双碳目标下高速公路收费站碳排放模型研究

褚如思　武同乐　何文聪　曹光辉

摘 要：交通行业是实现“碳达峰、碳中和”目标的重要领域，ETC是落实双碳目标在交通领域的具体举措。为有效量化车辆进出收费站过程的碳排放，推动节能减碳和智慧交通发展，本文立足于河南省高速公路收费站现状特点，运用理论分析和数学建模的方法，构建了不同收费模式下车辆碳排放测算模型，并对模型影响因素进行分析、对参数进行标定，最后以具体实例进行碳排放量测算。结果表明，碳排放测算模型具有一定的实用性，可以为碳排放量化研究、碳效益评估提供理论基础，也可为推动收费站开展节能减碳工作提供一定的参考。

关键词：双碳;高速公路;收费站;ETC;碳排放

中图分类号：U491       文献标识码：A       文章编号：1003-5168（2021）30-0120-04

Abstract： The transportation industry is an important area to achieve the goal of "carbon peaking and carbon neutralization"， and ETC is a specific measure to implement the double carbon target in the transportation field. In order to effectively quantify the carbon emission of vehicles in and out of toll stations and promote the development of energy conservation， carbon reduction and intelligent transportation， based on the current characteristics of expressway toll stations in Henan Province， vehicle carbon emission calculation models under different toll modes are constructed in this paper by using the methods of theoretical analysis and mathematical modeling. The influencing factors of the model are analyzed and the parameters are calibrated. Finally， a specific example is conducted to calculate the carbon emission. The results show that the carbon emission calculation model has certain practicability， which can not only provide a theoretical basis for carbon emission quantitative research and carbon benefit evaluation， but also provide a certain reference for promoting energy conservation and carbon reduction in toll stations.

Keywords： double carbon; expressway; toll station; ETC; carbon emission

研究分析表明，實现双碳目标的核心在于碳吸收与碳减排，交通行业主要通过碳减排途径实现双碳目标，即大力发展智慧和绿色交通[1]。近年来，我国高度重视碳减排，2020年12月，中央经济工作会议明确将“做好双碳工作”作为八项重点任务之一[1]。2021年2月，《国家综合立体交通网规划纲要》提出，加快推进绿色低碳发展，交通领域CO2排放尽早达峰[2]。从交通方式来看，公路产生的碳排放在交通行业中的占比最高，超过了80%，需要重点推进碳减排。

ETC系统正是作为可以促进节能低碳的新技术，在国内被推广应用。目前我国客车应用ETC技术相对成熟，但货车应用ETC尚处于起步阶段，收费站碳排放方法研究也主要是针对客车车型，如王清洲等[3]在考虑排队长度等因素的影响，提出了高速主线收费站污染物排放模型;肖鹤等[4]在高速公路低碳运营方面构建了ETC系统碳减排计算模型。基于此，本文在双碳背景下，以货车也可应用ETC技术为契机，开展不同收费模式下车辆碳排放量化方法研究，以期更好地为高速公路收费站开展节能减碳工作提供理论、数据参考和决策依据。

1 不同收费模式下的碳排放量测算模型

车辆进出收费站的碳排放源主要是燃油油耗。MTC收费模式下，车辆经过减速-怠速-加速进出收费站;ETC收费模式下，车辆以最高限速匀速进出收费站。基于此，需先测算出车辆进出收费站过程中的油耗量，再折算成二氧化碳的排放量进行测算。

1.1 MTC收费模式下碳排放量测算模型构建

1.1.1 MTC油耗计算。MTC收费模式下的油耗量为减速-怠速-加速阶段的油耗之和。

1.1.1.1 减速阶段。根据驾驶实际情况，假设车辆在减速状态为空挡滑行，则减速油耗与怠速油耗相同，为：

第2～4类客车和第1～5类货车通行量较低，目前并没有权威机构统计其销量。因此本文根据河南省收费站相关数据和现场调研等方式，计算各车型通行量所占比例，求出加权平均值，得到代表车型相关参数，如表3所示。

2.2 CO2排放系数

根据《综合能耗计算通则》（GB/T2589—2008）、《省级温室气体清单编制指南》得到CO2排放系数，如表4所示。

2.3 范围值

相关燃料参数范围，如表5所示。

3 实例分析

本文以郑州东三环南收费站为具体实例测算车辆进出高速公路收费站过程的碳排放量。根据不同收费模式下的碳排放量测算模型，需要对收费站服务时间、收费广场长度等数据进行标定，按照需要对东三环南收费站开展现场调研，相关参数及调研数据如表6、表7所示。

模型计算结果如下：得到MTC收费模式下客、货车及合计的碳排放量分别为80.7 t、86.3 t、167 t;ETC收费模式下客、货车及合计的碳排放量分别为25.9 t、24.3 t、50.2 t。结果表明：①车辆在MTC收费模式下碳排放量约是ETC收费模式下碳排放量的3倍;②收费模式对车辆进出收费站碳排放影响最为明显，合理的增加ETC车道数可大幅减少收费站碳排放量;③货车通行比例对MTC收费模式下的碳排放影响最大;④假设客、货车通过收费站的通行比例保持不变，采用ETC代替MTC车道，郑州东三环南收费站全年可实现碳减排约467.2 t。

4 结语

本文采用查阅文献、理论分析和现场调研等方式对收费站碳排放量化方法展开研究，并以货车也可应用ETC技术为契机，建立了不同收费模式下碳排放测算模型，最后结合具体实例，分析车辆进出收费站过程的节能减碳效果，并测算出东三环南收费站采用ETC技术全年可实现碳减排约467.2 t，验证了模型的实用性，可以为收费站碳排放量化研究等提供理论和数据依据，为推动收費站开展节能减碳工作提供一定的参考，也为交通行业推动双碳目标的落实提供有力支撑。未来随着ETC等相关技术的不断发展，本模型还有不断优化和完善的空间。

参考文献：

[1] 刘振亚.实现碳达峰、碳中和的根本途径[J].电力设备管理，2021（3）：20-23.

[2] 林红兵.碳中和目标下的城市治理蓝图[N].中国建设报，2021-04-01（007）.

[3] 王清洲，栾海敏，范鑫，等.高速公路主线收费站节能减排测算模型与实例分析[J].环境工程，2019，37（6）：184-189，164.

[4] 肖鹤，解建光，余健晖，等.ETC系统碳减排模型研究[J].中国交通信息化，2015（S1）：36-39.

[5] 中国汽车工业协会.2019年汽车销量排行榜[EB/OL].（2020-01-20）[2021-07-01].http：//www.caam.org.cn/.