交通节能减排综述

吴春荣

(江西赣粤高速公路工程有限责任公司,江西南昌 330000)

交通节能减排综述

吴春荣

(江西赣粤高速公路工程有限责任公司,江西南昌 330000)

随着我国城市化进程加快、社会经济稳步发展,交通运输需求不断上升,加剧了交通能源的需求量和显著增加了环境排放。我国大气污染物排放量已经超过了环境容量。因此,在全社会严峻的能源形势的背景下,探索道路交通节能减排的途径,对交通运输行业的可持续发展具有推动作用。从国内外交通排放现状、节能减排现状,进行了调研和综合分析,从多层次方位分析了交通节能减排影响因素,并提出了交通节能减排的对策。

道路交通；节能减排；可持续发展

0 引言

随着我国城市化进程加快、社会经济稳步发展,交通运输需求不断上升,加剧了交通能源的需求量和显著增加了环境排放。交通运输行业是仅次于制造业的第二大油品消耗行业,也是实现低碳生活发展路径的重点行业。在我国,交通运输行业油品消耗量占全国能源消耗总量的1/3左右。我国石油对外依存度逐年提高,预计到2020年交通耗油量将达到1.76亿t,折合原油3.2亿t,总需求量非常庞大。另一方面,与国外相比,我国交通能源利用效率有较大差距,其中机动车燃油经济性水平比欧洲低25%,比日本低20%,比美国整体水平低10%。此外,我国大气污染物排放量已经超过了环境容量。因此,在全社会严峻的能源形势的背景下,探索道路交通节能减排的途径,对交通运输行业的可持续发展具有推动作用。

近年来,国内外主要的能源和气候变化研究机构十分重视对交通领域节能减排的研究。这些研究主要集中在两个方面：一是对交通部门能源消耗情况的预测,IEA等研究机构开发了交通领域能源研究模型,为交通能源的研究奠定了理论和技术基础。另一个方面是对交通领域节能减排途径的探索,主要结论认为公共交通和轨道交通是实现可持续交通理念和低碳经济的重要模式。但对于中国交通减排潜力的分析和预测仍未被广泛关注。

1 国内外交通排放现状

1.1 国外交通排放现状

美国能源部能源信息管理局发布的《国际能源展望2009》报告显示,在法律和政策保持不变的情况下,非经济合作与发展组织(OECD)国家占世界一次能源需求的93%,其中的需求量增长主要来自中国和印度；而OECD国家对能源的需求量增加率为24%。

交通运输是能源消费的主要部门,也是能源依赖性最强的部门之一。发达国家交通运输能耗平均约占其能源消费总量的30%和石油消费总量的95%。交通运输能耗又以公路运输能耗为主,发达国家公路运输能耗平均约占交通运输石油消费总量的90%。预计到2025年交通运输能耗占全球总能耗的比重将会超过60%［1］。

1.2 国内交通排放现状

统计数字显示,1991～1996年交通部门能源消耗的平均增长速度为 4.5%,1996～2002年则为14.5%,11年间总量增长了6 056.53万t。交通部门的能源消耗在全国总能源消耗中所占的比例由1991年的4.50%上升到2002年的7.3%［2］。

在交通运输部门能源消耗快速增长的同时,机动车的能源消耗正逐年上升,其中,汽油和柴油消费量由2000年的1 388万t和2 544万t增加至2007年的2 763万t和6 794万t,占2007年全国汽、柴油消费量的50.1%和54.4%,年均消费增长率分别达到10.3%和15.1%。而焦炭、煤炭、原油消耗量分别从2000年的1 132万t、11.2万t和175万t下降到2007年的685万t、0.6万t和164万t。根据国务院发展研究中心预测,若不采取有效措施,2020年交通运输的石油能源消耗量将达到2.56亿t,占石油消耗总量的57%［2］,增长幅度和速率超过其他行业,将对国民经济发展,国家能源安全和保障,以及全球温室气体排放控制造成很大的影响。

从中国2007年交通运输分行业的能源消耗比例看,道路运输减排是中国控制交通运输排放量的关键环节(51.6%),其中货车(18%)、公共汽车(12%)和私人汽车(10%)是主要领域［3］。伴随着工业化和城市化的进程,2007年末中国汽车保有量已达到5 207.62万辆,其中民用汽车4 358.4万辆,占总量的83.7%。2009年末,中国汽车消费量已位居世界第一,生产量位居第三。据气候组织(The Climate Group)预测,如果中国继续现有发展势头,至2020年中国汽车保有量将突破1.5亿辆, 2030年中国汽车CO2排放量将占全球排放总量的20%。中国道路交通运输减排工作任重道远［4］。

2 国内外道路交通节能减排现状

2.1 国外道路交通节能减排现状

节能减排指的是降低能源消耗和减少污染物排放,道路交通的节能减排主要是指通过道路运输企业的管理和控制来提高营运车辆的燃油使用效率、降低燃油消耗和减少尾气排放。

国外对道路交通节能减排的政策实施较早,同时,针对这一问题进行了深入的研究。很多发达国家出台了相关的法律法规,以实现缓解道路运输活动对资源和环境产生不利影响的目标。上世纪70 年代国际社会经历了中东石油危机之后,全球石油价格飞涨。此外,不少学者、科研工作者以及政府官员也意识到原油的逐渐枯竭,对人类长期的发展将会产生深远影响。于是,1975 年以后,发达国家相继制定并实施适合各自国情的汽车燃油经济性标准和法规。日本在上世纪70年代就规定了轿车能源利用效率考核标准,相对于美国而言,日本采用的燃油经济性政策更加完善了对车型燃油经济性的限制,其采用的按重量分类的平均燃油经济性对日本的能源贡献很大,燃料经济性标准可以说是世界上最严格的。同时,自美国上世纪60 年代《洁净空气法案》颁布以来,全世界开始了控制汽车排放的历程,经过几十年的努力,目前已经基本形成以美国、欧洲和日本为代表的三大汽车排放法规体系。

2.2 国内道路交通节能减排现状

随着《节约能源法》和《可再生能源法》的修订和推出以及“十二五”期末的临近,我国节能减排工作进入到一个新的阶段。2010年6月交通运输部公布交通运输行业“十二五”规划期间节能减排目标：力争到“十二五”期末,在2005年基础上综合单耗下降10%,营运船舶综合单耗下降15%,港口生产综合单耗下降8%,二氧化碳和主要污染物排放明显降低,绿色、低碳交通运输体系建设取得明显进展。

道路运输业是能源消耗和尾气排放的重点行业,汽油和柴油的消耗占到总消费量的50%以上,废气排放也已成为很多城市空气污染的主要来源。加强道路交通的节能减排工作对提高全社会的能源利用效率,保护和改善环境,促进社会的可持续发展意义重大。道路运输业在长期的节能工作中组织制订了一系列道路运输节能标准,根据标准的使用可分为运输管理标准、车辆技术性能标准及汽车使用性能改进方面的标准［5.6］。

与此同时,各方面的专家学者对此也做了一定的研究工作,蔡凤田、刘莉等人［6］提出了通过建立道路运输节能标准体系来促进道路运输节能降耗的措施。钱伯章［7］在《节能减排——可持续发展的必由之路》中提出了众多节能减排先进技术。于志刚、邵毅明［8］基于系统角度对道路运输节能途径进行了研究,提出只有从系统角度研究道路运输系统才是降低道路运输能源消耗的良策。由上述可知,目前国内关于道路交通节能减排的研究才刚刚开始,基本上停留在战略研究阶段,研究成果也是针对某一环节的单一技术,对道路交通节能减排预测与评价领域还没有进行专门、细致、系统的研究工作,缺乏成熟的理论体系,对如何具体考核道路交通节能减排的绩效还没有系统的理论方法。

3 影响交通节能减排的因素

3.1 宏观层面

(1)城市空间结构对交通能耗的影响

城市空间是城市各种经济、社会活动得以实现的载体,各类性质的上地使用在城市内的分布,决定了居民日常活动的地点。城市空间的增长表现为城市用地的增长和空间形态的变化,它包括两个维度的变化:规模和相互关系“城市空间结构是城市要素在空间范围内的分布和联结状态,是城市经济结构、社会结构的空间投影,是城市社会经济存在和发展的空间形式。城市空间结构一般表现在城市密度、城市布局和城市形态三种形式。

a. 城市密度与交通能耗

城市是由分属于经济、社会、生态等系统的诸要素构成的社会经济综合体,城市密度则是各类要素在城市空间范围内一定数量的表现,它是城市各构成要素密度的一种综合。大城市高密度发展确实能达到减少城市交通能耗的目的。但是,我国中小城市的比例较大,而中小城市的高密度发展与交通能耗的相关性较小,还需要根据我国城市化的特点,选择相关变量,对城市密度和城市能源消耗关系进行研究,才能在机动车增长与城市化进程之间找到契合点。

b. 城市形态与交通能耗

城市形态是城市空间结构的整体形式，是城市内部密度和空间布局的综合反映,是城市三维形状和外瞻的表现。在城市化的进展中,我国许多省会大城市为摆脱城市扩张带来的交通拥挤、能源消耗严重、人口高度密集、环境容量紧张等困境,正期冀通过新城或者副中心的建设,让城市形态由单中心向多中心转变。黄建中［9］总结了城市形态与居民出行之间的关系,城市形态不仅影响着居民出行选择、城市交通模式,还和居民出行时间和出行距离有直接关系,同时也间接关系着城市交通总能耗的多少。

c. 土地利用模式与交通能耗

城市空间结构的集中度、分散度以及土地利用的混合程度是决定交通能耗的首要因素之一,也是影响城市区域有利的短线交通和不利的长线交通的关键因素。由于土地利用模式与出行距离、出行频率和出行方式选择有着直接关系,其应具有的主要特征是：能够促进可持续交通系统的建立发展和高效利用。

(2)城市规模对交通能耗的影响

城市规模(city size)是衡量城市大小的数量概念,包括城市人口规模与城市地域规模两种指标。城市规模的扩大会给居民出行带来变化。毛海虓［10］指出中国城市居民的人均出行次数会随着城市人口规模的扩大而减少,居民的平均出行距离与城市人口有高度的正相关性,但两者之间并不是线形增长关系。200万人是关键临界值,小于此数值时,平均出行距离增加的幅度较大(平均增长速度0.012 8 km/万人)；超过这一数值时,平均出行距离增加的幅度开始放缓(平均增长速度0.001 8 km/万人)。

不同的城市规模需要有对应的城市交通系统支撑。一般来说,步行的距离不超过1.5 km,在600～1 000 m的范围内可以组织城市基木步行单元,以高混合的土地利用模式满足居民基木出行要求；自行车出行最好控制在4～6 km的空间范围以内,并以此来构成城市慢行交通基本单元和城市核心区范围；地面公交的单程出行距离基本在20 km以内,以此数据位基础可组织公交运行线路,划分城市社会片区；小汽车的出行速度快、自由度高,在不受限制的情况下1 h行驶距离可达到60 km以上［11］,因此在此范围内确定城市市区范围比较合适。有研究表明,一个城市的半径扩大一半,其城市交通总能耗将是原来的4倍。虽然“小汽车城市”可使城市规模扩大许多,但是它带来的城市蔓延也会成倍增加城市交通能源的损耗。可见,在城市化的进程中,控制城市合理规模、选择绿色交通模式是减少城市交通能耗的有效途径之一。

(3)城市交通结构对交通能耗的影响

交通结构是指在城市空间布局、人口密度、经济水平以及社会环境等特定条件下形成的一定的交通方式结构,即城市交通系统中不同交通模式所承担的交通量的比例关系。不同的交通方式其能耗各不相同。以每百人公里油耗(升)为标准,常规公交、快速公交、出租车和私人小汽车的指标分别为0.7、0.173、5.056和6.067；以每百公里人均能耗为标准,常规公交是私人小汽车的8.4%,电车是私人小汽车的3.4%至4%,地铁是私人小汽车的5%。由于各种交通方式的交通能耗指标相差很大,因此不同的城市交通结构会对城市交通总能耗产生差异性影响。在城市居民总出行量一定的情况下,何种交通方式在总出行量中所占的比例越高,其对城市交通总能耗的影响越大。可见,交通结构是影响城市交通能耗的关键因素,它决定了城市交通能耗的总体状况和发展趋势。

3.2 中观层面

(1)城市路网对交通能耗的影响

不同的城市空间结构、城市发展历史和城市地形地貌条件决定了城市道路网络的形态、结构和容量不尽相同。衡量道路网络是否合理的标准,并不是一味扩大路网容量以期解决城市交通拥堵,因为路网容量的增长速度远远比不上机动车的增长速度,还需结合路网连接度！路网密度、路网整体可达性、道路面积率等指标共同评判道路网络的成熟程度。城市道路网络并不是直接与城市交通能耗联系,合理的城市道路网络只有与土地利用、限制机动车使用相结合,才能真正降低城市交通总能耗量。

(2)可达性对交通能耗的影响

可达性(accessibility)这一概念很早就用于城市交通规划研究中,用以作为描述两分区间交通联系程度的指标,反应了城市居民利用某种交通方式从某一地点(如居住地)到达其出行目的地(如工作地点)的便利程度。它可间接检验某区域内居民出行所消耗的交通能源是否合理。在同等出行条件下,当公交可达性优于机动车可达性时,居民会选择公共交通方式出行；如果城市公交可达性较低,将会迫使有经济承受能力的居民选择使用私家车出门,而城市路网势必变得更加拥堵。因此,提高城市区域范围的整体公交可达性将有助于降低城市交通总能耗。

(3)交通微循环系统对交通能耗的影响

交通微循环就是由部分次干道、支路及支路以下道路组成的城市道路网络运输体系,交通微循环可以起到缓解干道交通压力、提高干道网络运营质量等作用［12］。支路间距和单向交通是影响微循环交通能耗的两大因素,相比改变城市密度、交通结构等其他因素,短期内有更强的可操作性和现实性。

3.3 微观层面

(1)机动车能耗的微观影响因素

a. 发动机和燃油技术

机动车的内燃机目前主要使用液态燃料,预计到2030年仍是主要驱动装置。机动车的发动机的结构、种类及负荷率,车辆传动系效率与油耗关系密切。目前,涡轮增压技术可使发动机尺寸缩小,并使传统的内燃机的燃料效率更好。业界已确认,车辆重量每增加100 kg,发动机的比油耗将增加7%。因此,发动机的下一步研究是如何在减少油耗的前提下获得车重和尺寸较大车型的舒适、安静和安全性。另外,提高发动机热效率,通过科技创新继续提高发动机性能和热效率,具有广阔的节油空间［13］。

b. 行车模式的影响

城市道路的坡度、平整度、线形,交叉口信号控制模式、交叉口间距、交通拥堵状况、机非分流状况等运行环境,都会影响到机动车的运行状态。城市道路下的行车模式是指机动车在实际行驶过程中表现的等速、加速、减速、怠速和停车等多种行驶工况,燃油消耗量随工况动态变化,对机动车的节能减排有重大影响［14］。

c. 速度的影响

在车速十分缓慢的行驶条件下 (如在城市中心区域,以每小时10～15 km/h的速度行驶),每车公里的比油耗很高(温室气体排放也高)；当平均车速增加到30～50 km/h,机动车的比油耗将急速下降,并在平均车速为60～100 km/h时,达到或接近最小值。这说明,当车速达到一定水平后,车速的变化对油耗的影响不大。另外,在城市路网中机动车保持一定速度的稳速行驶,也可进一步降低油耗［15］。

d. 车辆重量的影响

车身轻量化,减轻机动车的自身重量是机动车降低燃油消耗及减少排放量的最有效措施之一。据统计,车重减轻10%,可降低燃油消耗量8%。因此,开发和应用铝合金、镁、合金、高强度钢、车用塑料作为车辆材料,使用碳纤维材料作为车身,可大大减轻车体的自重。另外,机动车外形以及轮胎结构等整车结构方面因素也与油耗关系密切［16］。

e. 路面粗糙度的影响

国内外的模拟实验表明,路面粗糙度的变化仅对油耗有适度的影响。由此得出的结论是：在城市道路工况下,路面粗糙度较小的变化,仅对机动车油耗和排放产生有效的影响。但是,路面粗糙度增加对车辆运行成本影响的计算表明,如果改变行车条件(例如频繁地加速和减速等),将对油耗产生重大的影响。对于大型车辆来说,因路面粗糙度增加而导致的车辆运行成本,随着车辆尺寸的增大急剧增加［17］。

(2)常规公交能耗的微观影响因素

作为机动车的一种,常规公交车的能耗也受行车模式、速度、燃油等微观因素的影响。为保证公交优先战略的实施,应大力发展和推广新能源公交车的研发和使用。新能源公交车应具有普惠性、占地少、能耗低、污染小等基本特征,相对于以柴油为动力的传统公交车,它在优化能源结构、提高能源效率、减少尾气污染、保障供应安全等方面具有明显的优势。研究和实践都表明,率先发展运行线路相对固定、燃料加注易于把握、更新换代时间较短、生产维修技术成熟的新能源公交车是比较可行、便于集中管理协调、专业化试验示范和大规模推广应用的。无论从公交发展还是从能源和汽车工业发展的角度,新能源公交车都应成为城市交通发展的首要选择和必要选择［18］。

与一般机动车能耗特点不同的是,常规公交车的能耗还受公交线路长度、发车密度等指标的影响,而公交的空间布局形态和开行频率决定了公交的能源消耗的多少。

(3)轨道交通能耗的微观影响因素

总体说来,地铁系统比快速公交系统在每条线路提供了更高的乘客运输能力,但是也需要更高的投资成本。总体来说,即使包括车站的能源消耗在内(通风、空调、照明、电梯等),中国的轨道系统也要比城市常规公交车更为节能［19］。

4 交通节能减排的对策

4.1 做好城市规划,优化城市形态

注重城市土地利用规划与城市综合交通规划的衔接和协调,优化城市形态。将城市综合交通体系规划完全纳入到法定的城市总体规划中。加快综合交通规划和公共交通专项规划的法定化进程,强化城市土地利用规划、城市总体规划、城市综合交通规划与公共交通规划的四规合一。

4.2 优化路网结构、改善交通基础条件

改善交通基础条件包括提高道路等级,提高路面铺装率；改进交通信号,完善交通管控系统,建立单行线网络,拓宽交叉路口,平交路口改立交路口,高等级道路监控,尽可能减少拥堵,缩短车辆在路上的等待时间等,可以降低车辆运营过程中的能源消耗。

改进路面结构及材料,减少道路养护中的能源消耗。道路养护的能源信号依照道路等级与路面类型而定,高等级道路年度能耗比低等级公路要高,沥青混凝土路面年度能耗比水泥混凝土路面要高［20］。

建设客货运输综合枢纽,优化公路站场布局,建设以道路运输枢纽为龙头、一般性汽车客货运站(站)为辅助,布局合理的公路客、货运站体系；建立以主枢纽为货运节点的道路货运信息服务系统；引导道路运输扩展仓储、配送等运输功能和服务范围；引导运输企业向规模化方向发展,推广甩挂运输、拖挂运输技术；加快综合运输体系的建设与发展,为车辆高效、顺畅地行使创造良好条件,降低能耗和排放水平。

4.3 研发汽车新产品,改进运输车辆

积极改进运输车辆,积极研究汽车新型能源动力系统技术［21］。

积极改进运输车辆,努力促使燃料完全燃烧来减少 HC、CO 等有害物质。鼓励发展节能型轿车；加快轻型汽车的柴油化进程,发展使用柴油的汽车、专用车、厢式车和重型汽车,提高柴油车在运营中的比重。提高专用货车、厢式货车在载货车中的比重。重点发展适合高速公路、干线公路的大吨位多轴重型汽车、短途集散用小型货车和适合农村道路的客车。

研制和开发新型燃料替代车辆,引进消化吸收再创新,提高自主创新能力,大力促进机动车交通根据燃料的清洁化和多样化,如天然气汽车、混合动力汽车、电动汽车、燃料电池汽车以及甲醇、乙醇等生物质能汽车等。

4.4 深化体制改革,健全节能降耗激励和约束机制

(1)建立道路交通的统筹协调机构；

(2)加快油品价格形成机制改革；

(3)发挥价格、税收杠杆作用：税费改革、增加碳税和道路拥挤费、对新能源汽车补贴；

(4)鼓励多元收入；

(5)加强交通管理,营造顺畅便捷的出行环境；

(6)加大宣传力度,提高全民交通节能减排意识。

［1］ 周莎.基于重庆山地城市的道路交通节能减排预测与评价方法研究［D］.重庆:重庆交通大学，2010.

［2］ 周伟，Joseph S Szyliowicz.迈向可持续发展的未来——中国交通能源与环境政策研究［M］.北京:人民交通出版社，2005.

［3］ 国家统计局能源统计司，国家能源局综合司.中国能源统计年鉴［M］.北京:中国统计出版社，2008.

［4］ 高菠阳，刘卫东.道路交通节能减排途径与潜力分析［J］.地理研究，2013，32(4):767-775.

［5］ 中国道路运输协会，节能降耗， 道路运输业在行动［Z］.

［6］ 蔡凤田，刘莉，窦秋月.建立道路运输节能标准体系促进道路运输节能降耗［J］.交通环保，2007(6):29-32.

［7］ 钱伯章.节能减排——可持续发展必由之路［M］.北京:科学出版社，2008.

［8］ 于志刚，邵毅明.基于系统角度的道路运输节能途径研究［J］.研究探索，2007(3):72-73.

U491

A

1009-7716(2015)09-0123-05

2015-04-28

吴春荣(1978-),男,江西高安人,工程师,从事公路施工管理工作。