“雙碳”背景下交通運(yùn)輸行業(yè)技術(shù)發(fā)展建議

朱育嚴(yán)

上海新能源科技成果轉(zhuǎn)化與產(chǎn)業(yè)促進(jìn)中心

0 引言

氣候變化是當(dāng)今人類面臨的重大全球性挑戰(zhàn)。聯(lián)合國(guó)IPCC AR6報(bào)告(2021年）［1］數(shù)據(jù)顯示，目前全球地表平均溫度較工業(yè)化前高出約1℃，如果在未來(lái)幾十年內(nèi)不大幅減少CO2和其它溫室氣體的排放，21世紀(jì)將面臨超過1.5℃至2℃的全球升溫，屆時(shí)高溫和極端天氣將嚴(yán)重威脅人類的生命與財(cái)產(chǎn)安全?？刂坪蜏p少CO2等溫室氣體排放是保護(hù)地球生態(tài)環(huán)境的重中之重。目前，全球已有130余個(gè)國(guó)家和地區(qū)相繼提出“碳中和”或“零碳”目標(biāo)。習(xí)近平主席在第七十五屆聯(lián)合國(guó)大會(huì)宣布中國(guó)力爭(zhēng)2030年前CO2排放達(dá)峰，2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和的目標(biāo)愿景［2］。隨后，習(xí)主席在聯(lián)合國(guó)氣候雄心峰會(huì)上進(jìn)一步宣布到2030年，中國(guó)單位國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值CO2排放將比2005年下降65%以上［3］。

1 交通運(yùn)輸行業(yè)碳排放現(xiàn)狀

國(guó)際能源署（IEA）統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)［4］顯示，2020年全球碳排放主要來(lái)自能源發(fā)電與供熱、交通運(yùn)輸、制造業(yè)與建筑業(yè)三個(gè)領(lǐng)域，占比分別為43%、26%、17%（見圖1）。

圖1 2020年全球碳排放來(lái)源構(gòu)成

由此可見，交通運(yùn)輸行業(yè)是第二大碳排放源。我國(guó)作為交通大國(guó)，高速公路通車?yán)锍?、高速鐵路與城軌交通運(yùn)營(yíng)里程均為世界第一，交通運(yùn)輸行業(yè)碳排放年均增速保持在5%以上，是溫室氣體排放增長(zhǎng)最快的領(lǐng)域。碳排放總量占全國(guó)終端排放量約15%，其中公路占74%、水運(yùn)占8%、鐵路占8%、航空占10%左右。從美國(guó)等已實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰的主要發(fā)達(dá)國(guó)家發(fā)展歷程看，交通部門能耗占終端能耗比重大，基本上都穩(wěn)定在20%到40%之間。

2 交通領(lǐng)域節(jié)能降碳面臨的挑戰(zhàn)

隨著交通基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)不斷完善，運(yùn)輸裝備總量快速增加，運(yùn)輸服務(wù)規(guī)模持續(xù)增長(zhǎng)，交通領(lǐng)域的碳排放占比仍面臨進(jìn)一步增長(zhǎng)的挑戰(zhàn)（見圖2）。

圖2 交通CO2排放占比（世界資源研究所）

2.1 交通基礎(chǔ)設(shè)施是行業(yè)綠色低碳轉(zhuǎn)型的重要領(lǐng)域

我國(guó)交通基礎(chǔ)設(shè)施體量龐大，建設(shè)總量躍居世界前列。隨著交通基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)不斷完善，碳排放強(qiáng)度較高與生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展不足的問題逐步凸顯。

2.2 交通運(yùn)輸是居民出行和物流服務(wù)的基礎(chǔ)支撐和保障

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，交通運(yùn)輸需求總量、運(yùn)輸裝備保有量持續(xù)增加，碳排放總量仍將持續(xù)增長(zhǎng)（見圖3）。

圖3 2010-2019年汽車擁有量增長(zhǎng)統(tǒng)計(jì)

2.3 出行者對(duì)交通服務(wù)品質(zhì)滿意度的追求不斷增強(qiáng)

全社會(huì)對(duì)運(yùn)輸時(shí)效性、個(gè)性化、舒適度等的要求越來(lái)越高，運(yùn)輸服務(wù)規(guī)模持續(xù)增長(zhǎng)，單位運(yùn)輸周轉(zhuǎn)量能耗水平已接近發(fā)達(dá)國(guó)家，單位碳排放下降面臨瓶頸。

2.4 交通行業(yè)實(shí)施節(jié)能降碳資金需求量大

政府間氣候變化專門委員會(huì)第六次評(píng)估報(bào)告（IPCC AR6）［1］中指出，交通運(yùn)輸行業(yè)碳減排成本明顯高于工業(yè)、建筑等行業(yè)（見圖4）。

圖4 典型發(fā)達(dá)國(guó)家交通運(yùn)輸CO2排放量

綜上所述，相較于工業(yè)、建筑等領(lǐng)域，交通運(yùn)輸行業(yè)是實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的重點(diǎn)和難點(diǎn)領(lǐng)域。

3 交通行業(yè)低碳轉(zhuǎn)型政策支撐

碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)對(duì)我國(guó)交通運(yùn)輸領(lǐng)域而言，既是行業(yè)發(fā)展的重大挑戰(zhàn)，也是行業(yè)綠色轉(zhuǎn)型的重要機(jī)遇。自2020年提出“雙碳”目標(biāo)以來(lái)，中國(guó)基本構(gòu)建起“2+N”政策體系，《中共中央國(guó)務(wù)院關(guān)于完整準(zhǔn)確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達(dá)峰碳中和工作的意見》［5］和《2030年前碳達(dá)峰行動(dòng)方案》［6］為我國(guó)碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)描述了更清晰的路線圖。在優(yōu)化交通運(yùn)輸結(jié)構(gòu)方面，明確要加快建設(shè)綜合立體交通網(wǎng)，大力發(fā)展多式聯(lián)運(yùn)，提高鐵路、水路在綜合運(yùn)輸中的承運(yùn)比重，持續(xù)降低運(yùn)輸能耗和CO2排放強(qiáng)度，推廣節(jié)能低碳型交通工具，積極引導(dǎo)低碳出行。在增強(qiáng)交通運(yùn)輸綠色轉(zhuǎn)型新動(dòng)能方面，提出要強(qiáng)化綠色低碳發(fā)展規(guī)劃引領(lǐng)，將碳達(dá)峰碳中和交通運(yùn)輸工作目標(biāo)要求全面融入各地區(qū)交通運(yùn)輸中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃。

《交通強(qiáng)國(guó)建設(shè)綱要》和《國(guó)家綜合立體交通網(wǎng)規(guī)劃綱要》作為指導(dǎo)交通強(qiáng)國(guó)建設(shè)的綱領(lǐng)性文件，同樣對(duì)低碳交通發(fā)展做出了擘畫：一方面提出強(qiáng)化節(jié)能減排、打造綠色高效的現(xiàn)代物流系統(tǒng)等戰(zhàn)略方向；另一方面明確促進(jìn)交通能源動(dòng)力系統(tǒng)低碳化、優(yōu)化調(diào)整運(yùn)輸結(jié)構(gòu)等實(shí)施要求，指明了交通能源結(jié)構(gòu)和交通運(yùn)輸方式低碳化兩個(gè)重要方向［7］。

4 上海市交通行業(yè)技術(shù)發(fā)展建議

科技創(chuàng)新是實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰與碳中和目標(biāo)的重要保障，其實(shí)質(zhì)是從一個(gè)新的視角、新的約束條件對(duì)現(xiàn)有和未來(lái)的技術(shù)進(jìn)行全面的審視、評(píng)估和篩選，是技術(shù)轉(zhuǎn)型和升級(jí)換代，涉及交通的整個(gè)領(lǐng)域、整個(gè)過程和全壽命使用階段。

碳排放涉及交通領(lǐng)域各方面和各環(huán)節(jié)。近中期，交通運(yùn)輸規(guī)模仍呈現(xiàn)中高速增長(zhǎng)，加之上海市道路交通總體規(guī)模龐大，碳排放量居高不下且呈持續(xù)增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)［8］，亟須大力發(fā)展和推廣應(yīng)用交通降碳減排技術(shù)（見圖5）。

圖5 交通領(lǐng)域涉碳環(huán)節(jié)

面向“雙碳”目標(biāo)，交通運(yùn)輸行業(yè)主要技術(shù)策略是低碳化、減量化、可再生和高效率，主要技術(shù)手段是升級(jí)建設(shè)和管理技術(shù)，全面采用智能技術(shù)，顯著提高設(shè)施和交通運(yùn)行的效能。

4.1 規(guī)劃層面：碳排放推演評(píng)估平臺(tái)

綜合交通規(guī)劃是調(diào)節(jié)交通運(yùn)輸需求、優(yōu)化交通出行結(jié)構(gòu)、均衡交通流時(shí)空分布、控制交通擁堵的根本，是交通領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)減碳、脫碳目標(biāo)的首要環(huán)節(jié)。上海新一輪規(guī)劃中的城市更新戰(zhàn)略也為從規(guī)劃層面進(jìn)行交通減碳提供了可能。將“雙碳”目標(biāo)納入交通規(guī)劃評(píng)估體系，明確交通領(lǐng)域的碳核算范圍與邊界，建立綜合交通系統(tǒng)規(guī)劃碳排放評(píng)估推演平臺(tái)，攻克“雙碳”目標(biāo)驅(qū)動(dòng)下的用地-交通聯(lián)合規(guī)劃理論與方法、樞紐/港口等重大交通基礎(chǔ)設(shè)施選址布局優(yōu)化方法、軌道/常規(guī)公交等多層公交線網(wǎng)一體化規(guī)劃方法、既有城市路網(wǎng)更新與容量拓升等關(guān)鍵技術(shù)，具有重要意義。

1）搭建綜合交通系統(tǒng)碳排放核算方法、標(biāo)準(zhǔn)與推演評(píng)估平臺(tái)

通過分析交通領(lǐng)域碳排放核算對(duì)象、方法，明確部門間、區(qū)域間的碳排放核算邊界、范圍，面向由道路、軌道、水運(yùn)、航空等組成的綜合交通系統(tǒng)，制定全行業(yè)一致的碳核算標(biāo)準(zhǔn)。優(yōu)化現(xiàn)有交通規(guī)劃方案評(píng)估技術(shù)體系，引入碳核算技術(shù)指標(biāo)，建立“雙碳”目標(biāo)引領(lǐng)下的規(guī)劃方案評(píng)估技術(shù)體系?；诖髷?shù)據(jù)、區(qū)塊鏈等構(gòu)建多式交通碳排放綜合評(píng)估推演平臺(tái)，支持綜合交通系統(tǒng)規(guī)劃方案的碳排放評(píng)估與預(yù)測(cè)。

2）研發(fā)五大新城“雙碳”交通規(guī)劃建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)

（1）交通-用地聯(lián)合規(guī)劃理論與方法，重大交通基礎(chǔ)設(shè)施選址優(yōu)化

研究城市用地更新與交通系統(tǒng)更新的耦合效應(yīng)，建立耦合效應(yīng)下的交通系統(tǒng)碳排放核算模型，構(gòu)建“雙碳”目標(biāo)下的交通-用地聯(lián)合規(guī)劃理論與方法。

（2）多層公交線網(wǎng)一體化運(yùn)行及通勤MaaS+公交專用道”出行模式

以“減碳”為目標(biāo)，研究多源數(shù)據(jù)條件下公交出行需求的大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，研發(fā)分層異構(gòu)公交網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)與重構(gòu)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)軌道交通與常規(guī)公交“一張網(wǎng)”規(guī)劃，創(chuàng)新“通勤MaaS+公交專用道”出行模式，緩解軌道交通客流負(fù)荷與碳排放壓力。

（3）路網(wǎng)更新與容量拓升技術(shù)

以減少城市道路網(wǎng)絡(luò)交通運(yùn)行過程中的能耗和碳排放為目標(biāo)，針對(duì)交通需求的快速增長(zhǎng)與路網(wǎng)建設(shè)空間逐漸減小的矛盾，構(gòu)建既有設(shè)施規(guī)模下路網(wǎng)更新方法與容量動(dòng)態(tài)拓升技術(shù)體系，提高系統(tǒng)運(yùn)行效率，減少因交通擁堵導(dǎo)致的碳排放。

4.2 建設(shè)層面：減量化、工業(yè)化的低碳建造技術(shù)

交通基礎(chǔ)設(shè)施是交通行業(yè)重要的載體。面向“雙碳”目標(biāo)與要求，發(fā)展以低碳化為核心的交通基礎(chǔ)設(shè)施低碳建造新技術(shù)，推動(dòng)交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)綠色轉(zhuǎn)型，追求以最少資源投入、最小環(huán)境代價(jià)滿足社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民出行需要，是我國(guó)交通行業(yè)綠色發(fā)展的必然選擇。交通基礎(chǔ)設(shè)施低碳建造需要從節(jié)能、低碳、減量的角度進(jìn)行評(píng)估和升級(jí)換代，主要涉及道路工程、橋梁工程、隧道及地下工程、港口工程、軌道交通和樞紐等領(lǐng)域。

1）新型低碳建筑材料

創(chuàng)新建筑水泥生產(chǎn)技術(shù)，大幅減少水泥生產(chǎn)過程中的碳排放。創(chuàng)新瀝青混合料設(shè)計(jì)方法，將我國(guó)可利用瀝青量增加一倍，相當(dāng)于減少瀝青生產(chǎn)中的碳排放50%。研究推廣路面材料100%高效能再生技術(shù)，提升城市固廢資源化應(yīng)用水平，研發(fā)多種新型低碳環(huán)保材料替代技術(shù)。

2）減量化精準(zhǔn)設(shè)計(jì)技術(shù)

建設(shè)長(zhǎng)壽命道路、橋梁、隧道、港口和樞紐設(shè)計(jì)技術(shù)，減少頻繁養(yǎng)護(hù)維修導(dǎo)致的交通擁堵排放及能源、材料消耗。研發(fā)設(shè)施精準(zhǔn)化、減量化設(shè)計(jì)技術(shù)，顯著減薄路面結(jié)構(gòu)，提高設(shè)計(jì)技術(shù)水平，減少建筑材料的使用量。

3）智能建造技術(shù)

發(fā)展工廠化、裝配式、智能化道路、橋梁、隧道、港口和樞紐建造技術(shù)，嚴(yán)控施工過程的碳排放，減少各類棄方數(shù)量。

4）低能耗軌道交通

研究軌道交通車站和運(yùn)行過程中節(jié)能新技術(shù)，有效降低能源消耗。發(fā)展隧道清潔照明技術(shù)，如采用LED燈，照明智能化、可控化，自發(fā)光技術(shù)、逆反射技術(shù)等，降低照明能耗。

4.3 運(yùn)行層面：遠(yuǎn)程化、低影響運(yùn)行養(yǎng)護(hù)技術(shù)

隨著交通發(fā)展和能耗總量的不斷增長(zhǎng)，交通碳排放總量將維持增長(zhǎng)。延長(zhǎng)使用壽命、延緩大修改建或重建，可節(jié)約大量投資，減碳效益顯著。同時(shí)，設(shè)施狀況保持良好、持續(xù)高水平運(yùn)行，可減少大量的交通出行的社會(huì)成本，包含大量的環(huán)境成本，減碳效益也十分顯著。

1）遠(yuǎn)程化、低影響感知、診斷和運(yùn)維技術(shù)

（1）交通設(shè)施性能遠(yuǎn)程數(shù)字化全息感知與精確診斷

在數(shù)字化轉(zhuǎn)型背景下，探索研發(fā)遠(yuǎn)程技術(shù)和更節(jié)能、更快、更全面的數(shù)據(jù)感知技術(shù)，建立更準(zhǔn)、更有針對(duì)性的診斷方法，科學(xué)把握養(yǎng)護(hù)時(shí)機(jī)、有效延長(zhǎng)設(shè)施壽命。

（2）低影響度設(shè)施養(yǎng)護(hù)維修技術(shù)

重點(diǎn)從兩個(gè)方面實(shí)現(xiàn)養(yǎng)護(hù)維修的減碳，一方面探索研發(fā)更節(jié)能的養(yǎng)護(hù)維修措施，另一方面建立低影響度的養(yǎng)護(hù)維修方法，以快速修復(fù)、降低復(fù)修率等實(shí)現(xiàn)減碳。

（3）面向“雙碳”的設(shè)施優(yōu)質(zhì)運(yùn)行管理決策優(yōu)化方法

設(shè)施保持較優(yōu)的服務(wù)水平可以降低交通運(yùn)行能耗和出行成本，以達(dá)到減碳的目的。探尋設(shè)施服務(wù)水平-碳排放的定量關(guān)系及其演化規(guī)律，以此為基礎(chǔ)建立相應(yīng)的管理決策優(yōu)化方法。

2）廢舊材料的資源化利用

設(shè)施運(yùn)維階段產(chǎn)生大量廢舊材料，促進(jìn)廢舊材料的再利用、提升再利用的效益是交通基礎(chǔ)設(shè)施減碳的重要內(nèi)容。在傳統(tǒng)的材料再生利用的基礎(chǔ)上，探索研究鐵、公、水、空、管各類交通基礎(chǔ)設(shè)施廢舊材料的綜合資源化利用技術(shù)，更大限度地提升利用率和利用效益。

3）交通基礎(chǔ)設(shè)施生態(tài)化提升改造

探索研究交通基礎(chǔ)設(shè)施生態(tài)化提升改造技術(shù)，針對(duì)公路、城市道路、鐵路、地鐵等設(shè)施碳排放特點(diǎn)，結(jié)合設(shè)施構(gòu)造，研發(fā)與路域景觀相結(jié)合的碳中和技術(shù)，建設(shè)綠色交通廊道。針對(duì)機(jī)場(chǎng)、港口等設(shè)施研發(fā)陸域、水域生態(tài)修復(fù)技術(shù)，增加設(shè)施碳匯能力。

4.4 系統(tǒng)層面：一體、高效、綠色

我國(guó)交通領(lǐng)域低碳轉(zhuǎn)型面臨著諸多挑戰(zhàn)：貨物運(yùn)輸結(jié)構(gòu)以高能耗和高排放的道路交通運(yùn)輸為主；道路交通客運(yùn)碳排放將保持繼續(xù)增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)；航空脫碳難度大，非化石燃料替代面臨技術(shù)瓶頸，缺乏商業(yè)化量產(chǎn)的電動(dòng)化技術(shù)（見圖6）。為此，需要從以下幾方面著手：

圖6 公路、鐵路、水路、民航碳排放對(duì)比

1）高效一體的社會(huì)交通和公共交通

發(fā)展城市級(jí)交通網(wǎng)絡(luò)效能和交通容量提升分析技術(shù)，構(gòu)建一體化的城市交通虛擬仿真評(píng)價(jià)系統(tǒng)。規(guī)劃建設(shè)綠色生態(tài)廊道和城市慢行通勤專用道。利用大數(shù)據(jù)與信息化技術(shù)提高出租車運(yùn)營(yíng)效率和促進(jìn)順風(fēng)車與網(wǎng)約車拼車出行。優(yōu)化公交能源及車輛結(jié)構(gòu)、創(chuàng)新營(yíng)運(yùn)模式、完善節(jié)能管理。提高軌道交通分擔(dān)率，大力推進(jìn)地鐵票回收復(fù)用、地下線路設(shè)計(jì)節(jié)能坡、智能照明技術(shù)、智能空調(diào)系統(tǒng)、智慧車站服務(wù)、地鐵碳賬戶、移動(dòng)支付等措施。

2）港口作業(yè)

通過龍門吊“油改電”、集卡牽引頭改LNG、港區(qū)綠色照明等降碳措施，調(diào)整能源結(jié)構(gòu)。通過淘汰/改造高能耗設(shè)備、推廣船舶岸電技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用等降低排放。優(yōu)化裝卸流程、提升接駁效率等方式降低能耗。

3）航空交通

通過優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、使用清潔能源和新能源，提高機(jī)場(chǎng)運(yùn)行效率、自然通風(fēng)、自然采光與遮陽(yáng)、空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能、照明節(jié)能等技術(shù)，創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)機(jī)場(chǎng)運(yùn)營(yíng)降碳。優(yōu)化航路與機(jī)隊(duì)、優(yōu)化飛機(jī)硬件、減輕載重、使用可持續(xù)航空燃油、多方協(xié)作優(yōu)化外圍資源環(huán)境等技術(shù)創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)航空交通減碳。

4）貨物運(yùn)輸

推動(dòng)“公轉(zhuǎn)鐵”“公轉(zhuǎn)水”、多式聯(lián)運(yùn)等模式，有效降低貨物運(yùn)輸碳排放強(qiáng)度。通過強(qiáng)制淘汰等舉措，逐步降低高耗能高排放燃油貨車比重。

5）載運(yùn)工具

提高燃油車輛經(jīng)濟(jì)性，大力發(fā)展純電動(dòng)車和智能化汽車，注重載運(yùn)工具的制造和報(bào)廢、回收再制造全生命周期管理。創(chuàng)建智能網(wǎng)聯(lián)汽車交通實(shí)驗(yàn)室，面向交通和產(chǎn)業(yè)，研發(fā)智能新能源公交、智能配送車、智能零售車、智能重卡等新興交通模式，探索智能生態(tài)駕駛技術(shù)。