基于GSA算法的新能源汽車(chē)碳排放效應(yīng)研究
——以廣東公共交通領(lǐng)域?yàn)槔?/h1>
2023-01-09 01:42:00張仁壽
嶺南學(xué)刊 2022年6期
陳 青，張仁壽
(1. 廣東輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院 汽車(chē)技術(shù)學(xué)院，廣東 廣州 510030；2. 廣州大學(xué) 管理學(xué)院，廣東 廣州 510006)
一、引言
公共交通領(lǐng)域的碳排放對(duì)能源消耗、大氣污染物排放以及溫室氣體排放有重大影響，是生態(tài)文明建設(shè)和綠色發(fā)展的重點(diǎn)領(lǐng)域。在能源和環(huán)保的雙重壓力下，作為“低碳經(jīng)濟(jì)”重要載體的新能源汽車(chē)在公共交通領(lǐng)域的推廣與應(yīng)用，將成為綠色交通的首要發(fā)展方向。新能源汽車(chē)主要包括燃料電池電動(dòng)汽車(chē)(FCEV)、混合動(dòng)力汽車(chē)、氫燃料電池汽車(chē)、純電動(dòng)汽車(chē)(BEV，包括太陽(yáng)能汽車(chē))、其他新能源(如高效儲(chǔ)能器、二甲醚)汽車(chē)各類(lèi)型產(chǎn)品。在不同國(guó)家，新能源汽車(chē)在不同時(shí)期，因能源稟賦或技術(shù)優(yōu)勢(shì)的不同而有不同內(nèi)涵。城市交通的電動(dòng)化極大地減少了尾氣的排放，是治理城市空氣污染的必經(jīng)之路。然而，從全生命周期來(lái)分析，與傳統(tǒng)的燃油汽車(chē)相比，新能源汽車(chē)對(duì)環(huán)境的碳排放是增加還是減少，一直存在爭(zhēng)議[1][2]。
汽車(chē)尾氣排放是全球GHG排放的重要來(lái)源，汽車(chē)相關(guān)GHG的排放是中國(guó)最主要排放GHG的源頭之一。從1997年《京都議定書(shū)》的簽訂到2015年巴黎氣候大會(huì)的召開(kāi)，GHG減排已經(jīng)成為國(guó)際社會(huì)的重要議題。一些發(fā)達(dá)國(guó)家和發(fā)展中國(guó)家已做出減排承諾，我國(guó)向國(guó)際社會(huì)承諾并提出“3060”雙碳目標(biāo)。廣東要率先實(shí)現(xiàn)這一戰(zhàn)略目標(biāo)，低碳技術(shù)的運(yùn)用推廣至關(guān)重要。廣東是我國(guó)率先探索實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰”“碳中和”的試驗(yàn)區(qū)，同時(shí)也是我國(guó)經(jīng)濟(jì)最為發(fā)達(dá)的地區(qū)之一，為了有效推進(jìn)廣東雙碳目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，推動(dòng)碳達(dá)峰碳中和，實(shí)現(xiàn)綠色低碳發(fā)展，建設(shè)生態(tài)文明，應(yīng)對(duì)氣候變化，首先要對(duì)低碳技術(shù)路線和產(chǎn)業(yè)進(jìn)行科學(xué)選擇，其中推動(dòng)新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展作為突破口，將為全國(guó)碳達(dá)峰碳中和先行探路，為全國(guó)綠色低碳發(fā)展提供可復(fù)制的“廣東經(jīng)驗(yàn)”?？梢哉f(shuō)，在能源和環(huán)保的雙重壓力下，全球各國(guó)汽車(chē)產(chǎn)品的發(fā)展方向聚焦在新能源汽車(chē)領(lǐng)域[3]。
新能源汽車(chē)只有大規(guī)模推廣，才對(duì)環(huán)境保護(hù)有意義，規(guī)?；侵袊?guó)新能源汽車(chē)戰(zhàn)略規(guī)劃的重要目標(biāo)之一。由于新能源汽車(chē)電能的獲取方式不同，導(dǎo)致每度電的碳排放存在較大差異。以新能源汽車(chē)典型車(chē)型特斯拉為例，重2108公斤的特斯拉Model S，僅電池重量就有半噸，其平均每公里耗電約為0.18度。在美國(guó)、中國(guó)和新加坡這三個(gè)不同國(guó)家，由于電能的來(lái)源不同，導(dǎo)致純電動(dòng)的特斯拉的節(jié)能屬性差異很大，在新加坡甚至被重罰1.088萬(wàn)美元[4]。
目前，世界各國(guó)都紛紛把新能源汽車(chē)的研發(fā)和推廣作為未來(lái)戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)培育的重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)。如歐洲的一些國(guó)家、美國(guó)和日本都從規(guī)劃、示范、運(yùn)行和推廣應(yīng)用等方面制定新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策，實(shí)施優(yōu)惠政策，鼓勵(lì)新能源汽車(chē)的推廣和應(yīng)用[5]。我國(guó)政府高度重視培育發(fā)展新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)，早在“十二五”期間就提出扶持發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的一攬子政策措施,提出新能源汽車(chē)推廣的戰(zhàn)略方向是在公共交通領(lǐng)域進(jìn)行示范應(yīng)用。深圳市優(yōu)先在公共交通領(lǐng)域推廣純電動(dòng)車(chē)，形成了新能源汽車(chē)推廣的“深圳模式”[6]。香港特區(qū)政府將電動(dòng)商用車(chē)作為推廣電動(dòng)車(chē)的重點(diǎn)工作領(lǐng)域，并已推出多項(xiàng)政策或措施推廣電動(dòng)商用車(chē)，以從源頭治理路邊空氣污染。澳門(mén)地區(qū)交通擁擠、尾氣污染嚴(yán)重，出租車(chē)、公交車(chē)、私人汽車(chē)中電動(dòng)車(chē)普及率極低，目前，澳門(mén)政府在推廣新能源汽車(chē)方面的政策與舉措嚴(yán)重滯后于我國(guó)綠色發(fā)展的要求。
總之，發(fā)展新能源汽車(chē)已成為全球大趨勢(shì)。我國(guó)在新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展及推廣應(yīng)用方面任重道遠(yuǎn)，相關(guān)的政策機(jī)制亟待建立健全。
文獻(xiàn)研究表明，國(guó)內(nèi)關(guān)于城市綠色發(fā)展的研究起步較晚，代表性的觀點(diǎn)有：石敏俊等提出我國(guó)城市必須走綠色轉(zhuǎn)型發(fā)展之路，從低碳發(fā)展、資源節(jié)約、環(huán)境健康和生活宜居等方面構(gòu)建綠色城市指標(biāo)體系，其中，低碳發(fā)展包含“城市的減排規(guī)劃實(shí)施情況”的二級(jí)指標(biāo)[7]。郝華勇構(gòu)建了生態(tài)文明融入城鎮(zhèn)化全過(guò)程的模式，研究探討了符合生態(tài)文明要求的績(jī)效評(píng)價(jià)機(jī)制[8]。黃娟認(rèn)為生態(tài)文明建設(shè)應(yīng)該堅(jiān)持綠色創(chuàng)新、綠色協(xié)調(diào)、綠色發(fā)展、綠色開(kāi)放、綠色共享五大發(fā)展理念[9]。盧風(fēng)認(rèn)為，綠色發(fā)展就是可持續(xù)發(fā)展，并提出“綠色發(fā)展和生態(tài)文明建設(shè)的關(guān)鍵是綠色技術(shù)創(chuàng)新和生態(tài)文明制度建設(shè),根本則是思想觀念的轉(zhuǎn)變；關(guān)鍵中的關(guān)鍵是開(kāi)發(fā)足夠多的可利用的清潔能源”[10]。伊文婧認(rèn)為粵港澳大灣區(qū)城市綠色發(fā)展水平總體不高，交通基礎(chǔ)設(shè)施需要進(jìn)一步加強(qiáng)互聯(lián)互通。并提出提高公共出行的比重，做好低碳綠色宣傳推廣工作；鼓勵(lì)消費(fèi)者購(gòu)買(mǎi)綠色節(jié)能汽車(chē)，引導(dǎo)形成節(jié)能低碳綠色的消費(fèi)方式[11]。蔡春林通過(guò)借鑒美國(guó)灣區(qū)和東京灣區(qū)等國(guó)際灣區(qū)的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)粵港澳大灣區(qū)綠色產(chǎn)業(yè)建設(shè)提出了倡導(dǎo)綠色行為規(guī)范、培育綠色產(chǎn)業(yè)體系、布局技能環(huán)保項(xiàng)目，以推廣普及清潔能源、開(kāi)展灣區(qū)清潔美麗計(jì)劃等為重點(diǎn)的保護(hù)生態(tài)環(huán)境的產(chǎn)業(yè)措施[12]?？傊?，國(guó)內(nèi)關(guān)于生態(tài)文明視閾下城市綠色發(fā)展的研究還沒(méi)有形成成熟的體系，大多數(shù)是定性分析，定量研究較少。
關(guān)于新能源汽車(chē)碳排放影響因素的研究，2013年以來(lái)關(guān)注度有所上升。施曉清等應(yīng)用燃料生命周期的理論，分析了發(fā)電能源結(jié)構(gòu)、車(chē)用燃料類(lèi)型、汽車(chē)類(lèi)型、城市交通狀況、煤電發(fā)電技術(shù)、電池類(lèi)型等六類(lèi)情景因素對(duì)電動(dòng)汽車(chē)減排潛力的影響，提出優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、推廣純電動(dòng)汽車(chē)、加快動(dòng)力蓄電池研發(fā)等降低交通能耗和碳排放的措施[13]。趙立祥等分析了客運(yùn)交通碳排放的影響因素主要有能源結(jié)構(gòu)、能源效率和經(jīng)濟(jì)發(fā)展。更新新能源和清潔能源車(chē)輛、執(zhí)行更加嚴(yán)格的燃油消耗限值標(biāo)準(zhǔn)均能在一定程度上降低CO2排放量。提高燃油消耗限值標(biāo)準(zhǔn)政策在短期具有很好的減排效果，但長(zhǎng)期來(lái)看更新新能源和清潔能源車(chē)輛減排作用更加明顯[14]。莊穎等分析了廣東交通碳排放的結(jié)構(gòu)及其碳排放量占比，對(duì)影響廣東交通碳排放增長(zhǎng)的主要因素進(jìn)行了分析，提出可通過(guò)使用替代清潔能源等措施以減少交通碳排放[15]。總體來(lái)說(shuō)，現(xiàn)有研究表明，新能源和清潔能源車(chē)輛的推廣是有助于降低碳排放的。
關(guān)于新能源汽車(chē)在公交領(lǐng)域碳排放的研究，唐葆君等以北京市為例，對(duì)推廣電動(dòng)公交車(chē)的減排效應(yīng)和節(jié)能效應(yīng)進(jìn)行量化研究，研究表明，推廣電動(dòng)車(chē)，具有較好的節(jié)能減排效果，發(fā)電結(jié)構(gòu)、車(chē)用燃料類(lèi)型等影響因素對(duì)電動(dòng)車(chē)的減排效果影響較大[16]。李志鵬利用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法，以2000年—2010年的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，以公交數(shù)量、能耗、碳排放為主要變量進(jìn)行預(yù)測(cè)分析，還通過(guò)情景分析方法，提出控制私家車(chē)過(guò)快增長(zhǎng)，鼓勵(lì)居民公交出行，同時(shí)提高公交系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)能力和運(yùn)營(yíng)效率，并逐步淘汰高耗能汽車(chē)，鼓勵(lì)新能源汽車(chē)和混合動(dòng)力汽車(chē)的研發(fā)等建議[17]。傅薔等基于LEAP模型，量化分析新能源汽車(chē)對(duì)能源及城市環(huán)境的影響，研究表明，城市公共交通運(yùn)輸系統(tǒng)對(duì)城市空氣環(huán)境影響顯著；受公交車(chē)能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)的調(diào)整影響，電力、天然氣將在一定程度上替代柴油成為公交車(chē)的動(dòng)力能源；電力能源需求將以近 20% 的增速增長(zhǎng)，天然氣能源需求也將保持 10% 以上的增長(zhǎng)率[18]。阿迪拉·阿力木江等運(yùn)用上海市2016年純電動(dòng)和插電式混合動(dòng)力的私家車(chē)、出租車(chē)和公交車(chē)的行駛情況、能源消耗和排放因子等數(shù)據(jù),對(duì)新能源汽車(chē)運(yùn)行過(guò)程以及所需電能生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的大氣污染物和CO2的排放量進(jìn)行了測(cè)算,利用協(xié)同控制坐標(biāo)系評(píng)價(jià)和污染物減排量交叉彈性分析方法探討了新能源汽車(chē)的協(xié)同減排能力與效果[19]。康澤軍等梳理了國(guó)內(nèi)外交通行業(yè)參與碳排放權(quán)交易市場(chǎng)的進(jìn)展，運(yùn)用計(jì)算方法學(xué)采用“自上而下”方式測(cè)算了我國(guó)新能源汽車(chē)使用環(huán)節(jié)碳減排量，并提出新能源汽車(chē)使用環(huán)節(jié)參與碳排放權(quán)交易發(fā)展和建設(shè)的政策建議[20]。徐加雷等運(yùn)用近十年的新能源汽車(chē)發(fā)展情況，對(duì)2030年前新能源汽車(chē)發(fā)展趨勢(shì)、動(dòng)力電池產(chǎn)量及退役量進(jìn)行預(yù)測(cè)，并對(duì)退役電池的梯次利用及再生利用可減少的溫室氣體進(jìn)行計(jì)算，提出對(duì)退役電池的梯次利用及再生利用可以有效地降低溫室氣體排放等建議[21]。孫哲遠(yuǎn)等運(yùn)用2006—2020年我國(guó)283個(gè)地級(jí)市的面板數(shù)據(jù)，采用雙重差分法、機(jī)制檢驗(yàn)和空間溢出效應(yīng)實(shí)證分析了新能源汽車(chē)試點(diǎn)城市設(shè)立對(duì)城市碳排放的影響效應(yīng)及機(jī)制。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：以新能源汽車(chē)試點(diǎn)城市設(shè)立為代表的產(chǎn)業(yè)政策實(shí)施對(duì)城市碳減排影響顯著[22]。He Yi等提出考慮全生命周期碳減排補(bǔ)貼的獨(dú)立混合電力系統(tǒng)分層優(yōu)化策略與設(shè)計(jì)，探討了生命周期碳減排補(bǔ)貼政策,以促進(jìn)偏遠(yuǎn)地區(qū)可再生能源技術(shù)的開(kāi)發(fā)。基于所提出的補(bǔ)貼政策,進(jìn)一步對(duì)獨(dú)立混合可再生能源系統(tǒng)進(jìn)行政策和設(shè)計(jì)的分層優(yōu)化，四個(gè)元啟發(fā)式算法與一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的迭代方法一起被用來(lái)解決分層優(yōu)化問(wèn)題,并在收斂性、魯棒性和計(jì)算效率方面對(duì)它們的性能進(jìn)行了綜合評(píng)估[23]。
但是，目前還鮮有文獻(xiàn)針對(duì)新能源汽車(chē)在省域公交系統(tǒng)規(guī)?；茝V的碳排放效應(yīng)進(jìn)行量化研究。本文通過(guò)廣東新能源公交車(chē)推廣與應(yīng)用的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，研究新能源汽車(chē)在廣東公交系統(tǒng)的規(guī)?；茝V所帶來(lái)的碳排放及其變化，可對(duì)我國(guó)未來(lái)電動(dòng)汽車(chē)的推廣應(yīng)用機(jī)制的制定及我國(guó)省域電網(wǎng)的規(guī)劃改造等提供借鑒。
二、數(shù)據(jù)獲取與方法選擇
(一)數(shù)據(jù)獲取
據(jù)工信部數(shù)據(jù)，2021年中國(guó)新能源汽車(chē)產(chǎn)銷(xiāo)雙雙突破350萬(wàn)輛，分別達(dá)354.5萬(wàn)和352.1萬(wàn)輛，同比都增長(zhǎng)了1.6倍，連續(xù)7年位居全球第一，累計(jì)推廣量已超900萬(wàn)輛。廣東是全國(guó)第一批新能源汽車(chē)推廣省份，從企業(yè)區(qū)域分布情況方面，2021年廣東以6.3萬(wàn)家相關(guān)企業(yè)遙遙領(lǐng)先，占總數(shù)13.34%，山東、江蘇分別以5.2萬(wàn)家、4.2萬(wàn)家，位列第二、三位。從全國(guó)各個(gè)主要城市銷(xiāo)售角度看，根據(jù)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)數(shù)字化應(yīng)用服務(wù)商威爾森檢測(cè)的數(shù)據(jù)顯示，2021年，位列全國(guó)各城市之首的是上海，新能源汽車(chē)銷(xiāo)量達(dá)24.5萬(wàn)輛，位列二三位的城市是深圳、北京，分列為15.16萬(wàn)輛和12.8萬(wàn)輛。從公交領(lǐng)域推廣應(yīng)用角度看，廣州、深圳公交車(chē)已經(jīng)于2018年全部電動(dòng)化。廣州、深圳成為全國(guó)純電動(dòng)公交車(chē)推廣應(yīng)用的示范區(qū)域[24]。廣東新能源汽車(chē)在公交領(lǐng)域推廣的經(jīng)驗(yàn)可供全國(guó)其他地區(qū)借鑒。因此，研究新能源公交車(chē)的規(guī)模化推廣所帶來(lái)的碳減排效應(yīng)，具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。研究數(shù)據(jù)來(lái)源于歷年廣東統(tǒng)計(jì)年鑒、廣東交通年鑒、廣東生態(tài)環(huán)境年鑒。
表1給出了2016—2020年廣東公交車(chē)中新能源汽車(chē)、純電動(dòng)汽車(chē)以及氣電混合新能源汽車(chē)在總公交車(chē)中的占比，特別值得注意的是，在新能源汽車(chē)中純電動(dòng)汽車(chē)占比達(dá)63.0%—86.9%。除了純電動(dòng)車(chē)外，公交車(chē)中的新能源汽車(chē)還有部分是氣電混合動(dòng)力車(chē)，其在總公交車(chē)中的占比為13%—16%，主要是天然氣與電力混合動(dòng)力。
表1 2016—2020年廣東各類(lèi)公交車(chē)的數(shù)量及占比
(二)方法選擇
1. CDM方法學(xué)簡(jiǎn)介[27]
CDM方法學(xué)是為了評(píng)估CDM項(xiàng)目的碳減排量應(yīng)運(yùn)而生的一系列方法學(xué)的總稱(chēng)?！毒┒甲h定書(shū)》基于市場(chǎng)機(jī)制確定了排放交易(Emissions trading)、清潔發(fā)展機(jī)制(Clear development mechanism，簡(jiǎn)稱(chēng)CDM)和共同履行(Joint implementation)等三項(xiàng)機(jī)制。自中國(guó)簽署《京都議定書(shū)》以來(lái)，為確保迅速增長(zhǎng)的CDM項(xiàng)目能帶來(lái)長(zhǎng)期、可測(cè)、有效的碳減排量，需要建立一套有效、公開(kāi)和可操作的方法學(xué)，簡(jiǎn)稱(chēng)為CDM方法學(xué)，具體包括：建立基準(zhǔn)線的確定和額外性實(shí)證、項(xiàng)目排放和泄漏估算、減排量和減排成本效益計(jì)算以及監(jiān)測(cè)等。對(duì)于交通運(yùn)輸?shù)臏p排計(jì)算，CDM方法學(xué)中也有相應(yīng)的方法體系，包括了再生能源的方法學(xué)AMS-Ⅰ.M.、AMS-Ⅲ.T.等以及能源效率的方法學(xué)AM0031、AM0090、AMS-Ⅲ.C.等[25]。楊衛(wèi)華運(yùn)用CDM方法學(xué)重點(diǎn)探討了影響氣電混合動(dòng)力汽車(chē)碳減排的主要因素，并對(duì)華北地區(qū)公共交通建設(shè)項(xiàng)目的碳減排效應(yīng)進(jìn)行計(jì)算分析，提出一系列優(yōu)化發(fā)電能源結(jié)構(gòu)以及推廣新能源汽車(chē)的建議[26]。但是CDM方法學(xué)沒(méi)有從經(jīng)濟(jì)發(fā)展與資源環(huán)境協(xié)調(diào)上進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)，不能適應(yīng)經(jīng)濟(jì)全球化日益加劇和資源環(huán)境約束的時(shí)代要求。
2. GSA算法簡(jiǎn)介
GSA方法是經(jīng)濟(jì)與資源環(huán)境協(xié)調(diào)的全方位評(píng)價(jià)法。GSA算法產(chǎn)生的背景是，一方面隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，全球?qū)Νh(huán)境壓力和環(huán)境政策的認(rèn)識(shí)也在變化，舊的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)模式已經(jīng)不可持續(xù)，迫切需要找到新的經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式。要在發(fā)展經(jīng)濟(jì)的同時(shí)，對(duì)資源環(huán)境影響的后果作出可靠評(píng)價(jià)；另一方面，經(jīng)濟(jì)、資源與能源、環(huán)境的關(guān)系必須良性互動(dòng)和需要協(xié)調(diào)制約，因?yàn)橘Y源和能源使用的低效率，加上忽視生態(tài)、環(huán)境的破壞，是難以為繼的惡性制約。只有在經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整到重視資源、能源和生態(tài)環(huán)境的約束，彼此協(xié)調(diào)互動(dòng)，才能符合綠色發(fā)展新理念的要求。
GSA方法是空間多維的全產(chǎn)業(yè)鏈或全方位的分析評(píng)價(jià)，是對(duì)CDM方法學(xué)的豐富或改進(jìn)，兩者是相輔相成的關(guān)系，兩者的結(jié)合分析，克服了CDM方法學(xué)的局限性，是對(duì)CDM方法學(xué)的有效補(bǔ)充。
三、計(jì)算結(jié)果及分析
將GSA方法論融入CDM方法學(xué)，選取等數(shù)量液化石油氣動(dòng)力汽車(chē)為基準(zhǔn)線，并以廣東省為例，對(duì)新能源汽車(chē)的碳減排進(jìn)行測(cè)算。按照公交車(chē)每天行程200km，每年運(yùn)行時(shí)間300天來(lái)測(cè)算。
(一) 新能源汽車(chē)基準(zhǔn)線排放量計(jì)算分析
根據(jù)方法學(xué)AMS-Ⅲ.C，基準(zhǔn)線排放量的計(jì)算公式見(jiàn)式(1)、式(2)：
BEy=∑iEFBL,km,i×DDi,y×10-6
(1)
式中(1):EFBL,km,i為基準(zhǔn)車(chē)輛類(lèi)別i的燃料排放因子，gCO2/km；DDi,y為y年基準(zhǔn)車(chē)輛類(lèi)別i的年平均行駛距離，km；BEy為y年總的基準(zhǔn)線排放量，tCO2。
EFBL,km,i=SFCi×NCVBL,i×EFBL,i×IRt
(2)
式中(2):SFCi為基準(zhǔn)車(chē)輛類(lèi)別i的單位燃料消耗率，g/km；NCVBL,i為基準(zhǔn)車(chē)輛類(lèi)別i消耗的化石燃料的低位發(fā)熱值，J/g；EFBL,i為基準(zhǔn)車(chē)輛類(lèi)別i消耗的化石燃料的排放因子，g/J；IRt為t年基準(zhǔn)線車(chē)輛技術(shù)改進(jìn)因子，技術(shù)改進(jìn)率應(yīng)用于每一日歷年；t為技術(shù)改進(jìn)的年數(shù)(取決于每種車(chē)輛類(lèi)型的壽命數(shù)據(jù))。
表2是根據(jù)公式(1)和(2)計(jì)算的公交車(chē)基線的碳排放量，其中假設(shè)全部公交車(chē)使用液化石油氣作為燃料，可以看出，全部燃液化石油氣公交車(chē)，其碳排放平均按照3.2%的年增長(zhǎng)速率。新能源汽車(chē)占總公交車(chē)保有量從2016年占比35.5%增長(zhǎng)到2020年占比76.3%，以10.2%的年平均增長(zhǎng)率增加。表2中也給出了新能源汽車(chē)基線碳排放量，即按照全部新能源汽車(chē)使用液化石油氣來(lái)計(jì)算其碳排放量。
表2 公交車(chē)基線碳排放量
(二)新能源公交車(chē)實(shí)際排放量計(jì)算分析
混合氣電動(dòng)力車(chē)碳排放量的公式見(jiàn)(3)：
PEy=∑iEFPJ,km,i,y×DDi,y×Ni,y
(3)
式(3)中:PEy為y年的排放量；EFPJ,km,I,y為運(yùn)行車(chē)輛類(lèi)別i的行駛每公里的排放因子，tCO2/km；Ni,y為y年類(lèi)別i中運(yùn)行車(chē)輛數(shù)量；DDi,y為y年基準(zhǔn)車(chē)輛類(lèi)別i的年平均行駛距離，km。
車(chē)輛排放因子按式(4)方法確定：
(4)
式中：SECPJ,km,I,y為y年車(chē)輛類(lèi)別i的每公里用電量，kW·h/km；EFelect,y為y年車(chē)輛類(lèi)別i消耗電力的二氧化碳排放因子，kgCO2/(kW·h)；SFCPJ,km,I,y為y年車(chē)輛類(lèi)別i的每公里天然氣消耗量，gCO2/km；EFPJ,i為y年車(chē)輛類(lèi)別i消耗的天然氣燃料的二氧化碳排放因子，g/J；NCVPJ,i為y年車(chē)輛類(lèi)別i消耗的化石燃料凈熱值，J/g;TDLy為y年供電的平均技術(shù)輸電和配電損失，取經(jīng)驗(yàn)值6.4%。
表3是根據(jù)(3)(4)計(jì)算的新能源公交車(chē)實(shí)際碳排放量，特別值得注意的是，新能源公交車(chē)碳排放量占公交車(chē)總的碳排放量為11.5%—33.7%，以2020年的數(shù)據(jù)為例，新能源公交車(chē)占公交車(chē)總量的76.3%，其他能源燃料的公交車(chē)占總公交車(chē)23.7%，而其碳排放量卻占了總排放量的66.3%，可見(jiàn)，公交車(chē)推廣使用新能源汽車(chē)對(duì)碳減排具有顯著的推動(dòng)作用。目前，公交車(chē)中的新能源汽車(chē)由純電動(dòng)車(chē)和氣電混合動(dòng)力車(chē)構(gòu)成，其中，氣電混合動(dòng)力新能源汽車(chē)占公交車(chē)總量13.1%—16.1%，占新能源公交車(chē)總量的21.9%—36.9%，但其碳排放卻占了新能源公交車(chē)碳排放的72.4%—85.2%，純電動(dòng)車(chē)的碳排放只占14.8%—27.6%，由此可見(jiàn)，在新能源汽車(chē)中大力推廣純電動(dòng)汽車(chē)對(duì)碳減排具有重要的作用。
表3 新能源公交車(chē)實(shí)際碳排放量
(三) 碳減排量計(jì)算分析
基于GSA方法論的碳減排量可以用(5)計(jì)算：
ERy=BEy-PEy-LEy
(5)
式中：ER為第y年的減排量，t/yr；BE為第y年基準(zhǔn)線排放量，t/yr；PE為第y年純電動(dòng)車(chē)排放量，t/yr；LE為第y年氣電混合動(dòng)力排放量，t/yr。
使用新能源汽車(chē)后2016—2020年公交車(chē)碳減排量是逐年增加的，2020年實(shí)際碳減排量是2016年的2.7倍，2020年公交車(chē)總的碳排放量比2016年下降44.6%，其中對(duì)減排貢獻(xiàn)最大的是純電動(dòng)汽車(chē)。從上述新能源公交車(chē)實(shí)際排放量計(jì)算分析可知，純電動(dòng)車(chē)的碳排放是最低的，如果把新能源汽車(chē)全部用純電動(dòng)車(chē)替換，那么其碳減排量是最大的。2016—2020年公交車(chē)最大減排量也是逐年增加的，如果新增的新能源汽車(chē)全部使用純電動(dòng)車(chē)，還可以進(jìn)一步減少12%—20%的碳排放量。
四、情景模擬分析
從上述的碳排放定量分析可以看出，發(fā)展新能源汽車(chē)有利于我國(guó)節(jié)能減排目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，尤其是純電動(dòng)汽車(chē)，其能源利用效率比傳統(tǒng)的燃油汽車(chē)高出46%以上，并且具有13%—68%的碳減排潛力，但其減排效果也受多種因素影響。在表4中，給出了電網(wǎng)排放因子和燃料排放因子，其中，電網(wǎng)排放因子受發(fā)電能源結(jié)構(gòu)的影響，而燃料排放因子則受車(chē)用燃料類(lèi)型的影響，下面，分別就發(fā)電能源結(jié)構(gòu)和車(chē)用燃料類(lèi)型對(duì)其溫室氣體減排效果進(jìn)行因素分析與討論。
(一) 發(fā)電能源結(jié)構(gòu)的影響
發(fā)電能源結(jié)構(gòu)決定了單位電量的CO2排放系數(shù)，目前來(lái)看，絕大部分中國(guó)電力是由火力發(fā)電廠生產(chǎn)的，但不同區(qū)域的能源結(jié)構(gòu)和比例取決于其地理位置和經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r。廣東省的發(fā)電能源結(jié)構(gòu)由煤炭、天然氣、新能源和可再生能源、水電、核電等多種能源組成，同時(shí)還有部分外購(gòu)電力，其排放系數(shù)可由公式(6)計(jì)算。
EF=∑fi×EFi
(6)
式(6)中：i為煤炭、天然氣、新能源和可再生能源、水、核電等能源種類(lèi)；fi為對(duì)應(yīng)能源在發(fā)電能源結(jié)構(gòu)中占的比例，%；EFi為對(duì)應(yīng)能源的CO2排放系數(shù)，kg/(kW·h)。根據(jù)《國(guó)家電網(wǎng)“十二五 ”發(fā)展規(guī)劃》和《國(guó)家電網(wǎng)“十三五”發(fā)展規(guī)劃》，以及南方電網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃和能源結(jié)構(gòu)，計(jì)算2016年和2020年南方區(qū)域CO2平均排放因子分別為0.527和0.395 kg/(kW·h)，可以看出，由于清潔能源的使用，使得電網(wǎng)平均碳排放因子下降25%。
以廣東省2016年和2020年純電動(dòng)公交車(chē)為例，分別使用不同的排放因子，計(jì)算其碳排放量并與全國(guó)平均值進(jìn)行比較。相對(duì)于全國(guó)平均排放值，2016年和2020年利用廣東省電網(wǎng)充電的碳減排空間分別為35%和50%，表明廣東省較全國(guó)電網(wǎng)能源結(jié)構(gòu)更合理、更清潔。同時(shí)，2020年純電動(dòng)公交車(chē)保有量是2016年的3.3倍，而2020年純電動(dòng)公交車(chē)碳減排量為2016年的2.2倍，這說(shuō)明電網(wǎng)能源結(jié)構(gòu)是影響電動(dòng)汽車(chē)碳排放及其減排空間的關(guān)鍵因素。
(二) 車(chē)用燃料類(lèi)型的影響
以2016年為例，廣東省純電動(dòng)公交車(chē)為13746輛，估算在年均行駛里程相同的情況下，純電動(dòng)公交車(chē)相對(duì)于燃油公交車(chē)和LPG(液化石油氣)在耗電行駛生命周期階段的碳排放量及減排潛力。表4給出了不同燃料公交車(chē)相關(guān)參數(shù)及碳排放量。相對(duì)于燃料公交車(chē)，LPG公交車(chē)、氣電混合動(dòng)力公交車(chē)、純電動(dòng)公交車(chē)分別減排29.8%、63.1%、70.4%，車(chē)用燃料類(lèi)型直接影響了單位燃料CO2的排放系數(shù)，燃油公交車(chē)的碳排放量最大，這是由于燃油生命周期的CO2排放遠(yuǎn)大于其它燃料造成的。相對(duì)于LPG公交車(chē)，氣電混合動(dòng)力公交車(chē)、純電動(dòng)公交車(chē)分別減排47.5%和57.9%，可以看出大力推廣新能源汽車(chē)對(duì)碳減排具有重要的作用。
表4 不同類(lèi)型燃料公交車(chē)相關(guān)參數(shù)及碳排放量
五、結(jié)論與啟示
(一)主要結(jié)論
1. 在公交車(chē)領(lǐng)域推廣使用新能源汽車(chē)對(duì)碳減排具有顯著的推動(dòng)作用：純電動(dòng)汽車(chē)的碳排放是最低的。2020年公交車(chē)總的碳排放比2016年下降44.6%；如果將混動(dòng)車(chē)全部用純電動(dòng)車(chē)替換，還可以進(jìn)一步減少12%—20%的碳排放量。
2. 新能源公交車(chē)碳排放潛力受到發(fā)電能源結(jié)構(gòu)和車(chē)用燃料類(lèi)型的影響：2020年純電動(dòng)公交車(chē)保有量是2016年的3.3倍，而2020年純電動(dòng)公交車(chē)碳減排量為2016年的2.2倍，這說(shuō)明電網(wǎng)能源結(jié)構(gòu)是影響電動(dòng)汽車(chē)碳排放及其減排空間的關(guān)鍵因素。由于清潔能源的使用，廣東省電網(wǎng)平均碳排放因子2020年將比2016年下降25%。車(chē)用燃料類(lèi)型對(duì)碳減排的計(jì)算表明，相對(duì)于LPG公交車(chē)而言，氣電混合動(dòng)力公交車(chē)、純電動(dòng)公交車(chē)分別減排47.5%和57.9%。
3. 廣東省較全國(guó)電網(wǎng)能源結(jié)構(gòu)更合理、更清潔。相對(duì)于全國(guó)平均排放值，2016年和2020年利用廣東省電網(wǎng)充電的碳減排空間分別為35%和50%，表明廣東省較全國(guó)電網(wǎng)能源結(jié)構(gòu)更合理、更清潔。
(二) 啟示
1. 廣東省電網(wǎng)能源結(jié)構(gòu)具有典型示范意義。在“十四五”時(shí)期應(yīng)采用“綠色交通先行”的模式，推進(jìn)基礎(chǔ)設(shè)施互聯(lián)互通，構(gòu)建綠色交通體系，著力發(fā)展公共交通基礎(chǔ)設(shè)施；建立健全有關(guān)的政策機(jī)制，加大力度在公交領(lǐng)域推廣新能源汽車(chē)，減少私家車(chē)出行，促進(jìn)城市群綠色低碳發(fā)展。
2. 加大清潔低碳能源供給側(cè)改革力度。目前，清潔能源發(fā)電還很有限，終端能源都來(lái)自化石能源或外購(gòu)電，清潔低碳能源發(fā)展?jié)摿艽蟆?yīng)優(yōu)化電能結(jié)構(gòu)，加快開(kāi)發(fā)與推廣清潔能源，同時(shí)促進(jìn)氫燃料電池汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展,使得新能源汽車(chē)真正實(shí)現(xiàn)全生命周期過(guò)程的低碳減排，引領(lǐng)廣東“碳達(dá)峰”“碳中和”的試驗(yàn)區(qū)的建設(shè)。
3. 加強(qiáng)智能交通系統(tǒng)的研究。我國(guó)應(yīng)推進(jìn)先進(jìn)的智能交通信息及出行者信息管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)高效率的有效的車(chē)輛路徑引導(dǎo)；積極推動(dòng)城市停車(chē)設(shè)施供應(yīng)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)信息系統(tǒng)的研發(fā)，為道路使用者及時(shí)提供動(dòng)態(tài)的停車(chē)設(shè)施狀況。
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陳 青，張仁壽
(1. 廣東輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院 汽車(chē)技術(shù)學(xué)院，廣東 廣州 510030；2. 廣州大學(xué) 管理學(xué)院，廣東 廣州 510006)
一、引言
公共交通領(lǐng)域的碳排放對(duì)能源消耗、大氣污染物排放以及溫室氣體排放有重大影響，是生態(tài)文明建設(shè)和綠色發(fā)展的重點(diǎn)領(lǐng)域。在能源和環(huán)保的雙重壓力下，作為“低碳經(jīng)濟(jì)”重要載體的新能源汽車(chē)在公共交通領(lǐng)域的推廣與應(yīng)用，將成為綠色交通的首要發(fā)展方向。新能源汽車(chē)主要包括燃料電池電動(dòng)汽車(chē)(FCEV)、混合動(dòng)力汽車(chē)、氫燃料電池汽車(chē)、純電動(dòng)汽車(chē)(BEV，包括太陽(yáng)能汽車(chē))、其他新能源(如高效儲(chǔ)能器、二甲醚)汽車(chē)各類(lèi)型產(chǎn)品。在不同國(guó)家，新能源汽車(chē)在不同時(shí)期，因能源稟賦或技術(shù)優(yōu)勢(shì)的不同而有不同內(nèi)涵。城市交通的電動(dòng)化極大地減少了尾氣的排放，是治理城市空氣污染的必經(jīng)之路。然而，從全生命周期來(lái)分析，與傳統(tǒng)的燃油汽車(chē)相比，新能源汽車(chē)對(duì)環(huán)境的碳排放是增加還是減少，一直存在爭(zhēng)議[1][2]。
汽車(chē)尾氣排放是全球GHG排放的重要來(lái)源，汽車(chē)相關(guān)GHG的排放是中國(guó)最主要排放GHG的源頭之一。從1997年《京都議定書(shū)》的簽訂到2015年巴黎氣候大會(huì)的召開(kāi)，GHG減排已經(jīng)成為國(guó)際社會(huì)的重要議題。一些發(fā)達(dá)國(guó)家和發(fā)展中國(guó)家已做出減排承諾，我國(guó)向國(guó)際社會(huì)承諾并提出“3060”雙碳目標(biāo)。廣東要率先實(shí)現(xiàn)這一戰(zhàn)略目標(biāo)，低碳技術(shù)的運(yùn)用推廣至關(guān)重要。廣東是我國(guó)率先探索實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰”“碳中和”的試驗(yàn)區(qū)，同時(shí)也是我國(guó)經(jīng)濟(jì)最為發(fā)達(dá)的地區(qū)之一，為了有效推進(jìn)廣東雙碳目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，推動(dòng)碳達(dá)峰碳中和，實(shí)現(xiàn)綠色低碳發(fā)展，建設(shè)生態(tài)文明，應(yīng)對(duì)氣候變化，首先要對(duì)低碳技術(shù)路線和產(chǎn)業(yè)進(jìn)行科學(xué)選擇，其中推動(dòng)新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展作為突破口，將為全國(guó)碳達(dá)峰碳中和先行探路，為全國(guó)綠色低碳發(fā)展提供可復(fù)制的“廣東經(jīng)驗(yàn)”?？梢哉f(shuō)，在能源和環(huán)保的雙重壓力下，全球各國(guó)汽車(chē)產(chǎn)品的發(fā)展方向聚焦在新能源汽車(chē)領(lǐng)域[3]。
新能源汽車(chē)只有大規(guī)模推廣，才對(duì)環(huán)境保護(hù)有意義，規(guī)?；侵袊?guó)新能源汽車(chē)戰(zhàn)略規(guī)劃的重要目標(biāo)之一。由于新能源汽車(chē)電能的獲取方式不同，導(dǎo)致每度電的碳排放存在較大差異。以新能源汽車(chē)典型車(chē)型特斯拉為例，重2108公斤的特斯拉Model S，僅電池重量就有半噸，其平均每公里耗電約為0.18度。在美國(guó)、中國(guó)和新加坡這三個(gè)不同國(guó)家，由于電能的來(lái)源不同，導(dǎo)致純電動(dòng)的特斯拉的節(jié)能屬性差異很大，在新加坡甚至被重罰1.088萬(wàn)美元[4]。
目前，世界各國(guó)都紛紛把新能源汽車(chē)的研發(fā)和推廣作為未來(lái)戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)培育的重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)。如歐洲的一些國(guó)家、美國(guó)和日本都從規(guī)劃、示范、運(yùn)行和推廣應(yīng)用等方面制定新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策，實(shí)施優(yōu)惠政策，鼓勵(lì)新能源汽車(chē)的推廣和應(yīng)用[5]。我國(guó)政府高度重視培育發(fā)展新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)，早在“十二五”期間就提出扶持發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的一攬子政策措施,提出新能源汽車(chē)推廣的戰(zhàn)略方向是在公共交通領(lǐng)域進(jìn)行示范應(yīng)用。深圳市優(yōu)先在公共交通領(lǐng)域推廣純電動(dòng)車(chē)，形成了新能源汽車(chē)推廣的“深圳模式”[6]。香港特區(qū)政府將電動(dòng)商用車(chē)作為推廣電動(dòng)車(chē)的重點(diǎn)工作領(lǐng)域，并已推出多項(xiàng)政策或措施推廣電動(dòng)商用車(chē)，以從源頭治理路邊空氣污染。澳門(mén)地區(qū)交通擁擠、尾氣污染嚴(yán)重，出租車(chē)、公交車(chē)、私人汽車(chē)中電動(dòng)車(chē)普及率極低，目前，澳門(mén)政府在推廣新能源汽車(chē)方面的政策與舉措嚴(yán)重滯后于我國(guó)綠色發(fā)展的要求。
總之，發(fā)展新能源汽車(chē)已成為全球大趨勢(shì)。我國(guó)在新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展及推廣應(yīng)用方面任重道遠(yuǎn)，相關(guān)的政策機(jī)制亟待建立健全。
文獻(xiàn)研究表明，國(guó)內(nèi)關(guān)于城市綠色發(fā)展的研究起步較晚，代表性的觀點(diǎn)有：石敏俊等提出我國(guó)城市必須走綠色轉(zhuǎn)型發(fā)展之路，從低碳發(fā)展、資源節(jié)約、環(huán)境健康和生活宜居等方面構(gòu)建綠色城市指標(biāo)體系，其中，低碳發(fā)展包含“城市的減排規(guī)劃實(shí)施情況”的二級(jí)指標(biāo)[7]。郝華勇構(gòu)建了生態(tài)文明融入城鎮(zhèn)化全過(guò)程的模式，研究探討了符合生態(tài)文明要求的績(jī)效評(píng)價(jià)機(jī)制[8]。黃娟認(rèn)為生態(tài)文明建設(shè)應(yīng)該堅(jiān)持綠色創(chuàng)新、綠色協(xié)調(diào)、綠色發(fā)展、綠色開(kāi)放、綠色共享五大發(fā)展理念[9]。盧風(fēng)認(rèn)為，綠色發(fā)展就是可持續(xù)發(fā)展，并提出“綠色發(fā)展和生態(tài)文明建設(shè)的關(guān)鍵是綠色技術(shù)創(chuàng)新和生態(tài)文明制度建設(shè),根本則是思想觀念的轉(zhuǎn)變；關(guān)鍵中的關(guān)鍵是開(kāi)發(fā)足夠多的可利用的清潔能源”[10]。伊文婧認(rèn)為粵港澳大灣區(qū)城市綠色發(fā)展水平總體不高，交通基礎(chǔ)設(shè)施需要進(jìn)一步加強(qiáng)互聯(lián)互通。并提出提高公共出行的比重，做好低碳綠色宣傳推廣工作；鼓勵(lì)消費(fèi)者購(gòu)買(mǎi)綠色節(jié)能汽車(chē)，引導(dǎo)形成節(jié)能低碳綠色的消費(fèi)方式[11]。蔡春林通過(guò)借鑒美國(guó)灣區(qū)和東京灣區(qū)等國(guó)際灣區(qū)的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)粵港澳大灣區(qū)綠色產(chǎn)業(yè)建設(shè)提出了倡導(dǎo)綠色行為規(guī)范、培育綠色產(chǎn)業(yè)體系、布局技能環(huán)保項(xiàng)目，以推廣普及清潔能源、開(kāi)展灣區(qū)清潔美麗計(jì)劃等為重點(diǎn)的保護(hù)生態(tài)環(huán)境的產(chǎn)業(yè)措施[12]?？傊?，國(guó)內(nèi)關(guān)于生態(tài)文明視閾下城市綠色發(fā)展的研究還沒(méi)有形成成熟的體系，大多數(shù)是定性分析，定量研究較少。
關(guān)于新能源汽車(chē)碳排放影響因素的研究，2013年以來(lái)關(guān)注度有所上升。施曉清等應(yīng)用燃料生命周期的理論，分析了發(fā)電能源結(jié)構(gòu)、車(chē)用燃料類(lèi)型、汽車(chē)類(lèi)型、城市交通狀況、煤電發(fā)電技術(shù)、電池類(lèi)型等六類(lèi)情景因素對(duì)電動(dòng)汽車(chē)減排潛力的影響，提出優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、推廣純電動(dòng)汽車(chē)、加快動(dòng)力蓄電池研發(fā)等降低交通能耗和碳排放的措施[13]。趙立祥等分析了客運(yùn)交通碳排放的影響因素主要有能源結(jié)構(gòu)、能源效率和經(jīng)濟(jì)發(fā)展。更新新能源和清潔能源車(chē)輛、執(zhí)行更加嚴(yán)格的燃油消耗限值標(biāo)準(zhǔn)均能在一定程度上降低CO2排放量。提高燃油消耗限值標(biāo)準(zhǔn)政策在短期具有很好的減排效果，但長(zhǎng)期來(lái)看更新新能源和清潔能源車(chē)輛減排作用更加明顯[14]。莊穎等分析了廣東交通碳排放的結(jié)構(gòu)及其碳排放量占比，對(duì)影響廣東交通碳排放增長(zhǎng)的主要因素進(jìn)行了分析，提出可通過(guò)使用替代清潔能源等措施以減少交通碳排放[15]。總體來(lái)說(shuō)，現(xiàn)有研究表明，新能源和清潔能源車(chē)輛的推廣是有助于降低碳排放的。
關(guān)于新能源汽車(chē)在公交領(lǐng)域碳排放的研究，唐葆君等以北京市為例，對(duì)推廣電動(dòng)公交車(chē)的減排效應(yīng)和節(jié)能效應(yīng)進(jìn)行量化研究，研究表明，推廣電動(dòng)車(chē)，具有較好的節(jié)能減排效果，發(fā)電結(jié)構(gòu)、車(chē)用燃料類(lèi)型等影響因素對(duì)電動(dòng)車(chē)的減排效果影響較大[16]。李志鵬利用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法，以2000年—2010年的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，以公交數(shù)量、能耗、碳排放為主要變量進(jìn)行預(yù)測(cè)分析，還通過(guò)情景分析方法，提出控制私家車(chē)過(guò)快增長(zhǎng)，鼓勵(lì)居民公交出行，同時(shí)提高公交系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)能力和運(yùn)營(yíng)效率，并逐步淘汰高耗能汽車(chē)，鼓勵(lì)新能源汽車(chē)和混合動(dòng)力汽車(chē)的研發(fā)等建議[17]。傅薔等基于LEAP模型，量化分析新能源汽車(chē)對(duì)能源及城市環(huán)境的影響，研究表明，城市公共交通運(yùn)輸系統(tǒng)對(duì)城市空氣環(huán)境影響顯著；受公交車(chē)能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)的調(diào)整影響，電力、天然氣將在一定程度上替代柴油成為公交車(chē)的動(dòng)力能源；電力能源需求將以近 20% 的增速增長(zhǎng)，天然氣能源需求也將保持 10% 以上的增長(zhǎng)率[18]。阿迪拉·阿力木江等運(yùn)用上海市2016年純電動(dòng)和插電式混合動(dòng)力的私家車(chē)、出租車(chē)和公交車(chē)的行駛情況、能源消耗和排放因子等數(shù)據(jù),對(duì)新能源汽車(chē)運(yùn)行過(guò)程以及所需電能生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的大氣污染物和CO2的排放量進(jìn)行了測(cè)算,利用協(xié)同控制坐標(biāo)系評(píng)價(jià)和污染物減排量交叉彈性分析方法探討了新能源汽車(chē)的協(xié)同減排能力與效果[19]。康澤軍等梳理了國(guó)內(nèi)外交通行業(yè)參與碳排放權(quán)交易市場(chǎng)的進(jìn)展，運(yùn)用計(jì)算方法學(xué)采用“自上而下”方式測(cè)算了我國(guó)新能源汽車(chē)使用環(huán)節(jié)碳減排量，并提出新能源汽車(chē)使用環(huán)節(jié)參與碳排放權(quán)交易發(fā)展和建設(shè)的政策建議[20]。徐加雷等運(yùn)用近十年的新能源汽車(chē)發(fā)展情況，對(duì)2030年前新能源汽車(chē)發(fā)展趨勢(shì)、動(dòng)力電池產(chǎn)量及退役量進(jìn)行預(yù)測(cè)，并對(duì)退役電池的梯次利用及再生利用可減少的溫室氣體進(jìn)行計(jì)算，提出對(duì)退役電池的梯次利用及再生利用可以有效地降低溫室氣體排放等建議[21]。孫哲遠(yuǎn)等運(yùn)用2006—2020年我國(guó)283個(gè)地級(jí)市的面板數(shù)據(jù)，采用雙重差分法、機(jī)制檢驗(yàn)和空間溢出效應(yīng)實(shí)證分析了新能源汽車(chē)試點(diǎn)城市設(shè)立對(duì)城市碳排放的影響效應(yīng)及機(jī)制。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：以新能源汽車(chē)試點(diǎn)城市設(shè)立為代表的產(chǎn)業(yè)政策實(shí)施對(duì)城市碳減排影響顯著[22]。He Yi等提出考慮全生命周期碳減排補(bǔ)貼的獨(dú)立混合電力系統(tǒng)分層優(yōu)化策略與設(shè)計(jì)，探討了生命周期碳減排補(bǔ)貼政策,以促進(jìn)偏遠(yuǎn)地區(qū)可再生能源技術(shù)的開(kāi)發(fā)。基于所提出的補(bǔ)貼政策,進(jìn)一步對(duì)獨(dú)立混合可再生能源系統(tǒng)進(jìn)行政策和設(shè)計(jì)的分層優(yōu)化，四個(gè)元啟發(fā)式算法與一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的迭代方法一起被用來(lái)解決分層優(yōu)化問(wèn)題,并在收斂性、魯棒性和計(jì)算效率方面對(duì)它們的性能進(jìn)行了綜合評(píng)估[23]。
但是，目前還鮮有文獻(xiàn)針對(duì)新能源汽車(chē)在省域公交系統(tǒng)規(guī)?；茝V的碳排放效應(yīng)進(jìn)行量化研究。本文通過(guò)廣東新能源公交車(chē)推廣與應(yīng)用的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，研究新能源汽車(chē)在廣東公交系統(tǒng)的規(guī)?；茝V所帶來(lái)的碳排放及其變化，可對(duì)我國(guó)未來(lái)電動(dòng)汽車(chē)的推廣應(yīng)用機(jī)制的制定及我國(guó)省域電網(wǎng)的規(guī)劃改造等提供借鑒。
二、數(shù)據(jù)獲取與方法選擇
(一)數(shù)據(jù)獲取
據(jù)工信部數(shù)據(jù)，2021年中國(guó)新能源汽車(chē)產(chǎn)銷(xiāo)雙雙突破350萬(wàn)輛，分別達(dá)354.5萬(wàn)和352.1萬(wàn)輛，同比都增長(zhǎng)了1.6倍，連續(xù)7年位居全球第一，累計(jì)推廣量已超900萬(wàn)輛。廣東是全國(guó)第一批新能源汽車(chē)推廣省份，從企業(yè)區(qū)域分布情況方面，2021年廣東以6.3萬(wàn)家相關(guān)企業(yè)遙遙領(lǐng)先，占總數(shù)13.34%，山東、江蘇分別以5.2萬(wàn)家、4.2萬(wàn)家，位列第二、三位。從全國(guó)各個(gè)主要城市銷(xiāo)售角度看，根據(jù)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)數(shù)字化應(yīng)用服務(wù)商威爾森檢測(cè)的數(shù)據(jù)顯示，2021年，位列全國(guó)各城市之首的是上海，新能源汽車(chē)銷(xiāo)量達(dá)24.5萬(wàn)輛，位列二三位的城市是深圳、北京，分列為15.16萬(wàn)輛和12.8萬(wàn)輛。從公交領(lǐng)域推廣應(yīng)用角度看，廣州、深圳公交車(chē)已經(jīng)于2018年全部電動(dòng)化。廣州、深圳成為全國(guó)純電動(dòng)公交車(chē)推廣應(yīng)用的示范區(qū)域[24]。廣東新能源汽車(chē)在公交領(lǐng)域推廣的經(jīng)驗(yàn)可供全國(guó)其他地區(qū)借鑒。因此，研究新能源公交車(chē)的規(guī)模化推廣所帶來(lái)的碳減排效應(yīng)，具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。研究數(shù)據(jù)來(lái)源于歷年廣東統(tǒng)計(jì)年鑒、廣東交通年鑒、廣東生態(tài)環(huán)境年鑒。
表1給出了2016—2020年廣東公交車(chē)中新能源汽車(chē)、純電動(dòng)汽車(chē)以及氣電混合新能源汽車(chē)在總公交車(chē)中的占比，特別值得注意的是，在新能源汽車(chē)中純電動(dòng)汽車(chē)占比達(dá)63.0%—86.9%。除了純電動(dòng)車(chē)外，公交車(chē)中的新能源汽車(chē)還有部分是氣電混合動(dòng)力車(chē)，其在總公交車(chē)中的占比為13%—16%，主要是天然氣與電力混合動(dòng)力。
表1 2016—2020年廣東各類(lèi)公交車(chē)的數(shù)量及占比
(二)方法選擇
1. CDM方法學(xué)簡(jiǎn)介[27]
CDM方法學(xué)是為了評(píng)估CDM項(xiàng)目的碳減排量應(yīng)運(yùn)而生的一系列方法學(xué)的總稱(chēng)?！毒┒甲h定書(shū)》基于市場(chǎng)機(jī)制確定了排放交易(Emissions trading)、清潔發(fā)展機(jī)制(Clear development mechanism，簡(jiǎn)稱(chēng)CDM)和共同履行(Joint implementation)等三項(xiàng)機(jī)制。自中國(guó)簽署《京都議定書(shū)》以來(lái)，為確保迅速增長(zhǎng)的CDM項(xiàng)目能帶來(lái)長(zhǎng)期、可測(cè)、有效的碳減排量，需要建立一套有效、公開(kāi)和可操作的方法學(xué)，簡(jiǎn)稱(chēng)為CDM方法學(xué)，具體包括：建立基準(zhǔn)線的確定和額外性實(shí)證、項(xiàng)目排放和泄漏估算、減排量和減排成本效益計(jì)算以及監(jiān)測(cè)等。對(duì)于交通運(yùn)輸?shù)臏p排計(jì)算，CDM方法學(xué)中也有相應(yīng)的方法體系，包括了再生能源的方法學(xué)AMS-Ⅰ.M.、AMS-Ⅲ.T.等以及能源效率的方法學(xué)AM0031、AM0090、AMS-Ⅲ.C.等[25]。楊衛(wèi)華運(yùn)用CDM方法學(xué)重點(diǎn)探討了影響氣電混合動(dòng)力汽車(chē)碳減排的主要因素，并對(duì)華北地區(qū)公共交通建設(shè)項(xiàng)目的碳減排效應(yīng)進(jìn)行計(jì)算分析，提出一系列優(yōu)化發(fā)電能源結(jié)構(gòu)以及推廣新能源汽車(chē)的建議[26]。但是CDM方法學(xué)沒(méi)有從經(jīng)濟(jì)發(fā)展與資源環(huán)境協(xié)調(diào)上進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)，不能適應(yīng)經(jīng)濟(jì)全球化日益加劇和資源環(huán)境約束的時(shí)代要求。
2. GSA算法簡(jiǎn)介
GSA方法是經(jīng)濟(jì)與資源環(huán)境協(xié)調(diào)的全方位評(píng)價(jià)法。GSA算法產(chǎn)生的背景是，一方面隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，全球?qū)Νh(huán)境壓力和環(huán)境政策的認(rèn)識(shí)也在變化，舊的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)模式已經(jīng)不可持續(xù)，迫切需要找到新的經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式。要在發(fā)展經(jīng)濟(jì)的同時(shí)，對(duì)資源環(huán)境影響的后果作出可靠評(píng)價(jià)；另一方面，經(jīng)濟(jì)、資源與能源、環(huán)境的關(guān)系必須良性互動(dòng)和需要協(xié)調(diào)制約，因?yàn)橘Y源和能源使用的低效率，加上忽視生態(tài)、環(huán)境的破壞，是難以為繼的惡性制約。只有在經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整到重視資源、能源和生態(tài)環(huán)境的約束，彼此協(xié)調(diào)互動(dòng)，才能符合綠色發(fā)展新理念的要求。
GSA方法是空間多維的全產(chǎn)業(yè)鏈或全方位的分析評(píng)價(jià)，是對(duì)CDM方法學(xué)的豐富或改進(jìn)，兩者是相輔相成的關(guān)系，兩者的結(jié)合分析，克服了CDM方法學(xué)的局限性，是對(duì)CDM方法學(xué)的有效補(bǔ)充。
三、計(jì)算結(jié)果及分析
將GSA方法論融入CDM方法學(xué)，選取等數(shù)量液化石油氣動(dòng)力汽車(chē)為基準(zhǔn)線，并以廣東省為例，對(duì)新能源汽車(chē)的碳減排進(jìn)行測(cè)算。按照公交車(chē)每天行程200km，每年運(yùn)行時(shí)間300天來(lái)測(cè)算。
(一) 新能源汽車(chē)基準(zhǔn)線排放量計(jì)算分析
根據(jù)方法學(xué)AMS-Ⅲ.C，基準(zhǔn)線排放量的計(jì)算公式見(jiàn)式(1)、式(2)：
BEy=∑iEFBL,km,i×DDi,y×10-6
(1)
式中(1):EFBL,km,i為基準(zhǔn)車(chē)輛類(lèi)別i的燃料排放因子，gCO2/km；DDi,y為y年基準(zhǔn)車(chē)輛類(lèi)別i的年平均行駛距離，km；BEy為y年總的基準(zhǔn)線排放量，tCO2。
EFBL,km,i=SFCi×NCVBL,i×EFBL,i×IRt
(2)
式中(2):SFCi為基準(zhǔn)車(chē)輛類(lèi)別i的單位燃料消耗率，g/km；NCVBL,i為基準(zhǔn)車(chē)輛類(lèi)別i消耗的化石燃料的低位發(fā)熱值，J/g；EFBL,i為基準(zhǔn)車(chē)輛類(lèi)別i消耗的化石燃料的排放因子，g/J；IRt為t年基準(zhǔn)線車(chē)輛技術(shù)改進(jìn)因子，技術(shù)改進(jìn)率應(yīng)用于每一日歷年；t為技術(shù)改進(jìn)的年數(shù)(取決于每種車(chē)輛類(lèi)型的壽命數(shù)據(jù))。
表2是根據(jù)公式(1)和(2)計(jì)算的公交車(chē)基線的碳排放量，其中假設(shè)全部公交車(chē)使用液化石油氣作為燃料，可以看出，全部燃液化石油氣公交車(chē)，其碳排放平均按照3.2%的年增長(zhǎng)速率。新能源汽車(chē)占總公交車(chē)保有量從2016年占比35.5%增長(zhǎng)到2020年占比76.3%，以10.2%的年平均增長(zhǎng)率增加。表2中也給出了新能源汽車(chē)基線碳排放量，即按照全部新能源汽車(chē)使用液化石油氣來(lái)計(jì)算其碳排放量。
表2 公交車(chē)基線碳排放量
(二)新能源公交車(chē)實(shí)際排放量計(jì)算分析
混合氣電動(dòng)力車(chē)碳排放量的公式見(jiàn)(3)：
PEy=∑iEFPJ,km,i,y×DDi,y×Ni,y
(3)
式(3)中:PEy為y年的排放量；EFPJ,km,I,y為運(yùn)行車(chē)輛類(lèi)別i的行駛每公里的排放因子，tCO2/km；Ni,y為y年類(lèi)別i中運(yùn)行車(chē)輛數(shù)量；DDi,y為y年基準(zhǔn)車(chē)輛類(lèi)別i的年平均行駛距離，km。
車(chē)輛排放因子按式(4)方法確定：
(4)
式中：SECPJ,km,I,y為y年車(chē)輛類(lèi)別i的每公里用電量，kW·h/km；EFelect,y為y年車(chē)輛類(lèi)別i消耗電力的二氧化碳排放因子，kgCO2/(kW·h)；SFCPJ,km,I,y為y年車(chē)輛類(lèi)別i的每公里天然氣消耗量，gCO2/km；EFPJ,i為y年車(chē)輛類(lèi)別i消耗的天然氣燃料的二氧化碳排放因子，g/J；NCVPJ,i為y年車(chē)輛類(lèi)別i消耗的化石燃料凈熱值，J/g;TDLy為y年供電的平均技術(shù)輸電和配電損失，取經(jīng)驗(yàn)值6.4%。
表3是根據(jù)(3)(4)計(jì)算的新能源公交車(chē)實(shí)際碳排放量，特別值得注意的是，新能源公交車(chē)碳排放量占公交車(chē)總的碳排放量為11.5%—33.7%，以2020年的數(shù)據(jù)為例，新能源公交車(chē)占公交車(chē)總量的76.3%，其他能源燃料的公交車(chē)占總公交車(chē)23.7%，而其碳排放量卻占了總排放量的66.3%，可見(jiàn)，公交車(chē)推廣使用新能源汽車(chē)對(duì)碳減排具有顯著的推動(dòng)作用。目前，公交車(chē)中的新能源汽車(chē)由純電動(dòng)車(chē)和氣電混合動(dòng)力車(chē)構(gòu)成，其中，氣電混合動(dòng)力新能源汽車(chē)占公交車(chē)總量13.1%—16.1%，占新能源公交車(chē)總量的21.9%—36.9%，但其碳排放卻占了新能源公交車(chē)碳排放的72.4%—85.2%，純電動(dòng)車(chē)的碳排放只占14.8%—27.6%，由此可見(jiàn)，在新能源汽車(chē)中大力推廣純電動(dòng)汽車(chē)對(duì)碳減排具有重要的作用。
表3 新能源公交車(chē)實(shí)際碳排放量
(三) 碳減排量計(jì)算分析
基于GSA方法論的碳減排量可以用(5)計(jì)算：
ERy=BEy-PEy-LEy
(5)
式中：ER為第y年的減排量，t/yr；BE為第y年基準(zhǔn)線排放量，t/yr；PE為第y年純電動(dòng)車(chē)排放量，t/yr；LE為第y年氣電混合動(dòng)力排放量，t/yr。
使用新能源汽車(chē)后2016—2020年公交車(chē)碳減排量是逐年增加的，2020年實(shí)際碳減排量是2016年的2.7倍，2020年公交車(chē)總的碳排放量比2016年下降44.6%，其中對(duì)減排貢獻(xiàn)最大的是純電動(dòng)汽車(chē)。從上述新能源公交車(chē)實(shí)際排放量計(jì)算分析可知，純電動(dòng)車(chē)的碳排放是最低的，如果把新能源汽車(chē)全部用純電動(dòng)車(chē)替換，那么其碳減排量是最大的。2016—2020年公交車(chē)最大減排量也是逐年增加的，如果新增的新能源汽車(chē)全部使用純電動(dòng)車(chē)，還可以進(jìn)一步減少12%—20%的碳排放量。
四、情景模擬分析
從上述的碳排放定量分析可以看出，發(fā)展新能源汽車(chē)有利于我國(guó)節(jié)能減排目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，尤其是純電動(dòng)汽車(chē)，其能源利用效率比傳統(tǒng)的燃油汽車(chē)高出46%以上，并且具有13%—68%的碳減排潛力，但其減排效果也受多種因素影響。在表4中，給出了電網(wǎng)排放因子和燃料排放因子，其中，電網(wǎng)排放因子受發(fā)電能源結(jié)構(gòu)的影響，而燃料排放因子則受車(chē)用燃料類(lèi)型的影響，下面，分別就發(fā)電能源結(jié)構(gòu)和車(chē)用燃料類(lèi)型對(duì)其溫室氣體減排效果進(jìn)行因素分析與討論。
(一) 發(fā)電能源結(jié)構(gòu)的影響
發(fā)電能源結(jié)構(gòu)決定了單位電量的CO2排放系數(shù)，目前來(lái)看，絕大部分中國(guó)電力是由火力發(fā)電廠生產(chǎn)的，但不同區(qū)域的能源結(jié)構(gòu)和比例取決于其地理位置和經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r。廣東省的發(fā)電能源結(jié)構(gòu)由煤炭、天然氣、新能源和可再生能源、水電、核電等多種能源組成，同時(shí)還有部分外購(gòu)電力，其排放系數(shù)可由公式(6)計(jì)算。
EF=∑fi×EFi
(6)
式(6)中：i為煤炭、天然氣、新能源和可再生能源、水、核電等能源種類(lèi)；fi為對(duì)應(yīng)能源在發(fā)電能源結(jié)構(gòu)中占的比例，%；EFi為對(duì)應(yīng)能源的CO2排放系數(shù)，kg/(kW·h)。根據(jù)《國(guó)家電網(wǎng)“十二五 ”發(fā)展規(guī)劃》和《國(guó)家電網(wǎng)“十三五”發(fā)展規(guī)劃》，以及南方電網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃和能源結(jié)構(gòu)，計(jì)算2016年和2020年南方區(qū)域CO2平均排放因子分別為0.527和0.395 kg/(kW·h)，可以看出，由于清潔能源的使用，使得電網(wǎng)平均碳排放因子下降25%。
以廣東省2016年和2020年純電動(dòng)公交車(chē)為例，分別使用不同的排放因子，計(jì)算其碳排放量并與全國(guó)平均值進(jìn)行比較。相對(duì)于全國(guó)平均排放值，2016年和2020年利用廣東省電網(wǎng)充電的碳減排空間分別為35%和50%，表明廣東省較全國(guó)電網(wǎng)能源結(jié)構(gòu)更合理、更清潔。同時(shí)，2020年純電動(dòng)公交車(chē)保有量是2016年的3.3倍，而2020年純電動(dòng)公交車(chē)碳減排量為2016年的2.2倍，這說(shuō)明電網(wǎng)能源結(jié)構(gòu)是影響電動(dòng)汽車(chē)碳排放及其減排空間的關(guān)鍵因素。
(二) 車(chē)用燃料類(lèi)型的影響
以2016年為例，廣東省純電動(dòng)公交車(chē)為13746輛，估算在年均行駛里程相同的情況下，純電動(dòng)公交車(chē)相對(duì)于燃油公交車(chē)和LPG(液化石油氣)在耗電行駛生命周期階段的碳排放量及減排潛力。表4給出了不同燃料公交車(chē)相關(guān)參數(shù)及碳排放量。相對(duì)于燃料公交車(chē)，LPG公交車(chē)、氣電混合動(dòng)力公交車(chē)、純電動(dòng)公交車(chē)分別減排29.8%、63.1%、70.4%，車(chē)用燃料類(lèi)型直接影響了單位燃料CO2的排放系數(shù)，燃油公交車(chē)的碳排放量最大，這是由于燃油生命周期的CO2排放遠(yuǎn)大于其它燃料造成的。相對(duì)于LPG公交車(chē)，氣電混合動(dòng)力公交車(chē)、純電動(dòng)公交車(chē)分別減排47.5%和57.9%，可以看出大力推廣新能源汽車(chē)對(duì)碳減排具有重要的作用。
表4 不同類(lèi)型燃料公交車(chē)相關(guān)參數(shù)及碳排放量
五、結(jié)論與啟示
(一)主要結(jié)論
1. 在公交車(chē)領(lǐng)域推廣使用新能源汽車(chē)對(duì)碳減排具有顯著的推動(dòng)作用：純電動(dòng)汽車(chē)的碳排放是最低的。2020年公交車(chē)總的碳排放比2016年下降44.6%；如果將混動(dòng)車(chē)全部用純電動(dòng)車(chē)替換，還可以進(jìn)一步減少12%—20%的碳排放量。
2. 新能源公交車(chē)碳排放潛力受到發(fā)電能源結(jié)構(gòu)和車(chē)用燃料類(lèi)型的影響：2020年純電動(dòng)公交車(chē)保有量是2016年的3.3倍，而2020年純電動(dòng)公交車(chē)碳減排量為2016年的2.2倍，這說(shuō)明電網(wǎng)能源結(jié)構(gòu)是影響電動(dòng)汽車(chē)碳排放及其減排空間的關(guān)鍵因素。由于清潔能源的使用，廣東省電網(wǎng)平均碳排放因子2020年將比2016年下降25%。車(chē)用燃料類(lèi)型對(duì)碳減排的計(jì)算表明，相對(duì)于LPG公交車(chē)而言，氣電混合動(dòng)力公交車(chē)、純電動(dòng)公交車(chē)分別減排47.5%和57.9%。
3. 廣東省較全國(guó)電網(wǎng)能源結(jié)構(gòu)更合理、更清潔。相對(duì)于全國(guó)平均排放值，2016年和2020年利用廣東省電網(wǎng)充電的碳減排空間分別為35%和50%，表明廣東省較全國(guó)電網(wǎng)能源結(jié)構(gòu)更合理、更清潔。
(二) 啟示
1. 廣東省電網(wǎng)能源結(jié)構(gòu)具有典型示范意義。在“十四五”時(shí)期應(yīng)采用“綠色交通先行”的模式，推進(jìn)基礎(chǔ)設(shè)施互聯(lián)互通，構(gòu)建綠色交通體系，著力發(fā)展公共交通基礎(chǔ)設(shè)施；建立健全有關(guān)的政策機(jī)制，加大力度在公交領(lǐng)域推廣新能源汽車(chē)，減少私家車(chē)出行，促進(jìn)城市群綠色低碳發(fā)展。
2. 加大清潔低碳能源供給側(cè)改革力度。目前，清潔能源發(fā)電還很有限，終端能源都來(lái)自化石能源或外購(gòu)電，清潔低碳能源發(fā)展?jié)摿艽蟆?yīng)優(yōu)化電能結(jié)構(gòu)，加快開(kāi)發(fā)與推廣清潔能源，同時(shí)促進(jìn)氫燃料電池汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展,使得新能源汽車(chē)真正實(shí)現(xiàn)全生命周期過(guò)程的低碳減排，引領(lǐng)廣東“碳達(dá)峰”“碳中和”的試驗(yàn)區(qū)的建設(shè)。
3. 加強(qiáng)智能交通系統(tǒng)的研究。我國(guó)應(yīng)推進(jìn)先進(jìn)的智能交通信息及出行者信息管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)高效率的有效的車(chē)輛路徑引導(dǎo)；積極推動(dòng)城市停車(chē)設(shè)施供應(yīng)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)信息系統(tǒng)的研發(fā)，為道路使用者及時(shí)提供動(dòng)態(tài)的停車(chē)設(shè)施狀況。
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