絕對(duì)值緩慢增加但占比持續(xù)降低，非營(yíng)運(yùn)交通CO2排放增長(zhǎng)迅速（如圖3所示）。2006—2020年期間南京市非營(yíng)運(yùn)交通CO2排放量?jī)粼鲩L(zhǎng)574萬(wàn)噸，年平均增長(zhǎng)15.5%，大大超過(guò)總排放的平均增長(zhǎng)速度，大約是營(yíng)運(yùn)交通排放增長(zhǎng)速度的6倍。由此可知，提高南京市城市公共交通出行分擔(dān)率，控制非營(yíng)運(yùn)交通CO2排放增速，將會(huì)是南京市城市交通碳達(dá)峰的重點(diǎn)改進(jìn)方向。

圖3 南京市城市營(yíng)運(yùn)、非營(yíng)運(yùn)交通CO2排放占比

從交通結(jié)構(gòu)來(lái)看，南京市城市各交通方式中私人交通排放占比最高。南京市不同交通工具CO2排放結(jié)構(gòu)總體分布呈“喇叭狀”（如圖4所示）。私人交通年平均排放占總排放量的76.03%，2006—2020年期間呈持續(xù)增長(zhǎng)趨勢(shì)，2020年占總排放的92.13%，增長(zhǎng)也最迅速，年平均增長(zhǎng)20.02%，是南京市城市非營(yíng)運(yùn)交通CO2碳排放持續(xù)增長(zhǎng)的主要貢獻(xiàn)者（見表7）。

表7 2006-2020年南京市各類型城市交通方式CO2排放情況

圖4 2006-2020年南京市城市交通CO2排放結(jié)構(gòu)

從分能源類型來(lái)看，南京市城市交通消耗汽油引起的CO2排放量最高。2006—2020年期間，年平均排放占比71.52%，CO2排放量年平均增長(zhǎng)12.18%，遠(yuǎn)超天然氣、柴油，是南京市城市交通CO2排放增長(zhǎng)的主要驅(qū)動(dòng)能源（見表8，如圖5所示）。隨著公共交通電氣化的迅速發(fā)展和私人機(jī)動(dòng)車電氣化的進(jìn)步，南京市城市道路交通電力能源年排放占比自2013年起緩慢增長(zhǎng)（如圖6所示），年平均增長(zhǎng)26.31%，年平均占比2.32%，電力能源年平均消耗占比卻高達(dá)7.61%，是排放占比的328%，單位能耗排放遠(yuǎn)低于其他能源。綜上所述，提高南京市城市交通能源結(jié)構(gòu)中電力消耗占比，有利于降低未來(lái)南京市城市交通二氧化碳排放增長(zhǎng)速度。

表8 2006-2020年南京市城市交通CO2排放概況

圖5 2006-2020年南京市城市交通不同能源類型CO2排放結(jié)構(gòu)

圖6 電力能源消耗和排放占比

1.非營(yíng)運(yùn)交通

非營(yíng)運(yùn)交通是南京市城市交通CO2排放的主要組成部分，按照使用性質(zhì)主要分為私人載人、私人載貨和摩托車。（如圖7所示）其中由于南京市營(yíng)運(yùn)物流發(fā)展水平趨于高質(zhì)量化，貨物運(yùn)輸?shù)臅r(shí)效性、安全性得到保障且成本更低［21］，私人載貨的二氧化碳排放占比持續(xù)降低，由2006年的15.59%降到2020年1.15%，私人載人貢獻(xiàn)了私人交通的主要碳排放源，年平均排放占私人交通排放的90.43%，2020年占比達(dá)到了98.77%。通過(guò)OLS分析，南京市私家車保有量迅速增長(zhǎng)與南京市城市交通CO2排放持續(xù)上升存在強(qiáng)相關(guān)關(guān)系，且增長(zhǎng)速度大于排放增長(zhǎng)的速度，表明機(jī)動(dòng)車數(shù)量增加的同時(shí)，機(jī)動(dòng)車出行頻次、出行距離、出行時(shí)間等活動(dòng)強(qiáng)度也在增加，碳排放效率較低，仍處于粗放增長(zhǎng)階段。

圖7 南京市城市非營(yíng)運(yùn)交通CO2排放結(jié)構(gòu)

對(duì)比南京市與世界主要發(fā)達(dá)國(guó)家百人平均機(jī)動(dòng)車擁有量，南京市為31.26輛/百人，僅為美國(guó)的38.45%、日本的50.26%、澳大利亞的75.8%、法國(guó)的49.04%、德國(guó)的49.54%，仍存在很大的差距。結(jié)合各個(gè)國(guó)家的城鎮(zhèn)化率、人均國(guó)土面積、人均停車位數(shù)量、公共交通發(fā)展?fàn)顩r、經(jīng)濟(jì)發(fā)展等因素分析，本文認(rèn)為南京市機(jī)動(dòng)車保有量仍有增長(zhǎng)的潛力，私人載人交通需求的增長(zhǎng)將是未來(lái)CO2排放增長(zhǎng)的主要驅(qū)動(dòng)力［22］；如何滿足日益增長(zhǎng)的私人載人交通需求，降低私家車的使用強(qiáng)度和排放強(qiáng)度是未來(lái)節(jié)能減排的重點(diǎn)。

從能源消耗結(jié)構(gòu)的角度，南京市私人交通主要消耗能源為汽油、柴油、電力，其消耗結(jié)構(gòu)如圖8所示。2006—2020年期間，汽油和柴油幾乎占據(jù)了南京市非營(yíng)運(yùn)交通能耗的全部，年平均增長(zhǎng)速度分別為16%、15.2%；汽油和柴油消耗占比在較小范圍內(nèi)波動(dòng)，汽油基本穩(wěn)定在90%，上下浮動(dòng)幅度低于1.2%，柴油基本穩(wěn)定在10%，上下浮動(dòng)幅度低于0.8%。隨著2012年后南京市營(yíng)運(yùn)交通的迅速發(fā)展、基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)以及電動(dòng)汽油的推廣，非營(yíng)運(yùn)交通的能耗增長(zhǎng)速度有所減緩，增速由2006—2012年期間的21%，降低到了2012—2020年的12.5%；由于燃料含碳量不同，汽油CO2排放占比較能源消耗占比略低，柴油CO2排放占比較能源消耗占比略高，差距均不超過(guò)2%；但電力排放平均占比僅為能耗平均占比的42%，且電力能源消耗量增長(zhǎng)迅速，年平均增長(zhǎng)245%，2012年消耗量?jī)H為0.17萬(wàn)tce，期間占比最高僅為0.4%。

圖8 南京市城市非營(yíng)運(yùn)交通能源消耗結(jié)構(gòu)圖

綜上所述，提高南京市非營(yíng)運(yùn)交通電力能耗比例，降低對(duì)含碳量較高的傳統(tǒng)化石能源的依賴可以減慢南京市CO2排放增長(zhǎng)速度；但由于早期充電樁數(shù)量較少、群眾接受程度、電動(dòng)汽車技術(shù)水平等原因，使得電力能耗起點(diǎn)較低，目前為止，還未對(duì)非營(yíng)運(yùn)交通整體CO2排放產(chǎn)生直接有效的影響。

2.營(yíng)運(yùn)交通

2006—2020年南京市城市營(yíng)運(yùn)交通CO2排放概況見表9，客運(yùn)交通排放是南京市城市營(yíng)運(yùn)交通CO2排放的主要部分，其年平均CO2排放占比達(dá)到98.4%，年平均增長(zhǎng)速度為2.45%。客運(yùn)交通中公交車CO2排放量最高，增長(zhǎng)速度相對(duì)較低，其排放總量在小范圍內(nèi)呈現(xiàn)出波動(dòng)性變化，主要原因是不同能源消耗類型的公交車保有量發(fā)生了變化（圖9～圖11所示）。柴油公交車的排放量隨著運(yùn)營(yíng)數(shù)量的減少遞減，電動(dòng)公交車從2010年投入使用起，營(yíng)運(yùn)數(shù)量逐年增長(zhǎng)，2012年在運(yùn)營(yíng)數(shù)量達(dá)到900輛，CO2排放量隨之遞增；在市民出行需求增長(zhǎng)和公交車迭代更新的雙重作用下，天然氣、柴油公交車的運(yùn)營(yíng)數(shù)量呈現(xiàn)波動(dòng)性變化，且今年均呈逐年遞減的趨勢(shì)，因此，隨著南京市公交車將逐步“電氣化”，南京市公交車排放可能很快達(dá)到峰值。

圖9 南京市電力公交車CO2排放量和保有量

圖11 南京市柴油公交車CO2排放量和保有量

表9 2006-2020年南京市城市營(yíng)運(yùn)交通CO2排放概況

出租車年平均CO2排放達(dá)16.49萬(wàn)噸，占營(yíng)運(yùn)交通CO2排放總量的24.23%；隨著軌道交通的發(fā)展，南京市公共交通的客運(yùn)結(jié)構(gòu)發(fā)生巨大變化（如圖12所示）。公交車和出租車的客運(yùn)分擔(dān)比例持續(xù)降低，并且出租車客運(yùn)分擔(dān)率從2016年開始大幅降低。此外，2014年電動(dòng)出租車占比逐漸提高，2016年增長(zhǎng)速度達(dá)到峰值（如圖13所示），綜合客運(yùn)分擔(dān)率和能源結(jié)構(gòu)變化的影響，導(dǎo)致了出租車CO2排放整體呈現(xiàn)先增后減的趨勢(shì)。

圖12 南京市公共交通客運(yùn)分擔(dān)結(jié)構(gòu)

圖13 南京市汽油、電動(dòng)出租車運(yùn)營(yíng)數(shù)量比例

根據(jù)營(yíng)運(yùn)類型和能源消耗類型可以將出租車進(jìn)一步劃分為汽油出租車、電動(dòng)出租車、汽油網(wǎng)約車、電動(dòng)網(wǎng)約車四類。其相應(yīng)的CO2排放量如圖14所示。隨著國(guó)際石油價(jià)格的增長(zhǎng)、電動(dòng)汽車技術(shù)、充電基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)逐漸完善及公共交通“電氣化”的發(fā)展，自2016年起，電動(dòng)出租車的CO2排放比例逐年升高。

圖14 2006-2020年南京市出租車CO2排放結(jié)構(gòu)

軌道作為城市清潔、快速、高可達(dá)性的公共客運(yùn)方式，地鐵客運(yùn)分擔(dān)率持續(xù)升高（如圖19所示）。南京市軌道交通客運(yùn)分擔(dān)率由2006年的4.5%提升至了2020年的57%，2017年成為分擔(dān)率最高的公共客運(yùn)交通方式，根據(jù)《南京市城市總體規(guī)劃（2018-2035）》中軌道規(guī)劃篇，未來(lái)南京市地鐵公共客運(yùn)分擔(dān)率將進(jìn)一步提高。如圖15所示，2006—2020年間南京市地鐵能源消耗量年平均增長(zhǎng)20.9%，遠(yuǎn)高于其二氧化碳排放增長(zhǎng)速度。由此可見，軌道交通相較傳統(tǒng)的公交、出租車具有清潔、環(huán)保、分擔(dān)率高且快速等優(yōu)點(diǎn)，是南京市實(shí)現(xiàn)城市交通碳達(dá)峰的重點(diǎn)抓手。

圖15 2006-2020年南京市地鐵客運(yùn)分擔(dān)率和排放比例增長(zhǎng)趨勢(shì)

五、南京城市交通碳達(dá)峰情景分析

1.基準(zhǔn)情景分析

根據(jù)2006—2020年南京市城市交通CO2排放相關(guān)歷史數(shù)據(jù)，假定2021—2030年間南京城市交通結(jié)構(gòu)、私人交通工具使用強(qiáng)度、私人交通工具保有量、營(yíng)運(yùn)交通分擔(dān)率、營(yíng)運(yùn)交通工具保有量以及交通工具能耗水平和單位能源消耗的排放量等相關(guān)變量保持原有發(fā)展速度不變，仍以2006—2020年的趨勢(shì)發(fā)展；使用指數(shù)平滑法對(duì)南京市2021—2030年的各交通方式CO2排放進(jìn)行預(yù)測(cè)（見表10），按照原有發(fā)展趨勢(shì)，南京市城市交通CO2排放不能在2030年前達(dá)到峰值。

表10 2021-2030年南京市城市各交通工具CO2排放表萬(wàn)噸

將預(yù)測(cè)時(shí)間延長(zhǎng)至CO2排放增長(zhǎng)率為0，在2055年南京市城市交通CO2排放出現(xiàn)峰值，峰值1346.73萬(wàn)噸，排放總量和結(jié)構(gòu)較2020年發(fā)生巨大變化：私人交通總碳排占比降低為77.48%，全市私家車電動(dòng)車僅占總保有量0.84%；全市電動(dòng)機(jī)動(dòng)車比例僅為1.60%，并且排放結(jié)構(gòu)與我國(guó)未來(lái)城市機(jī)動(dòng)車電氣化的發(fā)展預(yù)期不相符，電力排放占比僅為0.4%，較2020年增長(zhǎng)0.1%（如圖16所示）。

圖16 2021-2030年南京市城市交通CO2排放推算結(jié)果

綜上可知，南京市城市交通CO2排放若要實(shí)現(xiàn)2030年前達(dá)峰并減少2060年碳中和的難度；需要從能源排放技術(shù)、交通結(jié)構(gòu)、高碳交通工具使用強(qiáng)度角度，對(duì)私家車保有量增長(zhǎng)速度、機(jī)動(dòng)車電氣化發(fā)展速度、能源排放系數(shù)等多個(gè)變量進(jìn)行調(diào)整控制。

2.南京市城市交通2030年碳達(dá)峰情景

選取2020年為基準(zhǔn)年，2030年為規(guī)劃年，基于2006—2020年南京市城市交通結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)、活動(dòng)數(shù)據(jù)和本文核算體系并結(jié)合《南京市城市總體規(guī)劃（2018—2035）》，通過(guò)控制城市交通能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)、高碳交通工具使用強(qiáng)度及機(jī)動(dòng)車排放控制技術(shù)的變化速度等方式，結(jié)合南京市城市交通CO2排放測(cè)算體系對(duì)不同變化速率下的歷年排放量進(jìn)行遍歷比較，直至找到總排放量的增長(zhǎng)率不為正的年份，并確定峰值。

（1）情景假設(shè)

目前南京市城市交通CO2排放主要來(lái)自非營(yíng)運(yùn)交通，隨著城市居民出行需求的日益增長(zhǎng)，私人交通的保有規(guī)模擴(kuò)大、總使用強(qiáng)度的持續(xù)高速增長(zhǎng)以及緩慢的私家車“電氣化”直接導(dǎo)致了南京市城市交通CO2排放的持續(xù)上升。通過(guò)上述分析可知，降低非營(yíng)運(yùn)交通的排放并推動(dòng)南京市營(yíng)運(yùn)交通規(guī)模的迅速發(fā)展和居民出行分擔(dān)率的提高是未來(lái)南京市城市交通CO2減排的關(guān)鍵；通過(guò)對(duì)比公交車、地鐵、出租車的單位客運(yùn)量CO2排放（如圖17所示），出租車的人均客運(yùn)排放是公交車的197%，地鐵的638%；因此在規(guī)劃減碳情景時(shí)，應(yīng)降低出租車和公交車營(yíng)運(yùn)規(guī)模增長(zhǎng)速度和能耗水平，提高地鐵在公共客運(yùn)中的分擔(dān)率，進(jìn)而降低整體公共客運(yùn)交通CO2排放；根據(jù)南京市歷年出租車公共交通客運(yùn)分擔(dān)率、出租車規(guī)模、使用強(qiáng)度的發(fā)展趨勢(shì)，我們基于現(xiàn)有歷史數(shù)據(jù)并通過(guò)指數(shù)平滑（ETS）算法預(yù)測(cè)，發(fā)現(xiàn)南京市的出租車規(guī)模呈縮減下降趨勢(shì)，其中汽油車在近年國(guó)際石油價(jià)格、國(guó)家能源發(fā)展調(diào)控及電動(dòng)汽車的逐漸發(fā)展的綜合影響下，自2014年開始減少，且減速逐年提高，電動(dòng)汽車的占比持續(xù)增高，到2020年南京市電動(dòng)私家車占比0.533%，電動(dòng)出租車占比29%，電動(dòng)公交車占比64%，結(jié)合預(yù)測(cè)結(jié)果和歷史數(shù)據(jù)，本文做出如下假設(shè)：

圖17 2006-2020年南京城市公共客運(yùn)單位客運(yùn)量CO2排放

①2021—2030年南京市電動(dòng)出租車占比的年平均增長(zhǎng)速度設(shè)為β，電動(dòng)出租車、公共電動(dòng)車和私家車占比的年平均增長(zhǎng)速度比例分別為2∶2∶3；

②汽油私家車和柴油私家車的保有量比例仍保持2006—2020的趨勢(shì)，始終為83∶17；

③私家車、公交車、出租車等交通方式的總量按原有趨勢(shì)發(fā)展；

④地鐵按《南京市城市總體規(guī)劃（2018—2035）》的地鐵篇中實(shí)際規(guī)劃情況發(fā)展；

⑤營(yíng)運(yùn)貨車由于排放占比較少，按原有增長(zhǎng)趨勢(shì)發(fā)展。

（2）參數(shù)設(shè)定

基于基準(zhǔn)情景的預(yù)測(cè)結(jié)果，我們對(duì)城市交通能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了調(diào)整。根據(jù)上述情景假設(shè)，設(shè)置交通工具保有量占比的年平均增長(zhǎng)率以β=0.01%為起點(diǎn)，λ=0.01%為步長(zhǎng)，分別對(duì)南京市私家車、公交車、出租車的排放總量和排放結(jié)構(gòu)以及總排放量進(jìn)行計(jì)算，具體參數(shù)設(shè)定見表11。

表11 南京市城市交通2020-2030年城市交通能源消耗結(jié)構(gòu)變化參數(shù)

（3）達(dá)峰約束下城市交通能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)測(cè)算結(jié)果

根據(jù)上述參數(shù)設(shè)定，我們計(jì)算得到了不同碳達(dá)峰情景下南京市城市交通能源消耗結(jié)構(gòu)（見表12）。提高電動(dòng)交通工具在城市交通中的占比有效地降低了排放的增長(zhǎng)速度，并且占比越高，降低增長(zhǎng)速度的效果越顯著，達(dá)峰時(shí)間越早，達(dá)峰時(shí)CO2排放量也越低，但能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)的變化速率更快，增加了調(diào)整的難度和政策實(shí)施的壓力。

表12 達(dá)峰約束下南京市城市交通2020-2030年能源消耗結(jié)構(gòu)測(cè)量計(jì)算結(jié)果

因此，為了降低峰值并減輕能源結(jié)構(gòu)調(diào)整的壓力，進(jìn)一步考慮高碳交通工具使用強(qiáng)度與技術(shù)因素，將南京市私人交通工具的使用強(qiáng)度、單位行駛里程的能源消耗量和單位能源消耗的排放量與城市交通結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案結(jié)合，分別觀察兩種因素對(duì)峰值、達(dá)峰時(shí)間和城市交通能源結(jié)構(gòu)的影響。

3.城市交通能源消耗結(jié)構(gòu)和私家車使用強(qiáng)度融合碳達(dá)峰情景

（1）參數(shù)設(shè)計(jì)

在城市交通能源消耗結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案計(jì)算結(jié)果的基礎(chǔ)上，依次對(duì)2021—2030年南京市私家車年平均行駛里程進(jìn)行等比同梯度的削減，觀察在不同使用強(qiáng)度下達(dá)峰時(shí)間、峰值和城市交通能源消耗結(jié)構(gòu)的變化，具體參數(shù)設(shè)定見表13。

表13 南京市城市交通2020-2030年私家車使用強(qiáng)度融合優(yōu)化方案參數(shù) 公里

(2)碳達(dá)峰情景分析

根據(jù)測(cè)算結(jié)果，對(duì)比不同私家車使用強(qiáng)度下南京市城市交通碳達(dá)峰時(shí)間、峰值范圍和交通結(jié)構(gòu)優(yōu)化的要求（見表14和如圖18所示），在相同年份，隨著私人交通工具使用強(qiáng)度的降低，交通結(jié)構(gòu)優(yōu)化的要求在小范圍內(nèi)波動(dòng)，峰值有較大幅度的變化，使用強(qiáng)度每降低0.05，達(dá)峰時(shí)對(duì)交通結(jié)構(gòu)優(yōu)化要求提高0.02～0.03%，峰值降低約4.95%。

表14 碳達(dá)峰約束下私家車使用強(qiáng)度降低情景南京市城市交通能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果

綜上所述，通過(guò)降低私人交通工具的使用強(qiáng)度可以減小交通能源消耗結(jié)構(gòu)優(yōu)化的壓力，有效降低南京市城市交通CO2排放的峰值，但大幅度降低城市私人交通工具的使用強(qiáng)度會(huì)增加城市公共交通的壓力。因此在制定政策時(shí)需要綜合考慮城市居民的出行需求增長(zhǎng)速度和城市公共交通的建設(shè)速度，引導(dǎo)居民增加城市共享單車、共享電動(dòng)汽車等城市低碳交通方式的使用頻率，作為私人交通工具使用強(qiáng)度降低的過(guò)度替代品，緩沖公共交通建設(shè)的壓力。

結(jié)合我國(guó)汽車行業(yè)排放控制技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，未來(lái)城市交通工具的單位行駛里程的CO2排放量可能會(huì)逐漸降低，結(jié)合城市交通能源消耗結(jié)構(gòu)優(yōu)化和私人交通工具使用強(qiáng)度控制方案（見表15），機(jī)動(dòng)車排放控制技術(shù)的發(fā)展會(huì)等比例降低各種城市交通工具的CO2排放總量，進(jìn)一步降低城市交通CO2排放的峰值，減輕碳中和目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的壓力，但對(duì)達(dá)峰時(shí)間和城市交通能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化要求無(wú)明顯影響。

表15 碳達(dá)峰約束下機(jī)動(dòng)車排放控制技術(shù)進(jìn)步情景能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果

六、研究結(jié)論

非營(yíng)運(yùn)交通工具保有量和總體使用強(qiáng)度的高速增長(zhǎng)、高度依賴傳統(tǒng)化石能源的能源消耗結(jié)構(gòu)以及相對(duì)滯后的城市公共交通建設(shè)，造成了城市交通CO2排放總量的持續(xù)增長(zhǎng)。本文以南京市為例，基于城市道路和軌道交通工具的保有量規(guī)模、能源結(jié)構(gòu)、活動(dòng)數(shù)據(jù)和排放系數(shù)，結(jié)合使用“自下而上”和“周轉(zhuǎn)量”法，從交通工具的營(yíng)運(yùn)性質(zhì)、能源消耗類型、使用性質(zhì)等角度對(duì)南京城市道路和軌道交通CO2排放進(jìn)行核算并分析總結(jié)排放特征。研究結(jié)果表明，按照當(dāng)前的發(fā)展趨勢(shì)，南京市無(wú)法如期完成2030年交通碳達(dá)峰的目標(biāo)。因此，需要對(duì)城市交通的能源消耗結(jié)構(gòu)、非營(yíng)運(yùn)交通的使用強(qiáng)度進(jìn)行調(diào)整，以期盡早實(shí)現(xiàn)城市交通碳達(dá)峰目標(biāo)并為實(shí)現(xiàn)碳中和減輕壓力。本研究結(jié)論如下：

第一，南京市城市交通主要能源消費(fèi)類型包括電力、汽油、柴油、天然氣四種，其中，電力能源消耗CO2排放量增速最高，汽油次之，遠(yuǎn)超柴油和天然氣的增長(zhǎng)速度，但由于電力能源排放占比較低，目前并未對(duì)總體碳排放控制產(chǎn)生直接有效的影響。

第二，南京市非營(yíng)運(yùn)交通CO2排放量占比最大且增長(zhǎng)速度較快，約為營(yíng)運(yùn)交通排放增速的6倍。主要原因是私人載客機(jī)動(dòng)車保有量的迅速增長(zhǎng)和過(guò)度依賴傳統(tǒng)化石能源的非營(yíng)運(yùn)交通。

第三，南京市營(yíng)運(yùn)交通的占比和增長(zhǎng)速度較低，受能源結(jié)構(gòu)變化和營(yíng)運(yùn)數(shù)量的影響，出租車和公交車的CO2排放趨勢(shì)逐漸趨于平緩，地鐵和營(yíng)運(yùn)貨車目前處于粗放發(fā)展階段，仍保持較高的增長(zhǎng)速度。

第四，隨著公共交通設(shè)施的建設(shè)速度加快以及城市物流的高質(zhì)量發(fā)展，私人載貨和大型載客機(jī)動(dòng)車的CO2排放量逐年降低，但由于人口密度和相對(duì)滯后發(fā)展的公共交通，小型載客汽車CO2排放仍具有較高的增長(zhǎng)速度。

第五，南京市城市交通CO2排放在2030年前達(dá)峰必須保證私家車電動(dòng)化比例不低于40.03%，公交車電動(dòng)化比例不低于90.33%，出租車電動(dòng)化比例不低于55.47%；此外，私人交通工具使用強(qiáng)度降低對(duì)達(dá)峰時(shí)間影響較小，對(duì)峰值影響較大，但降低幅度過(guò)大會(huì)給公共交通增加壓力；機(jī)動(dòng)車排放控制技術(shù)的發(fā)展可以有效降低峰值對(duì)達(dá)峰時(shí)間無(wú)明顯影響。